Texas Instruments TPS63901降压-升压转换器具有超低静态电流（典型值为 75nA），提供高效率。该器件具有32个用户可编程的输出电压设置，范围为1.8V至5V。动态电压调节特性使各项应用可于运行期间在两个输出电压之间进行切换。

数据手册：*附件：Texas Instruments TPS63901降压-升压转换器数据手册.pdf

TI TPS63901降压-升压转换器提供宽电源电压范围和可编程的输入电流限制（1mA至100mA和无限制）。得益于上述电流限制和电压范围，该器件非常适合各种一次电池(3芯串联碱性电池、1S Li-MnO^2^或1S Li-SOCl ^2^ )以及二次电池搭配使用。

高输出电流功能支持sub-1GHz、BLE、LoRa、wM-Bus和NB-IoT等常用射频标准。

特性

• 输入电压范围：1.8V至5.5V
• 输出电压范围：1.8V至5V（100mV步进）
  • 可通过外部电阻器编程
  • SEL引脚，切换两个输出电压预设
• V I ≥2.0V、V O =3.3V时的输出电流为400mA
  • 可堆叠：并行多个器件，用于提高输出电流
• 效率：>90%（10µA负载电流时）
  • 静态电流：75nA
  • 关断电流：60nA
• 单模运行
  • 消除降压、降压-升压和升压操作之间的模式转换
  • 低输出纹波
  • 出色的瞬态性能
• 强大的操作特性
  • 集成软启动
  • 可编程输入电流限制，具有8个设置（1mA至100mA和无限）
  • 输出短路和过热保护
• 微型解决方案尺寸
  • 小型2.2µH电感器、单个22µF输出电容器
  • 12焊球、1.5mm × 1.15 mm、0.35mm脚距CSP封装

简化示意图

框图

超低功耗DC-DC转换器技术解析：以TPS63901为例

引言

在现代便携式电子设备和物联网终端中，电源管理集成电路(PMIC)的性能直接决定了系统的工作时间和可靠性。本文将深入分析德州仪器(TI)推出的TPS63901同步降压-升压转换器，这是一款专为超低功耗应用设计的高效电源管理解决方案。

TPS63901核心特性

超低静态电流设计

TPS63901最显著的特点是‌75nA的超低静态电流‌，这使得它特别适合电池供电的长期工作设备。在关断模式下，电流进一步降低至仅60nA。这种特性源于TI先进的电源管理架构和精细的功耗优化技术。

宽输入电压范围

器件支持1.8V至5.5V的输入电压范围，能适配多种电池类型：

• 3S碱性电池
• 1S Li-MnO2电池
• 1S Li-SOCl2电池

灵活的输出配置

输出电压可在1.8V至5V范围内以100mV步进编程设置，通过三个配置引脚(CFG1、CFG2、CFG3)实现32种输出电压组合。独特的动态电压缩放(DVS)功能允许系统在两种预设输出电压间快速切换，例如在待机时切换到更低电压以节省能耗。

关键技术创新

梯形电流控制架构

TPS63901采用创新的四开关单电感架构，通过精确控制四个相位(A、B、C、D)的时序实现无缝的降压-升压转换。这种梯形电流控制技术消除了传统降压-升压转换器中常见的模式切换瞬态和不可预测的纹波问题。

可编程输入电流限制

器件提供8种输入电流限制设置(1mA至100mA及无限)，有效保护容量有限的电池源。在短路情况下，根据设置不同，输入电流会被限制在1.2mA至26mA之间，防止电池过度放电。

应用设计指南

外围元件选择

‌电感选择‌：推荐使用2.2μH电感，需考虑20%的容差和-30%的直流偏置降额。饱和电流应至少为2A(无限流设置)或1A(≤100mA设置)。

‌电容配置‌：

• 输入电容：最小5μF(有效值)
• 输出电容：最小10μF(有效值)，建议22μF以获得最佳性能

PCB布局建议

1. 输入/输出电容应尽可能靠近器件引脚
2. 使用铜平面连接以优化热性能
3. 在器件周围布置散热过孔
4. 保持功率回路面积最小化

典型应用场景

TPS63901特别适合以下应用：

• ‌智能穿戴设备‌：智能手表、健身追踪器的长续航需求
• ‌医疗传感器‌：贴片式监测设备的微型化设计
• ‌工业物联网‌：远程传感器节点的能源收集系统
• ‌电子智能锁‌：电池供电的安全设备

性能对比优势

与传统降压-升压转换器相比，TPS63901具有：

• 10μA负载下>90%的效率
• 无模式切换纹波
• 更小的解决方案尺寸(1.5mm×1.15mm WCSP封装)
• 400mA输出电流能力(VI≥2.0V，VO=3.3V时)

设计注意事项

1. 配置电阻应选用±1%精度、±200ppm温漂的型号
2. 动态电压切换时，轻载条件下输出电压下降时间较长，需通过公式计算：tsettle=CO×ΔVO/IO
3. 在输出预偏置(Prebias)情况下，启动特性会有所不同，需在设计中考虑