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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)m.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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