超低輸入電壓升壓式DC/DC轉換器TPS61200介紹 - 全文

　　本文介紹TI公司的一款超低輸入電壓升壓式DC/DC 轉換器TPS61200系列。該系列在Ta=-40～+85℃工作溫度范圍內，最低輸入電壓為0.3V；單個芯片就能組成升壓式電源，效率較高。該系列有三種型號，有輸出可設定及固定電壓輸出，如表1所示。

　　特點與應用領域

　　TPS61200系列的主要特點：效率高（在VIN≥1.2V、輸出3.3V、輸出電流600mA時，其效率可大于90%）；根據輸入電壓的大小能自動轉換成升壓模式或降壓模式；靜態電流小（小于55μA）；輸入電壓在0.5V時，在滿負載時也能啟動工作；輸入工作電壓范圍寬，從 0.3～5.5V；輸入低電壓鎖存的電壓可設定；有輸出短路保護；有輸出電壓可設定及固定輸出的品種供用戶選擇（見表1）；在輸出功率較低時有節能模式，可提高效率；有可能強制按固定效率工作；在關閉電源時，負載與輸入端斷開；有過熱保護；工作溫度范圍-40～+85℃；小尺寸3mm×3mm QFN封裝。

　　TPS61200系列的主要應用領域：可用于1～3節堿性電池，鎳鎘或鎳氫電池或1節鋰離子電池、鋰聚合電池或磷酸鐵鋰離子電池的電子產品；太陽能電池及燃料電池供電的電子產品；太陽能電池及燃料電池供電的電子產品；便攜式音頻播放器；PDA；手機；個人醫療電子產品（如血壓計）及驅動白光LED等。

　　對使用一次堿性電池的產品來說，可以用到電池電壓降到0.5V，做到物盡其用的程度，提高了電池的使用壽命。

　　引腳排列與功能

　　TPS61200系列的引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表2所示。

　　圖1 TPS61200的引腳排列

　　主要技術參數

　　TPS61200系列主要極限參數：輸入電壓為-0.3～7V（包括VIN、L、VAUX、VOUT、PS、EN、FB、UVLO端）。建議工作條件：VIN=0.3～5V。

　　TPS61200系列主要電特性參數：可調輸出電壓為1.8～5.5V；固定3.3V輸出電壓允差±0.03V；固定5.0V輸出電壓允差 ±0.05V；內部平均開關電流限制為1350mA；靜態電流典型值50μA；關閉狀態時耗電小于2μA；EN端低電平：VIN＜0.8V時為＜0.1VIN、VIN＞1.5V時為＜0.4V、0.8V≤VIN≤1.5V時為＜0.2VIN；EN高電平：VIN＜0.8V時為＞0.9VIN、 VIN＞1.5V時為＞1.2V、0.8≤VIN≤1.5V時為＞0.8VIN；PS輸入低電平＜0.4V、PS輸入高電平＞1.2V；開關管開關頻率 1250～1650kHz。

　　典型應用電路

　　TPS61200的典型應用電路如圖2所示，TPS61201、TPS61202的應用電路如圖3所示。

　　圖2 TPS61200典型應用電路

　　圖3 TPS61201、TPS61202的應用電路

　　圖2是一種輸出電壓可設定的電路。輸出電壓VOUT與外接電阻分壓器R1、R2有關，如下式所示：

　　VOUT=VFB（R1/R2＋1）（1）

　　式中，VFB=500mV，R1可設為1mΩ，則可求出R2值。例如，要求VOUT=3.3V，代入上式可求出R2=178.57kΩ，可取標準電阻值180 kΩ。

　　在圖2中，EN端、PS端、UVLO端接VIN，這表示電源不采用EN端加低電平來關閉電源；PS端高電平表示在重負載條件下工作（此時振蕩器按固定頻率工作）；UVLO接VIN，表示在VIN＜250 mV時，使電源關閉，VOUT=0V，并鎖存；只有當VIN＞350mV時電源才恢復工作。

　　在圖2中，VAUX接0.1μF接地，是為了穩定地工作（工廠建議C3用等效串聯電阻小的多層淘洗電容器，容量為0.1μF）。此電容器在啟動時向C3充電到一定值后，開關管才導通，它對開關管起緩沖作用。若輸出電壓VOUT＜2.5V時。C3值可采用1μF。

　　C1是輸入電容，其值最小是4.7μF，這里用10μF多層陶瓷電容器。C2是輸出電容，工廠建議采用下式選擇C2值：

　　C2=5L（μF/μH）（2）

　　若L=2.2μH，則C2可取10μF。C2也采用多層陶瓷電容。采用更大容量的C2可減小輸出紋波電壓、減小瞬態負載變化引起的輸出電壓跌落。

　　圖2中電感器L1值可用以下式來估算：

　　Lmin=VIN×0.5μs/A （3）

　　一般L1在1.5～4.7μH之間取值，在整個輸入電壓與輸出電壓范圍內有較好的性能。

　　圖3是固定輸出電壓的應用電路。圖中僅畫出FB與VOUT連接在一起，其他部分與圖2相中（在圖3中未畫出）。

　　如果輸入電壓的低壓鎖存電壓閾值要設定，則設定的低壓鎖存閾值電壓VINmin與外接電阻分壓器R3、R4有關，如下式（電路如圖4所示）：

　　圖4 TPS61200輸入電壓鎖存電路

　　VINmin/（R3+R4）=VUVLO/R4（4）

　　式中，VUVLO=250mV。建議R4取250kΩ，則設定VINmin值后可求出R3值。在VIN低于VINmin時，輸出被關閉（VOUT=0V）。

　　例如，設VINmin為1V，R4=250kΩ，VUVLO=250mV，則可求得R3=750kΩ。

　　不同工作條件下的效率

　　TPS61201及TPS61202在不同工作條件下的效率不同，這里給出一些典型的特性曲線。圖5是TPS61202采用節能模式（PS 端接地）時，不同的輸入電壓及不同輸出電流時的效率曲線。圖6是同樣的TPS61202不采用節能模式（PS端接高電平）時的不同輸入電壓及不同輸出電流時的效率曲線。從圖5及圖6比較可知：在輸出電流IO=10mA時，輸入電壓從VIN為1.5～3V時，采用節能模式的效率要比不采用節能模式高得多，即在較輕負載的工作條件下，采用節能模式有較高的效率。例如，在VIN=2V，IO=10mA時，用節能模式的效率為78%，而不用節能模式時為5.3%。而在重負載時，如IO=500mA時，則用節能模式與不用節模式差別不大。

　　圖5 TPS61202在節能模式時的效率

　　圖6 TPS61202不采用節能模式時的效率

　　圖7、圖8是TPS61201采用節能模式及不采用節能模式時的效率曲線。從圖7及圖8比較可以看出：在IO=10mA時，在VIN從 1～2.5V這一范圍，采用節能模式提高了效率。例如，在VIN=2V時，圖7的效率約76%；而圖8的效率僅60%；在IO=100mA時，在VIN從 1～2.5V這一范圍，采用節能模式的效率比不采用節能模式的效率低。例如，IO=100mA，VIN=2V時，采用節能模式時，其效率約為76%；同樣條件采用不節能模式時其效率約88%。