TPS60101用于低功耗系統(tǒng)的電源解決方案

摘要：介紹一種新穎的電荷泵直流穩(wěn)壓芯片TPS60101的性能特點(diǎn)和使用方式，結(jié)合實(shí)例分析其在低功耗單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，各種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有了更加嚴(yán)格的要求，便攜式解決方案在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中開(kāi)始占據(jù)越來(lái)越大的比重，并越來(lái)越多地傾向于低電壓、低功耗、微型化設(shè)計(jì)。在這些設(shè)計(jì)中，一般采用鎳氫、鎳鎘或鋰電池作為系統(tǒng)供電方式；在一些使用交流供電的系統(tǒng)中，均設(shè)計(jì)了后備電池供電方式。TPS60101具有高效率、寬輸入電壓范圍、穩(wěn)壓效果好、低漏電流、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，可以為這些設(shè)計(jì)提供完美的電源解決方案。

1 TPS60101芯片簡(jiǎn)介

　　TPS60101是Texas Instruments公司新推出的一種低噪聲電荷泵直流穩(wěn)壓芯片，能在輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍較大時(shí)，為單片機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流供電。

1.1 封裝形式及引腳說(shuō)明

　　TPS60101芯片的封裝為一種特殊的TSSOP貼片封裝，如圖1所示。

芯片各引腳功能描述如表1所列。

表1 TPS60101引腳功能

引腳名引腳號(hào)功 能 描 述3V819模式選擇，接低電平輸出為標(biāo)準(zhǔn)3.3V，外接IN輸出為預(yù)置3.8VC1 6外接電荷泵電容C1正極C1-8外接電荷泵電容C1負(fù)極C2 15外接電荷泵電容C2正極C2-13外接電荷泵電容C2負(fù)極COM18模式選擇。掃低電則電荷泵工作于推挽模式，提供最佳穩(wěn)壓性能；接IN工作于單端模式，只需1個(gè)外接電容ENABLE3使能端。接IN正常工，接低電平進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)FB4反饋輸入，接輸出腳以獲得最佳穩(wěn)壓效果GND1，20模擬地IN7，14外電源輸入OUT5，16穩(wěn)壓電源輸出PGND9～12穩(wěn)壓電源地SYNC2時(shí)鐘信號(hào)選擇，接地使用片內(nèi)時(shí)鐘，掃IN使用片外時(shí)鐘同步

1.2 TPS60101的性能特點(diǎn)

　　精密的制造工藝和優(yōu)良的設(shè)計(jì)使得TPS60101具有出色的電氣性能：

◇ 最大輸出電流100 mA，可滿足絕大多數(shù)低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的要求；

◇ 少于5 mV的輸出電壓波動(dòng)，提供3.3（1±0.04）V的穩(wěn)壓輸出；

◇ 僅需少量外圍元件，無(wú)需諧振線圈等器件，應(yīng)用電路體積很��；

◇ 電荷泵效率可達(dá)90％；

◇ 寬輸入電壓范圍，1.8~3.6 V均可正常工作，充分保證了單片機(jī)系統(tǒng)在外接不同類型電源以及電池電量狀態(tài)變化過(guò)程中得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)；

◇ 50 μA的工作附加電流，0.05 μA的關(guān)斷漏電流，消耗電能很少；

◇ 關(guān)斷模式下，穩(wěn)壓電源輸出隔離，增加電源管理的可靠性；

◇ 微型的TSSOP貼片封裝，減小應(yīng)用電路體積。這種封裝形式在芯片底部集成了散熱片，可直接與印制板相連，在沒(méi)有增加電路體積的情況下有效提高了散熱性能。

2 TPS60101的使用方式

　　和一般的電源穩(wěn)壓芯片相比，TPS60101的使用有一些特殊性和值得注意的地方，筆者將結(jié)合實(shí)際使用的體會(huì)加以闡述。

2.1 電荷泵工作方式選擇

　　TPS60101片內(nèi)集成了2個(gè)升降壓電荷泵，通過(guò)改變芯片的18腳COM的外接電平可以選擇電荷泵的2種工作狀態(tài)：COM接地為推挽模式，接高電平為單端模式。推挽模式中，片內(nèi)的2個(gè)電荷泵的工作狀態(tài)在時(shí)域上有180°的相位差，各占據(jù)50％的負(fù)載周期進(jìn)行推挽輸出。這種方式可以在最大限度上避免輸出電壓的波動(dòng)，得到最好的穩(wěn)壓效果，但需要外接4個(gè)電解電容。在單端模式中，2個(gè)電荷泵是無(wú)相位差的并行輸出。這種方式僅需1個(gè)外接電容。圖2給出了單端模式的應(yīng)用電路。

　　一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)實(shí)際應(yīng)用電路的體積沒(méi)有嚴(yán)格要求的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇推挽模式以獲得最好的工作性能。但是，由于TPS60101芯片本身體積很小，影響應(yīng)用電路體積的主要因素是外接元件。若工作于單端模式，則應(yīng)用電路的體積可以減少一半以上。如果在電壓穩(wěn)定度要求一般，但是對(duì)電路體積要求嚴(yán)格的情況下，也可以考慮使用單端模式。

2.2 同步時(shí)鐘源選擇

　　通過(guò)改變第2腳的SYNC的外接電平可以選擇TPS60101的同步時(shí)鐘源。SYNC接低電平使用片內(nèi)晶振產(chǎn)生的同步時(shí)鐘信號(hào)，SYNC接高電平使用外部同步時(shí)鐘信號(hào)，外部時(shí)鐘信號(hào)引至3V8腳。

　　一般場(chǎng)合下只需使用片內(nèi)時(shí)鐘即可。但是，如果TPS60101的供電系統(tǒng)工作于某一個(gè)固定頻率時(shí)，采用外部時(shí)鐘同步方式更加合理。需要注意的是，在使用外部時(shí)鐘同步方式時(shí)，SKIP腳應(yīng)接地以降低輸出噪聲。圖3給出了外同步時(shí)鐘方式的應(yīng)用電路。

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