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可調(diào)LED亮度的DC-DC轉(zhuǎn)換器TPS61042
摘要：TPS61042是美國德州儀器公司生產(chǎn)的DC-DC轉(zhuǎn)換器。該器件同時可作為LED的驅(qū)動器，且其驅(qū)動輸出電壓可達27.5Ｖ。文中介紹了TPS61042的工作原理及典型應(yīng)用設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：DC-DC轉(zhuǎn)換器；脈沖頻率調(diào)制PFM；脈沖寬度調(diào)制PWM；TPS61042
１ 特點
ＴＰＳ６１０４２是一種高頻控制直流輸出的ＬＥＤ驅(qū)動器。通過將其脈沖寬度調(diào)制（ＰＷＭ）信號加至控制端（ＣＴＲＬ）可以調(diào)節(jié)ＬＥＤ亮度。ＬＥＤ電流可以通過外部檢測電阻設(shè)置。由于ＴＰＳ６１０４２內(nèi)置Ｎ溝道 ５００ｍＡ ＭＯＳＦＥＴ，因而可有效地限制尖峰脈沖，其轉(zhuǎn)換頻率高達１ＭＨｚ。另外，芯片的ＣＴＲＬ腳控制信號還可以在停機狀態(tài)下使ＬＥＤ與地斷開，從而可有效避免漏電流損耗。
ＴＰＳ６１０４２可為ＬＥＤ背景燈提供驅(qū)動以應(yīng)用于ＰＤＡ、掌上電腦、手持設(shè)備以及移動電話等設(shè)備中。其主要特性如下：
●可通過ＰＷＭ信號進行精確的亮度控制；(范文先生網(wǎng)www.panasonaic.com收集整理)
●內(nèi)置５００ｍＡ、Ｎ溝道開關(guān)ＭＯＳＦＥＴ管；
●輸入電壓范圍為１．８Ｖ～６．０Ｖ；
●最大靜態(tài)電流為３８μＡ；
●轉(zhuǎn)換效率可達８５％；
●采用ＱＦＮ小型封裝。
２ ＴＰＳ６１０４２的極限值和管腳功能
ＴＰＳ６１０４２的極值電參數(shù)如下：
●電源電壓（Ｖｉｎ對ＧＮＤ）：－０．３Ｖ～７Ｖ；
●ＳＷ、ＬＥＤ、ＯＶＰ端對地電壓（ＶＳＷ、ＶＬＥＤ、ＶＯＶＰ）：小于３０Ｖ；
●ＶＲＳ、ＶＣＴＲＬ、ＶＦＢ：Ｖｉｎ±０．３Ｖ；
●ＴＡ小于２５℃時的持續(xù)耗散功率：３７０ｍＷ，而在ＴＡ大于２５℃時，下降速度為３．７ｍＷ／℃；
●工作溫度范圍：－４０～８５℃；
●結(jié)溫：１５８℃；
●存儲溫度：－６５℃～１５０℃；
●焊接溫度（１０秒）：２６０℃。
ＴＰＳ６１０４２的引腳排列如圖１所示，各引腳功能如表１所列。
表1 TPS61042管腳名稱及功能
功 能
1 LED I LED晶體開關(guān)管Q2輸入端。連接LED到晶體開關(guān)管 2 RS O LED晶體開關(guān)Q2輸出端。連接外部檢測電阻 3 VIN I 電源輸入端 4 FB I LED電流反饋輸入端。通過調(diào)整Rs電壓（最252mV）來調(diào)整LED電流 5 CTRL I 脈寬調(diào)制信號控制端。高電平有效，時LED開關(guān)管導(dǎo)通，輸入100Hz～50kHz的PWM信號控制LED亮度 6 GND 地端 7 OVP I 過壓保護端。連接輸出濾波電容 8 SW I 晶體開關(guān)Q1輸入端３�。裕校樱叮保埃矗驳墓ぷ髟�
ＴＰＳ６１０４２的結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示。該器件的主要功能有ＤＣ－ＤＣ轉(zhuǎn)換器、ＬＥＤ亮度控制以及過壓保護和欠壓鎖定等。
３．１ ＤＣ－ＤＣ轉(zhuǎn)換
ＴＰＳ６１０４２的電壓轉(zhuǎn)換采用脈沖頻率調(diào)制（ＰＦＭ）方式。轉(zhuǎn)換效率高達１ＭＨｚ。當(dāng)檢測電阻上的電壓低于２５２ｍＶ時，主開關(guān)管Ｑ１接通，電流升高，當(dāng)電流達到５００ｍＡ或接通時間超過６μｓ后，主開關(guān)管Ｑ１關(guān)斷。外部肖特基二極管將電感能量傳送到輸出端。此后在保持至少４００ｎｓ的關(guān)斷時間且反饋電壓降到參考電壓（２５２ｍＶ）以下時，主開關(guān)管重新接通。該芯片的ＰＦＭ電流控制開關(guān)頻率和電感值、輸入輸出電壓、ＬＥＤ電流等有關(guān)。
３．２ 亮度控制
應(yīng)用頻率范圍為１００Ｈｚ～５０ｋＨｚ的ＰＷＭ信號會使ＬＥＤ電流隨ＰＷＭ信號的有效周期產(chǎn)生脈動。ＰＷＭ信號有效周期可以從１％到１００％，當(dāng)有效周期低于１％時，如果ＰＷＭ信號無效時間超過１０ｍｓ，轉(zhuǎn)換器就會停機。另外，ＴＰＳ６１０４２的控制端還有使能功能。當(dāng)ＣＴＲＬ置于高電平５００μｓ后，轉(zhuǎn)換使能有效，而當(dāng)ＣＴＲＬ置低３２ｍｓ后，轉(zhuǎn)換禁止。該ＰＷＭ信號的時序如圖３所示。
３．３ 過壓保護和欠壓鎖定
為防止輸出電壓高于Ｑ１的３０Ｖ極限電壓值，該芯片內(nèi)部設(shè)計了過壓保護電路。當(dāng)輸出電壓超過３０Ｖ時，Ｑ１關(guān)斷。而當(dāng)輸入電壓低于１．５Ｖ時，轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，此時Ｑ１和ＬＥＤ開關(guān)管Ｑ２呈高阻態(tài)。
４ 應(yīng)用電路設(shè)計
４．１ 極限電流值設(shè)置
圖４所示是ＴＰＳ６１０４２的典型應(yīng)用電路，圖中，當(dāng)電感上的電流達到５００ｍＡ之前，內(nèi)部開關(guān)管保持接通。實際上，在電流達到５００ｍＡ極限時，在持續(xù)的１００ｎｓ內(nèi)，電流可能會略微超過５００ｍＡ。具體極限電流如下：
ＩＰ＝Ｉ（ＬＩＭ）＋ＶＩ／Ｌ×１００ｎｓ
即ＩＰ＝５００ｍＡ＋ＶＩ ／Ｌ×１００ｎｓ
由此可見，輸入電壓越高，電感值越低，極限電流越大。
４．２ 電感的選取
在圖４電路中，Ｌ１的典型電感值為４．７μＨ。其電感值越小，轉(zhuǎn)換頻率也越高，但轉(zhuǎn)換效率較低，而且峰值電流較大。增大電感值可以限制輸出電流，但啟動時間較長。電感的直流電阻也可能影響轉(zhuǎn)換效率。直流電阻越低，轉(zhuǎn)換效率越高。因此，在選電感值時，要充分考慮實際應(yīng)用的各種條件。
４．３ 二極管的選擇
由于ＴＰＳ６１０４２的開關(guān)頻率很高，因此二極管要選用快速整流管。推薦使用肖特基二極管，如ＭＢＲ０５２０、ＭＢＲ０５３０、Ｔｏｓｈｉｂａ ＣＲＳ０２、Ｚｅｔｅｘ ＺＨＣＳ４００等。
４．４ 電容的選擇
輸入電容可以選用低ＥＳＲ的電容，典型容量值為４．７μＦ。為達到更好的輸入濾波，電容量也可適當(dāng)增加。
輸出電容一般選用鉭電解電容。輸出電容影響著電壓輸出紋波和轉(zhuǎn)換器的線性調(diào)節(jié)性能。當(dāng)輸出電容大于１μＦ時，線性調(diào)節(jié)性能可達到１％／Ｖ。
４．５ ＬＥＤ電流的設(shè)置
通過對檢測電阻Ｒｓ的設(shè)置可調(diào)整ＬＥＤ電流。如果Ｒｓ的電壓為參考電壓２５２ｍＶ，則ＬＥＤ的電流為：
ＩＬＥＤ＝ＶＦＢ／ＲＳ＝０．２５２Ｖ／ＲＳ
５ 其它注意事項
ＴＰＳ６１０４２是高轉(zhuǎn)換頻率高極限電流的ＤＣ－ＤＣ控制器，在ＰＣＢ制板中輸入電容要盡量靠近開關(guān)腳（ＳＷ），以降低噪聲對其它電路的耦合。而反饋電路由于阻抗較高，應(yīng)遠離電感。轉(zhuǎn)換器采用ＱＦＮ小型封裝，要采用散熱焊盤和寬走線方式來增強散熱效能。
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