小巧﹑靈活﹑寬輸入電壓非同步的BUCK控制器TPS40200

小巧﹑靈活﹑寬輸入電壓異步的BUCK控制器在對(duì)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4.5V~52V。輸出電壓從0.7V~90%VIN。驅(qū)動(dòng)外部P-MOSFET，驅(qū)動(dòng)能力達(dá)200mA。電壓前饋補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂菩??？烧{(diào)工作頻率35KHz~500KHz?？烧{(diào)短路保護(hù)點(diǎn)。打呃式過(guò)流保護(hù)。欠壓鎖定，可外同步。這樣一款廉價(jià)IC為一款柔性異步的BUCK控制器，它具有省功耗特色。當(dāng)外部P-MOSFET導(dǎo)通后，驅(qū)動(dòng)電流即關(guān)斷。為電壓型控制。參加電壓前饋?zhàn)鬏斎胙a(bǔ)償，以響應(yīng)輸入電壓的瞬變。內(nèi)部700mV基準(zhǔn)可提供精準(zhǔn)的低壓輸出，它以SO-8封裝，可軟起動(dòng)，有過(guò)流限制，欠壓鎖定，且很容易調(diào)節(jié)設(shè)定。容易外同步到系統(tǒng)頻率，應(yīng)用電路如圖1，內(nèi)部等效電路如圖2，各端子功能描述如下：RC1PIN開關(guān)頻率設(shè)置端，外部用一RC網(wǎng)絡(luò)，CT從此端到GND。RT從VIN到RC端，器件也能同步到外時(shí)鐘，接一支漏極開路MOSFET，將RC端接到GND即可，脈寬無(wú)特殊要求。SS2PIN軟起動(dòng)端，接一電容到GND，調(diào)節(jié)軟起動(dòng)時(shí)間。將此端拉到150mV以下，即停止輸出，令器件處于關(guān)斷狀態(tài)。另一功能為過(guò)流后的重新起動(dòng)時(shí)段的設(shè)定。COMP3PIN誤差放大器輸出端，外接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)到此端。FB4PIN誤差放大器反相輸入端，外接反應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)定輸出電壓。GND5PIN器件公共端。GDRV6PIN驅(qū)動(dòng)輸出端，外接P-MOSFET的柵。ISNS7PIN電流檢測(cè)比擬器輸入端，外接電流檢測(cè)電阻放于ISNS和VDD之間設(shè)置所需OCP保護(hù)值。VDD8PIN器件供電端，外接旁路電容到GND。下面詳細(xì)表達(dá)其功能。TPS40200是一款異步控制器，可給出200mA驅(qū)動(dòng)電流，以便驅(qū)動(dòng)外部的P-MOSFET開關(guān)。工作頻率可到500KHz。以小巧﹑易用﹑外部元件少﹑本錢低為特色?？刂破饔玫椭禉z測(cè)電阻串入輸入和功率MOSFET之間以檢測(cè)開關(guān)電流，當(dāng)其壓降超過(guò)100mV時(shí)，器件即進(jìn)入打呃狀態(tài)，工作頻率降到2%。誤差放大器以700mV為基準(zhǔn)用于穩(wěn)壓，電壓前饋補(bǔ)償，以保持PWM的增益恒定，并消除不同輸入電壓時(shí)的變頻補(bǔ)償。它還包括了軟起動(dòng)，防止了輸出電壓過(guò)沖。圖1TPS40200的根本應(yīng)用電路圖2TPS40200的內(nèi)部等效電路調(diào)節(jié)設(shè)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：此處，fsw為時(shí)鐘頻率，RRC為定時(shí)電阻，CRC為定時(shí)電容。RRC必須足夠大，通過(guò)它的電阻不能超過(guò)750uA。內(nèi)部開關(guān)的放電時(shí)間由CRC決定，此條件為：同步振蕩器.圖3示出TPS40200振蕩器功能電路。當(dāng)同步此振蕩器到外時(shí)鐘頻率時(shí)，RC端電平必須拉到150mV以下，脈寬達(dá)20ns以上。外時(shí)鐘頻率必須高于自由振蕩頻率。同步時(shí)，如果RC較低超出了時(shí)間總量，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。RC端定時(shí)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(shí)鐘信號(hào)必須有一個(gè)高于觸發(fā)點(diǎn)的幅度。當(dāng)時(shí)鐘低時(shí)，它允許復(fù)位電流重回到RC斜波上，去同步振蕩器到外時(shí)鐘頻率。這就防止了簡(jiǎn)單的單一元件設(shè)置時(shí)鐘頻率的同步。圖3TPS40200的頻率設(shè)置電路限流電阻的選擇.如圖4，用一支電阻串入P-MOSFET，以設(shè)置OCP水平。要用低ESL的電阻防止振鈴及誤觸發(fā)。當(dāng)FET導(dǎo)通時(shí)，控制器檢測(cè)100mV以上的壓降(從VDD到ISNS端)，那么過(guò)流條件即檢測(cè)出來(lái)。出現(xiàn)此情況時(shí)，MOSFET被關(guān)斷，如圖5。軟起動(dòng)電容放電，在軟起動(dòng)電容電壓低于150mV時(shí)，變換器去除了過(guò)流條件，然后重新起動(dòng)。如果導(dǎo)致過(guò)流的條件仍存在，那么變換器重新關(guān)斷。如果過(guò)流條件已消除，起動(dòng)過(guò)程重新開始。圖6示出軟起動(dòng)電容電壓在此期間的狀況，此期間占空比大約為2%。圖4限流電阻的設(shè)置如果必要可參加一個(gè)小的RC網(wǎng)絡(luò)給電流檢測(cè)局部，減少誤觸發(fā)。此濾波器還可用來(lái)修整過(guò)流觸發(fā)點(diǎn)到更高的水平(再加一支電阻)，見(jiàn)圖30。正常過(guò)流觸發(fā)點(diǎn)(用圖30的)由下式給出：此處，Ioc為過(guò)流觸發(fā)點(diǎn)的峰值電感電流，VILIM為過(guò)流的閾值電壓，典型為100mV，RILIM為檢測(cè)電阻值，RF1和RF2為放大縮小電阻。電容值由正常脈寬及放縮電阻RF1和RF2決定，最好其時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)過(guò)變換器的脈沖寬度。,除非過(guò)流觸發(fā)點(diǎn)中出現(xiàn)次諧波增加，用此常數(shù)求出電容值如下式：此處，Cf為電流限流濾波器電容，Vo為輸出電壓，Vin為輸入電壓，fsw為開關(guān)頻率，RF1和RF2為放縮電阻值。圖5電流限制復(fù)位圖6典型的軟起動(dòng)電容及過(guò)流時(shí)的VOUTMOSFET的柵驅(qū)動(dòng).輸出驅(qū)動(dòng)器的漏入電流為200mA，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)P-MOSFET。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器拉柵極到-8V時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流流回到低電平。高的功耗僅在MOSFET導(dǎo)通期間出現(xiàn)。此特色實(shí)際上的價(jià)值系在高輸入電壓下開啟MOSFET，此時(shí)，柵驅(qū)動(dòng)電流將離開，否那么會(huì)導(dǎo)致無(wú)法接受的功耗。欠壓鎖定保護(hù)欠壓鎖定保護(hù)(UVLO)可以確保適宜的IC起動(dòng)。它僅在輸入電壓超過(guò)最小工作電壓時(shí)才起動(dòng)，它參加一個(gè)窗口，消除由于輸入電源為高阻抗時(shí)的打呃式起動(dòng)。欠壓保護(hù)確保了適宜的工作，UVLO電平測(cè)量在VDD端用相對(duì)GND電平進(jìn)行。起動(dòng)電壓典型為4.3V，有大約200mV窗口，在4.1V時(shí)關(guān)斷，如圖7所示。當(dāng)輸入VDD電壓升到4.3V，那么1.3V比擬器的閾值電壓即超出。一個(gè)RUN信號(hào)出現(xiàn)，從輸出關(guān)閉開關(guān)，并上200ΚΩ電阻降低約200mV電壓，成為4.1V。調(diào)節(jié)軟起動(dòng)時(shí)間外部加一支電容Css接于SS到GND控制TPS40200的軟起動(dòng)時(shí)間。內(nèi)部一個(gè)充電電阻接到VDD產(chǎn)生一個(gè)上升的參考電壓，它通過(guò)一個(gè)700mV偏移加到TPS40200誤差放大器的參考輸入，當(dāng)軟起動(dòng)電容電壓低于150mV時(shí)，沒(méi)有開關(guān)被激活，進(jìn)一步增加也沒(méi)有效果。初始慢起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是令控制器不會(huì)出現(xiàn)輸出過(guò)沖。因?yàn)檩敵鲭妷焊S控制器給設(shè)定的基準(zhǔn)電壓值，電路的設(shè)想系產(chǎn)生一個(gè)如圖32的效果，一個(gè)700mV的偏移次序令控制器不能立即開關(guān)，一直到Vcss充到700mV。此刻輸出仍為0V，當(dāng)Vcss超出700mV時(shí)，TPS40200的輸出跟隨軟起動(dòng)時(shí)段的控制，一旦到達(dá)1.4V以上，700mV的內(nèi)部基準(zhǔn)被超過(guò)，IC才開始正常工作。圖7欠壓鎖定電路圖8軟起動(dòng)電路慢起動(dòng)時(shí)間大于輸出LC濾波器的時(shí)間常數(shù)，此時(shí)間常數(shù)為：計(jì)算軟起動(dòng)時(shí)間間隔很簡(jiǎn)單，它用RC網(wǎng)絡(luò)作指數(shù)充電從0V充到1.4V，一個(gè)內(nèi)部105ΚΩ充電電阻從SS端接到Vsst，為應(yīng)用此電壓設(shè)在8V，由內(nèi)部調(diào)節(jié)器箝制，最大充電電壓到8V，此結(jié)果用公式表示如下：此處，Tss為所需的軟起動(dòng)時(shí)間，Css為軟起動(dòng)電容，(F)Rc為內(nèi)部軟起動(dòng)充電電阻105ΚΩ，Vsst為內(nèi)部電壓最高到8V。輸出電壓設(shè)置及增益調(diào)制.由于輸入到誤差放大器的電流是負(fù)的，反應(yīng)阻抗可以選擇很寬的范圍，基準(zhǔn)電壓為708mV，電阻R1選擇傳統(tǒng)值，然后計(jì)算R2的值。圖9系統(tǒng)的增益設(shè)置電路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(gè)選擇反應(yīng)補(bǔ)償類型的柔性用于它的實(shí)際計(jì)算。由用戶作的增益選擇在跨越頻率設(shè)置能提供整個(gè)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，且到達(dá)所需的閉環(huán)增益，這就確保了放大器的響應(yīng)僅由無(wú)源的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)元件來(lái)決定。應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)1。輸入8~12V，輸出3.3V，2.5A。TPS40200組成的降壓型調(diào)節(jié)器如圖10。它能輸出2.5A,可以3.3V或5V輸出，按反應(yīng)電阻選擇即可。3.3V輸出時(shí)效率可到達(dá)90%，5V輸出時(shí)達(dá)94%。設(shè)計(jì)方法的討論包括如下：圖10TPS40200組成的降壓調(diào)節(jié)器電路MOSFET的選擇最大輸入電壓為16V選擇30V的MOSFET。選擇電流及RSDON，按要求的損耗分成開關(guān)損耗及導(dǎo)通損耗。按輸出功率及效率，其功耗為0.916W，選為FDC654P。均方根電流為：整流二極管的選擇.耐壓選30V，最大加上的反壓為16V。電流.按最小工作的占空比及輸出電流。計(jì)算功耗.電感的選擇.輸出電容的選擇開關(guān)頻率的選擇.調(diào)節(jié)OCP.過(guò)流保護(hù)電路如圖11所示。圖11過(guò)流保護(hù)點(diǎn)確實(shí)定軟起動(dòng)電容的選擇.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).(P27,第一步~第二步)第一步：確定輸出電容的截?cái)囝l率。第二