TSM1011：电池充电器和适配器的恒压恒流控制器

在开关电源（SMPS）应用中，恒压（CV）和恒流（CC）控制是非常关键的功能。TSM1011作为一款高度集成的解决方案，为需要CV和CC模式的SMPS应用提供了理想的选择。今天，我们就来深入了解一下TSM1011这款芯片。

文件下载：tsm1011.pdf

一、TSM1011的特性与应用

特性

• 恒压恒流控制：能够精确实现恒压和恒流控制，满足多种应用需求。
• 低电压运行：可在较低电压条件下稳定工作，降低功耗。
• 外部元件数量少：简化了电路设计，降低了成本和电路板空间需求。
• 电流吸收输出级：方便实现电流控制。
• 易于补偿：便于对电路进行补偿调整，提高稳定性。
• 2 kV ESD保护：增强了芯片的抗静电能力，提高了可靠性。
• 高精度电压基准：提供固定输出电压基准2.545 V，具有0.5%和1%的电压精度。

应用

TSM1011主要应用于适配器和电池充电器领域，能够为这些设备提供精确的电压和电流控制。

二、芯片内部结构与引脚功能

内部结构

TSM1011集成了一个电压基准和两个运算放大器（输出采用或门连接 - 共集电极）。电压基准与一个运算放大器组合可构成理想的电压控制器，另一个运算放大器结合少量外部电阻和电压基准，可作为电流限制器。

引脚功能

TSM1011采用SO - 8封装，各引脚功能如下：	名称	引脚号	类型	功能
VRef	1	模拟输出	电压基准
CC -	2	模拟输入	运算放大器的输入引脚
CC +	3	模拟输入	运算放大器的输入引脚
CV -	4	模拟输入	运算放大器的输入引脚
CV +	5	模拟输入	运算放大器的输入引脚
GND	6	电源	接地线，所有电压的0 V参考
OUT	7	模拟输出	两个运算放大器的输出
VCC	8	电源	电源线

三、电气特性分析

电源相关参数

• 总电源电流：在VCC = 18 V且无负载的情况下，总电源电流（不包括电压基准中的电流）最大为1 mA。
• VCC钳位电压：当ICC = 50 mA时，VCC钳位电压典型值为28 V。

运算放大器参数

• 输入失调电压：在不同温度条件下，TSM1011和TSM1011A的输入失调电压有不同的取值范围。
• 输入失调电压漂移：典型值为7 μV/°C。
• 输入失调电流：在不同温度条件下，有不同的取值范围。
• 输入偏置电流：同样在不同温度条件下有不同取值。
• 电源电压抑制比：在VCC = 4.5 V至28 V的范围内，典型值为100 dB。
• 共模抑制比：在不同温度条件下，有不同的取值。

输出级参数

• 跨导增益：仅考虑吸收电流时，典型值为3.5 mA/mV。
• 低输出电压：在输出吸收电流为10 mA时，低输出电压最大为600 mV。
• 输出短路电流：在不同温度条件下，有不同的取值。

电压基准参数

• 参考输入电压：TSM1011和TSM1011A在不同温度条件下，参考输入电压有不同的精度。
• 参考输入电压偏差：在温度范围和VCC范围以及输出电流变化时，参考输入电压会有一定的偏差。

四、电压和电流控制原理

电压控制

电压环路通过第一个跨导运算放大器、电阻桥（R1、R2）和直接连接到输出的光耦进行控制。R1和R2的相对值应根据公式 (R{1}=R{2} × V{Ref } /left(V{out }-V{Ref }right)) 选择，其中 (V{out }) 是期望的输出电压。为避免负载放电，电阻桥应具有高阻抗。如果在负载和调压电阻桥之间插入低压降二极管，需要在公式中考虑二极管的压降。

电流控制

电流环路通过第二个跨导运算放大器、检测电阻 (R{sense }) 和光耦进行控制。 (V{sense }) 阈值通过与 (V{Ref }) 电压基准相连的电阻桥外部实现。控制方程为 (R{sense } cdot I{lim }=V{sense }) ，其中 (I{lim }) 是期望的限制电流， (V{sense }) 是电流控制环路的阈值电压。 (R_{sense }) 电阻的选择应考虑满载运行时的最大耗散功率。

两个跨导运算放大器的电流吸收输出是共用的，实现了或门功能，确保当电流或电压达到过高值时，光耦被激活。

五、补偿与启动短路处理

补偿

电压控制跨导运算放大器可以进行完全补偿，其输出和负输入可直接连接外部补偿元件。一个合适的电压控制补偿网络由电容 (C{vc1}=2.2 nF) 和电阻 (R{cv 1}=22 ~K Omega) 串联组成。电流控制跨导运算放大器同样可以进行完全补偿。

启动和短路条件

在启动或短路条件下，由于芯片的电源线与系统电源线共用，TSM1011可能无法获得足够的电源电压。此时，电流限制只能由初级PWM模块保证。如果初级电流限制不够精确，需要为TSM1011提供独立的电源。

电压钳位

为保护TSM1011免受过高电压的影响，芯片内部集成了齐纳钳位。通过公式 (R{limit }=I{v z} cdotleft(V C C-V{z}right)) 可以计算限流电阻 (R{limit }) 的值。

六、封装信息

TSM1011采用SO - 8封装，ST为满足环保要求，提供不同等级的ECOPACK®封装。SO - 8封装有详细的机械尺寸数据，在设计电路板时需要参考这些数据。

TSM1011以其丰富的特性和精确的控制能力，为适配器和电池充电器等应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择芯片的参数和外部元件，以实现最佳的性能。大家在使用TSM1011的过程中，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。