可调LED亮度的DC-DC转换器TPS61042

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:TPS61042是美国德州仪器公司生产的DC-DC转换器。该器件同时可作为LED的驱动器,且其驱动输出电压可达27.5V。文中介绍了TPS61042的工作原理及典型应用设计方法。 关键词:DC-DC转换器;脉冲频率调制PFM;脉冲宽度调制PWM;TPS61042 1 特点 TPS61042是一种高频控制直流输出的LED驱动器。通过将其脉冲宽度调制(PWM)信号加至控制端(CTRL)可以调节LED亮度。LED电流可以通过外部检测电阻设置。由于TPS61042内置N沟道 500mA MOSFET,因而可有效地限制尖峰脉冲,其转换频率高达1MHz。另外,芯片的CTRL脚控制信号还可以在停机状态下使LED与地断开,从而可有效避免漏电流损耗。 TPS61042可为LED背景灯提供驱动以应用于PDA、掌上电脑、手持设备以及移动电话等设备中。其主要特性如下: ●可通过PWM信号进行精确的亮度控制; ●内置500mA、N沟道开关MOSFET管; ●输入电压范围为1.8V~6.0V; ●最大静态电流为38μA; ●转换效率可达85%; ●采用QFN小型封装。 2 TPS61042的极限值和管脚功能 TPS61042的极值电参数如下: ●电源电压(Vin对GND):-0.3V~7V; ●SW、LED、OVP端对地电压(VSW、VLED、VOVP):小于30V; ●VRS、VCTRL、VFB:Vin%26;#177;0.3V; ●TA小于25℃时的持续耗散功率:370mW,而在TA大于25℃时,下降速度为3.7mW/℃; ●工作温度范围:-40~85℃; ●结温:158℃; ●存储温度:-65℃~150℃; ●焊接温度(10秒):260℃。 TPS61042的引脚排列如图1所示,各引脚功能如表1所列。 表1 TPS61042管脚名称及功能 管 脚 名 称 I/O 功 能 1 LED I LED晶体开关管Q2输入端。连接LED到晶体开关管 2 RS O LED晶体开关Q2输出端。连接外部检测电阻 3 VIN I 电源输入端 4 FB I LED电流反馈输入端。通过调整Rs电压(最252mV)来调整LED电流 5 CTRL I 脉宽调制信号控制端。高电平有效,时LED开关管导通,输入100Hz~50kHz的PWM信号控制LED亮度 6 GND   地端 7 OVP I 过压保护端。连接输出滤波电容 8 SW I 晶体开关Q1输入端 3 TPS61042的工作原理 TPS61042的结构框图如图2所示。该器件的主要功能有DC-DC转换器、LED亮度控制以及过压保护和欠压锁定等。 3.1 DC-DC转换 TPS61042的电压转换采用脉冲频率调制(PFM)方式。转换效率高达1MHz。当检测电阻上的电压低于252mV时,主开关管Q1接通,电流升高,当电流达到500mA或接通时间超过6μs后,主开关管Q1关断。外部肖特基二极管将电感能量传送到输出端。此后在保持至少400ns的关断时间且反馈电压降到参考电压(252mV)以下时,主开关管重新接通。该芯片的PFM电流控制开关频率和电感值、输入输出电压、LED电流等有关。 3.2 亮度控制 应用频率范围为100Hz~50kHz的PWM信号会使LED电流随PWM信号的有效周期产生脉动。PWM信号有效周期可以从1%到100%,当有效周期低于1%时,如果PWM信号无效时间超过10ms,转换器就会停机。另外,TPS61042的控制端还有使能功能。当CTRL置于高电平500μs后,转换使能有效,而当CTRL置低32ms后,转换禁止。该PWM信号的时序如图3所示。 3.3 过压保护和欠压锁定 为防止输出电压高于Q1的30V极限电压值,该芯片内部设计了过压保护电路。当输出电压超过30V时,Q1关断。而当输入电压低于1.5V时,转换器关闭,此时Q1和LED开关管Q2呈高阻态。 4 应用电路设计 4.1 极限电流值设置 图4所示是TPS61042的典型应用电路,图中,当电感上的电流达到500mA之前,内部开关管保持接通。实际上,在电流达到500mA极限时,在持续的100ns内,电流可能会略微超过500mA。具体极限电流如下: IP=I(LIM)+VI/L%26;#215;100ns 即IP=500mA+VI /L%26;#215;100ns 由此可见,输入电压越高,电感值越低,极限电流越大。 4.2 电感的选取 在图4电路中,L1的典型电感值为4.7μH。其电感值越小,转换频率也越高,但转换效率较低,而且峰值电流较大。增大电感值可以限制输出电流,但启动时间较长。电感的直流电阻也可能影响转换效率。直流电阻越低,转换效率越高。因此,在选电感值时,要充分考虑实际应用的各种条件。 4.3 二极管的选择 由于TPS61042的开关频率很高,因此二极管要选用快速整流管。推荐使用肖特基二极管,如MBR0520、MBR0530、Toshiba CRS02、Zetex ZHCS400等。 4.4 电容的选择 输入电容可以选用低ESR的电容,典型容量值为4.7μF。为达到更好的输入滤波,电容量也可适当增加。 输出电容一般选用钽电解电容。输出电容影响着电压输出纹波和转换器的线性调节性能。当输出电容大于1μF时,线性调节性能可达到1%/V。 4.5 LED电流的设置 通过对检测电阻Rs的设置可调整LED电流。如果Rs的电压为参考电压252mV,则LED的电流为: ILED=VFB/RS=0.252V/RS 5 其它注意事项 TPS61042是高转换频率高极限电流的DC-DC控制器,在PCB制板中输入电容要尽量靠近开关脚(SW),以降低噪声对其它电路的耦合。而反馈电路由于阻抗较高,应远离电感。转换器采用QFN小型封装,要采用散热焊盘和宽走线方式来增强散热效能。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/ledanddisplay/200703/9633.html
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