德州儀器 TPS2112/13 自動切換電源多路復用器的深度剖析

在電子設備的電源管理領域，電源多路復用器起著至關重要的作用，它能夠實現不同電源之間的無縫切換，確保設備穩定運行。德州儀器（TI）的 TPS2112 和 TPS2113 自動切換電源多路復用器就是這樣一款性能卓越的產品。今天，咱們就來深入了解一下這兩款器件。

文件下載：tps2112.pdf

產品概述

TPS2112 和 TPS2113 屬于電源多路復用器家族，能在兩個電源（如電池和壁式適配器）之間實現無縫過渡，每個電源的工作電壓范圍為 2.8 - 5.5V，最大可提供 1A 的電流。該系列包含豐富的保護電路，如用戶可編程電流限制、熱保護、浪涌電流控制、無縫電源轉換、交叉傳導阻斷和反向傳導阻斷等，極大地簡化了電源多路復用器應用的設計。

產品特性

1. 低導通電阻開關

TPS2113 的典型導通電阻為 84mΩ，TPS2112 為 120mΩ。低導通電阻能夠有效降低功耗，提高電源效率，這在對功耗敏感的應用中尤為重要。大家可以思考一下，在實際設計中，低導通電阻會對整個電源系統的性能產生哪些具體影響呢？

2. 反向和交叉傳導阻斷

這一特性可以防止電流在不期望的方向流動，確保電源的穩定性和安全性。想象一下，如果沒有這個功能，可能會出現電流倒灌等問題，從而損壞設備。

3. 寬工作電壓范圍

工作電壓范圍為 2.8V 至 5.5V，能夠適應多種不同的電源環境，增加了產品的通用性。

4. 低待機和工作電流

典型待機電流為 0.5μA，典型工作電流為 55μA，有助于降低功耗，延長電池續航時間。

5. 可調電流限制

通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 可以設置電流限制，TPS2112 的電流限制范圍為 0.31 - 0.75A，TPS2113 為 0.63 - 1.25A。這使得用戶可以根據實際需求靈活調整電流，保護設備免受過大電流的損害。

6. 可控輸出電壓過渡時間

能夠限制浪涌電流，減少輸出電壓保持電容的需求。在設備啟動或電源切換時，浪涌電流可能會對電路造成沖擊，而這一特性可以有效緩解這種情況。

7. 兼容 CMOS 和 TTL 控制輸入

方便與各種數字電路接口，提高了產品的兼容性。

8. 自動切換操作模式

根據輸入電源的情況自動切換，實現無縫過渡，提高了設備的可靠性。

9. 熱關斷功能

當設備溫度過高時，自動關閉以保護設備，增強了產品的安全性。

10. 采用 TSSOP - 8 封裝

體積小巧，適合空間有限的應用。

應用領域

TPS2112 和 TPS2113 適用于多種電子設備，如個人電腦（PCs）、個人數字助理（PDAs）、數碼相機、調制解調器、手機、數字收音機和 MP3 播放器等。這些設備通常需要在不同電源之間切換，而 TPS2112/13 正好滿足了這一需求。

電氣特性

1. 電源開關導通電阻

在不同的測試條件下，TPS2112 和 TPS2113 的導通電阻有所不同。例如，在 TJ = 25°C，VI(IN1) = VI(IN2) = 5.0V，IL = 500mA 時，TPS2112 的典型導通電阻為 120mΩ，TPS2113 為 84mΩ。隨著溫度升高，導通電阻會增大。

2. 邏輯輸入

EN 引腳的高電平輸入電壓 VIH 為 2V，低電平輸入電壓 VIL 為 0.7V，輸入電流在不同狀態下也有相應的規定。

3. 電源和泄漏電流

在不同的工作條件下，電源電流和泄漏電流會有所變化。例如，在待機狀態下，電流較低，而在工作狀態下，電流會相應增加。

4. 電流限制電路

電流限制精度與 RILIM 的阻值有關，不同阻值下的電流限制范圍不同。同時，電流限制的建立時間也有相應的規定。

5. VSNS 比較器

VSNS 閾值電壓和比較器滯回等參數對于電源切換的準確性至關重要。

6. 熱關斷

熱關斷閾值為 135°C，恢復溫度為 125°C，滯回為 10°C，確保設備在高溫時能夠及時保護自己。

開關特性

1. 輸出上升和下降時間

輸出上升時間 tr 和下降時間 tf 與測試條件有關，如輸入電壓、負載電容和電流等。

2. 過渡時間

在 IN1 到 IN2 過渡時，過渡時間 tt 也有相應的規定，這對于電源切換的速度和穩定性有重要影響。

3. 傳播延遲

包括開啟和關閉傳播延遲，以及切換上升和下降傳播延遲，這些參數影響著設備的響應速度。

真值表和終端功能

1. 真值表

通過 EN、VI(VSNS) 和 VI(IN2) 與 VI(IN1) 的比較，確定 STAT 和 OUT 的狀態，從而實現電源的切換。

2. 終端功能

每個引腳都有其特定的功能，如 EN 是 TTL 和 CMOS 兼容的輸入引腳，用于控制電源切換；IN1 和 IN2 是電源輸入引腳；OUT 是電源輸出引腳等。

典型應用

1. 自動選擇雙電源應用

當 IN1 的電壓低于用戶指定的閾值時，TPS2112/3 會選擇兩個電源中較高的一個，通常會切換到 IN2。

2. 手動切換電源

通過 EN 邏輯信號選擇連接到 IN1 還是 IN2，邏輯閾值與 TTL 和 CMOS 邏輯兼容。

詳細工作原理

1. 自動切換模式

當 VI(VSNS) 大于 0.8V 時，OUT 連接到 IN1；否則，OUT 連接到 IN1 和 IN2 中較高的一個。VSNS 引腳的滯回特性可以避免由于電阻壓降導致的反復切換。

2. N 溝道 MOSFET

兩個內部高端功率 MOSFET 實現單刀雙擲（SPDT）開關，數字邏輯選擇 IN1 開關、IN2 開關或無開關（Hi - Z 狀態）。MOSFET 沒有并聯二極管，防止輸出到輸入的電流流動。

3. 交叉傳導阻斷

開關電路確保兩個電源開關不會同時導通，通過比較器監測每個功率 FET 的柵源電壓來實現。

4. 反向傳導阻斷

當從高電壓電源切換到低電壓電源時，TPS211x 會在輸出電壓下降到接近電源電壓 100mV 以內時才連接電源，防止反向電流流動。

5. 電荷泵

IN1 和 IN2 中較高的電源為內部電荷泵供電，電荷泵為電流限制放大器提供電源，并使輸出 FET 柵極電壓高于 IN1 和 IN2 電源電壓，以開啟 N 溝道 FET。

6. 電流限制

通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 設置電流限制，不建議將 RILIM 設置為零，否則會禁用電流限制。

7. 輸出電壓斜率控制

當 OUT 從 Hi - Z 狀態切換到 IN1 或 IN2 時，輸出電壓以較慢的速率上升，限制浪涌電流；當 OUT 在 IN1 和 IN2 之間切換時，輸出電壓以較快的速率上升，減少輸出電壓下降和輸出電壓保持電容的需求。

封裝和訂購信息

1. 封裝

采用 TSSOP - 8 封裝，有不同的包裝形式可供選擇，如 TUBE 和 LARGE T&R。

2. 訂購信息

提供了不同型號的訂購編號和標記，方便用戶選擇。

總結

德州儀器的 TPS2112 和 TPS2113 自動切換電源多路復用器具有眾多優秀的特性和功能，適用于多種電子設備。在設計電源管理電路時，工程師可以根據具體需求選擇合適的型號，并合理利用其各種特性，以實現高效、穩定的電源切換和保護。大家在實際應用中，是否遇到過類似電源切換的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗。