ZHCAD69 September   2023 TPS61299

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1热水器介绍
  5. 2低压启动升压转换器简介
    1. 2.1 TPS61299 简介
    2. 2.2 传统启动过程简介
    3. 2.3 降压模式和升压模式运行
  6. 3TPS61299 超低电压启动设计
    1. 3.1 超低电压启动设置
    2. 3.2 AVIN 影响启动过程的方式
    3. 3.3 Vout 影响启动过程的方式
    4. 3.4 L 影响启动过程的方式
      1. 3.4.1 为什么电感越大,启动所需的 PVIN 越小?
      2. 3.4.2 为什么电感继续增大时启动所需的最小 PVIN 却不会降低
      3. 3.4.3 为什么 80mV 时可以正常启动,而 70mV 时却无法启动?
  7. 4超低电压启动设计
    1. 4.1 测试波形
  8. 5总结
  9. 6参考资料

AVIN 影响启动过程的方式

表 3-2 展示了启动时间 △T 随不同 AVIN 的变化,其中 VOUT =3.3V、PVIN = 150mV 且 L =1uH。△T 是 VOUT 从目标电压的 10% 斜升至 90% 的时间。随着 AVIN 的增加,启动时间会逐渐缩短。

表 3-2 不同 AVIN 对应的启动时间
AVIN(V) △T (ms)
0.7 55.4
1 81.6
1.2 88.6
1.5 92.8
2 96.1
3 244

图 3-2图 3-3 展示了 AVIN=0.7V 和 2V、PVIN=150mV、VOUT=3.3V、L=1uH 时的启动过程。可以看到,AVIN = 0.7V 时的启动过程更快。这两个设置下的启动时间变化主要是因为降压模式周期。不同 AVIN 会导致差异是因为内部模块应检测 AVIN 并将其与 Vout 进行比较,以决定是退出降压模式还是进入升压模式。

GUID-20230828-SS0I-ZBBG-ZPVL-6TDCS7VBG8D7-low.png图 3-2 AVIN = 0.7V 时的启动波形
GUID-20230828-SS0I-2CXQ-TM8J-L0MPTN7VWSGQ-low.png图 3-3 AVIN = 2V 时的启动波形

图 2-3 所示的初始阶段,当 Vin 高于 Vout 时,TPS61299 会进入降压模式,原理图如图 2-4 所示。之后,器件会退出降压模式并进入升压模式,直到 VOUT 斜升至 AVIN。AVIN 越低,器件越早退出降压模式运行并进入升压模式运行。在升压模式下,效率要高得多,因为高侧 MOSFET 会完全导通,而不是在饱和区工作,这意味着可以将更多能量转换为输出,因此转换器可以更快地调节到 VOUT 目标。

在降压模式下,在 Ton 周期内,低侧 MOSFET 导通,而电感器电流斜升;在 Toff 期间,低侧 MOSFET 关断,而高侧 MOSFET 导通。根据电感器的伏秒平衡原理,电感的微分表达式为方程式 1方程式 2

在 Ton 期间:

方程式 1.   L d i d t = P V I N

在 Toff 期间:

方程式 2. L d i d t = S W - P V I N

这两种情况下的 Ton 周期基本相同,因为 PVIN 都是 150mV。在 Toff 期间,由于不同 AVIN 下 SW 节点电压不同,因此电感器两端的压降会发生变化。由于 PMOS 内部 Cgs 的影响,高侧 PMOS 的源极节点电压会因其充电至 AVIN+Vgs(th) 而发生变化。图 3-4 展示了 AVIN=2V 和 0.7V 时的电感器电流,其中 AVIN=0.7V 时的关断时间要长得多。

GUID-20230906-SS0I-MZF6-4G5W-STKT9KF9LTMT-low.svg图 3-4 使用不同 AVIN 时的电感器电流

综上所述,建议选择更低的 AVIN 以实现超低 VIN 启动。但是,AVIN 必须高于 TPS61299 的 UVLO,这意味着最小 AVIN 为 0.7V。