TSM1011：電池充電器和適配器的恒壓恒流控制器

在開關電源（SMPS）應用中，恒壓（CV）和恒流（CC）控制是非常關鍵的功能。TSM1011作為一款高度集成的解決方案，為需要CV和CC模式的SMPS應用提供了理想的選擇。今天，我們就來深入了解一下TSM1011這款芯片。

文件下載：tsm1011.pdf

一、TSM1011的特性與應用

特性

• 恒壓恒流控制：能夠精確實現恒壓和恒流控制，滿足多種應用需求。
• 低電壓運行：可在較低電壓條件下穩定工作，降低功耗。
• 外部元件數量少：簡化了電路設計，降低了成本和電路板空間需求。
• 電流吸收輸出級：方便實現電流控制。
• 易于補償：便于對電路進行補償調整，提高穩定性。
• 2 kV ESD保護：增強了芯片的抗靜電能力，提高了可靠性。
• 高精度電壓基準：提供固定輸出電壓基準2.545 V，具有0.5%和1%的電壓精度。

應用

TSM1011主要應用于適配器和電池充電器領域，能夠為這些設備提供精確的電壓和電流控制。

二、芯片內部結構與引腳功能

內部結構

TSM1011集成了一個電壓基準和兩個運算放大器（輸出采用或門連接 - 共集電極）。電壓基準與一個運算放大器組合可構成理想的電壓控制器，另一個運算放大器結合少量外部電阻和電壓基準，可作為電流限制器。

引腳功能

三、電氣特性分析

電源相關參數

• 總電源電流：在VCC = 18 V且無負載的情況下，總電源電流（不包括電壓基準中的電流）最大為1 mA。
• VCC鉗位電壓：當ICC = 50 mA時，VCC鉗位電壓典型值為28 V。

運算放大器參數

• 輸入失調電壓：在不同溫度條件下，TSM1011和TSM1011A的輸入失調電壓有不同的取值范圍。
• 輸入失調電壓漂移：典型值為7 μV/°C。
• 輸入失調電流：在不同溫度條件下，有不同的取值范圍。
• 輸入偏置電流：同樣在不同溫度條件下有不同取值。
• 電源電壓抑制比：在VCC = 4.5 V至28 V的范圍內，典型值為100 dB。
• 共模抑制比：在不同溫度條件下，有不同的取值。

輸出級參數

• 跨導增益：僅考慮吸收電流時，典型值為3.5 mA/mV。
• 低輸出電壓：在輸出吸收電流為10 mA時，低輸出電壓最大為600 mV。
• 輸出短路電流：在不同溫度條件下，有不同的取值。

電壓基準參數

• 參考輸入電壓：TSM1011和TSM1011A在不同溫度條件下，參考輸入電壓有不同的精度。
• 參考輸入電壓偏差：在溫度范圍和VCC范圍以及輸出電流變化時，參考輸入電壓會有一定的偏差。

四、電壓和電流控制原理

電壓控制

電壓環路通過第一個跨導運算放大器、電阻橋（R1、R2）和直接連接到輸出的光耦進行控制。R1和R2的相對值應根據公式 (R{1}=R{2} × V{Ref } /left(V{out }-V{Ref }right)) 選擇，其中 (V{out }) 是期望的輸出電壓。為避免負載放電，電阻橋應具有高阻抗。如果在負載和調壓電阻橋之間插入低壓降二極管，需要在公式中考慮二極管的壓降。

電流控制

電流環路通過第二個跨導運算放大器、檢測電阻 (R{sense }) 和光耦進行控制。 (V{sense }) 閾值通過與 (V{Ref }) 電壓基準相連的電阻橋外部實現。控制方程為 (R{sense } cdot I{lim }=V{sense }) ，其中 (I{lim }) 是期望的限制電流， (V{sense }) 是電流控制環路的閾值電壓。 (R_{sense }) 電阻的選擇應考慮滿載運行時的最大耗散功率。

兩個跨導運算放大器的電流吸收輸出是共用的，實現了或門功能，確保當電流或電壓達到過高值時，光耦被激活。

五、補償與啟動短路處理

補償

電壓控制跨導運算放大器可以進行完全補償，其輸出和負輸入可直接連接外部補償元件。一個合適的電壓控制補償網絡由電容 (C{vc1}=2.2 nF) 和電阻 (R{cv 1}=22 ~K Omega) 串聯組成。電流控制跨導運算放大器同樣可以進行完全補償。

啟動和短路條件

在啟動或短路條件下，由于芯片的電源線與系統電源線共用，TSM1011可能無法獲得足夠的電源電壓。此時，電流限制只能由初級PWM模塊保證。如果初級電流限制不夠精確，需要為TSM1011提供獨立的電源。

電壓鉗位

為保護TSM1011免受過高電壓的影響，芯片內部集成了齊納鉗位。通過公式 (R{limit }=I{v z} cdotleft(V C C-V{z}right)) 可以計算限流電阻 (R{limit }) 的值。

六、封裝信息

TSM1011采用SO - 8封裝，ST為滿足環保要求，提供不同等級的ECOPACK?封裝。SO - 8封裝有詳細的機械尺寸數據，在設計電路板時需要參考這些數據。

TSM1011以其豐富的特性和精確的控制能力，為適配器和電池充電器等應用提供了可靠的解決方案。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇芯片的參數和外部元件，以實現最佳的性能。大家在使用TSM1011的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。