TPS65142环路补偿设计考虑因素

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TPS65142器件为笔记本电脑TFT LCD面板的偏置功率和WLED背光提供一种紧凑型解决方案。这种器件拥有一个升压转换器、一个正充电泵稳压器以及一个负充电泵稳压器，用于驱动源极驱动器和栅极驱动器。为了更加符合TFT LCD系统串扰规定，有必要为AVDD升压转换器设计一个符合要求的闭环性能。本应用报告将对设计考虑问题进行讨论。
       
        1 TPS65142升压转换器介绍
       
        如图1所示，按照设计，TPS65142 AVDD升压稳压器适用于最高16.5V的输出电压，最小开关峰值电流限制为1.8A.该器件工作在准恒定频率电流模式方案下，使用内部补偿来最小化引脚和元件数目。在650 kHz和1.2 MHz之间，开关频率可选。在导通期间，电感器电流上升。当电流达到内部GM放大器设置的阈值时，功率晶体管关闭。电感电压极性改变，并前向偏置肖特基二极管，从而让电流流向升压稳压器输出。特定输入电压VIN和输出电压VS的断开时间固定不变，因此这些参数改变时其保持相同的频率。
       
        固定断开时间可保持准恒定频率，这样，相比传统升压转换器，它可在一个较宽的输入和输出电压范围为系统提供更高的稳定性。TPS65142器件的拓扑可提供极为优异的负载和线压调节，以及优秀的线压及负载瞬态响应性能。
       
       
        图1 TPS65142升压转换器实施
       
        2 TPS65142固定断开时间小信号电路
       
        就固定断开时间升压转换器而言，由于使用连续电流模式，tOFF时间定义如下：
       
       
        控制到电感器电流的等效小信号模型如图2所示。
       
       
        图2控制到电感器电流增益
       
        考虑升压转换器的平均值模型：
       
       
       
        由方程式10和图2，可以推导出图3所示总小信号电路。
       
       
        图3 TPS64142升压转换器的总小信号模型
       
        根据产品说明书，可得到图3所示参数：
       
        3设计举例
       
        设计规范如下：
        Vin=3.3V；Vout=8.5V；R1=80.6k；R2=12.9k；L1=6.8uH；fs=1.2MHz；RL=64 （12）
       
        根据图3所示结果，可以得到图4所示仿真模型：
       
       
        图4设计举例仿真结果如图5所示。
       
       
        图5仿真结果
       
        图5表明，交叉频率为5.3kHz，并且相位余量为63度。
       
        根据实验室测试结果，我们可以获得如图6所示结果。
       
        该测试结果显示，交叉频率为5.5kHz，并且相位余量为66度。
       
        经过对比，仿真结果和测试结果完全匹配。
       
       
        图6实验室测试结果
       
        4外部补偿
       
        TPS65142器件使用了内部补偿，并没有使用任何外部专用PIN来进行环路补偿调节。但是，在一些情况下，例如：串扰问题等，用户必须对环路补偿进行调节。添加两个外部电容器（C1和C2），与两个分离电阻器并联，如图7所示。
       
       
        图7使用两个外部电容器C1和C2进行环路补偿
       
        根据仿真，可以得到如图8所示波特图。
       
       
        图8仿真结果
       
        图8显示，交叉频率为6.1kHz，而相位余量则为89度。对比没有两个外部电容器的图5所示仿真结果，交叉频率和相位余量都增加了。
       
        关于外部电容器C1和C2的选择，可参考如下方程式：1、定义两个电容器的其它零频率和极点频率：
       
       
        3、根据方程式13和17，我们可以计算得到电容器C1和C2的值。
       
        5结论
       
        本应用报告介绍了固定断开时间升压转换器的小信号分析，以及TPS65142器件外部环路补偿的解决方案。与此同时，我们还通过设计实例证明了该解决方案的有效性。
       
        6参考文献
       
        TI，SLVSAX5A，TPS65142产品说明书