用白光LED驱动器TPS61042做为升压变换器

引言
尽管TPS61042设计为白光LED驱动器，但此器件可配置为500mA峰值开关电流的非连续、迟滞控制的升压变换器。图1示出的TPS61042配置，可从2.5V输入提供16.2V/30mA输出。图中的LED驱动器电路(引脚1和2)未连接，引脚5（CTRL）用于使能。
工作模式
做为升压变压器的TPS61042，其输入电压范围为1.8_6V，可产生高达28V的输出电压。此器件工作在脉频调制（PFM）恒峰值电流控制。这种控制模式在整个负载电流范围保持高效率。在开关频率1MHz，此器件能用非常小的外部元件。
变换器监控输出电压。当反馈电压低于基准电压（典型值为0.25V）时，内部开关导通、电流斜波上升。当电感器电流达到内部设置的峰值电流500mA时，开关关闭。关闭开关的第2个准则是6MS最大导通时间。这限制极端条件下变换器的最大导通时间。随着开关关闭，外部肖特基二极管被正向编置，提供电流到输出。开关保持关闭400ns（典型值）或直到反馈电压降到低于基准电压时为止。用这种峰值电流控制模式，变换器工作在非连续传导模式（DCM），其开关频率依赖于输出电流。这导致在整个负载电流范围内具有非常高的效率。这种调整方法的固有稳定性，使其对电感器和输出电容器有宽广的选择范围。
峰值电流控制
内部开关导通直到电感器电流达到500mA典型dc电流限制（ILIM）为止。由于内部传播延迟为100ns（典型值），所以，实际电流稍微超过dc电流限制阀值。典型的峰值电流限制可用下式计算：
Ip(typ)=IlIM+

软启动
如果不采取未专门保护措施，所有电感器升压变换器在起动期间都会有大的冲电流。这可能导致起动期间在输入轨上的电压降，并使系统早关闭。TPS61042采取下列办法限制通种冲电流：增加电流限制，从ILIM/4开始（256个周期），然后在下一个256周期达到ILIM/2，并在全电流限值结束。
电感器选择，最大负载电流
由于PFM峰值电流控制方法具有固有的稳定性，所以，电感器值不会影响稳压器的稳定性。电感器的选择，以及额定负载电流和应用输入和输出电压决定变换器的开关频率。根据应用情况，建议电感器值在2.2和47_H之间。最大电感器值LMAX由开关最大导通时间（典型值6us）确定。对于正确的工作，峰值电流限制必须在6us期间内达到。LMAX由下式计算：

最小电感器值LMIN是输出电压，负载电流和开关频率的函数，计算如下：

其中IP是峰值电流，ILOAD是最大负载电流，VD是整流二极管最大正向电压（典型值0.3V），FSMAX是最大开关频率（1MHz）。
较小的电感器值给出较高的开关频率，但效率较低。
在一定的工作条件下，计算最大有效负载电流的最好方法是在最大负载电流计算所希望的变换器效率。最大负载电流可由下式计算：

其中h是所希望的变换器效率（一般为85%）。
输出电容器选择
为了最好的输出电压滤波，建议用低ESR输出电容器。陶瓷电容器具有低ESR值；也可以用钽电容器，这取决于应用。
假定变换器在开关节点（SW）无双脉冲或脉冲串，则输出电压纹波可用下式计算：

其中Ip是峰值电流，L是所选电感器值，IOUT是额定负载电流，fs（IOUT）是在额定负载时的开关频率，VD是整流二极管正向电压（典型值0.3V），COUT是所选输出电容器，ESR是输出电容器的ESR值。
表1给出所建议的输出电容器。
表1建议的输入和输出电容器
器件
电容器
额定电压（V）
生产厂家
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

输入电容器选择
为了良好的输入电压滤波，建议用低ESR陶瓷电容器。对大多数应用用4.7_F陶瓷输入电容器就足够了。增加电容器值，可提供较好的电压滤波。所建议的输入电容器见表1。
效率
如图2所示，TPS61042在升压配置中其效率范围大约为70%_86%
图1中的电器和二极管应选择小型的，使总面积最小。较大的电感器和二极管可改善效率。（彭京湘）
图1  升压配置中的TPS61042
图2 TPS61042升压变换器效率