技術(shù)手冊(cè)

TPS63900 是一款具有超低靜態(tài)電流（典型值為 75nA）的高效同步降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。借助 2 級(jí)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能，各項(xiàng)應(yīng)用可于運(yùn)行期間在兩個(gè)輸出電壓之間進(jìn)行切換；例如，在待機(jī)運(yùn)行期間，可通過(guò)降低系統(tǒng)電源電壓來(lái)降低功耗。某些應(yīng)用（例如耳機(jī)放大器）可能需要借助額外的電壓電平來(lái)微調(diào)不同耳機(jī)負(fù)載的放大器輸出功率。

本應(yīng)用手冊(cè)介紹了使用 TPS63900 實(shí)現(xiàn)多級(jí)數(shù)字電壓調(diào)節(jié)的選項(xiàng)。

CFG 引腳接口

該器件具有三個(gè)配置引腳 (CFGx)，帶有一個(gè)電阻器到數(shù)字 (R2D) 接口。通過(guò) 16 個(gè)不同的電阻器值中的一個(gè)來(lái)選擇每個(gè) CFGx 引腳上的設(shè)置（有關(guān)編程選項(xiàng)，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表）。三個(gè) CFGx 引腳允許用戶(hù)對(duì)可選的輸入電流限制和兩個(gè)輸出電壓（V<35>O(1)</35> 和 V<36>O(2)</36>）進(jìn)行編程，這些電壓可通過(guò) SEL 引腳選擇。兩個(gè)目標(biāo)的輸出電壓不同，壓擺率為 100mV（在 125μs 內(nèi)），即 0.8V/ms（請(qǐng)參閱圖 1-1）。

當(dāng)輸出電壓從高輸出電壓緩降至較低輸出電壓時(shí)，該器件不會(huì)主動(dòng)對(duì)輸出電容器放電。當(dāng)應(yīng)用的負(fù)載較輕時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致輸出電壓穩(wěn)定時(shí)間變長(zhǎng)（參閱圖 1-2）。穩(wěn)定時(shí)間可使用Equation1 來(lái)計(jì)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(shí)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(fù)載的 DVS

圖 1-2 具有輕負(fù)載的 DVS

啟動(dòng)行為

在轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行期間，禁用 R2D 接口，以節(jié)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(yīng)用后，該器件僅會(huì)在啟動(dòng)時(shí)評(píng)估 CFG 引腳（參閱圖 1-3）。器件開(kāi)始運(yùn)行前，從 EN 低電平到高電平轉(zhuǎn)換的使能時(shí)間的最大值規(guī)定為t_d(EN) = 1.5ms。在此之后，軟啟動(dòng)特性會(huì)使輸出電壓提升（有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表）。典型輸出電壓斜坡時(shí)間可使用公式 2 來(lái)計(jì)算。

圖 1-3 啟動(dòng)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(shí)間（以 ms 為單位）

輸出電壓最終穩(wěn)定之前，從 EN 低電平到高電平轉(zhuǎn)換的總啟動(dòng)時(shí)間是 t_d(EN) 和 t_r(SS) 之和。

當(dāng)輸出電壓不為零時(shí)，器件可以啟動(dòng)。如果該應(yīng)用需要輸出電壓，那么在更改 CFG 引腳設(shè)置時(shí)，上述特性會(huì)帶來(lái)很大幫助。但在這種情況下，需要相應(yīng)地調(diào)整輸出電容器的大小，以便它可以在 t_d(EN) 期間為系統(tǒng)供電。公式 3 可用于計(jì)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(gè)選項(xiàng)是更改 CFG 引腳上的電阻器值。CFG 引腳上電阻值的變化只會(huì)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(huì)更改配置。

圖 1-4 多電阻器配置

圖 1-4 所示為在 2 個(gè)電阻器值之間切換的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)晶體管打開(kāi)時(shí)，將選擇 R1。當(dāng)晶體管閉合時(shí)，兩個(gè)電阻器的并聯(lián)電阻決定了新值 (R_total)。R2 是并聯(lián)電阻器，可以使用公式 4 計(jì)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(shè)置所需的 R1 和 R2 并聯(lián)電阻

例如，如果 CFG3 設(shè)置應(yīng)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(jì)算結(jié)果為 1.152kΩ。

使用基準(zhǔn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)時(shí)，ADC 讀取外部電阻器兩端的電壓。因此，可以在啟動(dòng)期間通過(guò) DAC 對(duì) CFG 引腳應(yīng)用電壓 (V_CFG)。啟動(dòng)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(guò)公式 5 來(lái)計(jì)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(nèi)部結(jié)構(gòu)

例如，如果 CFG3 設(shè)置應(yīng)在 2.1V 至 3.3V 范圍內(nèi)更改，并且 V_IN = 3.3V，那么 V_CFG 為 111mV 或 1.086V。

參考文獻(xiàn)

TPS63900 數(shù)據(jù)表