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超低输入电压升压式DCDC转换器锁紧螺钉

文章来源:新宝机械网  |  2022-07-14

超低输入电压升压式DC/DC转换器

本文介绍一款超低输入电压升压式DC/DC转换器TPS61200系列。该系列在Ta=-40~+85℃工作温度范围内,最低输入电压为0.3V;单个芯片就能组成升压式电源,效率较高。该系列有三种型号,有输出可设定及固定电压输出,如表1所示。

特点与应用领域

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TPS61200系列的主要特点:效率高(在VIN 1.2V、输出3.3V、输出电流600mA时,其效率可大于90%);根据输入电压的大小能自动转换成升压模式或降压模式;静态电流小(小于55 A);输入电压在0.5V时,在满负载时也能启动工作;输入工作电压范围宽,从 0.3~5.5V;输入低电压锁存的电压可设定;有输出短路保护;有输出电压可设定及固定输出的品种供用户选择(见表1);在输出功率较低时有节能模式,可提高效率;有可能强制按固定效率工作;在关闭电源时,负载与输入端断开;有过热保护;工作温度范围-40~+85℃;小尺寸3mm 3mm QFN封装。

TPS61200系列的主要应用领域:可用于1~3节碱性电池,镍镉或镍氢电池或1节锂离子电池、锂聚合电池或磷酸铁锂离子电池的电子产品;太阳能电池及燃料电池供电的电子产品;太阳能电池及燃料电池供电的电子产品;便携式音频播放器;PDA;;个人医疗电子产品(如血压计)及驱动白光LED等。

对使用一次碱性电池的产品来说,可以用到电池电压降到0.5V,做到物尽其用的程度,提高了电池的使用寿命。

引脚排列与功能

TPS61200系列的引脚排列如图1所示,各引脚功能如表2所示。

图1 TPS61200的引脚排列

主要技术参数

TPS61200系列主要极限参数:输入电压为-0.3~7V(包括VIN、L、VAUX、VOUT、PS、EN、FB、UVLO端)。建议工作条件:VIN=0.3~5V。

TPS61200系列主要电特性参数:可调输出电压为1.8~5.5V;固定3.3V输出电压允差 0.03V;固定5.0V输出电压允差 0.05V;内部平均开关电流限制为1350mA;静态电流典型值50 A;关闭状态时耗电小于2 A;EN端低电平:VIN<0.8V时为<0.1VIN、VIN>1.5V时为<0.4V、0.8V VIN 1.5V时为<0.2VIN;EN高电平:VIN<0.8V时为>0.9VIN、 VIN>1.5V时为>1.2V、0.8 VIN 1.5V时为>0.8VIN;PS输入低电平<0.4V、PS输入高电平>1.2V;开关管开关频率 1250~1650kHz。

典型应用电路

为此

TPS61200的典型应用电路如图2所示,TPS61201、TPS61202的应用电路如图3所示。

图2 TPS61200典型应用电路

图3 TPS61201、TPS61202的应用电路

图2是一种输出电压可设定的电路。输出电压VOUT与外接电阻分压器R1、R2有关,如下式所示:

VOUT=VFB(R1/R2+1) (1)

式中,VFB=500mV,R1可设为1m ,则可求出R2值。例如,要求VOUT=3.3V,代入上式可求出R2=178.57k ,可取标准电阻值180 k 。

在图2中,EN端、PS端、UVLO端接VIN,这表示电源不采用EN端加低电平来关闭电源;PS端高电平表示在重负载条件下工作(此时振荡器按固定频率工作);UVLO接VIN,表示在VIN<250 mV时,使电源关闭,VOUT=0V,并锁存;只有当VIN>350mV时电源才恢复工作。

基础尺寸根据外形及地基图规定在图2中,VAUX接0.1 F接地,是为了稳定地工作(工厂建议C3用等效串联电阻小的多层淘洗电容器,容量为0.1 F)。此电容器在启动时向C3充电到一定值后,开关管才导通,它对开关管起缓冲作用。若输出电压VOUT<2.5V时。C3值可采用1 F。

C1是输入电容,其值最小是4.7 F,这里用10 F多层陶瓷电容器。C2是输出电容,工厂建议采用下式选择C2值:

C2=5L( F/ H) (2)

若L=2.2 H,则C2可取10 F。C2也采用多层陶瓷电容。采用更大容量的C2可减小输出纹波电压、减小瞬态负载变化希望上述分享可以帮助大家正确地使用此装备引起的输出电压跌落。

图2中电感器L1值可用以下式来估算:

Lmin=VIN 0.5 s/A (3)

一般L1在1.5~4.7 H之间取值,在整个输入电压与输出电压范围内有较好的性能。

图3是固定输出电压的应用电路。图中仅画出FB与VOUT连接在一起,其他部分与图2相中(在图3中未画出)。

如果输入电压的低压锁存电压阈值要设定,则设定的低压锁存阈值电压VINmin与外接电阻分压器R3、R4有关,如下式(电路如图4所示):

图4 TPS61200输入电压锁存电路

VINmin/(R3+R4)=VUVLO/R4(4)

式中,VUVLO=250mV。建议R4取250k ,则设定VINmin值后可求出R3值。在VIN低于VINmin时,输出被关闭(VOUT=0V)。

例如,设VINmin为1V,R4=250k ,VUVLO=250mV,则可求得R3=750k 。

不同工作条件下的效率

TPS61201及TPS61202在不同工作条件下的效率不同,这里给出一些典型的特性曲线。图5是TPS61202采用节能模式(PS 端接地)时,不同的输入电压及不同输出电流时的效率曲线。图6是同样的TPS61202不采用节能模式(PS端接高电平)时的不同输入电压及不同输出电流时的效率曲线。从图5及图6比较可知:在输出电流IO=10mA时,输入电压从VIN为1.5~3V时,采用节能模式的效率要比不采用节能模式高得多,即在较轻负载的工作条件下,采用节能模式有较高的效率。例如,在VIN=2V,IO=10mA时,用节能模式的效率为78%,而不用节能模式时为5.3%。而在重负载时,如IO=500mA时,则用节能模式与不用节模式差别不大。

图5 TPS61202在节能模式时的效率

图6 TPS61202不采用节能模式时的效率

图7、图8是TPS61201采用节能模式及不采用节能模式时的效率曲线。从图7及图8比较可以看出:在IO=10mA时,在VIN从 1~2.5V这一范围,采用节能模式提高了效率。例如,在VIN=2V时,图7的效率约76%;而图8的效率仅60%;在IO=100mA时,在VIN从 1~2.5V这一范围,采用节能模式的效率比不采用节能模式的效率低。例如,IO=100mA,VIN=2V时,采用节能模式时,其效率约为76%;同样条件采用不节能模式时其效率约88%。

图7 TPS61201采用节能模式时的效率

图8 TPS61201不采用节能模式时的效率

从上述情况看,只有在轻载时采用节能模式才能提高效率;在负载电流较大时,采用节能模式效果并不好。

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