本製品は、テキサス・インスツルメンツ社TPS2113Aを搭載したオートスイッチングパワーマルチプレクサです。2.8 ～5 Vの二電源をシームレスにスイッチしつつ、各電源への電流の逆流を阻止します。パワーマルチプレクサ(mux)は、電流制限(最大2 Aに設定可能)、スイッチ閾値(スイッチ時の出力電圧低下を減少)を調整できます。各入力チャンネルは内部MOSFETスイッチで制御され、複数電源にダイオードOR回路が使われた場合に発生する電圧低下を回避します。
TPS2113Aは、USBと外部電源など二電源間での移行が必要な電子工作には適していますが、小型サイズのため扱いが困難でした。本製品は2.54mmピッチのピンにチップの機能全てを引き出し、ブレッドボードで簡単に使用できます。また電源入力レールの一つに給電できるUSB micro-Bコネクタのブレークアウトボードとして機能します。
デフォルトでは、TPS2113Aはオートスイッチングモードで動作し、高電圧側を自動的に選択します。VSNSピンは、設定されたスイッチ閾値に電圧低下するまで選択された電源IN1を主電源(優先電源)にします。出荷時、USB電源はIN1に接続されており、USBまたは外部電源で給電可能なデバイスにあるアプリケーションで、接続されているものによって適切な電源を自動的に選択できます。パターンカットして表面実装ジャンパを設定すれば、USB電源はIN1からIN2に切り替え可能です。
小型、低コスト、低電圧動作の類似のパワーマルチプレクサにはFPF1320ベースのボードがありますが、自動USB電源スイッチングアプリケーションにはあまり向いていません(例えば副電源に切り替わる前に出力電圧は1 Vまで低下します)。
【ピン配置】
| ピン | 説明 |
| IN1 | 主電源スイッチ入力。2.8～5.5 Vの電源に接続。表面実装ジャンパ経由でVBUSにデフォルトで接続。IN2が2.8 V以上の場合、IN1は1.5 Vまで機能します。 |
| IN2 | 副電源スイッチ入力。2.8～5.5 Vの電源に接続。 |
| VBUS | USB 5 V電源。表面実装ジャンパ経由でIN1に接続(デフォルト)。 |
| OUT | マルチプレクサ電源出力。 |
| GND | 電源、負荷、USBの共通グランド(ボードの全GNDピンは相互かつUSBコネクタGNDと内部で接続)。 |
| VSNS | スイッチング制御入力。VSNS電圧が0.8 V以上の場合、内部パワーFETによりOUTはIN1に接続します。そうでない場合、OUTはIN1とIN2の高電圧側に接続します。このピンは20 kΩ抵抗でローにプルダウンされており、デフォルトでオートスイッチングモードになっています。スイッチ閾値設定のためこのピンの使用に関する詳細は、下記の制御入力の項をご覧ください。 |
| EN | イネーブル入力。ハイになると、OUTはIN1とIN2両方から切り離されます。このピンは100 kΩ抵抗でローにプルダウンされており、ICはデフォルトでイネーブルになっています。 |
| ILIM | 電流制限入力ILIMとGND間の1 kΩ抵抗は、デフォルトで電流制限を0.5 A(公称値)に設定しますが、追加した並列外部抵抗により電流制限を最大2 Aまで増加できます。 |
| STAT | 現在接続されている入力を示す状態出力。IN1が選択されるとこのピンはローになり、IN2が選択されると100 kΩ抵抗経由でOUTにプルアップされます。 |
D－
D+
ID | USBコネクタから引き出された信号。 |
【制御入力】
TPS2113Aには、VSNS(スイッチング動作制御)、EN(イネーブル)、ILIM(電流制限制御) の制御入力が3本あり、デバイスのデフォルト挙動を選択して優先できます。
・VSNSピンはデバイスのスイッチング挙動を決定します。 デフォルトではローにプルダウンされており、オートスイッチングモード (二電源のうち高電圧側に自動的に切り替わる)になっています。ピン電圧が0.8 Vを超えると、主入力電源IN1は、IN1、IN2の電圧によらずOUTに接続されます。この正確な閾値0.8 Vを使って、外部抵抗によりIN1に対する所望のスイッチ閾値を設定できます。VSNSとIN1の間に外部抵抗を接続すると、20 kΩ VSNSプルダウン抵抗を使った分圧回路が生成され、電圧出力が0.8 V以上の間、IN1を選択します。(0.8 V閾値より低下すると、マルチプレクサは二電源の高電圧側に戻ります)追加された抵抗は、以下の式で定義されるように、マルチプレクサの挙動が変化する電圧を決定します。
Vthreshold=(R/20 kΩ+1)0.8 V
第2のIN1ピンは、スイッチ閾値抵抗の接続に便利です。5 Vアプリケーションでは、100 kΩ抵抗 を追加すれば閾値が4.8 Ｖに設定されるのでうまく動作します。VSNS入力にはヒステリシスが組み込まれてあり、一方から別の電源に反復して切り替わるのを防止します。
・ENピンをハイにすると、出力はオフになり、TPS2113Aはローパワー状態になります。デフォルトではイネーブル状態です。
・ILIMピンは、抵抗両端の電圧を内部基準電圧0.5 Vと比較して、マルチプレクサの電流制限閾値を設定するため用いられます。ボードには1 kΩ抵抗があり、デフォルト電流制限閾値を(公称) 0.5 Aに設定しますが、外部抵抗をILIMピンとGND 間に接続して、制限を最大2 Aまで増やせます。抵抗はILIMピンと近くのGNDピンの間を接続できます。外部抵抗値の電流制限閾値の決定方法は以下の式で示されます。
Ilimit=(1kΩ/R+1)0.5 A
330 Ω抵抗を接続した場合、電流制限の最大値 2 Aになります(実際の電流制限閾値は公称限界値から約0.3 Aまで変化します。詳細はデータシートをご覧ください)。
【USBなしの電源接続】
2種類の汎用電源を選択したい場合、IN1-GND間とIN2-GND間にそれぞれ電源を接続します。これらの電源入力は最大5.5 Vで、IN2が2.8 V以上の場合、IN1で1.5 Vまで機能します。負荷はOUT-GND間に接続しますが、2 A以上は引き込めません。この構成の場合、VSNSがハイではIN1に接続された電源が主電源になります。
【USBありの電源接続】
micro-B USBコネクタは、二電源のうちの一つとして簡単に利用できます。デフォルトでは、USBコネクタのVBUSはIN1に接続されています。VSNSがハイの場合、USBを主電源として、USBまたはIN2に接続された外部電源から回路に給電できます。
USBの代わりに外部電源を主電源にしたい場合、IN1とVBUSパッドを接続している表面実装ジャンパパターンをナイフでカットし、VBUSとIN2パッドをブリッジして二つのラインをつなげてください。外部電源をIN1に接続して、VSNSがハイの場合、優先電源になります。
_警告:本ボードには電源入力が三つあります。そのうち二つは相互につながっています(TPS2113Aには独立した電源入力は二つだけです)。このため、USB電源と外部電源を短絡させないようご注意ください。例えば、デフォルト構成(VBUSがIN1に結線されている)の場合、外部電源はIN2に接続してください。IN1に接続してUSBを接続するとショートします。_
USBコネクタ(D－、D+、ID、GND)の残りの線はOUTの隣のピンに引き出されており、本モジュールをmicro-Bコネクタの基本的なブレークアウトボードとしても使用できます。
【付属ピンヘッダ】
付属の2.54 mmピッチ1×15ヘッダピンを分割してハンダ付けすることで、ユニバーサル基板、ブレッドボード、2.54 mmピッチピンソケットでボードを使用できます。ボードには、#2/M2ネジ用の取付穴が二つあります(ネジは付属しません)。
【寸法】
・サイズ:25.4 mm × 14.0 mm× 3.8 mm1
・重量:0.9 g2
●仕様
・最小動作電圧:2.8 V3
・最大動作電圧:5.5 V
・最大出力電流:2 A
注意:*
1 付属ヘッダを除きます。この測定にはUSB micro-Bコネクタが含まれ、PCBの端から約1.27 mmはみ出しています。
2 付属ヘッダを除きます。
3IN2が2.8 V以上の場合、IN1は1.5 Vまで機能します。
