用白光LED驅(qū)動(dòng)器TPS61042做為升壓變換器

引言
盡管TPS61042設(shè)計(jì)為白光LED驅(qū)動(dòng)器，但此器件可配置為500mA峰值開關(guān)電流的非連續(xù)、遲滯控制的升壓變換器。圖1示出的TPS61042配置，可從2.5V輸入提供16.2V/30mA輸出。圖中的LED驅(qū)動(dòng)器電路(引腳1和2)未連接，引腳5（CTRL）用于使能。
工作模式
做為升壓變壓器的TPS61042，其輸入電壓范圍為1.8_6V，可產(chǎn)生高達(dá)28V的輸出電壓。此器件工作在脈頻調(diào)制（PFM）恒峰值電流控制。這種控制模式在整個(gè)負(fù)載電流范圍保持高效率。在開關(guān)頻率1MHz，此器件能用非常小的外部元件。
變換器監(jiān)控輸出電壓。當(dāng)反饋電壓低于基準(zhǔn)電壓（典型值為0.25V）時(shí)，內(nèi)部開關(guān)導(dǎo)通、電流斜波上升。當(dāng)電感器電流達(dá)到內(nèi)部設(shè)置的峰值電流500mA時(shí)，開關(guān)關(guān)閉。關(guān)閉開關(guān)的第2個(gè)準(zhǔn)則是6MS最大導(dǎo)通時(shí)間。這限制極端條件下變換器的最大導(dǎo)通時(shí)間。隨著開關(guān)關(guān)閉，外部肖特基二極管被正向編置，提供電流到輸出。開關(guān)保持關(guān)閉400ns（典型值）或直到反饋電壓降到低于基準(zhǔn)電壓時(shí)為止。用這種峰值電流控制模式，變換器工作在非連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM），其開關(guān)頻率依賴于輸出電流。這導(dǎo)致在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)具有非常高的效率。這種調(diào)整方法的固有穩(wěn)定性，使其對(duì)電感器和輸出電容器有寬廣的選擇范圍。
峰值電流控制
內(nèi)部開關(guān)導(dǎo)通直到電感器電流達(dá)到500mA典型dc電流限制（ILIM）為止。由于內(nèi)部傳播延遲為100ns（典型值），所以，實(shí)際電流稍微超過dc電流限制閥值。典型的峰值電流限制可用下式計(jì)算：
Ip(typ)=IlIM+

軟啟動(dòng)
如果不采取未專門保護(hù)措施，所有電感器升壓變換器在起動(dòng)期間都會(huì)有大的沖電流。這可能導(dǎo)致起動(dòng)期間在輸入軌上的電壓降，并使系統(tǒng)早關(guān)閉。TPS61042采取下列辦法限制通種沖電流：增加電流限制，從ILIM/4開始（256個(gè)周期），然后在下一個(gè)256周期達(dá)到ILIM/2，并在全電流限值結(jié)束。
電感器選擇，最大負(fù)載電流
由于PFM峰值電流控制方法具有固有的穩(wěn)定性，所以，電感器值不會(huì)影響穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。電感器的選擇，以及額定負(fù)載電流和應(yīng)用輸入和輸出電壓決定變換器的開關(guān)頻率。根據(jù)應(yīng)用情況，建議電感器值在2.2和47_H之間。最大電感器值LMAX由開關(guān)最大導(dǎo)通時(shí)間（典型值6us）確定。對(duì)于正確的工作，峰值電流限制必須在6us期間內(nèi)達(dá)到。LMAX由下式計(jì)算：

最小電感器值LMIN是輸出電壓，負(fù)載電流和開關(guān)頻率的函數(shù)，計(jì)算如下：

其中IP是峰值電流，ILOAD是最大負(fù)載電流，VD是整流二極管最大正向電壓（典型值0.3V），F(xiàn)SMAX是最大開關(guān)頻率（1MHz）。
較小的電感器值給出較高的開關(guān)頻率，但效率較低。
在一定的工作條件下，計(jì)算最大有效負(fù)載電流的最好方法是在最大負(fù)載電流計(jì)算所希望的變換器效率。最大負(fù)載電流可由下式計(jì)算：

其中h是所希望的變換器效率（一般為85%）。
輸出電容器選擇
為了最好的輸出電壓濾波，建議用低ESR輸出電容器。陶瓷電容器具有低ESR值；也可以用鉭電容器，這取決于應(yīng)用。
假定變換器在開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）無雙脈沖或脈沖串，則輸出電壓紋波可用下式計(jì)算：

其中Ip是峰值電流，L是所選電感器值，IOUT是額定負(fù)載電流，fs（IOUT）是在額定負(fù)載時(shí)的開關(guān)頻率，VD是整流二極管正向電壓（典型值0.3V），COUT是所選輸出電容器，ESR是輸出電容器的ESR值。
表1給出所建議的輸出電容器。
表1建議的輸入和輸出電容器
器件
電容器
額定電壓（V）
生產(chǎn)廠家
注解
TPS61042
4.7_F/x5R/0805
6.3
Tayo Yuden JMK212BY 475MG
CIN/COUT

10MF/x5R/0805
6.3
Tayo Yuden JMK212BJ106MG
CIN/COUT

1.0_F/x7R/1206
25
Tayo Yuden TMK316BJ105KL
COUT

1.0_F/x5R/1206
35
Tayo Yuden GMK316BJ105KL
COUT

4.7_F/x5R/1201
25
Tayo Yuden TMK325BJ475HG
COUT

輸入電容器選擇
為了良好的輸入電壓濾波，建議用低ESR陶瓷電容器。對(duì)大多數(shù)應(yīng)用用4.7_F陶瓷輸入電容器就足夠了。增加電容器值，可提供較好的電壓濾波。所建議的輸入電容器見表1。
效率
如圖2所示，TPS61042在升壓配置中其效率范圍大約為70%_86%
圖1中的電器和二極管應(yīng)選擇小型的，使總面積最小。較大的電感器和二極管可改善效率。（彭京湘）
圖1  升壓配置中的TPS61042
圖2 TPS61042升壓變換器效率