ZHCUCF6 October 2024 AFE4960 , CC2674R10 , TMP119
2.2.6 電源
表 2-5 展示了用于 AFE1594 AVDD 電源的 3.3V 電源軌設計要求。
| 參數 | 值 |
|---|---|
| 輸入電壓 | 0.9V 至 1.5V 或 2.0V 至 3V |
| 輸出電壓 | 3.3V |
| 輸出電流 | 50mA |
| 輸出電壓紋波 | 50mV |
TPS61299x 是一款具有 100nA 超低靜態電流的同步升壓轉換器。該器件具有 0.5V 至 5.5V 的寬輸入電壓范圍和 1.8V 至 5.5V 的輸出電壓范圍。由于在輕負載條件下具有高效率，TPS61299x 可在便攜式設備使用紐扣電池實現較長的運行時間。圖 2-10 展示了 TPS61299 原理圖設計。
圖 2-10 TPS61299 原理圖通過在 VSEL 引腳和地之間連接一個電阻器，TPS61299 可支持 21 個內部輸出電壓設置選項。當輸出電壓接近 1.8V 時，該器件會檢查 VSEL 引腳的配置條件。為確保正常運行，設置電阻精度必須為 1%。對于 3.3V 輸出，VSEL 接地。
TPS61299 沒有固定的頻率，該器件將電感器紋波電流保持在 350mA 不變，因此頻率由運行條件決定。
TPS61299 的最大輸出能力由輸入輸出比和升壓轉換器的電流限制決定。可以使用方程式 1 估算出最大輸出電流。
其中
- ILIM 是平均開關電流限制
- η 是轉換效率，從 2V 斜升至 3V 時為 89%–94.8%，這里使用 89% 進行估算
在此設計中，IOUT(max) = 0.97A（IOUT(IN) = 3V、ILIM = 1.2A、VOUT = 3.3V 且 η = 89%）。
對于電感器選擇，TPS61299 可與 1μH 的電感器 (L6) 配合使用。表 2-6 展示了 TPS61299x/xA 具有輸入電流限制和快速瞬態性能的 95nA 靜態電流、5.5V 升壓轉換器 數據表中推薦的 TPS61299 傳感器。
| 器件型號 | L (μH) | DCR MAX (mΩ) | 飽和電流 (A) | 尺寸（長 × 寬 × 高） |
|---|---|---|---|---|
| HTTH16080H-1R0MSR-99 | 1 | 110 | 2.3 | 1.6 × 0.8 × 0.8 |
| WIP252010P-1R0ML | 1 | 54 | 3.5 | 2.5 x 2.0 x 1.0 |
| WPN252010H1R0MT | 1 | 76 | 3.5 | 2.5 x 2.0 x 1.0 |
對于輸出電容器選擇，TI 建議使用 4μF 至 1000μF 有效電容范圍內的 X5R 或 X7R 陶瓷輸出電容器，以滿足輸出紋波和環路穩定性的要求。如果輸出電容器低于此范圍，升壓穩壓器可能會變得不穩定。在 PWM 模式下，增大輸出電容器可以使輸出紋波電壓更小。需要考慮額定電壓的裕度，確保在所需的輸出電壓下具有足夠的電容，以避免陶瓷電容器在直流偏置電壓、老化和交流信號下的降額。三個 10μF 電容器：C22、C23 和 C24 與輸出電壓并聯，以對輸出電壓進行濾波。必須將這些電容器放置在盡可能靠近 IC 的 VOUT 和 GND 引腳的位置。
對于輸入去耦電容器，多層 X5R 或 X7R 陶瓷電容器是不錯的選擇，因為這些電容器具有極低的 ESR 并采用小型封裝。輸入電容器必須盡可能靠近器件。雖然 10μF 輸入電容器足以滿足大多數應用的要求，但也可以使用更大的電容來無限制地減少輸入電流紋波。C20 和 C21 是 10μF 電容器，可更大限度地降低輸入電壓紋波、抑制輸入電壓尖峰并為器件提供穩定的系統電源軌。
表 2-7 展示了貼片和動態心電圖監測儀的 1.8V 電源軌設計要求。對于不同的電池（AAA：1.5V，鈕扣電池：3V）時，降壓/升壓穩壓器是不錯的選擇。由于降壓/升壓穩壓器的最小輸入電壓需要高于 1.3V，AAA 電池的放電可能會給系統帶來風險。為了簡化設計，這里為 1.8V 電源軌選擇了降壓轉換器。但這種拓撲會降低功效。對于固定電池設計，選擇升壓轉換器或降壓轉換器電路可提高整體效率。
| 參數 | 值 |
|---|---|
| 輸入電壓 | 3.3V |
| 輸出電壓 | 1.8V |
| 輸出電流 | 50mA |
| 輸出電壓紋波 | 50mV |
TPS62843 是一款高效降壓轉換器系列，具有典型值為 275nA 的超低工作靜態電流。該器件具有 1.8V 至 5.5V 的輸入電壓范圍和 0.4V 至 5.5V 的輸出電壓范圍。通過將電阻器連接到 VSET 引腳，可以選擇 18 種預定義的輸出電壓。由于輸出電壓為 1.8V，此設計中選擇了 TPS628437，可提供 0.8V 至 1.8V 的輸出電壓。圖 2-11 展示了 TIDA-010270 中的 TPS628437 原理圖。
圖 2-11 TPS628437 原理圖TPS628437 輸出電壓由 VSET 引腳和 GND 之間連接的單個外部電阻器來設置。內部的電阻數字轉換會在啟動延遲時間內檢測外部電阻器 Rset，以設置正確的輸出電壓。TI 建議使用具有 1% 精度的電阻器。根據 TPS62843 1.8V 至 5.5V、600mA、275nA IQ、小型降壓轉換器 數據表，當將 VSET 引腳接地時，輸出電壓設置為 1.8V。
TPS628437 在整個建議的工作范圍內針對微型 1μH 電感器進行了優化，可用于實現超小的芯片和超小的設計尺寸。此器件采用 1.5MHz 的典型開關頻率，可在低至 100μA 負載電流及以下的輕負載條件下提供高效率。
對于輸入電容器，數據表中建議使用 4.7μF 電容器來減少輸入電壓紋波。建議輸出電容器位于 4μF 至 25μF 的范圍內。總輸出電容必須保持在數據表中推薦的范圍內才能正常運行。較大的電容器可以降低輸出電壓紋波并改善負載瞬態響應。該參考設計中為該系統選擇了 C25 (4.7μF)、C26 (22μF) 和 L7 (1μH)。
TI 為客戶提供了在線 WEBENCH? 仿真以簡化電源設計。另請參閱 TPS62843 產品頁面。