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

przenoœnych odtwarzaczy MP3

q

telefonów bezprzewodowych i notesów elektronicz-

nych (PDA)

q

innych urz¹dzeñ podrêcznych

Podstawowe w³aœciwoœci

q

Wyjœciowe napiêcie stabilizowane 3,3 V (

±

4 %), uzy-

skiwane z napiêcia wejœciowego 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 wejœciowy spoczynkowy

(bez obci¹¿enia) w trybie czuwania (snooze)

q

Bardzo ma³e têtnienia _ mniej ni¿ 5 mV (wartoœæ miê-

dzyszczytowa)

q

Wbudowane uk³ady wykrywania zbyt ma³ego na-

piêcia baterii (TPS60210 i TPS60212) i sprawdzania,

czy napiêcie wyjœciowe jest w obszarze stabilizacji

(TPS60211 i TPS60213)

q

Mo¿liwoœæ synchronizacji czêstotliwoœci prze³¹cza-

nia zewnêtrznym sygna³em taktuj¹cym

q

Ma³e wymiary, 10-koñcówkowa, miniaturowa obudo-

wa i tylko 4 niezbêdne niewielkie elementy zewnêtrzne

(kondensatory)

q

Nie ma koniecznoœci 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 wyjœciowy (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, Ÿród³o 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 wyjœciu.

Dwie pompy ³adunkowe o niesymetrycznych wyjœciach

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 wejœciem uk³adu i przekazuje swój

³adunek do obci¹¿enia i kondensatora wyjœciowego

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 czêstotliwoœci (constant-frequency mode) albo z opu-

szczaniem impulsów (pulse-skip mode). Rodzaj pracy jest

wybierany automatycznie w zale¿noœci od wartoœci pr¹-

du wyjœciowego.

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 wyjœciowy przekracza wartoœæ progow¹ (ok. 7 mA), to pompa

pracuje z prze³¹czaniem sta³¹ czêstotliwoœci¹ 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 wyjœciowego, 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-

œciu maj¹ œciœle okreœlone sk³adowe czêstotliwoœci, które ³atwo odfiltro-

waæ. Jednak w tych warunkach, przy ma³ym obci¹¿eniu uk³ad ma ma-

³¹ sprawnoœæ. 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 jeœli wykryje, ¿e napiêcie wyjœciowe jest wiêksze ni¿ 3,3 V. Na-

stêpuje wiêc opuszczanie okresów prze³¹czania a¿ do chwili, gdy na-

piêcie wyjœciowe 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 wejœcia do wyjœcia do minimalnej wartoœci, niezbêdnej do utrzymania

na wyjœciu 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 wejœciu 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 wartoœci rezystorów, aby ich suma (R1 + R2) mie-

œci³a 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.

Wyjœcie LBO jest wyjœciem z otwartym drenem, konieczny jest zewnê-

trzny rezystor podci¹gaj¹cy R3 do³¹czony np. do koñcówki wyjœciowej.

Zaleca siê rezystor z zakresu 100 k

Ω

do 1 M

Ω

. Pojawienie siê sygna-

³u na wyjœciu LBO jest zablokowane przez 500

µ

s po w³¹czeniu uk³a-

du. Gdy uk³ad jest w stanie czuwania (SNOOZE), wyjœcie LBO jest w sta-

nie wysokiej impedancji.

Jeœli jest niebezpieczeñstwo pojawienia siê du¿ych przerzutów napiê-

ciowych na wejœciu uk³adu, to nale¿y zablokowaæ rezystor R2 kon-

densatorem ceramicznym 100 nF, aby zapobiec fa³szywemu generowa-

nie sygna³u na wyjœciu LBO. Jeœli 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 wejœciu 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 wejœcie SNOOZE. Gdy wejœcie 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 wejœciu

SNOOZE uk³ad jest w stanie czuwania i dzielnik rezystorowy jest

od³¹czony od masy, gdy¿ w tym trybie pracy wejœcie 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 znaleŸæ 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¿noœæ sprawnoœci od pr¹du wyjœciowego (uk³ad TPS60210)

Rys. 8. Zale¿noœæ

sprawnoœci

od napiêcia

wejœciowego

(uk³ad TPS60210

T a b l i c a 2. Postawowe parametry przetwornic serii TPS6021x

Rys. 6. Zale¿noœæ maksymalnego chwilowego pr¹du wyjœciowego

od napiêcia wejœciowego (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 wejœciowe [V]

Napiêcie wejœciowe [V]

Pr¹d wyjœciowy [mA]

Pr¹d wyjœciowy [mA]

SprawnoϾ [%}

SprawnoϾ [%}

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