基于PS65142器件环路补偿设计相关问题的解决
PS65142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。今天就让我们一起探讨相关问题。
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。
TPS65142环路补偿设计考虑因素之讨论
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 Ω (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:
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。