德州仪器 TPS2112/13 自动切换电源多路复用器的深度剖析

在电子设备的电源管理领域，电源多路复用器起着至关重要的作用，它能够实现不同电源之间的无缝切换，确保设备稳定运行。德州仪器（TI）的 TPS2112 和 TPS2113 自动切换电源多路复用器就是这样一款性能卓越的产品。今天，咱们就来深入了解一下这两款器件。

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产品概述

TPS2112 和 TPS2113 属于电源多路复用器家族，能在两个电源（如电池和壁式适配器）之间实现无缝过渡，每个电源的工作电压范围为 2.8 - 5.5V，最大可提供 1A 的电流。该系列包含丰富的保护电路，如用户可编程电流限制、热保护、浪涌电流控制、无缝电源转换、交叉传导阻断和反向传导阻断等，极大地简化了电源多路复用器应用的设计。

产品特性

1. 低导通电阻开关

TPS2113 的典型导通电阻为 84mΩ，TPS2112 为 120mΩ。低导通电阻能够有效降低功耗，提高电源效率，这在对功耗敏感的应用中尤为重要。大家可以思考一下，在实际设计中，低导通电阻会对整个电源系统的性能产生哪些具体影响呢？

2. 反向和交叉传导阻断

这一特性可以防止电流在不期望的方向流动，确保电源的稳定性和安全性。想象一下，如果没有这个功能，可能会出现电流倒灌等问题，从而损坏设备。

3. 宽工作电压范围

工作电压范围为 2.8V 至 5.5V，能够适应多种不同的电源环境，增加了产品的通用性。

4. 低待机和工作电流

典型待机电流为 0.5μA，典型工作电流为 55μA，有助于降低功耗，延长电池续航时间。

5. 可调电流限制

通过连接到 ILIM 引脚的电阻 RILIM 可以设置电流限制，TPS2112 的电流限制范围为 0.31 - 0.75A，TPS2113 为 0.63 - 1.25A。这使得用户可以根据实际需求灵活调整电流，保护设备免受过大电流的损害。

6. 可控输出电压过渡时间

能够限制浪涌电流，减少输出电压保持电容的需求。在设备启动或电源切换时，浪涌电流可能会对电路造成冲击，而这一特性可以有效缓解这种情况。

7. 兼容 CMOS 和 TTL 控制输入

方便与各种数字电路接口，提高了产品的兼容性。

8. 自动切换操作模式

根据输入电源的情况自动切换，实现无缝过渡，提高了设备的可靠性。

9. 热关断功能

当设备温度过高时，自动关闭以保护设备，增强了产品的安全性。

10. 采用 TSSOP - 8 封装

体积小巧，适合空间有限的应用。

应用领域

TPS2112 和 TPS2113 适用于多种电子设备，如个人电脑（PCs）、个人数字助理（PDAs）、数码相机、调制解调器、手机、数字收音机和 MP3 播放器等。这些设备通常需要在不同电源之间切换，而 TPS2112/13 正好满足了这一需求。

电气特性

1. 电源开关导通电阻

在不同的测试条件下，TPS2112 和 TPS2113 的导通电阻有所不同。例如，在 TJ = 25°C，VI(IN1) = VI(IN2) = 5.0V，IL = 500mA 时，TPS2112 的典型导通电阻为 120mΩ，TPS2113 为 84mΩ。随着温度升高，导通电阻会增大。

2. 逻辑输入

EN 引脚的高电平输入电压 VIH 为 2V，低电平输入电压 VIL 为 0.7V，输入电流在不同状态下也有相应的规定。

3. 电源和泄漏电流

在不同的工作条件下，电源电流和泄漏电流会有所变化。例如，在待机状态下，电流较低，而在工作状态下，电流会相应增加。

4. 电流限制电路

电流限制精度与 RILIM 的阻值有关，不同阻值下的电流限制范围不同。同时，电流限制的建立时间也有相应的规定。

5. VSNS 比较器

VSNS 阈值电压和比较器滞回等参数对于电源切换的准确性至关重要。

6. 热关断

热关断阈值为 135°C，恢复温度为 125°C，滞回为 10°C，确保设备在高温时能够及时保护自己。

开关特性

1. 输出上升和下降时间

输出上升时间 tr 和下降时间 tf 与测试条件有关，如输入电压、负载电容和电流等。

2. 过渡时间

在 IN1 到 IN2 过渡时，过渡时间 tt 也有相应的规定，这对于电源切换的速度和稳定性有重要影响。

3. 传播延迟

包括开启和关闭传播延迟，以及切换上升和下降传播延迟，这些参数影响着设备的响应速度。

真值表和终端功能

1. 真值表

通过 EN、VI(VSNS) 和 VI(IN2) 与 VI(IN1) 的比较，确定 STAT 和 OUT 的状态，从而实现电源的切换。

2. 终端功能

每个引脚都有其特定的功能，如 EN 是 TTL 和 CMOS 兼容的输入引脚，用于控制电源切换；IN1 和 IN2 是电源输入引脚；OUT 是电源输出引脚等。

典型应用

1. 自动选择双电源应用

当 IN1 的电压低于用户指定的阈值时，TPS2112/3 会选择两个电源中较高的一个，通常会切换到 IN2。

2. 手动切换电源

通过 EN 逻辑信号选择连接到 IN1 还是 IN2，逻辑阈值与 TTL 和 CMOS 逻辑兼容。

详细工作原理

1. 自动切换模式

当 VI(VSNS) 大于 0.8V 时，OUT 连接到 IN1；否则，OUT 连接到 IN1 和 IN2 中较高的一个。VSNS 引脚的滞回特性可以避免由于电阻压降导致的反复切换。

2. N 沟道 MOSFET

两个内部高端功率 MOSFET 实现单刀双掷（SPDT）开关，数字逻辑选择 IN1 开关、IN2 开关或无开关（Hi - Z 状态）。MOSFET 没有并联二极管，防止输出到输入的电流流动。

3. 交叉传导阻断

开关电路确保两个电源开关不会同时导通，通过比较器监测每个功率 FET 的栅源电压来实现。

4. 反向传导阻断

当从高电压电源切换到低电压电源时，TPS211x 会在输出电压下降到接近电源电压 100mV 以内时才连接电源，防止反向电流流动。

5. 电荷泵

IN1 和 IN2 中较高的电源为内部电荷泵供电，电荷泵为电流限制放大器提供电源，并使输出 FET 栅极电压高于 IN1 和 IN2 电源电压，以开启 N 沟道 FET。

6. 电流限制

通过连接到 ILIM 引脚的电阻 RILIM 设置电流限制，不建议将 RILIM 设置为零，否则会禁用电流限制。

7. 输出电压斜率控制

当 OUT 从 Hi - Z 状态切换到 IN1 或 IN2 时，输出电压以较慢的速率上升，限制浪涌电流；当 OUT 在 IN1 和 IN2 之间切换时，输出电压以较快的速率上升，减少输出电压下降和输出电压保持电容的需求。

封装和订购信息

1. 封装

采用 TSSOP - 8 封装，有不同的包装形式可供选择，如 TUBE 和 LARGE T&R。

2. 订购信息

提供了不同型号的订购编号和标记，方便用户选择。

总结

德州仪器的 TPS2112 和 TPS2113 自动切换电源多路复用器具有众多优秀的特性和功能，适用于多种电子设备。在设计电源管理电路时，工程师可以根据具体需求选择合适的型号，并合理利用其各种特性，以实现高效、稳定的电源切换和保护。大家在实际应用中，是否遇到过类似电源切换的问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。