与外部电源并行地使用XC9131H

本文章将说明如何与一个外部电源并行地使用XC9131H,用来配置一个“OR电路”。这个提出的解决方案很简单,因为:

  • 外置元器件数量少(如果使用状况允许,甚至可以不使用LDO。在后续文章中解释原因)。
  • 为了在这两种电源之间切换,不需要调整XC9131H的EN和MODE引脚的信号。

这一解释,不仅适用于XC9131H,而且还适用于XC9135C、XC9135K和XC9136N。我们将提到许多VSET, VBAT, VEXT和VOUT

以下是如何定义这些参照电压的:

  • VSET:XC9131H用辅助电阻RFB1、RFB2 和内部基准电压VREF试行设定的输出电压。
  • VBAT:通过BAT引脚提供给XC9131H的电池电压。
  • VEXT:来自外部电源的电压。如果使用了LDO,则为LDO的输出电压。
  • VOUT:“OR 电路”的输出电压。这正是XC9131H电路的实际(ACTUAL)输出电压 – 而VSET 只是XC9131H的输出电压的目标值(TARGETED)。当切断与外部连接的电池并且VSET > VEXT时,VSET 与VOUT 相等。

4个电压都能从以下的电路图中看到。

在以上的电路图中,能看到 EN = ‘High’ (IC使能) 并且MODE = ‘Low’ (IC工作于PWM/PFM模式)。如以前所述,当电路 工作时不需要调整这些电压电平。

我们有三种主要的情况:

A) 不连接外部电源(USB, AC/DC适配器等)
在这种情况下,XC9131H 将为输出电路提供电源,并设定输出电压。
B) 连接了外部电源并且其电压高于XC9131H的VSET
在这种情况下,将由外部电源提供电路的输出。如以前所述,XC9131H 的EN引脚为‘High’,所以XC9131H 正在工作, 但是,反馈到XC9131H的电压通知此IC输出电压过高,使IC基本上停止振荡(不再发送脉冲来导通两个集成的场效应管) 并且由XC6227提供输出。
C) 连接了外部电源并且其电压低于XC9131H的VSET
在这种情况下,XC9131H 通过反馈网络检测到输出电压比设定的目标 VSET低许多。XC9131H 开始工作并且向输出端提供电流。
因此,外部电源的电压(如果使用一个LDO,将不是VEXT 而是LDO之前的电压)将低于VOUT,这意味着将流过逆向电流。如果使用一个LDO,类似包含防止逆向电流的XC6227,将不用担心这种电流,因为LDO和外部电源都将受保护。
但是,但如果外部电源能接收少量的逆向电流(如果认为外部电源足够理想地调整电压),甚至可以不要求增加LDO。

FAQ(设计上的限制)

为什么使用XC9131F时不能附带OR电路?

只单独使用XC9131电路(也就是说不并行使用外部电源),建议用XC9131H取代XC9131F,其优点在于因为追加了提供为其CL 放电的功能。

但是,并行附带外部电源使用XC9131电路时,在PFM模式下并不能保证XC9131F正常工作。因当其输出电压(VSET)低于VEXT时,有P-沟道驱动晶体管将处于导通‘ON’的风险,将允许逆向电流从外部电源流入XC9131F。这个逆向电流会容易地损坏XC9131F。

在同样条件下(PFM模式,VBAT < VSET < VEXT),XC9131H的P-沟道驱动器将总是处于断开‘OFF’,这意味着将永远不会允许逆向电流通过IC的VOUT引脚流入IC。这种安全行为可保证XC9131H使用OR电路。

为什么不能把MODE引脚设定为‘High’?

通过把MODE引脚设定为‘High’,XC9131H将完全工作在同步整流PWM模式。在这种模式下,两个集成场效应管中的一个总是会导通。这就是不建议采用这种配置的原因。

实际上,当VEXT 高于由XC9131H设定的输出电压(记住,称后者为VSET),IC将尽可能地降低其占空比以至于输出电压能降低到与VSET相同的电压值。降低占空比意味着大多数时间把N-沟道晶体管调节到切断‘OFF’,并且因为晶体管不能同时成为切断‘OFF’,P-沟道晶体管将保持为‘ON’。其结果在于逆向电流能通过其VOUT引脚穿透XC9131H,通过P-沟道晶体管流入并损坏XC9131H的内部电路。

为了回避这个问题,把MODE引脚设定为‘Low’,使XC9131H工作于PWM/PFM模式,这样两个晶体管都能同时成为‘OFF’。那样,能防止逆向电流通过VOUT引脚进入XC9131H。

能用简单的文字来综合这个状态,可以认为,当VSET比VEXT低,XC9131H 难以提供任何电流,所以负载电流小。概括归纳如下:

当MODE引脚处于低‘Low’,如果负载电流小,IC将工作于PFM模式。因为处于PFM模式,并且因为 VSET < VEXT,P-沟道晶体管总是处于‘OFF’并且保护IC 不受逆向电流影响。

当MODE引脚处于高‘High’,如果负载电流小,IC将工作于PWM模式。在这个模式,如果IC在1.2MHz产生振荡并且P-沟道驱动晶体管经常处于导通‘ON’,将有一些逆向电流从VOUT流入VBAT

注意:当然,当负载电流增加时,如XC9131H(其MODE引脚设定为‘Low’)从PFM转换为PWM,逆向电流将不成为任何问题。这是因为,当转换为PWM模式时,XC9131H将工作于持续导通模式,所以逆向电流将不再出现。

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