TSM103控制恒流恒压

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1、MflR/120 创,2R37|1-IU2 J6MVCl u4sugI-7E密-g;1 k11414 C+加TSM101X家族产品集成了一个电压基准器件和两个运算放大器，是高度集 成的需要恒压(CV)和恒流(CC)模式的开关电源解决方案。电压基准器件和 一个运算放大器的集成使之成为理想的电压控制器。另外一个运算放大器再与这 个集成的电压基准器件和几个外部电阻器配合，可以起到一个限流器的功能。这些产品用于要求恒压和输出限流的充电器以及适配器，可以用于电压参考 精度在0.5%到1%之间的各类应用。在一个典型的充电器和适配器系统内，不同的因素都会在无负载条件下提高总 功耗。但是，从广度上说，总功耗可

2、以分成二次侧产生的功耗(Pout)和一次侧产 生的功耗(Pi n)。Sh在开关式电惊中釆用恒流-恒压掠准器件的典型应用恒流-恒压标准器件是一个集成了两个运算放大器的单片集成电路。在这两 个运算放大器中，一个是独立的器件，而另一个的非逆变输入与一个2.5V固定 电压基准电路相连。ST的TSM103W是这种二次侧器件的一个典型应用。恒流-恒压器件通常是并联电路，这意味着内部电流发生器需要一个外电源 以极化并将基准电压固定在2.5V (Vref = 2.5V)。适配器应器输出电压电流特性曲线如果我们假定 Vout 连接一个没电的电池，我们将会看到图 2 的输出电压- 电流特性曲线。从图2 中我们不难

3、看出，负载采用逐渐充电方式，先提高电流，然后再提高 电压，以便压降达到最小值。这种逐渐充电的方法确保电流得到限制，实现稳定 的电流。此后，电压开始上升(同时电流保持恒定)，直到恒定的电压值为止。在一个典型的适配器应用中，最大输出电压20V (无负载条件下)，最小输 出电压5V (维持恒流的最小电压值)。为了维持Vout_min = 5V, Vcc_min = 5V,给Vref加偏压所需的最小电流值用_屹汁站 匕可=5k1mA，这表示：fJjvf因此，为了维持Vout_min = 5V，我们必须将基准电阻固定在Rref = 2.5k 健既然我们固定了基准电阻Rref，我们就应该考虑Vout_ma

4、x = 20V的无负载条二次侧的总功耗通过下面的公式计算：Pout = Vout Vtot其中 Itot = Icc + Iref + Iopto而且，驱动一个光耦合器所需的电流lopto通常为1.5mA。这说明对于一个 Vout = 20V, Iref = 7mA, Icc = 1.5mA， Iopto = 1.5mA 的无 负载典型系统，二次侧功耗(Pout)等于：Pout = (Vout Vtot) = (Vtot (Iref + Icc + Iopto) = (20V (7mA + 1.5mA + 1. 5mA) = (20V 10mA) =200mW一次侧功耗现在我们将注意力转向一个

5、典型适配器应用的一次侧，一个开关电源的一次 侧由若干个功能块(例如：功率因数校正和脉宽调制)构成，每个集成块都会提 高器件的总功耗。但是，因一次侧功能块引起的总功耗在无负载条件下通常假定 为80mW左右(因为充电器和适配器的功率范围在5W之内)。额定功效 是有关一次侧总体功耗的关键系数，最高的额定功效大约50%。 这就是说，将1mW的功率传输到二次侧，在一次侧需要2mW的功率。回到我们上面的方程式计算中，在无负载条件下，如果我们在二次侧需要200mW的功率，就必须在一次侧产生400mW的功率，而且还需要80mW的电 流驱动脉宽调制控制器。这个关系式表明，如果在二次侧降低无负载功耗，那么，一次侧

6、将获得两倍 的好处。优化系统 通常情况下，当一个人设计充电器或适配器应用时，这个应用的无负载功耗 目标就已经确定了。具体目标可能是500mW或300mW，但是，直到今天，无 负载总功耗达到 100mW 似乎仍然是可望而不可及。在本节我们将看到三个实例系统：（a）一个典型的二次配置，如图1 所示；这个系统采用一个通用二次集成电 路，女口 ST 的 TSM103。（b）一个先进的二次侧电路图（见图 3），这个结构采用一个集成电路，如 ST内置自极化电压基准器件的TSM1011。这个自极化电压基准器件的集成取 代了电阻器Rref,从而消除了基准电流Iref。（c）一个先进的二次侧电路图（见图 3），

7、这个结构采用一个极其先进的集 成电路ST的TSM1012，在无负载条件下，这个电路消耗电流仅150礎。ifttandaff &如图篡先进的充电器丿适配器二次侧电路图除考虑典型的二次侧结构（图 1）和先进的二次侧结构（图 3）外，现在市 场上还有三种只需0.5mA的光耦合器。我们将会看到，使用这种光耦合器也能 将功耗降到很低。下表列出了上面讨论的三个系统中的每个系统的参数： 从上表对比中我们不难看出，采用一个小功耗光耦合器配合 TSM1012 的系统 与一个典型的恒压恒流二次侧对比，前者的功耗经济性接近80%。最重要的是采用这个先进的系统，无负载功耗能够降低到近 100mW。系统丄 ”典型証置*

8、泵貌& ”优化配5T鬆疑c 最优配置二狀側ICTSJilOSTSKlOliTSM1012沧2 5V （外部镀化）冏部楼化Rrorfnonenenew7mAnongrvmIet1局AlnA0, UAS (W)Im A1 in A1mAI-tM - Itrf+ Iet+ loptcSl 5mA2mA1, 1mA讥皿（无负.载靈件IO20V20V20VFait1 90dW40mW2 2 m H险3 gOmWeOmW走4皿叮一决测功能块功料SOmWSOmW30nV总功耗4S0iqW1 24iaW目折功600irtW200niit50mW寰用一个小功率光端含器：I 屮口 （，胆CL EmA0, 5mA, Ei&A9jr AL 5 mA0. 6mAPttlt1 SOeW5 OmW1 2 mW3 60inW6CtniW24 Bi一秋侧功脸按功耗SOnf$0皿WBOjd 甲总功耗4 40 EW1 40nW1 04mW目拆功耗范閤bOOmff 1 &0cnWrj 1 0 0 m W不过，我还看出仅提高光耦合器的性能，而继续沿用一个标准二次侧器件 （ 如 TSM103） 并没有大幅度改进总功耗。