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±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×１００ｎｓ
即ｉｐ＝５００ｍａ＋ｖｉ ／ｌ×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。
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