摘要

TPS65142器件為筆記本電腦TFT LCD面板的偏置功率和WLED背光提供一種緊湊型解決方案。這種器件擁有一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)正充電泵穩(wěn)壓器以及一個(gè)負(fù)充電泵穩(wěn)壓器，用于驅(qū)動(dòng)源極驅(qū)動(dòng)器和柵極驅(qū)動(dòng)器。為了更加符合TFT LCD系統(tǒng)串?dāng)_規(guī)定，有必要為AVDD升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的閉環(huán)性能。本應(yīng)用報(bào)告將對設(shè)計(jì)考慮問題進(jìn)行討論。

1        TPS65142升壓轉(zhuǎn)換器介紹

如圖1所示，按照設(shè)計(jì)，TPS65142 AVDD升壓穩(wěn)壓器適用于最高16.5V的輸出電壓，最小開關(guān)峰值電流限制為1.8A。該器件工作在準(zhǔn)恒定頻率電流模式方案下，使用內(nèi)部補(bǔ)償來最小化引腳和元件數(shù)目。在650 kHz和1.2 MHz之間，開關(guān)頻率可選。在導(dǎo)通期間，電感器電流上升。當(dāng)電流達(dá)到內(nèi)部GM放大器設(shè)置的閾值時(shí)，功率晶體管關(guān)閉。電感電壓極性改變，并前向偏置肖特基二極管，從而讓電流流向升壓穩(wěn)壓器輸出。特定輸入電壓V_IN和輸出電壓V_S的斷開時(shí)間固定不變，因此這些參數(shù)改變時(shí)其保持相同的頻率。

固定斷開時(shí)間可保持準(zhǔn)恒定頻率，這樣，相比傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器，它可在一個(gè)較寬的輸入和輸出電壓范圍為系統(tǒng)提供更高的穩(wěn)定性。TPS65142器件的拓?fù)淇商峁O為優(yōu)異的負(fù)載和線壓調(diào)節(jié)，以及優(yōu)秀的線壓及負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能。

圖1TPS65142升壓轉(zhuǎn)換器實(shí)施

2        TPS65142固定斷開時(shí)間小信號(hào)電路

就固定斷開時(shí)間升壓轉(zhuǎn)換器而言，由于使用連續(xù)電流模式，t_OFF時(shí)間定義如下：

引入如下采樣保持函數(shù)，以仿真固定斷開時(shí)間效果：

那么，可得到誤差放大器輸出到電感器電流的增益：

定義兩個(gè)分量如下：

電阻器：

電容器：

控制到電感器電流的等效小信號(hào)模型如圖2所示。

圖2控制到電感器電流增益

考慮升壓轉(zhuǎn)換器的平均值模型：

這里，<>意思是一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值。

把小信號(hào)失真隔離于平均值：

結(jié)果如下：

由方程式10和圖2，可以推導(dǎo)出圖3所示總小信號(hào)電路。

圖3TPS64142升壓轉(zhuǎn)換器的總小信號(hào)模型

根據(jù)產(chǎn)品說明書，可得到圖3所示參數(shù)：

3        設(shè)計(jì)舉例

設(shè)計(jì)規(guī)范如下：

Vin=3.3V；Vout=8.5V；R1=80.6k；R2=12.9k；L1=6.8uH；fs=1.2MHz；RL=64 Ω   （12）

根據(jù)圖3所示結(jié)果，可以得到圖4所示仿真模型：

圖4設(shè)計(jì)舉例

仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5仿真結(jié)果

圖5表明，交叉頻率為5.3kHz，并且相位余量為63度。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果，我們可以獲得如圖6所示結(jié)果。

該測試結(jié)果顯示，交叉頻率為5.5kHz，并且相位余量為66度。

經(jīng)過對比，仿真結(jié)果和測試結(jié)果完全匹配。

圖6實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果

4        外部補(bǔ)償

TPS65142器件使用了內(nèi)部補(bǔ)償，并沒有使用任何外部專用PIN來進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償調(diào)節(jié)。但是，在一些情況下，例如：串?dāng)_問題等，用戶必須對環(huán)路補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)節(jié)。添加兩個(gè)外部電容器（C1和C2），與兩個(gè)分離電阻器并聯(lián)，如圖7所示。

圖7使用兩個(gè)外部電容器C1和C2進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償

根據(jù)仿真，可以得到如圖8所示波特圖。

圖8仿真結(jié)果

圖8顯示，交叉頻率為6.1kHz，而相位余量則為89度。對比沒有兩個(gè)外部電容器的圖5所示仿真結(jié)果，交叉頻率和相位余量都增加了。

關(guān)于外部電容器C1和C2的選擇，可參考如下方程式：

1、  定義兩個(gè)電容器的其它零頻率和極點(diǎn)頻率：

2、假設(shè)有和無兩個(gè)電容器的測試結(jié)果之間相位差為0，并且f_c為目標(biāo)交叉頻率，則：

另外，根據(jù)該定義，

并且

結(jié)果

3、  根據(jù)方程式13和17，我們可以計(jì)算得到電容器C1和C2的值。

5        結(jié)論

本應(yīng)用報(bào)告介紹了固定斷開時(shí)間升壓轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)分析，以及TPS65142器件外部環(huán)路補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方案。與此同時(shí)，我們還通過設(shè)計(jì)實(shí)例證明了該解決方案的有效性。

6        參考文獻(xiàn)

TI，SLVSAX5A，TPS65142產(chǎn)品說明書