德州儀器 TPS2112/13 自動切換電源多路復(fù)用器的深度剖析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，電源多路復(fù)用器起著至關(guān)重要的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同電源之間的無縫切換，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。德州儀器（TI）的 TPS2112 和 TPS2113 自動切換電源多路復(fù)用器就是這樣一款性能卓越的產(chǎn)品。今天，咱們就來深入了解一下這兩款器件。

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產(chǎn)品概述

TPS2112 和 TPS2113 屬于電源多路復(fù)用器家族，能在兩個(gè)電源（如電池和壁式適配器）之間實(shí)現(xiàn)無縫過渡，每個(gè)電源的工作電壓范圍為 2.8 - 5.5V，最大可提供 1A 的電流。該系列包含豐富的保護(hù)電路，如用戶可編程電流限制、熱保護(hù)、浪涌電流控制、無縫電源轉(zhuǎn)換、交叉?zhèn)鲗?dǎo)阻斷和反向傳導(dǎo)阻斷等，極大地簡化了電源多路復(fù)用器應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品特性

1. 低導(dǎo)通電阻開關(guān)

TPS2113 的典型導(dǎo)通電阻為 84mΩ，TPS2112 為 120mΩ。低導(dǎo)通電阻能夠有效降低功耗，提高電源效率，這在對功耗敏感的應(yīng)用中尤為重要。大家可以思考一下，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，低導(dǎo)通電阻會對整個(gè)電源系統(tǒng)的性能產(chǎn)生哪些具體影響呢？

2. 反向和交叉?zhèn)鲗?dǎo)阻斷

這一特性可以防止電流在不期望的方向流動，確保電源的穩(wěn)定性和安全性。想象一下，如果沒有這個(gè)功能，可能會出現(xiàn)電流倒灌等問題，從而損壞設(shè)備。

3. 寬工作電壓范圍

工作電壓范圍為 2.8V 至 5.5V，能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境，增加了產(chǎn)品的通用性。

4. 低待機(jī)和工作電流

典型待機(jī)電流為 0.5μA，典型工作電流為 55μA，有助于降低功耗，延長電池續(xù)航時(shí)間。

5. 可調(diào)電流限制

通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 可以設(shè)置電流限制，TPS2112 的電流限制范圍為 0.31 - 0.75A，TPS2113 為 0.63 - 1.25A。這使得用戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整電流，保護(hù)設(shè)備免受過大電流的損害。

6. 可控輸出電壓過渡時(shí)間

能夠限制浪涌電流，減少輸出電壓保持電容的需求。在設(shè)備啟動或電源切換時(shí)，浪涌電流可能會對電路造成沖擊，而這一特性可以有效緩解這種情況。

7. 兼容 CMOS 和 TTL 控制輸入

方便與各種數(shù)字電路接口，提高了產(chǎn)品的兼容性。

8. 自動切換操作模式

根據(jù)輸入電源的情況自動切換，實(shí)現(xiàn)無縫過渡，提高了設(shè)備的可靠性。

9. 熱關(guān)斷功能

當(dāng)設(shè)備溫度過高時(shí)，自動關(guān)閉以保護(hù)設(shè)備，增強(qiáng)了產(chǎn)品的安全性。

10. 采用 TSSOP - 8 封裝

體積小巧，適合空間有限的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

TPS2112 和 TPS2113 適用于多種電子設(shè)備，如個(gè)人電腦（PCs）、個(gè)人數(shù)字助理（PDAs）、數(shù)碼相機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、手機(jī)、數(shù)字收音機(jī)和 MP3 播放器等。這些設(shè)備通常需要在不同電源之間切換，而 TPS2112/13 正好滿足了這一需求。

電氣特性

1. 電源開關(guān)導(dǎo)通電阻

在不同的測試條件下，TPS2112 和 TPS2113 的導(dǎo)通電阻有所不同。例如，在 TJ = 25°C，VI(IN1) = VI(IN2) = 5.0V，IL = 500mA 時(shí)，TPS2112 的典型導(dǎo)通電阻為 120mΩ，TPS2113 為 84mΩ。隨著溫度升高，導(dǎo)通電阻會增大。

2. 邏輯輸入

EN 引腳的高電平輸入電壓 VIH 為 2V，低電平輸入電壓 VIL 為 0.7V，輸入電流在不同狀態(tài)下也有相應(yīng)的規(guī)定。

3. 電源和泄漏電流

在不同的工作條件下，電源電流和泄漏電流會有所變化。例如，在待機(jī)狀態(tài)下，電流較低，而在工作狀態(tài)下，電流會相應(yīng)增加。

4. 電流限制電路

電流限制精度與 RILIM 的阻值有關(guān)，不同阻值下的電流限制范圍不同。同時(shí)，電流限制的建立時(shí)間也有相應(yīng)的規(guī)定。

5. VSNS 比較器

VSNS 閾值電壓和比較器滯回等參數(shù)對于電源切換的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

6. 熱關(guān)斷

熱關(guān)斷閾值為 135°C，恢復(fù)溫度為 125°C，滯回為 10°C，確保設(shè)備在高溫時(shí)能夠及時(shí)保護(hù)自己。

開關(guān)特性

1. 輸出上升和下降時(shí)間

輸出上升時(shí)間 tr 和下降時(shí)間 tf 與測試條件有關(guān)，如輸入電壓、負(fù)載電容和電流等。

2. 過渡時(shí)間

在 IN1 到 IN2 過渡時(shí)，過渡時(shí)間 tt 也有相應(yīng)的規(guī)定，這對于電源切換的速度和穩(wěn)定性有重要影響。

3. 傳播延遲

包括開啟和關(guān)閉傳播延遲，以及切換上升和下降傳播延遲，這些參數(shù)影響著設(shè)備的響應(yīng)速度。

真值表和終端功能

1. 真值表

通過 EN、VI(VSNS) 和 VI(IN2) 與 VI(IN1) 的比較，確定 STAT 和 OUT 的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)電源的切換。

2. 終端功能

每個(gè)引腳都有其特定的功能，如 EN 是 TTL 和 CMOS 兼容的輸入引腳，用于控制電源切換；IN1 和 IN2 是電源輸入引腳；OUT 是電源輸出引腳等。

典型應(yīng)用

1. 自動選擇雙電源應(yīng)用

當(dāng) IN1 的電壓低于用戶指定的閾值時(shí)，TPS2112/3 會選擇兩個(gè)電源中較高的一個(gè)，通常會切換到 IN2。

2. 手動切換電源

通過 EN 邏輯信號選擇連接到 IN1 還是 IN2，邏輯閾值與 TTL 和 CMOS 邏輯兼容。

詳細(xì)工作原理

1. 自動切換模式

當(dāng) VI(VSNS) 大于 0.8V 時(shí)，OUT 連接到 IN1；否則，OUT 連接到 IN1 和 IN2 中較高的一個(gè)。VSNS 引腳的滯回特性可以避免由于電阻壓降導(dǎo)致的反復(fù)切換。

2. N 溝道 MOSFET

兩個(gè)內(nèi)部高端功率 MOSFET 實(shí)現(xiàn)單刀雙擲（SPDT）開關(guān)，數(shù)字邏輯選擇 IN1 開關(guān)、IN2 開關(guān)或無開關(guān)（Hi - Z 狀態(tài)）。MOSFET 沒有并聯(lián)二極管，防止輸出到輸入的電流流動。

3. 交叉?zhèn)鲗?dǎo)阻斷

開關(guān)電路確保兩個(gè)電源開關(guān)不會同時(shí)導(dǎo)通，通過比較器監(jiān)測每個(gè)功率 FET 的柵源電壓來實(shí)現(xiàn)。

4. 反向傳導(dǎo)阻斷

當(dāng)從高電壓電源切換到低電壓電源時(shí)，TPS211x 會在輸出電壓下降到接近電源電壓 100mV 以內(nèi)時(shí)才連接電源，防止反向電流流動。

5. 電荷泵

IN1 和 IN2 中較高的電源為內(nèi)部電荷泵供電，電荷泵為電流限制放大器提供電源，并使輸出 FET 柵極電壓高于 IN1 和 IN2 電源電壓，以開啟 N 溝道 FET。

6. 電流限制

通過連接到 ILIM 引腳的電阻 RILIM 設(shè)置電流限制，不建議將 RILIM 設(shè)置為零，否則會禁用電流限制。

7. 輸出電壓斜率控制

當(dāng) OUT 從 Hi - Z 狀態(tài)切換到 IN1 或 IN2 時(shí)，輸出電壓以較慢的速率上升，限制浪涌電流；當(dāng) OUT 在 IN1 和 IN2 之間切換時(shí)，輸出電壓以較快的速率上升，減少輸出電壓下降和輸出電壓保持電容的需求。

封裝和訂購信息

1. 封裝

采用 TSSOP - 8 封裝，有不同的包裝形式可供選擇，如 TUBE 和 LARGE T&R。

2. 訂購信息

提供了不同型號的訂購編號和標(biāo)記，方便用戶選擇。

總結(jié)

德州儀器的 TPS2112 和 TPS2113 自動切換電源多路復(fù)用器具有眾多優(yōu)秀的特性和功能，適用于多種電子設(shè)備。在設(shè)計(jì)電源管理電路時(shí)，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號，并合理利用其各種特性，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源切換和保護(hù)。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似電源切換的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。