用白光LED驅(qū)動器TPS61042做為升壓變換器

引言
盡管TPS61042設計為白光LED驅(qū)動器，但此器件可配置為500mA峰值開關電流的非連續(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負載電流范圍保持高效率。在開關頻率1MHz，此器件能用非常小的外部元件。
變換器監(jiān)控輸出電壓。當反饋電壓低于基準電壓（典型值為0.25V）時，內(nèi)部開關導通、電流斜波上升。當電感器電流達到內(nèi)部設置的峰值電流500mA時，開關關閉。關閉開關的第2個準則是6MS最大導通時間。這限制極端條件下變換器的最大導通時間。隨著開關關閉，外部肖特基二極管被正向編置，提供電流到輸出。開關保持關閉400ns（典型值）或直到反饋電壓降到低于基準電壓時為止。用這種峰值電流控制模式，變換器工作在非連續(xù)傳導模式（DCM），其開關頻率依賴于輸出電流。這導致在整個負載電流范圍內(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)部開關導通直到電感器電流達到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算：
Ip(typ)=IlIM+

軟啟動
如果不采取未專門保護措施，所有電感器升壓變換器在起動期間都會有大的沖電流。這可能導致起動期間在輸入軌上的電壓降，并使系統(tǒng)早關閉。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個周期），然后在下一個256周期達到ILIM/2，并在全電流限值結(jié)束。
電感器選擇，最大負載電流
由于PFM峰值電流控制方法具有固有的穩(wěn)定性，所以，電感器值不會影響穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。電感器的選擇，以及額定負載電流和應用輸入和輸出電壓決定變換器的開關頻率。根據(jù)應用情況，建議電感器值在2.2和47_H之間。最大電感器值LMAX由開關最大導通時間（典型值6us）確定。對于正確的工作，峰值電流限制必須在6us期間內(nèi)達到。LMAX由下式計算：

最小電感器值LMIN是輸出電壓，負載電流和開關頻率的函數(shù)，計算如下：

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

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，這取決于應用。
假定變換器在開關節(jié)點（SW）無雙脈沖或脈沖串，則輸出電壓紋波可用下式計算：

其中Ip是峰值電流，L是所選電感器值，IOUT是額定負載電流，fs（IOUT）是在額定負載時的開關頻率，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。對大多數(shù)應用用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