Texas Instruments TPS63901降壓-升壓轉(zhuǎn)換器具有超低靜態(tài)電流（典型值為 75nA），提供高效率。該器件具有32個用戶可編程的輸出電壓設(shè)置，范圍為1.8V至5V。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)特性使各項應(yīng)用可于運行期間在兩個輸出電壓之間進行切換。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments TPS63901降壓-升壓轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊.pdf

TI TPS63901降壓-升壓轉(zhuǎn)換器提供寬電源電壓范圍和可編程的輸入電流限制（1mA至100mA和無限制）。得益于上述電流限制和電壓范圍，該器件非常適合各種一次電池(3芯串聯(lián)堿性電池、1S Li-MnO^2^或1S Li-SOCl ^2^ )以及二次電池搭配使用。

高輸出電流功能支持sub-1GHz、BLE、LoRa、wM-Bus和NB-IoT等常用射頻標(biāo)準。

特性

• 輸入電壓范圍：1.8V至5.5V
• 輸出電壓范圍：1.8V至5V（100mV步進）
  • 可通過外部電阻器編程
  • SEL引腳，切換兩個輸出電壓預(yù)設(shè)
• V I ≥2.0V、V O =3.3V時的輸出電流為400mA
  • 可堆疊：并行多個器件，用于提高輸出電流
• 效率：>90%（10μA負載電流時）
  • 靜態(tài)電流：75nA
  • 關(guān)斷電流：60nA
• 單模運行
  • 消除降壓、降壓-升壓和升壓操作之間的模式轉(zhuǎn)換
  • 低輸出紋波
  • 出色的瞬態(tài)性能
• 強大的操作特性
  • 集成軟啟動
  • 可編程輸入電流限制，具有8個設(shè)置（1mA至100mA和無限）
  • 輸出短路和過熱保護
• 微型解決方案尺寸
  • 小型2.2μH電感器、單個22μF輸出電容器
  • 12焊球、1.5mm × 1.15 mm、0.35mm腳距CSP封裝

簡化示意圖

框圖

超低功耗DC-DC轉(zhuǎn)換器技術(shù)解析：以TPS63901為例

引言

在現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)終端中，電源管理集成電路(PMIC)的性能直接決定了系統(tǒng)的工作時間和可靠性。本文將深入分析德州儀器(TI)推出的TPS63901同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，這是一款專為超低功耗應(yīng)用設(shè)計的高效電源管理解決方案。

TPS63901核心特性

超低靜態(tài)電流設(shè)計

TPS63901最顯著的特點是?75nA的超低靜態(tài)電流?，這使得它特別適合電池供電的長期工作設(shè)備。在關(guān)斷模式下，電流進一步降低至僅60nA。這種特性源于TI先進的電源管理架構(gòu)和精細的功耗優(yōu)化技術(shù)。

寬輸入電壓范圍

器件支持1.8V至5.5V的輸入電壓范圍，能適配多種電池類型：

• 3S堿性電池
• 1S Li-MnO2電池
• 1S Li-SOCl2電池

靈活的輸出配置

輸出電壓可在1.8V至5V范圍內(nèi)以100mV步進編程設(shè)置，通過三個配置引腳(CFG1、CFG2、CFG3)實現(xiàn)32種輸出電壓組合。獨特的動態(tài)電壓縮放(DVS)功能允許系統(tǒng)在兩種預(yù)設(shè)輸出電壓間快速切換，例如在待機時切換到更低電壓以節(jié)省能耗。

關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

梯形電流控制架構(gòu)

TPS63901采用創(chuàng)新的四開關(guān)單電感架構(gòu)，通過精確控制四個相位(A、B、C、D)的時序?qū)崿F(xiàn)無縫的降壓-升壓轉(zhuǎn)換。這種梯形電流控制技術(shù)消除了傳統(tǒng)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中常見的模式切換瞬態(tài)和不可預(yù)測的紋波問題。

可編程輸入電流限制

器件提供8種輸入電流限制設(shè)置(1mA至100mA及無限)，有效保護容量有限的電池源。在短路情況下，根據(jù)設(shè)置不同，輸入電流會被限制在1.2mA至26mA之間，防止電池過度放電。

應(yīng)用設(shè)計指南

外圍元件選擇

?電感選擇?：推薦使用2.2μH電感，需考慮20%的容差和-30%的直流偏置降額。飽和電流應(yīng)至少為2A(無限流設(shè)置)或1A(≤100mA設(shè)置)。

?電容配置?：

• 輸入電容：最小5μF(有效值)
• 輸出電容：最小10μF(有效值)，建議22μF以獲得最佳性能

PCB布局建議

1. 輸入/輸出電容應(yīng)盡可能靠近器件引腳
2. 使用銅平面連接以優(yōu)化熱性能
3. 在器件周圍布置散熱過孔
4. 保持功率回路面積最小化

典型應(yīng)用場景

TPS63901特別適合以下應(yīng)用：

• ?智能穿戴設(shè)備?：智能手表、健身追蹤器的長續(xù)航需求
• ?醫(yī)療傳感器?：貼片式監(jiān)測設(shè)備的微型化設(shè)計
• ?工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)?：遠程傳感器節(jié)點的能源收集系統(tǒng)
• ?電子智能鎖?：電池供電的安全設(shè)備

性能對比優(yōu)勢

與傳統(tǒng)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器相比，TPS63901具有：

• 10μA負載下>90%的效率
• 無模式切換紋波
• 更小的解決方案尺寸(1.5mm×1.15mm WCSP封裝)
• 400mA輸出電流能力(VI≥2.0V，VO=3.3V時)

設(shè)計注意事項

1. 配置電阻應(yīng)選用±1%精度、±200ppm溫漂的型號
2. 動態(tài)電壓切換時，輕載條件下輸出電壓下降時間較長，需通過公式計算：tsettle=CO×ΔVO/IO
3. 在輸出預(yù)偏置(Prebias)情況下，啟動特性會有所不同，需在設(shè)計中考慮