TSM1014：电池充电器和适配器的低功耗电压电流控制器

在电子设备的设计中，电池充电器和适配器的性能至关重要。TSM1014作为一款高度集成的解决方案，为开关电源（SMPS）应用提供了恒压（CV）和恒流（CC）模式的精确控制。今天，我们就来详细了解一下TSM1014这款产品。

文件下载：tsm1014.pdf

一、TSM1014特性亮点

1. 控制模式

TSM1014具备恒压和恒流控制功能，能够满足电池充电器和适配器对电压和电流稳定输出的要求。在实际应用中，这种精确的控制模式可以有效保护电池，延长其使用寿命。

2. 功耗与电压

该器件具有低功耗和低电压运行的特点，这不仅有助于降低系统的能耗，还能适应一些对电源要求较为苛刻的应用场景。

3. 外部组件

TSM1014所需的外部组件数量较少，这简化了电路设计，降低了成本，同时也提高了系统的可靠性。

4. 输出阶段

其电流吸收输出阶段设计，使得它在处理电流方面更加灵活，能够更好地适应不同的负载需求。

5. 补偿与抗干扰

该器件易于补偿，并且具有高交流市电电压抑制能力，能够有效减少外界干扰对系统的影响。

6. ESD保护

具备2 kV的静电放电（ESD）保护（HBM），增强了器件在复杂环境下的稳定性和可靠性。

二、电压参考

TSM1014集成了一个固定输出电压参考，为1.25 V，并且有0.5%和1%两种电压精度可供选择。这种高精度的电压参考为系统的精确控制提供了基础。

三、应用领域

TSM1014主要应用于适配器和电池充电器领域。在这些应用中，它能够提供精确的电压和电流控制，确保设备的安全稳定运行。

四、器件结构与原理

1. 内部集成

TSM1014集成了一个电压参考和两个运算放大器。其中，电压参考与一个运算放大器组合，构成了理想的电压控制器；另一个运算放大器与少量外部电阻和电压参考配合，可以用作电流限制器。

2. 引脚说明

名称	引脚编号	类型	功能
VRef	1	模拟输出	电压参考
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
CVOUT	5	模拟输出	运算放大器的输出
GND	6	电源	接地线，所有电压的0 V参考
CCOUT	7	模拟输出	运算放大器的输出
VCC	8	电源	电源线

五、电气特性

1. 供电与温度

在环境温度 (T_{amb}=25^{circ} C) 和 (VCC = +18 ~V) 的条件下（除非另有说明），TSM1014的总电源电流（不包括电压参考中的电流）典型值为100 µA，最大值为180 µA。其工作温度范围为 -40 至 105 °C，存储温度范围为 -55 至 150 °C。

2. 电压与电流参数

• 输入偏移电压：不同型号和温度条件下有所差异，例如TSM1014在 (T_{amb}=25^{circ} C) 时，输入偏移电压典型值为0.5 mV，最大值为4 mV。
• 输入偏移电压漂移：典型值为7 µV/°C。
• 输入偏置电流：在不同温度条件下，范围在20 nA至200 nA之间。
• 电源电压抑制比：在VCC = 4.5 V至28 V的范围内，最小值为65 dB，典型值为100 dB。
• 输入共模电压范围：为0至VCC - 1.5 V。
• 共模抑制比：在不同温度条件下，最小值为60 dB，典型值为85 dB。
• 输出级参数：跨导增益典型值为1 mA/mV，在5 mA吸收电流时的低输出电压最大值为400 mV，输出短路电流典型值为10 mA。

  3. 电压参考参数

• 参考输入电压：TSM1014 1%精度型号在 (T_{amb}=25^{circ} C) 时，典型值为1.25 V，最小值为1.238 V，最大值为1.262 V；TSM1014A 0.5%精度型号在相同条件下，典型值为1.25 V，最小值为1.244 V，最大值为1.256 V。
• 参考输入电压偏差：在温度范围内的偏差最大值为30 mV，在VCC范围内的偏差最大值为20 mV，在输出电流范围内的偏差最大值为10 mV。

六、工作原理与应用技巧

1. 电压控制

电压环路通过第一个跨导运算放大器、电阻桥 (R 1) 、 (R 2) 和直接连接到输出的光耦合器进行控制。 (R 1) 和 (R 2) 的值应满足公式 (R 1 = R 2 × V{Ref } / (V{out } - V{Ref })) ，其中 (V{out }) 是期望的输出电压。为避免负载放电，电阻桥 (R 1) 、 (R 2) 应具有高电阻值，通常总阻值为100 KΩ或更高较为合适。

2. 电流控制

电流环路通过第二个跨导运算放大器、感测电阻 (R{sense }) 和光耦合器进行控制。 (V{sense }) 阈值通过一个与 (Ref) 电压参考相连的电阻桥外部实现。控制方程为 (R{sense } × 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。在选择 (R{sense }) 电阻时，应考虑其在满载运行时的最大耗散功率。

3. 补偿

电压控制和电流控制的跨导运算放大器都可以进行完全补偿。电压控制补偿网络可以采用一个2.2 nF的电容器 (Cvc 1) 和一个22 KΩ的电阻 (Rcv 1) 串联的形式；电流控制补偿网络同样可以采用一个2.2 nF的电容器 (Cic1) 和一个22 KΩ的电阻 (Ric1) 串联的形式。

4. 启动与短路条件

在启动或短路条件下，由于芯片的电源线与系统的电源线共用，TSM1014可能无法获得足够的供电电压。此时，电流限制只能由初级PWM模块来确保。如果初级电流限制不够精确，则需要为TSM1014提供独立的电源。

5. 电压钳位

为保护TSM1014免受过高电压的影响，内部集成了齐纳钳位。在实现低成本电源时，需要注意该电源可能会达到调节线电压的两倍，而TSM1014的绝对最大供电电压为28 V。

七、封装信息

TSM1014采用SO - 8塑料封装，ST还提供不同等级的ECOPACK®封装以满足环保要求。SO - 8封装的机械数据包括尺寸范围等详细信息，例如长度、宽度、高度等，具体可参考文档中的表格。

八、总结

TSM1014以其丰富的特性和精确的控制能力，为电池充电器和适配器的设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求，合理选择器件的参数和应用电路，以实现最佳的性能和可靠性。大家在使用TSM1014的过程中，有没有遇到过一些特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。