超低输入电压升压式DC/DC转换器TPS61200介绍

　　本文介绍TI公司的一款超低输入电压升压式DC/DC转换器TPS61200系列。该系列在Ta=-40～+85℃工作温度范围内，最低输入电压为0.3V；单个芯片就能组成升压式电源，效率较高。该系列有三种型号，有输出可设定及固定电压输出，如表1所示。

　　特点与应用领域

　　TPS61200系列的主要特点：效率高（在VIN≥1.2V、输出3.3V、输出电流600mA时，其效率可大于90%）；根据输入电压的大小能自动转换成升压模式或降压模式；静态电流小（小于55μA）；输入电压在0.5V时，在满负载时也能启动工作；输入工作电压范围宽，从 0.3～5.5V；输入低电压锁存的电压可设定；有输出短路保护；有输出电压可设定及固定输出的品种供用户选择（见表1）；在输出功率较低时有节能模式，可提高效率；有可能强制按固定效率工作；在关闭电源时，负载与输入端断开；有过热保护；工作温度范围-40～+85℃；小尺寸3mm×3mm QFN封装。

　　TPS61200系列的主要应用领域：可用于1～3节碱性电池，镍镉或镍氢电池或1节锂离子电池、锂聚合电池或磷酸铁锂离子电池的电子产品；太阳能电池及燃料电池供电的电子产品；太阳能电池及燃料电池供电的电子产品；便携式音频播放器；PDA；手机；个人医疗电子产品（如血压计）及驱动白光LED等。

　　对使用一次碱性电池的产品来说，可以用到电池电压降到0.5V，做到物尽其用的程度，提高了电池的使用寿命。

　　引脚排列与功能

　　TPS61200系列的引脚排列如图1所示，各引脚功能如表2所示。

　　图1 TPS61200的引脚排列

　　主要技术参数

　　TPS61200系列主要极限参数：输入电压为-0.3～7V（包括VIN、L、VAUX、VOUT、PS、EN、FB、UVLO端）。建议工作条件：VIN=0.3～5V。

　　TPS61200系列主要电特性参数：可调输出电压为1.8～5.5V；固定3.3V输出电压允差±0.03V；固定5.0V输出电压允差 ±0.05V；内部平均开关电流限制为1350mA；静态电流典型值50μA；关闭状态时耗电小于2μA；EN端低电平：VIN＜0.8V时为＜0.1VIN、VIN＞1.5V时为＜0.4V、0.8V≤VIN≤1.5V时为＜0.2VIN；EN高电平：VIN＜0.8V时为＞0.9VIN、 VIN＞1.5V时为＞1.2V、0.8≤VIN≤1.5V时为＞0.8VIN；PS输入低电平＜0.4V、PS输入高电平＞1.2V；开关管开关频率 1250～1650kHz。

　　典型应用电路

　　TPS61200的典型应用电路如图2所示，TPS61201、TPS61202的应用电路如图3所示。

　　图2 TPS61200典型应用电路

　　图3 TPS61201、TPS61202的应用电路

　　图2是一种输出电压可设定的电路。输出电压VOUT与外接电阻分压器R1、R2有关，如下式所示：

　　VOUT=VFB（R1/R2＋1） （1）

　　式中，VFB=500mV，R1可设为1mΩ，则可求出R2值。例如，要求VOUT=3.3V，代入上式可求出R2=178.57kΩ，可取标准电阻值180 kΩ。

　　在图2中，EN端、PS端、UVLO端接VIN，这表示电源不采用EN端加低电平来关闭电源；PS端高电平表示在重负载条件下工作（此时振荡器按固定频率工作）；UVLO接VIN，表示在VIN＜250 mV时，使电源关闭，VOUT=0V，并锁存；只有当VIN＞350mV时电源才恢复工作。

　　在图2中，VAUX接0.1μF接地，是为了稳定地工作（工厂建议C3用等效串联电阻小的多层淘洗电容器，容量为0.1μF）。此电容器在启动时向C3充电到一定值后，开关管才导通，它对开关管起缓冲作用。若输出电压VOUT＜2.5V时。C3值可采用1μF。

　　C1是输入电容，其值最小是4.7μF，这里用10μF多层陶瓷电容器。C2是输出电容，工厂建议采用下式选择C2值：

　　C2=5L（μF/μH） （2）

　　若L=2.2μH，则C2可取10μF。C2也采用多层陶瓷电容。采用更大容量的C2可减小输出纹波电压、减小瞬态负载变化引起的输出电压跌落。

　　图2中电感器L1值可用以下式来估算：

　　Lmin=VIN×0.5μs/A （3）

　　一般L1在1.5～4.7μH之间取值，在整个输入电压与输出电压范围内有较好的性能。

　　图3是固定输出电压的应用电路。图中仅画出FB与VOUT连接在一起，其他部分与图2相中（在图3中未画出）。

　　如果输入电压的低压锁存电压阈值要设定，则设定的低压锁存阈值电压VINmin与外接电阻分压器R3、R4有关，如下式（电路如图4所示）：

　　图4 TPS61200输入电压锁存电路

　　VINmin/（R3+R4）=VUVLO/R4（4）

　　式中，VUVLO=250mV。建议R4取250kΩ，则设定VINmin值后可求出R3值。在VIN低于VINmin时，输出被关闭（VOUT=0V）。

　　例如，设VINmin为1V，R4=250kΩ，VUVLO=250mV，则可求得R3=750kΩ。　　不同工作条件下的效率

　　TPS61201及TPS61202在不同工作条件下的效率不同，这里给出一些典型的特性曲线。图5是TPS61202采用节能模式（PS 端接地）时，不同的输入电压及不同输出电流时的效率曲线。图6是同样的TPS61202不采用节能模式（PS端接高电平）时的不同输入电压及不同输出电流时的效率曲线。从图5及图6比较可知：在输出电流IO=10mA时，输入电压从VIN为1.5～3V时，采用节能模式的效率要比不采用节能模式高得多，即在较轻负载的工作条件下，采用节能模式有较高的效率。例如，在VIN=2V，IO=10mA时，用节能模式的效率为78%，而不用节能模式时为5.3%。而在重负载时，如IO=500mA时，则用节能模式与不用节模式差别不大。

　　图5 TPS61202在节能模式时的效率

　　图6 TPS61202不采用节能模式时的效率

　　图7、图8是TPS61201采用节能模式及不采用节能模式时的效率曲线。从图7及图8比较可以看出：在IO=10mA时，在VIN从 1～2.5V这一范围，采用节能模式提高了效率。例如，在VIN=2V时，图7的效率约76%；而图8的效率仅60%；在IO=100mA时，在VIN从 1～2.5V这一范围，采用节能模式的效率比不采用节能模式的效率低。例如，IO=100mA，VIN=2V时，采用节能模式时，其效率约为76%；同样条件采用不节能模式时其效率约88%。

　　图7 TPS61201采用节能模式时的效率

　　图8 TPS61201不采用节能模式时的效率

　　从上述情况看，只有在轻载时采用节能模式才能提高效率；在负载电流较大时，采用节能模式效果并不好。