TPS65142環(huán)路補償設計考慮因素之討論
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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。這種器件擁有一個升壓轉換器、一個正充電泵穩(wěn)壓器以及一個負充電泵穩(wěn)壓器，用于驅動源極驅動器和柵極驅動器。為了更加符合TFT LCD系統(tǒng)串擾規(guī)定，有必要為AVDD升壓轉換器設計一個符合要求的閉環(huán)性能。本應用報告將對設計考慮問題進行討論。
1 TPS65142升壓轉換器介紹
如圖1所示，按照設計，TPS65142 AVDD升壓穩(wěn)壓器適用于最高16.5V的輸出電壓，最小開關峰值電流限制為1.8A。該器件工作在準恒定頻率電流模式方案下，使用內部補償來最小化引腳和元件數目。在650 kHz和1.2 MHz之間，開關頻率可選。在導通期間，電感器電流上升。當電流達到內部GM放大器設置的閾值時，功率晶體管關閉。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的斷開時間固定不變，因此這些參數改變時其保持相同的頻率。
固定斷開時間可保持準恒定頻率，這樣，相比傳統(tǒng)升壓轉換器，它可在一個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器件的拓撲可提供極為優(yōu)異的負載和線壓調節(jié)，以及優(yōu)秀的線壓及負載瞬態(tài)響應性能。
圖1：TPS65142升壓轉換器實施
2 TPS65142固定斷開時間小信號電路
就固定斷開時間升壓轉換器而言，由于使用連續(xù)電流模式，tOFF時間定義如下：
控制到電感器電流的等效小信號模型如圖2所示。
圖2：控制到電感器電流增益
考慮升壓轉換器的平均值模型：
由方程式10和圖2，可以推導出圖3所示總小信號電路。
圖3：TPS64142升壓轉換器的總小信號模型
根據產品說明書，可得到圖3所示參數：
3 設計舉例
設計規(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)
根據圖3所示結果，可以得到圖4所示仿真模型：
圖4：設計舉例
仿真結果如圖5所示。
圖5：仿真結果
圖5表明，交叉頻率為5.3kHz，并且相位余量為63度。
根據實驗室測試結果，我們可以獲得如圖6所示結果。
該測試結果顯示，交叉頻率為5.5kHz，并且相位余量為66度。
經過對比，仿真結果和測試結果完全匹配。
圖6：實驗室測試結果4 外部補償
TPS65142器件使用了內部補償，并沒有使用任何外部專用PIN來進行環(huán)路補償調節(jié)。但是，在一些情況下，例如：串擾問題等，用戶必須對環(huán)路補償進行調節(jié)。添加兩個外部電容器(C1和C2)，與兩個分離電阻器并聯(lián)，如圖7所示。
圖7：使用兩個外部電容器C1和C2進行環(huán)路補償
根據仿真，可以得到如圖8所示波特圖。
圖8：仿真結果
圖8顯示，交叉頻率為6.1kHz，而相位余量則為89度。對比沒有兩個外部電容器的圖5所示仿真結果，交叉頻率和相位余量都增加了。
關于外部電容器C1和C2的選擇，可參考如下方程式：
5 結論
本應用報告介紹了固定斷開時間升壓轉換器的小信號分析，以及TPS65142器件外部環(huán)路補償的解決方案。與此同時，我們還通過設計實例證明了該解決方案的有效性。
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