INFORMACJA O PODZESPO£ACH
66
TPS60210/211/212/213
Przetwornice z pompami ³adunkowymi (1)
Producent
Texas Instruments
Zastosowanie
q
ród³a stabilizowanego napiêcia 3,3 V, uzyskiwa-
nego z dwóch ogniw NiCd, NiMH, alkalicznych lub jed-
nego litowo-MNO
2
, do zasilania:
q
mikrosterowników bardzo ma³ej mocy, np. MSP430
q
przyrz¹dów medycznych, np. glukometrów
q
przenonych odtwarzaczy MP3
q
telefonów bezprzewodowych i notesów elektronicz-
nych (PDA)
q
innych urz¹dzeñ podrêcznych
Podstawowe w³aciwoci
q
Wyjciowe napiêcie stabilizowane 3,3 V (
±
4 %), uzy-
skiwane z napiêcia wejciowego od 1,8 do 3,6 V
q
Maksymalny pr¹d obci¹¿enia 100 mA (uk³ady
TPS60210 i TPS60211) lub 50 mA (uk³ady TPS60212
i TPS60213)
q
Bardzo ma³y (2
µ
A) pr¹d wejciowy spoczynkowy
(bez obci¹¿enia) w trybie czuwania (snooze)
q
Bardzo ma³e têtnienia _ mniej ni¿ 5 mV (wartoæ miê-
dzyszczytowa)
q
Wbudowane uk³ady wykrywania zbyt ma³ego na-
piêcia baterii (TPS60210 i TPS60212) i sprawdzania,
czy napiêcie wyjciowe jest w obszarze stabilizacji
(TPS60211 i TPS60213)
q
Mo¿liwoæ synchronizacji czêstotliwoci prze³¹cza-
nia zewnêtrznym sygna³em taktuj¹cym
q
Ma³e wymiary, 10-koñcówkowa, miniaturowa obudo-
wa i tylko 4 niezbêdne niewielkie elementy zewnêtrzne
(kondensatory)
q
Nie ma koniecznoci stosowania elementów induk-
cyjnych
Parametry graniczne
q
Zakres napiêcia w stosunku do masy na koñcówkach:
IN, OUT, SNOOZE, LBI, LBO, P
od _0,3 do 3,6 V
C1+, C2+
od _0,3 do (U
wy
+ 0,3 V)
C1-, C2-
od _0,3 do (U
we
+ 0,3 V)
q
Pr¹d wyjciowy (ci¹g³y) _ TPS60210/211 150 mA
TPS60212/213
75 mA
q
Maksymalna temperatura struktury scalonej 150oC
q
Temperatura magazynowania
od _55 do 150 oC
O
Op
piiss d
dzziia
a³³a
an
niia
a
Rozmieszczenie koñcówek przetwornic rodziny
TPS6021x przedstawiono na rys.1, a typowy uk³ad
pracy uk³adu TPS 60210 _ na rys.2. Ka¿dy z uk³adów
rodziny TPS602x zawiera generator, ród³o napiêcia od-
niesienia, wewnêtrzn¹ rezystorow¹ pêtlê sprzê¿enia
zwrotnego, wzmacniacz b³êdu, dwie pompy ³adunkowe
z prze³¹cznikami MOSFET, uk³ad startu i uk³ady steru-
j¹ce (rys. 3).
W uk³adzie przetwornicy zastosowano uk³ad przeciw-
sobny (push-pull), dziêki czemu osi¹gniêto bardzo ma-
³e têtnienia na wyjciu.
Dwie pompy ³adunkowe o niesymetrycznych wyjciach
dzia³aj¹ przeciwsobnie, tzn. z przesuniêciem fazy
o 180
o
. Przez pó³ okresu ka¿da z tych pomp przekazu-
je ³adunek do swego p³ywaj¹cego kondensatora (C1
lub C2). W drugiej po³owie okresu kondensator jest ³¹-
czony szeregowo z wejciem uk³adu i przekazuje swój
³adunek do obci¹¿enia i kondensatora wyjciowego
Co. W czasie, gdy jedna z pomp jest w fazie ³adowania,
druga przekazuje ³adunek do obci¹¿enia. Dziêki temu
³adunki nap³ywaj¹ do obci¹¿enia w sposób ci¹g³y i têt-
nienia s¹ mniejsze ni¿ w konwencjonalnych uk³adach
pomp diodowych.
Uk³ad mo¿e pracowaæ albo z liniow¹ stabilizacj¹ przy sta-
³ej czêstotliwoci (constant-frequency mode) albo z opu-
szczaniem impulsów (pulse-skip mode). Rodzaj pracy jest
wybierany automatycznie w zale¿noci od wartoci pr¹-
du wyjciowego.
Rys. 1.
Rozmieszczenie
koñcówek
Rys. 2.
Typowy
uk³ad pracy
przetwornicy
TPS 60210
T a b l i c a 1. Opis koñcówek
Rys. 3. Schemat funkcjonalny przetwornic TPS60210 i TPS60212 z uk³adem
wykrywania zbyt ma³ego napiêcia baterii
Ostrze¿enie
o zbyt ma³ym
napiêciu
baterii
We
Wy
Generator
Sterowanie
w³¹czaniem
UR
wy
we
UR
0,8 Uwe
Ste-
rowa-
nie
MASA
Pompa ³adunkowa 1
Pompa ³adunkowa 2
INFORMACJA O PODZESPO£ACH
Gdy pr¹d wyjciowy przekracza wartoæ progow¹ (ok. 7 mA), to pompa
pracuje z prze³¹czaniem sta³¹ czêstotliwoci¹ generatora. Uk³ad steru-
j¹cy, w wyniku sygna³ów otrzymywanych ze wzmacniacza b³êdu, ste-
ruje ³adowaniem kondensatorów C1, C2 przez regulacjê rezystancji
r
ds(on)
scalonych prze³¹czników MOSFET. W miarê zmniejszania siê
napiêcia wyjciowego, ta rezystancja te¿ maleje daj¹c wiêksze napiê-
cie na p³ywaj¹cych kondensatorach C1 i C2. Poniewa¿ prze³¹czanie
uk³adu w tym trybie pracy nastêpuje cyklicznie, wiêc têtnienia na wyj-
ciu maj¹ cile okrelone sk³adowe czêstotliwoci, które ³atwo odfiltro-
waæ. Jednak w tych warunkach, przy ma³ym obci¹¿eniu uk³ad ma ma-
³¹ sprawnoæ. Dlatego, gdy pr¹d obci¹¿enia zmniejsza siê poni¿ej pro-
gu 7 mA, nastêpuje automatyczne prze³¹czenie w tryb pracy z opuszcza-
niem impulsów. Wówczas trybie uk³ad uniemo¿liwia prze³¹czanie stop-
ni mocy jeli wykryje, ¿e napiêcie wyjciowe jest wiêksze ni¿ 3,3 V. Na-
stêpuje wiêc opuszczanie okresów prze³¹czania a¿ do chwili, gdy na-
piêcie wyjciowe spadnie poni¿ej 3,3 V. W tym trybie pracy wzmacniacz
b³êdu te¿ funkcjonuje, powoduj¹c regulacjê rezystancji prze³¹czników
MOSFET. Taki sposób pracy daje ograniczenie mocy przekazywanej
z wejcia do wyjcia do minimalnej wartoci, niezbêdnej do utrzymania
na wyjciu wymaganego napiêcia.
W
Wyyk
krryyw
wa
an
niie
e zzb
byytt m
ma
a³³e
eg
go
o n
na
ap
piiê
êc
ciia
a b
ba
atte
erriiii
((llo
ow
w--b
ba
atttte
erryy d
de
ette
ec
ctto
orr))
Funkcjê wykrywania zbyt ma³ego napiêcia baterii maj¹ uk³ady TPS60210
i TPS60212 (rys. 2, 3). Detektor napiêcia baterii (rys. 4) jest komparato-
rem napiêciowym, który zmienia stan, gdy napiêcie na wejciu LBI spa-
dnie poni¿ej 1,18 V
±
5 %. Napiêcie baterii U
TRIP
, przy którym pojawi siê
ostrze¿enie o napiêciu zbyt ma³ym, oblicza siê z wzoru:
Zaleca siê taki dobór wartoci rezystorów, aby ich suma (R1 + R2) mie-
ci³a siê w zakresie od 100 k
Ω
do 1 M
Ω
. Zak³adaj¹c sumê równ¹ 1 M
Ω
mo¿na do obliczeñ rezystancji pos³u¿yæ siê wzorami:
w których: U
LBI
= 1,13
÷
1,23 V, a U
BAT
_ napiêcie baterii, przy którym
ma nastêpowaæ sygnalizacja.
Wyjcie LBO jest wyjciem z otwartym drenem, konieczny jest zewnê-
trzny rezystor podci¹gaj¹cy R3 do³¹czony np. do koñcówki wyjciowej.
Zaleca siê rezystor z zakresu 100 k
Ω
do 1 M
Ω
. Pojawienie siê sygna-
³u na wyjciu LBO jest zablokowane przez 500
µ
s po w³¹czeniu uk³a-
du. Gdy uk³ad jest w stanie czuwania (SNOOZE), wyjcie LBO jest w sta-
nie wysokiej impedancji.
Jeli jest niebezpieczeñstwo pojawienia siê du¿ych przerzutów napiê-
ciowych na wejciu uk³adu, to nale¿y zablokowaæ rezystor R2 kon-
densatorem ceramicznym 100 nF, aby zapobiec fa³szywemu generowa-
nie sygna³u na wyjciu LBO. Jeli funkcja wykrywania zbyt ma³ego
napiêcia baterii nie jest stosowana, to nale¿y koñcówkê LBI po³¹czyæ
z mas¹, a LBO pozostawiæ niedo³¹czon¹.
Stratê pr¹du zasilaj¹cego spowodowan¹ przez dzielnik ustalaj¹cy próg
napiêcia na wejciu LBI mo¿na zmniejszyæ stosuj¹c dodatkowy tranzy-
stor MOSFET (np. BSS138) szeregowo z rezystorami (rys. 5). Ten
tranzystor pe³ni funkcjê prze³¹cznika sterowanego tym samym sygna-
³em, co wejcie SNOOZE. Gdy wejcie SNOOZE jest w stanie wyso-
kim, uk³ad jest w normalnym trybie pracy, tranzystor MOSFET przewo-
dzi i dzielnik rezystorowy jest w³¹czony. Przy stanie niskim na wejciu
SNOOZE uk³ad jest w stanie czuwania i dzielnik rezystorowy jest
od³¹czony od masy, gdy¿ w tym trybie pracy wejcie LBI nie jest u¿y-
wane.
Niektóre charakterystyki przetwornic przedstawiono na rys. 6
÷
8.
Dalsze informacje o przetwornicach serii TPS6021x podamy w nr
7/2001 ReAV. Pe³ne dane mo¿na znaleæ na stronach internetowych fir-
my Texas Instruments: www.ti.com
(mn)
R
M
U
U
R
M
R
LBI
BAT
2
1
2
1
1
=
=
Ω
Ω
_
U
V
R
R
TRIP
=
+
118
1
1
2
,
Uwy
we
UR
UBAT
Rys. 4.
Uk³ad detekcji
zbyt ma³ego
napiêcia baterii
Rys. 7. Zale¿noæ sprawnoci od pr¹du wyjciowego (uk³ad TPS60210)
Rys. 8. Zale¿noæ
sprawnoci
od napiêcia
wejciowego
(uk³ad TPS60210
T a b l i c a 2. Postawowe parametry przetwornic serii TPS6021x
Rys. 6. Zale¿noæ maksymalnego chwilowego pr¹du wyjciowego
od napiêcia wejciowego (uk³ad TPS60210)
Ostrze¿enie
o zbyt ma³ym
napiêciu baterii
Wy
3,3 V, 50 mA
We
1,6 do 3,6 V
Rys. 5. Uk³ad pracy przetwornicy TPS6012 z ograniczeniem pr¹du
pobieranego przez uk³ad detekcji napiêcia baterii
1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6
1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6
0,1 1 10 100 1000
Napiêcie wejciowe [V]
Napiêcie wejciowe [V]
Pr¹d wyjciowy [mA]
Pr¹d wyjciowy [mA]
Sprawnoæ [%}
Sprawnoæ [%}
350
300
250
200
150
100
50
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Uwe=1,8 V
Uwe=2,4 V
Uwe=2,7V