德州儀器 TPS211x 系列電源多路復用器：特性、應用與設計要點

在電子設備的電源管理領域，電源多路復用器扮演著至關重要的角色。德州儀器（TI）推出的 TPS211x 系列電源多路復用器，為電子工程師們提供了一種高效、可靠的解決方案，可實現兩個電源之間的無縫切換。本文將詳細介紹 TPS211x 系列的特性、應用場景以及設計要點。

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一、TPS211x 系列概述

TPS211x 系列包括 TPS2110、TPS2111 等型號，是一種雙輸入、單輸出的電源多路復用器，采用低導通電阻（rDS(on)）開關，能夠在 2.8V 至 5.5V 的寬工作電壓范圍內工作，適用于多種電子設備。

1. 主要特性

• 低導通電阻：TPS2111 的典型 rDS(on) 為 84mΩ，TPS2110 為 120mΩ，可有效降低功耗。
• 反向和交叉導通阻斷：防止電流反向流動和交叉導通，提高電源切換的安全性。
• 寬工作電壓范圍：2.8V 至 5.5V 的工作電壓范圍，可適應不同的電源輸入。
• 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。
• 可調電流限制：通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 可設置電流限制，TPS2110 的電流限制范圍為 0.31 - 0.75A，TPS2111 為 0.63 - 1.25A。
• 可控輸出電壓過渡時間：限制浪涌電流，減少輸出電壓保持電容的需求。
• CMOS 和 TTL 兼容控制輸入：方便與不同類型的邏輯電路接口。
• 手動和自動切換操作模式：提供靈活的電源切換方式。
• 熱關斷保護：當芯片溫度過高時，自動關斷以保護芯片。
• TSSOP - 8 封裝：體積小巧，便于 PCB 布局。

2. 應用場景

TPS211x 系列適用于多種電子設備，如個人電腦（PC）、個人數字助理（PDA）、數碼相機、調制解調器、手機、數字收音機和 MP3 播放器等。

二、技術參數詳解

1. 絕對最大額定值

在使用 TPS211x 系列時，需要注意其絕對最大額定值，以確保芯片的安全運行。例如，輸入電壓范圍為 -0.3V 至 6V，連續輸出電流 TPS2110 為 0.9A，TPS2111 為 1.5A，工作虛擬結溫范圍為 -40°C 至 125°C 等。

2. 推薦工作條件

推薦的輸入電壓范圍為 1.5V 至 5.5V，具體取決于另一個輸入電源的電壓。電流限制調整范圍根據不同型號有所不同，TPS2110 為 0.31 - 0.75A，TPS2111 為 0.63 - 1.25A。

3. 電氣特性

• 功率開關：rDS(on) 隨溫度和輸入電壓的變化而變化，在 25°C 時，TPS2110 的 rDS(on) 典型值為 120mΩ，TPS2111 為 84mΩ。
• 邏輯輸入：高電平輸入電壓 VIH 最小為 2V，低電平輸入電壓 VIL 最大為 0.7V。
• 電源和泄漏電流：不同工作模式下的電源電流和泄漏電流有所不同，待機電流較低，有助于降低功耗。
• 電流限制電路：電流限制精度與 RILIM 的阻值有關，電流限制建立時間約為 1ms。
• VSNS 比較器：VSNS 閾值電壓在上升和下降時有所不同，具有一定的遲滯特性。
• UVLO（欠壓鎖定）：IN1 和 IN2 的 UVLO 閾值在上升和下降時也有不同，可防止電源電壓過低時芯片誤操作。
• 反向導通阻斷：最小輸出到輸入電壓差為 80 - 120mV 時可阻斷開關。
• 熱關斷：熱關斷閾值為 135°C，恢復溫度為 125°C，具有 10°C 的遲滯。

4. 開關特性

包括輸出上升時間、下降時間、過渡時間和傳播延遲等參數，這些參數對于電源切換的速度和穩定性至關重要。

三、工作模式與功能實現

1. 自動切換模式

當 D0 為邏輯 1 且 D1 為邏輯 0 時，進入自動切換模式。如果 VSNS 電壓大于 0.8V，OUT 連接到 IN1；否則，OUT 連接到 IN1 和 IN2 中電壓較高的一個。VSNS 引腳具有一定的遲滯特性，可避免因電阻壓降導致的反復切換。

2. 手動切換模式

當 D0 為邏輯 0 時，進入手動切換模式。如果 D1 為邏輯 1，OUT 連接到 IN1；否則，OUT 連接到 IN2。

3. N 溝道 MOSFET

內部采用兩個高端功率 MOSFET 實現單刀雙擲（SPDT）開關，數字邏輯可選擇 IN1 開關、IN2 開關或無開關（Hi - Z 狀態）。MOSFET 沒有并聯二極管，可防止輸出到輸入的電流流動。

4. 交叉導通阻斷

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，只有當另一個 FET 的柵源電壓低于導通閾值電壓時，才允許該 FET 導通。

5. 反向導通阻斷

當 TPS211x 從高電壓電源切換到低電壓電源時，可防止負載電容中的電流回流到低電壓電源。只有當輸出電壓下降到與電源電壓相差 100mV 以內時，才會將電源連接到輸出。

6. 電荷泵

IN1 和 IN2 中電壓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 的柵極電壓高于 IN1 和 IN2 的電源電壓，以確保 N 溝道 FET 能夠導通。

7. 電流限制

通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 可設置電流限制，TPS2110 的電流限制為 250/RILIM，TPS2111 為 500/RILIM。不建議將 RILIM 設置為零，以免禁用電流限制。

8. 輸出電壓壓擺率控制

當 OUT 從 Hi - Z 狀態切換到 IN1 或 IN2 時，TPS2110/1 以較慢的速率調節輸出電壓，可限制流入負載電容的浪涌電流。當 OUT 在 IN1 和 IN2 之間切換時，以較快的速率調節輸出電壓，可減少輸出電壓下降和輸出電壓保持電容的需求。

四、應用電路示例

1. 自動選擇雙電源應用

在某些應用中，當 IN1 的電壓低于用戶指定的閾值時，TPS2110/1 會自動選擇兩個電源中電壓較高的一個。這種電路可確保設備在不同電源條件下穩定工作。

2. 手動切換電源源

通過 EN1 邏輯信號，可手動控制 OUT 連接到 IN1 或 IN2。D1 端子的邏輯閾值與 TTL 和 CMOS 邏輯兼容，方便與不同的控制電路接口。

五、封裝與訂購信息

TPS211x 系列采用 TSSOP - 8 封裝，有多種訂購選項可供選擇，包括不同的包裝形式（如 TUBE 和 LARGE T&R）和零件編號。同時，還提供了詳細的封裝材料信息，如磁帶和卷軸的尺寸、管子的尺寸等，方便工程師進行 PCB 設計和組裝。

六、設計要點與注意事項

• ESD 保護：這些設備的內置 ESD 保護有限，在存儲或處理時，應將引腳短路或放置在導電泡沫中，以防止 MOS 柵極受到靜電損壞。
• 電流限制設置：合理選擇 RILIM 的阻值，以確保電流限制在合適的范圍內，避免因電流過大損壞芯片。
• 輸出電容選擇：根據應用需求選擇合適的輸出電容，以滿足輸出電壓保持和浪涌電流限制的要求。
• 熱管理：注意芯片的熱關斷保護，確保芯片在正常的工作溫度范圍內運行，避免過熱損壞。

總之，德州儀器的 TPS211x 系列電源多路復用器為電子工程師提供了一種高性能、可靠的電源切換解決方案。通過了解其特性、技術參數和工作模式，工程師們可以更好地設計出滿足不同應用需求的電源管理電路。在實際應用中，還需要根據具體情況進行合理的設計和優化，以確保設備的穩定性和可靠性。你在使用 TPS211x 系列時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。