技術手冊

TPS63900 是一款具有超低靜態電流（典型值為 75nA）的高效同步降壓/升壓轉換器。借助 2 級動態電壓調節功能，各項應用可于運行期間在兩個輸出電壓之間進行切換；例如，在待機運行期間，可通過降低系統電源電壓來降低功耗。某些應用（例如耳機放大器）可能需要借助額外的電壓電平來微調不同耳機負載的放大器輸出功率。

本應用手冊介紹了使用 TPS63900 實現多級數字電壓調節的選項。

CFG 引腳接口

該器件具有三個配置引腳 (CFGx)，帶有一個電阻器到數字 (R2D) 接口。通過 16 個不同的電阻器值中的一個來選擇每個 CFGx 引腳上的設置（有關編程選項，請參閱數據表）。三個 CFGx 引腳允許用戶對可選的輸入電流限制和兩個輸出電壓（V<35>O(1)</35> 和 V<36>O(2)</36>）進行編程，這些電壓可通過 SEL 引腳選擇。兩個目標的輸出電壓不同，壓擺率為 100mV（在 125μs 內），即 0.8V/ms（請參閱圖 1-1）。

當輸出電壓從高輸出電壓緩降至較低輸出電壓時，該器件不會主動對輸出電容器放電。當應用的負載較輕時，這會導致輸出電壓穩定時間變長（參閱圖 1-2）。穩定時間可使用Equation1 來計算。

Equation1.

t_{settle} = C_{O} × \frac{V_{O(HIGH)} - V_{O(LOW)}}{I_{O}}

其中

t_settle 是電容器放電時間
V_O(HIGH) 是更高的輸出電壓
V_O(LOW) 是更低的輸出電壓
I_O 是平均輸出電流
C_O 是有效輸出電容

圖 1-1 具有高負載的 DVS

圖 1-2 具有輕負載的 DVS

啟動行為

在轉換器正常運行期間，禁用 R2D 接口，以節省電力并提高效率。在 EN 引腳從低電平切換到高電平且 Vin 已被應用后，該器件僅會在啟動時評估 CFG 引腳（參閱圖 1-3）。器件開始運行前，從 EN 低電平到高電平轉換的使能時間的最大值規定為t_d(EN) = 1.5ms。在此之后，軟啟動特性會使輸出電壓提升（有關詳細信息，請參閱數據表）。典型輸出電壓斜坡時間可使用公式 2 來計算。

圖 1-3 啟動行為

Equation2.

t_{r (S S)} = V_{O} \times 1.25 [\frac{ms}{V}] - 1.75 [ms]

其中

t_r(SS) 是輸出電壓的上升時間（以 ms 為單位）

輸出電壓最終穩定之前，從 EN 低電平到高電平轉換的總啟動時間是 t_d(EN) 和 t_r(SS) 之和。

當輸出電壓不為零時，器件可以啟動。如果該應用需要輸出電壓，那么在更改 CFG 引腳設置時，上述特性會帶來很大幫助。但在這種情況下，需要相應地調整輸出電容器的大小，以便它可以在 t_d(EN) 期間為系統供電。公式 3 可用于計算輸出電容器尺寸 (C_O)。

Equation3.

C_{O} = t_{d(EN)} × \frac{I_{O}}{V_{O(HIGH)} - V_{O(LOW)}}

其中

V_O(HIGH) 是改變之前的輸出電壓
V_O(LOW) 是允許的最低電壓

重新讀取了 CFG 引腳

一個選項是更改 CFG 引腳上的電阻器值。CFG 引腳上電阻值的變化只會在將 EN 引腳從高電平切換為低電平再切換到高電平后才會更改配置。

圖 1-4 多電阻器配置

圖 1-4 所示為在 2 個電阻器值之間切換的簡單實現方式。當晶體管打開時，將選擇 R1。當晶體管閉合時，兩個電阻器的并聯電阻決定了新值 (R_total)。R2 是并聯電阻器，可以使用公式 4 計算。

Equation4.

R 2 = \frac{R 1 \times R_{t o t a l}}{R 1 - R_{t o t a l}}

其中

R_total 是新設置所需的 R1 和 R2 并聯電阻

例如，如果 CFG3 設置應在 2.1V 和 3.3V 之間更改，則 R1 必須為 16.2kΩ。由于 R2 = 1.24kΩ，R_total 計算結果為 1.152kΩ。

使用基準電壓

可以向 CFG 引腳施加電壓，而不是切換電阻器。圖 1-5 所示為 R2D 接口的內部結構。啟動時，ADC 讀取外部電阻器兩端的電壓。因此，可以在啟動期間通過 DAC 對 CFG 引腳應用電壓 (V_CFG)。啟動后可禁用 DAC。

注意，所需的電壓取決于輸入電壓 (V_IN) 和外部電阻器。電壓可以通過公式 5 來計算。

Equation5.

V_{C F G} = \frac{R_{e x t}}{R_{e x t} + R_{i n t}} \times V_{I N}

其中

R_int = 33kΩ
R_ext 是所需的配置值

圖 1-5 CFG 引腳接口的內部結構

例如，如果 CFG3 設置應在 2.1V 至 3.3V 范圍內更改，并且 V_IN = 3.3V，那么 V_CFG 為 111mV 或 1.086V。

參考文獻

TPS63900 數據表