TPS61042是一款高频升压转换器
日期：2020-4-2恒流LED驱动器
特征
带过电压保护的电流源
输入电压范围。1.8伏至6伏
内部30V开关
效率高达85%
使用PWM信号或模拟信号进行精确亮度控制
开关频率。高达1兆赫
内部功率MOSFET开关。500毫安
使用低至100 nF的小输出电容器工作
关闭期间断开LED
空载静态电流。38微安典型值
关闭电流。0.1微安典型值
×提供3毫米3毫米QFN小包装
应用
背光/侧灯的白色LED电源
显示器
–掌上电脑，掌上电脑，智能手机
–手持装置
–手机
一级
说明
TPS61042是一款高频升压转换器，具有恒定电流输出，可驱动白色LED或类似产品。LED电流由外部感测电阻器（RS）设置，并由反馈引脚（FB）直接调节，反馈引脚将感测电阻器RS上的电压调节至252 mV（典型值）。为了控制LED亮度，可以通过向控制引脚（CTRL）施加频率范围为100hz至50khz的PWM（脉冲宽度调制）信号来对LED电流进行脉冲控制。如应用信息部分所述，为了允许更高的灵活性，可以将设备配置为亮度也可以由模拟信号控制的位置。为避免在关机期间可能通过LED的泄漏电流，控制销（CTRL）会禁用设备并将LED与地面断开。为了在操作过程中获得最大的安全性，输出具有集成过电压保护，防止在高阻抗输出（例如故障LED）的情况下损坏设备。
功能框图
详细说明
操作
TPS61042的工作方式类似于标准的升压转换器，但调节传感电阻（RS）的电压，而不是输出电压。这提供了一个精确的调节LED电流，与输入电压和连接的LED数量无关。通过集成过电压保护（OVP），TPS61042被配置为具有过电压保护的电流源，非常适合驱动led。利用30V的内部开关，器件可以产生高达27.5V的输出电压，并具有一个内部500mA的MOSFET开关（Q1）。这允许多个LED串联到输出。与LED串联的内部LED开关（Q2）的最大额定电流为60毫安，并在关机期间将LED与地面断开。LED开关由应用于控制销（CTRL）的PWM信号驱动，控制销直接控制LED亮度。采用这种控制方法，LED亮度仅取决于PWM占空比，与PWM频率和幅度无关。
升压变换器
boost变换器采用脉冲频率调制（PFM）方案，采用恒峰值电流控制。这种控制方案在整个负载电流范围内保持高效率，开关频率高达1兆赫，能够使用小型外部组件。转换器通过反馈引脚（FB）监测RS上的感应电压，当反馈电压低于参考电压（252 mV典型值）时，主开关打开，电流上升。当电感电流达到内部设定的500毫安（典型值）峰值电流时，主开关关闭。有关更多信息，请参阅峰值电流控制部分。关闭主开关的第二个标准是最大开启时间为6微秒（典型值）。这限制了转换器在极端条件下的最大开启时间。当开关关闭时，外部肖特基二极管正向偏置，将存储的电感能量传送到输出端。主开关保持断开，直到400 ns（典型值）的最小断开时间过去，并且反馈电压再次低于参考电压。采用这种PFM峰值电流控制方案，变换器在不连续导通模式（DCM）下工作，其中开关频率取决于电感、输入和输出电压以及LED电流。较低的LED电流会降低开关频率，从而在整个LED电流范围内实现高效率。这种调节方案本质上是稳定的，允许在很大范围内选择电感和输出电容。
峰值电流控制（升压转换器）
内部开关打开，直到电感电流达到500毫安（典型值）的直流电流极限（ILIM）。由于内部电流限制延迟为100 ns（典型值），实际电流稍微超过直流电流限制阈值。典型峰值电流限值可计算如下：
I I 100纳秒 我
P（典型）（极限）L
I 500毫安100毫安（典型值）升 我
输入电压越高，电感值越低，电流极限过冲越大。
软启动
如果不采取特别的预防措施，所有的感应升压变换器在启动过程中都会表现出较高的冲击电流。这可能会在启动期间导致输入轨处的电压下降，从而导致系统意外或过早关闭。
TPS61042通过在两个步骤中增加电流限值来限制启动过程中的冲击电流，从256个开关周期的ILIM/4到接下来256个开关周期的ILIM/2，再到全电流限值。
详细说明（续）控制（控制）
CTRL pin有两个功能。一个是设备的启用和禁用。另一种是内部LED开关（Q2）的PWM控制。如果没有向控制引脚施加任何脉冲宽度调制信号，则控制引脚可以用作设备的标准启用引脚。要启用设备，必须将控制销拉高至少50微秒的时间段。设备从软启动循环开始。将控制销拉至GND的时间≥32毫秒将禁用该设备，通过打开LED开关（Q2）将LED与GND断开以避免任何LED泄漏电流。参见图16了解控制销计时。
当应用于控制销时，内部LED开关（Q2）由PWM信号驱动。在100赫兹到50千赫的范围内应用一个脉冲宽度调制信号可以使LED电流随着脉冲宽度调制信号的占空比而脉冲化。控制销接受从D=1%到100%的脉宽调制占空比。工作循环低于1%也是可能的，因为所应用的脉宽调制信号的关闭时间超过10毫秒，设备被迫关闭。
当一个脉冲宽度调制信号被应用到控制销上时，LED开关（Q2）立即打开。内部错误比较器在400 ns内被禁用。在LED开关（Q2）关闭后，需要400 ns的延迟时间来建立通过感测电阻器RS的正确电压水平。
为了获得良好的LED电流精度和线性度，转换器的开关频率必须高于施加在控制引脚上的PWM频率。
要启用该设备，控制信号必须高达50微秒。然后可以在脉冲宽度（tp）大于或小于tON的情况下应用PWM信号。要强制设备进入关机模式，CTRL信号必须至少低32毫秒。在设备进入关机状态之前，要求CTRL引脚低32毫秒，可以使PWM调光频率低至100赫兹。当控制信号高达至少50微秒时，设备再次启用。
必须终止此CTRL pin。
在控制销上施加脉冲宽度调制信号，开启时间为tp2.5s≤μ在这种情况下，在软启动完成之前，PWM信号tp的开启时间必须大于2.5微秒。软启动在512个切换周期后完成。简单地说，估计软启动时间，将PWM信号的周期乘以512，并向其添加50微秒。对于50 kHz信号，最小软启动时间段为10.3ms。软启动时间完成后，可将脉宽调制接通时间降低至tp>400ns。
详细说明（续）过电压保护（OVP）
与任何电流源一样，输出电压随着输出阻抗的增加或断开而升高。为了防止输出电压超过最大主开关（Q1）额定电压30V，集成了过电压保护电路。当输出电压超过OVP阈值电压时，（Q1）关闭。转换器开关保持断开，直到输出电压低于OVP阈值电压。只要输出电压低于OVP阈值，转换器就会继续正常工作，直到输出电压再次超过OVP阈值。
欠压闭锁
欠压锁定功能可防止设备在输入电压低于1.5 V（典型值）时误操作。只要输入电压低于欠压阈值，器件就保持关闭，主MOSFET开关（Q1）和LED开关（Q2）打开。
热关机
TPS61042中执行内部热关机，如果超过160°C的典型结温，则关闭设备。如果设备处于热关机模式，则主MOSFET开关（Q1）和LED开关（Q2）打开。
应用程序信息
电感选择、最大负载电流和开关频率
TPS61042的PFM峰值电流控制方案具有固有的稳定性。电感值不影响稳压器的稳定性。电感的选择以及应用的标称LED电流、输入和输出电压决定了转换器的开关频率。
第一步是计算最大负载电流转换器可以支持使用选定的电感。电感值对最大有效负载电流的影响较小，且仅为二阶。良好的电感值从4.7μH开始。根据应用情况，可以使用低至1.0μH的电感值。最大电感值由开关的最大接通时间6微秒（典型值）确定。在这6微秒内，必须达到500毫安（典型值）的峰值电流限值，才能正常工作。变流器的最大负载电流在变流器开始进入连续导通模式的工作点确定。变换器必须始终在不连续导通模式下运行以保持调节。
根据电感电流下降时间的时间周期大于或小于转换器的最小断开时间（400ns典型值），可以计算最大负载电流。
（峰值电流控制部分所述的峰值电感电流）
上面的公式包含期望的转换器效率，它允许计算转换器可以支持的期望最大负载电流。
如果转换器能够支持所需的LED电流，则下一步是计算工作点处的转换器开关频率，该频率必须小于1 MHz。同时，为了避免非线性亮度控制，变换器的开关频率应远高于在控制引脚处应用的PWM频率。则操作点的开关频率可以计算为：
申请资料（续）
电感值越小，变换器的开关频率越高，但效率越低。
所选电感器的饱和电流必须满足在峰值电流控制部分计算出的转换器的最大峰值电流。此计算使用I（LIM）（600mA）的最大值。
另一个重要的电感参数是直流电阻。直流电阻越低，变换器的效率越高。
输出电容器的选择及线路调整
为了更好的输出电压滤波，建议使用低ESR输出电容器。陶瓷电容器的ESR值较低，但根据应用情况，可以使用钽电容器。
输出电容值的选择直接影响到变换器的输出电压纹波，也影响到线路的调节。输出电压纹波越大，线路调节越大，这意味着如果输入电压改变，LED电流也会改变。如果LED电流的某个变化导致LED亮度发生明显变化，则取决于LED制造商和应用。要求良好的线路调节≤1%/V（典型值）的应用必须使用≥1μF的输出电容值。
使用：
I（LIM）=最小开关电流限值（400毫安典型值）
L=选定的电感值
I（负载）=额定负载电流fS=之前计算的额定负载电流下的开关频率。
VF=整流二极管正向电压（0.3 V典型值）
CO=选定的输出电容器
ESR=输出电容器ESR值
输入电容器选择
为了获得良好的输入电压滤波效果，推荐使用低ESR陶瓷电容器。4.7μF陶瓷输入电容器足以满足大多数应用。为了更好的输入电压滤波，可以增加电容值。
效率
应用的整体效率取决于具体的应用条件，主要取决于电感的选择。电感值越低，开关频率越高，开关损耗越低。电感直流电阻越低，铜损耗越低，效率越高。因此，根据所选择的电感器，效率通常可以变化±5%。作为应用程序效率的指南。这些曲线显示了使用仅1.2 mm高的4.7μH感应器为四个LED供电的典型效率。效率曲线显示了将电源输送到LED的效率，而不是总的转换器效率，计算如下：
设置LED电流
转换器通过调节电流感应电阻器（RS）上的电压来调节LED电流。通过感测电阻器的电压被调节到内部参考电压V（FB）=252 mV。
当led的亮度由应用于控制销的PWM信号固定或控制时，使用当前编程方法。当在控制引脚上使用PWM信号时，LED的亮度仅取决于PWM占空比，与PWM频率或幅度无关，从而简化了系统。
或者，也可以使用模拟电压来控制LED亮度。
LED电流由施加到R2（V（adj））的电压以及R1、R2和感测电阻器（RS）的选择决定。在这种配置中，LED电流是线性控制的，而不是以前的配置中的脉冲电流。要选择电阻值，需要执行以下步骤。
1. 选择电压V（adjmax）关闭LED。→V（调整最大值）（例如3.3 V）
2. 选择电压V（调整最小值）以完全打开LED。→V（调整最小值）（例如0.0 V）
3. 选择最大和最小LED电流IO（最大）和IO（最小）。（例如IO（最大值）=20毫安，IO（最小值）=0毫安）
4. 计算R2以在LED完全打开时获得I1=3微安到10微安范围内的反馈电流：
单独启用的PWM控制
控制管脚（CTRL）将启用功能和PWM亮度控制功能合并在一个管脚中。对于某些系统，需要独立的启用功能。
使用肖特基二极管的独立使能和PWM控制
脉宽调制亮度控制100赫兹至50千赫
启用（EN）
使用晶体管分离使能和PWM控制
使用与门分离使能和PWM控制
布局注意事项
在所有的开关电源中，布局是设计的重要步骤，特别是在高峰值电流和开关频率下。如果布局不仔细，调节器可能会显示噪声问题和占空比抖动。
输入电容器应尽可能靠近输入引脚，以实现良好的输入电压滤波。电感器和二极管必须尽可能靠近开关管脚，以尽量减少与其他电路的噪声耦合。由于反馈管脚和网络是一个高阻抗电路，反馈网络应远离电感。
热因素
TPS61042采用热增强QFN封装。该封装包括提高封装热性能的热垫。请参阅QFN/SON PCB附件应用说明（SLUA271）。
QFN封装的热阻与周围环境的连接在很大程度上取决于PCB的布局。使用热过孔和宽的PCB轨迹可提高热阻R。在正常操作条件下，热垫不需要PCB过孔。但是，热垫必须焊接到PCB上。Θ甲Θ甲
TPS61042，系统总高度为1.0 mm。效率=82.7%@VI=3.0v/19ma
TPS61042具有低LED纹波电流和使用4.7μF输出电容器的更高精度
TPS61042为6个LED供电，效率=84%@VI=3.6 V/19毫安
TPS61042为8个LED供电，效率=81%@VI=3.6V/18.6MA
使用模拟电压的可调亮度控制
基于PWM信号的交替可调亮度控制
