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可调LED亮度的DC-DC转换器TPS61042
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。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
功 能
1LEDILED晶体开关管Q2输入端。连接LED到晶体开关管2RSOLED晶体开关Q2输出端。连接外部检测电阻3VINI电源输入端4FBILED电流反馈输入端。通过调整Rs电压（最252mV）来调整LED电流5CTRLI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6GND 地端7OVPI过压保护端。连接输出滤波电容8SWI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。
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