小巧﹑靈活﹑寬輸入電壓非同步的BUCK控制器TPS40200

1、小巧.靈活、寬輸入電壓異步的buck控制器在對效率要求不太苛刻的地方，選擇tps40200具有很多方便之處。 輸入電壓范圍從4.5v52v。 輸出電壓從0.7v90%vin。 驅動外部p-mosfet,驅動能力達200mao 電壓前饋補償?shù)碾妷嚎刂菩汀?可調工作頻率35khz500khz。 可調短路保護點。 打呃式過流保護。 欠壓鎖定，可外同步。這樣一款廉價ic為一款柔性異步的buck控制器，它具有省功耗特色。當 外部p-mosfet導通后，驅動電流即關斷。為電壓型控制。加入電壓前饋作輸 入補償，以響應輸入電壓的瞬變。內部700mv基準可提供精準的低壓輸出，它 以so8封裝，可軟起動，有過流限

2、制，欠壓鎖定，且很容易調節(jié)設定。容易外 同步到系統(tǒng)頻率，應用電路如圖1,內部等效電路如圖2,各端子功能描述如下:rc 1 pin開關頻率設置端，外部用一 rc網絡，ct從此端到gndo rt從 vin到rc端，器件也能同步到外時鐘，接一支漏極開路mosfet,將rc端接 到gnd即可，脈寬無特殊要求。ss 2pin軟起動端，接一電容到gnd,調節(jié)軟起動吋間。將此端拉到150mv 以下，即停止輸岀，令器件處于關斷狀態(tài)。另一功能為過流后的重新起動吋段的 設定。comp3pin誤差放大器輸出端，外接補償網絡到此端。fb 4p1n誤差放大器反相輸入端，外接反饋電阻網絡設定輸出電壓。gnd 5pin器件

3、公共端。gdrv 6pin驅動輸出端，外接p-mosfet的柵。isns 7pin電流檢測比較器輸入端，外接電流檢測電阻放于isns和vdd 之間設置所需ocp保護值。vdd 8pin器件供電端，外接旁路電容到gndo下面詳細敘述其功能。tps40200是一款異步控制器，可給出200ma驅動電流，以便驅動外部的 p-mosfet開關。工作頻率可到500khzo以小巧、易用、外部元件少、成本低 為特色?？刂破饔玫椭禉z測電阻串入輸入和功率mosfet之間以檢測開關電流，當 其壓降超過100mv時，器件即進入打呃狀態(tài)，工作頻率降到2%。誤差放大器以700mv為基準用于穩(wěn)壓，電壓前饋補償，以保持pwm

4、的增 益恒定，并消除不同輸入電壓時的變頻補償。它還包括了軟起動，防止了輸出電壓過沖。tps40200的基本應用電路tps40200compfbss 2isns furohsoft-startandovercurrenten曰網e/aoscuvlopvjmlogovddg drv voltage swing hmtedxi to(vln-8v) d i gdrv15 gndv圖2 tps40200的內部等效電路 調節(jié)設定工作頻率.控制器的工作頻率由外部電阻rrc和電容crc決定。振蕩器頻率由下式給出:1rrc x rc x 0105此處，fsw為時鐘頻率，rrc為定時電阻，crc為定吋電容。rr

5、c必須足夠大，通過它的電阻不能超過750ua。內部開關的放電時間由 crc決定，此條件為：如lm750 parrc 同步振蕩器.圖3示出tps40200振蕩器功能電路。當同步此振蕩器到外吋鐘頻率時，rc 端電平必須拉到!50mv以下，脈寬達20ns以上。外時鐘頻率必須高于自由振蕩 頻率。同步時，如果rc較低超出了時間總量，就會岀現(xiàn)錯誤。rc端定時最大 總量必須低于正常輸出脈沖的50%或同步頻率周期的10%。在輸入電壓高、占空比少于50%的情況下，要一支肖特基二極管接于rc端。時鐘信號必須有一個高于觸發(fā)點的幅度。當時鐘低時，它允許復位電流重回到 rc斜波上，去同步振蕩器到外時鐘頻率。這就防止了簡

6、單的單一元件設置時鐘 頻率的同步。vdd jf圖3 tps40200的頻率設置電路 限流電阻的選擇.如圖4,用一支電阻串入p-mosfet,以設置ocp水平。要用低esl的電 阻防止振鈴及誤觸發(fā)。當fet導通時，控制器檢測loomv以上的壓降（從vdd 到isns端），則過流條件即檢測出來。出現(xiàn)此情況時，mosfet被關斷，如圖5。 軟起動電容放電，在軟起動電容電壓低于150mv時，變換器清除了過流條件， 然后重新起動。如果導致過流的條件仍存在，則變換器重新關斷。如果過流條件 已消除，起動過程重新開始。圖6示出軟起動電容電壓在此期間的狀況，此期間 占空比大約為2%o如果必要可加入一個小的rc網

7、絡給電流檢測部分，減少誤觸發(fā)。此濾波器 還可用來修整過流觸發(fā)點到更高的水平（再加一支電阻），見圖30。正常過流觸發(fā) 點（用圖30的）由下式給出：此處，ioc為過流觸發(fā)點的峰值電感電流，viun4為過流的閾值電壓，典型為 100mv, rilim為檢測電阻值，rfi和rf2為放大縮小電阻。電容值由正常脈寬及放縮電阻rfi和rf2決定，最好其時間常數(shù)長過變換器 的脈沖寬度。，除非過流觸發(fā)點中出現(xiàn)次諧波增加，用此常數(shù)求出電容值如下式:cf< vo e%此處，cf為電流限流濾波器電容,vo為輸岀電壓，vin為輸入電壓，fsw為開關頻率，rfi和rf2為放縮電阻值。圖5電流限制復位 mosfet的

8、柵驅動.圖6典型的軟起動電容及過流時的vout輸出驅動器的漏入電流為200ma,設計驅動p-mosfeto當驅動器拉柵極 到8v吋，驅動電流流回到低電平。高的功耗僅在mosfet導通期間出現(xiàn)。此 特色實際上的價值系在高輸入電壓下開啟mosfet,此吋，柵驅動電流將離開, 否則會導致無法接受的功耗。 欠壓鎖定保護欠壓鎖定保護(uvlo)可以確保合適的ic起動。它僅在輸入電壓超過最小工 作電壓時才起動，它加入一個窗口，消除由于輸入電源為高阻抗時的打呃式起動。欠壓保護確保了合適的工作，uvlo電平測量在vdd端用相對gnd電平 進行。起動電壓典型為4.3v,有大約200mv窗口，在4v吋關斷，如圖7

9、所 示。當輸入vdd電壓升至ij4.3v,則1.3v比較器的閾值電壓即超出。一個run 信號出現(xiàn)，從輸出關閉開關，并上200kq電阻降低約200mv電壓，成為4.1 v。 調節(jié)軟起動時間外部加一支電容css接于ss到gnd控制tps40200的軟起動時間。內部一 個充電電阻接到vdd產生一個上升的參考電壓，它通過一個700mv偏移加到 tps40200誤差放大器的參考輸入，當軟起動電容電壓低于150mv時，沒有開關 被激活，進一步增加也沒有效果。初始慢起動的優(yōu)點是令控制器不會出現(xiàn)輸出過沖。因為輸出電壓跟隨控制器給設定的基準電壓值，電路的設想系產生一個如圖 32的效果，一個700mv的偏移次序令

10、控制器不能立即開關，一直到vess充到 700mvo此刻輸出仍為0v,當vess超出700mv時，tps40200的輸出跟隨軟起 動時段的控制，一旦達到1.4v以上，700mv的內部基準被超過，ic才開始正常 工作。圖7欠壓鎖定屯路慢起動時間大于輸出lc濾波器的時間常數(shù)，此時間常數(shù)為：t$ x jl_o x cq計算軟起動時間間隔很簡單，它用rc網絡作指數(shù)充屯從0v充到1.4v, 個內部105 k q充屯屯阻從ss端接到vsst,為應用此電壓設在8v,由內部調節(jié)器箝制，最大充屯屯壓到8v,此結果用公式表示如下:tss=rc xcssi85 c 55 vsst-1-4'此處，tss為所需

11、的軟起動時間，css為軟起動電容，（f）rc為內部軟起動充 電電阻105k q, vsst為內部電壓最高到8v。 輸出電壓設置及增益調制.由于輸入到誤差放大器的電流是負的，反饋阻抗可以選擇很寬的范圍，已知 基準電壓為708mv,電阻ri選擇傳統(tǒng)值，然后計算r2的值。誤差放大器有直流開環(huán)增益至少60db,最小1.5mhz的增益帶寬乘積。它給用戶一個選擇反饋補償類型的柔性用于它的實際計算。由用戶作的增益選擇在跨 越頻率設置能提供整個系統(tǒng)的單位增益帶寬，跨越頻率的選擇可使誤差放大器的 開環(huán)增益很高，且達到所需的閉環(huán)增益，這就確保了放大器的響應僅由無源的反 饋網絡元件來決定。應用實例設計1。輸入812

12、v,輸出3.3v, 2.5a。tps40200組成的降壓型調節(jié)器如圖10o它能輸岀2.5a,可以3.3v或5v輸 出，按反饋電阻選擇即可。3.3v輸出時效率可達到90%, 5v輸出時達94%。設 計方法的討論包括如下：圖10 tps40200組成的降壓調節(jié)器電路 mosfet的選擇1. 最大輸入電壓為16v選擇30v的mosfeto2. 選擇電流及rsdon,按要求的損耗分成開關損耗及導通損耗。3. 按輸出功率及效率，其功耗為0.916w,選為fdc654p。均方根電流為:dxrms=10 mwpgate q g x vgah： x fscoss2josss-g 叫=2mw2-22 mw整流二極管的選擇.1耐壓選30v,最大加上的反壓為16v。2.電流.按最小工作的占空比及輸出電流。計算功耗.=653 mw-6.8 mw電感的選擇.l“x = * g = 32 phpeak輸出電容的選擇lxloio2<lx|co(yos2-vo2)avo<aiox1luo開關頻率的選擇.rrcxcrc = 0.105 xfswrrc = 68.1 qc5 = 470 pf調節(jié)ocp.ilim = 過流保護電路如圖11所示。 r"tps432qggdrvrvddriliv圖11過流保護點的確定軟起動電容的選擇.tssx103rx in補償網絡設計.(