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TPS6256X——TPS62560,TPS62561,TPS62562 2.25MHz 600mA 降压转...

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世纪电源网雪花
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超级版主
  • 2018-2-23 10:12:44
TPS6256X—TPS62560TPS62561TPS62562
2.25MHz 600mA 降压转换器

在下面的几个常见应用中,我们通常要给系统提供需要的电源,比如3.3V,1.8V等,需要我们选择和使用高效率的降压转换器(DC-DC step down converter)设计所需电源,尤其是电池供电下,更加需要性能优异的芯片提供电压转换。
           ·个人数字助理 (PDA)、 掌上电脑和便携式媒体播放器
           ·低功耗数字信号处理器 (DSP) 电源
           ·负载点 (POL) 应用
德州仪器(TI)的TPS6256x 系列器件是一款高效同步降压转换器,针对由电池供电的便携式应用进行了优化。在诸如单节锂离子电池或由其他常见化学成分组成的 AA 或AAA 电池供电下,该器件可提供高达 600mA的输出电流。


TPS62560TPS62562采用 2mm x 2mm、6 引脚的 SON(小外形尺寸无引线) 封装,而 TPS62561则采用 5 引脚SOT(小外形尺寸晶体管) 封装,可供工程师朋友选择。

器件
封装
Mode PIN
输出电压
SON(6)
yes
可调
SOT(5)
forced PWM only
可调
SON(6)
yes
固定1.8V

TPS6256X 芯片的输入电压范围为2.5V到5.5V, 工作在2.25MHz固定开关频率下,输出电流高达600mA, 并且在轻负载电流条件下会进入节能模式,从而在整个负载电流范围内保持高效率
该节能模式针对低输出电压纹波进行了优化。TPS6256X 允许使用小型电感和电容,以减小解决方案尺寸。
芯片内置了高低端MOSFET,PWM模式下的输出电压精度为 ±2.5%,静态电流典型值为 15μA;输入低压时候,可实现的最低压降100%的占空比,软启动,以及短路保护、欠压保护、过热保护保护等;
下图分别是该芯片内部框图和典型应用:

结构框图.png 结构框图2.png 典型应用框图.png
               内部框图(6引脚和5引脚)                                                        典型应用框图

我们具体来看看该芯片系列的各项性能
芯片系列分三个型号:在中等负载和重负载下,TPS62560/62工作在2.25MHZ的固定频率下进行脉宽调制(PWM),在轻载情况下,芯片自动进入节能模式,运行在脉冲频率模式下;TPS62561却一直工作在2.25MHZ的固定频率下进行脉宽调制(PWM)
芯片框图如下:
芯片框图.png

工作原理工作在PWM模式下的时候,芯片使用独特的快速响应电压反馈模式控制,且对输入电压前馈从而达到良好的线性调整率和负载调整率,允许使用小的陶瓷输入输出电容。在每个时钟的开始时,集成的高端MOSFET打开,电流从输入电容流向电感,从而到输出电容和负载。电流上升,直到PWM比较器触发,控制逻辑关断开关。当流过高端MOSFET的电流超过限制时,内置的电流限制比较器也能关断开关。一段死区时间后(该死区时间防止上下管同时开通),低端MOSFET打开,电感电流开始下降。电流从电感流向输出电容和负载,通过低端的MOSFET返回。一段时间后关断低端的MOSFET和打开高端的MOSFET,下一个开关循环重新开始。

芯片特性:
1. 节能模式(Power Save Mode
当把Mode Pin设置为低电平时,如果负载电流降低到一定值,芯片自动进入节能模式。在节能模式工作下,芯片跳过PWM开关,降低频率进入PFM模式,芯片只需要很小的静态电流工作从而维持高效率。此时输出电压被控制在正常输出电压的101%,该特性能减小负载突变下的电压跌落。(具体见下面介绍)
在节能模式下,芯片内置的PFM比较器监控输出电压,当输出电压下降到PFM比较器的门限阈值电压,芯片发出一个PFM的电流脉冲,高端MOSFET导通,电感电流上升,导通时间结束后,低端MOSFET打开,直到电感电流下降到0。芯片非常有效的把电流传给输出电容和负载。如果负载所需电流低于传递电流,输出电压上升。如果输出电压正好等于或者高于PFM比较器的门限阈值,芯片停止开关,进入睡眠模式,只有15uA的静态电流消耗。如果输出电压依旧小于PFM比较器的门限电压,一系列的PFM电流脉冲发出给负载,直到输出电压达到PFM比较器的门限阈值。
芯片使用的是快速单一门限阈值的比较器,输出纹波可以保持很小。PFM脉冲式控制时间的,通过改变电感值控制输出给输出电容的电流。PFM模式下的纹波电流和频率取决于输出电容和电感的选择。增加输出电容和电感能够减小输出纹波。PFM模式的频率随着电感值增大而增大。
当输出电流达不到负载所需时,芯片离开PFM模式进入PWM模式。
如果不需要省电模式,可以设置MODE PIN为高电平,那么芯片一直工作在固定频率下的PWM模式。
2. 动态电压定位(Dynamic VoltagePositioning
负载从轻载跳变到重载时该特性降低输出电压的下冲/过冲,反之亦然。在节能模式下有效,调节输出电压比正常电压值高1%。在加载和去载时提供了更多的净空。
3. 欠压锁定保护
当输入端有问题或者输入电压低于1.85V时,保护电路关断输出,防止电池过度放电
4. 温度保护
芯片的结温(Tj)超过140°C时,芯片自动关断,高低端的MOSFET都关断。只有结温降到一定值后才继续正常工作
5. 软启动
内置软启动功能控制输出电压在250us内慢慢从5%升到95%的输出电压,从而限制了涌入电流保护输入电压下降,尤其在电池或者高阻抗电源供电下更有效果

芯片的典型应用如下
0.png
我们来看看不同条件下芯片的效率特性

1.Vout=3.3V, Mode PIN=GND(节能模式)和MODE PIN=Vin时的效率曲线
1.png 2.png
输出电流1mA时:在节能模式下效率至少90%以上,而不带节能模式下不到30%;在重载下效率都高达90%左右。

2.Vout=1.8V,ModePIN=GND(节能模式)和MODE PIN=Vin时的效率曲线
3.png 4.png
输出电流1mA时:在节能模式下效率至少85%以上,而不带节能模式下不到20%;在重载下效率都高达90%左右。

3.Vout=1.2V Mode PIN=GND(节能模式)和MODE PIN=Vin时的效率曲线
5.png 6.png
输出电流1mA时:在节能模式下效率至少80%以上,而不带节能模式下不到20%;在重载下效率都高达80%左右。

PWM下的负载瞬态相应
Vin=3.6V,Vout=1.5V
7.png 8.png
强制PWM模式下,负载电流从50mA跳变到200mA,输出电压瞬态变化不到30mV;负载电流从400mA跳变到200mA,输出电压瞬态变化不到40mV
PFM开启下的负载瞬态相应
Vin=3.6V,Vout=1.5V下,不同负载电流切换的输出瞬态电压响应
  
1.负载电流在150uA 和 400mA的跳变
9.png 10.png

2.负载电流在1.5mA 和 50mA的跳变
11.png 12.png

3.负载电流在1.5mA 和 50mA的跳变
13.png 14.png
根据负载电流变化(轻载与重载)芯片在PFMPWM模式下自动切换,输出电压快速响应,过冲/下冲都非常小。
PWM和PFM下的线性瞬态响应
输入电压在3.6V4.2V的跳变
15.png 16.png
          PWM Line  Transient                PFM Line Transient
PWM模式下输出电压基本上没有任何变化;PFM模式下输出电压不到20mV的跳变

以上可见,TPS6256X系列DC/DC是一款高效同步降压转换器,针对由电池供电的便携式 应用进行了优化,在轻负载电流条件下会进入节能模式,从而在整个负载电流范围内保持高效率;输出电压纹波低,同时具有优秀的线性响应和负载响应;内置软启动,以及短路保护、欠压保护、过热保护保护等;如果在个人数字助理 (PDA)、掌上电脑和便携式媒体播放器、低功耗数字信号处理器 (DSP) 电源、负载点 (POL) 等电源应用上,那么TPS6256X系列芯片会是一个不错的选择。

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liguanghui2588
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实习版主
  • 2018-3-6 16:03:37
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5引脚使用挺方便的
yu309262908
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降压转换器经常会用到啊
jazzyfox
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关键还要看EMI特征如何
电源大咖
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本网技工
最新回复
  • 2018-4-4 10:11:37
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这样实际案例分析的 帖子 可以多多来些,的确可以用来参考学习。

jhcj2014
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高级工程师
  • 2018-3-21 12:37:13
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TI公司出的东西就是好用。
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