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VIN和輸出電壓VS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1:TPS65142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,tOFF時(shí)間定義如下:
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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:
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。
TPS65142環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)考慮因素之討論
圖3:TPS64142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(cè)試結(jié)果,我們可以獲得如圖6所示結(jié)果。
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該測(cè)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(duì)比,仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果完全匹配。
圖6:實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(duì)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(duì)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:
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。
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