小巧﹑灵活﹑宽输入电压非同步的BUCK控制器TPS40200

小巧﹑灵活﹑宽输入电压异步的BUCK控制器在对效率要求不太苛刻的地方，选择TPS40200具有很多方便之处。输入电压范围从4.5V~52V。输出电压从0.7V~90%VIN。驱动外部P-MOSFET，驱动能力达200mA。电压前馈补偿的电压控制型。可调工作频率35KHz~500KHz。可调短路保护点。打呃式过流保护。欠压锁定，可外同步。这样一款廉价IC为一款柔性异步的BUCK控制器，它具有省功耗特色。当外部P-MOSFET导通后，驱动电流即关断。为电压型控制。参加电压前馈作输入补偿，以响应输入电压的瞬变。内部700mV基准可提供精准的低压输出，它以SO-8封装，可软起动，有过流限制，欠压锁定，且很容易调节设定。容易外同步到系统频率，应用电路如图1，内部等效电路如图2，各端子功能描述如下：RC1PIN开关频率设置端，外部用一RC网络，CT从此端到GND。RT从VIN到RC端，器件也能同步到外时钟，接一支漏极开路MOSFET，将RC端接到GND即可，脉宽无特殊要求。SS2PIN软起动端，接一电容到GND，调节软起动时间。将此端拉到150mV以下，即停止输出，令器件处于关断状态。另一功能为过流后的重新起动时段的设定。COMP3PIN误差放大器输出端，外接补偿网络到此端。FB4PIN误差放大器反相输入端，外接反应电阻网络设定输出电压。GND5PIN器件公共端。GDRV6PIN驱动输出端，外接P-MOSFET的栅。ISNS7PIN电流检测比拟器输入端，外接电流检测电阻放于ISNS和VDD之间设置所需OCP保护值。VDD8PIN器件供电端，外接旁路电容到GND。下面详细表达其功能。TPS40200是一款异步控制器，可给出200mA驱动电流，以便驱动外部的P-MOSFET开关。工作频率可到500KHz。以小巧﹑易用﹑外部元件少﹑本钱低为特色。控制器用低值检测电阻串入输入和功率MOSFET之间以检测开关电流，当其压降超过100mV时，器件即进入打呃状态，工作频率降到2%。误差放大器以700mV为基准用于稳压，电压前馈补偿，以保持PWM的增益恒定，并消除不同输入电压时的变频补偿。它还包括了软起动，防止了输出电压过冲。图1TPS40200的根本应用电路图2TPS40200的内部等效电路调节设定工作频率.控制器的工作频率由外部电阻RRC和电容CRC决定。振荡器频率由下式给出：此处，fsw为时钟频率，RRC为定时电阻，CRC为定时电容。RRC必须足够大，通过它的电阻不能超过750uA。内部开关的放电时间由CRC决定，此条件为：同步振荡器.图3示出TPS40200振荡器功能电路。当同步此振荡器到外时钟频率时，RC端电平必须拉到150mV以下，脉宽达20ns以上。外时钟频率必须高于自由振荡频率。同步时，如果RC较低超出了时间总量，就会出现错误。RC端定时最大总量必须低于正常输出脉冲的50%或同步频率周期的10%。在输入电压高﹑占空比少于50%的情况下，要一支肖特基二极管接于RC端。时钟信号必须有一个高于触发点的幅度。当时钟低时，它允许复位电流重回到RC斜波上，去同步振荡器到外时钟频率。这就防止了简单的单一元件设置时钟频率的同步。图3TPS40200的频率设置电路限流电阻的选择.如图4，用一支电阻串入P-MOSFET，以设置OCP水平。要用低ESL的电阻防止振铃及误触发。当FET导通时，控制器检测100mV以上的压降(从VDD到ISNS端)，那么过流条件即检测出来。出现此情况时，MOSFET被关断，如图5。软起动电容放电，在软起动电容电压低于150mV时，变换器去除了过流条件，然后重新起动。如果导致过流的条件仍存在，那么变换器重新关断。如果过流条件已消除，起动过程重新开始。图6示出软起动电容电压在此期间的状况，此期间占空比大约为2%。图4限流电阻的设置如果必要可参加一个小的RC网络给电流检测局部，减少误触发。此滤波器还可用来修整过流触发点到更高的水平(再加一支电阻)，见图30。正常过流触发点(用图30的)由下式给出：此处，Ioc为过流触发点的峰值电感电流，VILIM为过流的阈值电压，典型为100mV，RILIM为检测电阻值，RF1和RF2为放大缩小电阻。电容值由正常脉宽及放缩电阻RF1和RF2决定，最好其时间常数长过变换器的脉冲宽度。,除非过流触发点中出现次谐波增加，用此常数求出电容值如下式：此处，Cf为电流限流滤波器电容，Vo为输出电压，Vin为输入电压，fsw为开关频率，RF1和RF2为放缩电阻值。图5电流限制复位图6典型的软起动电容及过流时的VOUTMOSFET的栅驱动.输出驱动器的漏入电流为200mA，设计驱动P-MOSFET。当驱动器拉栅极到-8V时，驱动电流流回到低电平。高的功耗仅在MOSFET导通期间出现。此特色实际上的价值系在高输入电压下开启MOSFET，此时，栅驱动电流将离开，否那么会导致无法接受的功耗。欠压锁定保护欠压锁定保护(UVLO)可以确保适宜的IC起动。它仅在输入电压超过最小工作电压时才起动，它参加一个窗口，消除由于输入电源为高阻抗时的打呃式起动。欠压保护确保了适宜的工作，UVLO电平测量在VDD端用相对GND电平进行。起动电压典型为4.3V，有大约200mV窗口，在4.1V时关断，如图7所示。当输入VDD电压升到4.3V，那么1.3V比拟器的阈值电压即超出。一个RUN信号出现，从输出关闭开关，并上200ΚΩ电阻降低约200mV电压，成为4.1V。调节软起动时间外部加一支电容Css接于SS到GND控制TPS40200的软起动时间。内部一个充电电阻接到VDD产生一个上升的参考电压，它通过一个700mV偏移加到TPS40200误差放大器的参考输入，当软起动电容电压低于150mV时，没有开关被激活，进一步增加也没有效果。初始慢起动的优点是令控制器不会出现输出过冲。因为输出电压跟随控制器给设定的基准电压值，电路的设想系产生一个如图32的效果，一个700mV的偏移次序令控制器不能立即开关，一直到Vcss充到700mV。此刻输出仍为0V，当Vcss超出700mV时，TPS40200的输出跟随软起动时段的控制，一旦到达1.4V以上，700mV的内部基准被超过，IC才开始正常工作。图7欠压锁定电路图8软起动电路慢起动时间大于输出LC滤波器的时间常数，此时间常数为：计算软起动时间间隔很简单，它用RC网络作指数充电从0V充到1.4V，一个内部105ΚΩ充电电阻从SS端接到Vsst，为应用此电压设在8V，由内部调节器箝制，最大充电电压到8V，此结果用公式表示如下：此处，Tss为所需的软起动时间，Css为软起动电容，(F)Rc为内部软起动充电电阻105ΚΩ，Vsst为内部电压最高到8V。输出电压设置及增益调制.由于输入到误差放大器的电流是负的，反应阻抗可以选择很宽的范围，基准电压为708mV，电阻R1选择传统值，然后计算R2的值。图9系统的增益设置电路误差放大器有直流开环增益至少60db，最小1.5MHz的增益带宽乘积。它给用户一个选择反应补偿类型的柔性用于它的实际计算。由用户作的增益选择在跨越频率设置能提供整个系统的单位增益带宽，跨越频率的选择可使误差放大器的开环增益很高，且到达所需的闭环增益，这就确保了放大器的响应仅由无源的反应网络元件来决定。应用实例设计1。输入8~12V，输出3.3V，2.5A。TPS40200组成的降压型调节器如图10。它能输出2.5A,可以3.3V或5V输出，按反应电阻选择即可。3.3V输出时效率可到达90%，5V输出时达94%。设计方法的讨论包括如下：图10TPS40200组成的降压调节器电路MOSFET的选择最大输入电压为16V选择30V的MOSFET。选择电流及RSDON，按要求的损耗分成开关损耗及导通损耗。按输出功率及效率，其功耗为0.916W，选为FDC654P。均方根电流为：整流二极管的选择.耐压选30V，最大加上的反压为16V。电流.按最小工作的占空比及输出电流。计算功耗.电感的选择.输出电容的选择开关频率的选择.调节OCP.过流保护电路如图11所示。图11过流保护点确实定软起动电容的选择.补偿网络设计.(P27,第一步~第二步)第一步：确定输出电容的截断频率。第二