ZHCABS5 November 2021 TLV61046A , TLV61048 , TPS61040 , TPS61041 , TPS61045 , TPS61046 , TPS61085 , TPS61086 , TPS61088 , TPS61089 , TPS61096A , TPS61170 , TPS61175 , TPS61178 , TPS61288

2 升壓轉(zhuǎn)換器外部偏置要求

為了確定支持外部偏置的要求，有必要分析這些升壓轉(zhuǎn)換器的控制策略。根據(jù)主要控制策略的不同，中壓升壓轉(zhuǎn)換器（輸出電壓 7V 以上）可分為三種控制策略。

第一種是固定頻率控制 (PWM)，一種相對簡單且常用的控制策略。使用這種控制策略的器件包括 TPS61175、TPS61178 等。

第二種是準恒定頻率控制或恒定導通或關(guān)斷時間 (COT) 控制。恒定關(guān)斷時間控制器件將根據(jù)輸入電壓和輸出電壓計算關(guān)斷時間 T_off，以使頻率基本保持恒定。使用這種控制策略的器件包括 TPS61089、TPS61372 等。

第三種類型是脈沖頻率調(diào)制控制 (PFM)。使用 PFM 的器件較少，包括 TPS61096a 和 TPS61040。

對于 COT 控制，該器件需要對輸入電壓進行采樣以計算 T_off 或 T_on。還可以通過兩種方法對輸入電壓進行采樣：

對 VIN 引腳電壓進行直接采樣
對 SW 引腳的平均電壓進行采樣，該電壓幾乎與 Vin 相同。

衍生過程如下：

SW 在 CCM 和 DCM 中的電壓波形如圖 2-1 所示。

圖 2-1 CCM 和 DCM 中的升壓 SW 電壓波形

對于 CCM，SW 引腳的平均電壓通過Equation1 計算得出：

Equation1.

\bar{V_{S W}} = \frac{T_{o n} ? 0 + T_{o f f} ? V_{o u t}}{T_{s}} = \frac{(1 - D) ? T_{s} ? \frac{V_{i n}}{(1 - D)}}{T_{s}} = V_{i n}

其中

D 是開關(guān)占空比
T_S 為開關(guān)周期

對于 DCM，T_on 和 T_off1 通過Equation2 確定：

Equation2.

T_{o n} = \frac{L ? I_{p e a k}}{V_{i n}} ： T_{o f f 1} = \frac{L ? I_{p e a k}}{{V_{o u t} - V}_{i n}}

其中

L 是功率電感器的電感
I_peak 是電感器的峰值電流

SW 引腳的平均電壓通過Equation3 計算得出：

Equation3.

\bar{V_{S W}} = \frac{T_{o n} ? 0 + T_{o f f 1} ? V_{o u t} + T_{o f f 2} ? V_{i n}}{T_{o n} + T_{o f f 1} + T_{o f f 2}} = \frac{T_{o f f 1} ? V_{o u t} + T_{o f f 2} ? V_{i n}}{T_{o f f 1} ? \frac{V_{o u t}}{V_{i n}} + T_{o f f 2}} = V_{i n}

請注意，該器件需要對 SW 引腳的電壓進行采樣以計算適當?shù)?T_off 和 T_on。對于外部偏置應(yīng)用，如果器件對 VIN 引腳電壓信號 Vin 進行采樣，升壓轉(zhuǎn)換器將不會按需工作。例如，TPS61087 的工作頻率將隨著 CCM 中輸入電壓的增加而增加。這是因為 T_off 不會隨外部偏置而變化，而所需的占空比隨著輸入電壓的上升而降低，因此 T_on 會減小。因此，外部偏置的第一個也是非常重要的要求是，如果使用 COT 控制策略，升壓轉(zhuǎn)換器必須對功率 Vin 進行采樣，以計算 T_off 和 T_on。

第二個要求是升壓轉(zhuǎn)換器沒有負載斷開功能或在實際應(yīng)用中沒有使用該功能。以 TPS61372 為例。它集成了一個與高側(cè) MOSFET 串聯(lián)的 P 溝道 MOSFET。如果功率 Vin 為高電平，則輸出側(cè)隔離式 PMOS 的源電壓為高電平。器件可能無法產(chǎn)生足夠高的柵極電壓，如果信號 Vin 為低電平，PMOS 將不會關(guān)閉。另外，信號 Vin 可能會被采樣來確定隔離 MOSFET 的驅(qū)動信號，所以當輸出側(cè)短路時可能會帶來異常行為。因此，不建議將那些集成隔離 MOSFET 的器件用于外部偏置應(yīng)用。

第三個要求是電源序列。應(yīng)在信號 Vin 之前提供電源 Vin 以對輸出電容器進行預(yù)充電。對于 TPS61288 和 TPS61089 等一些器件，如果稍后提供電源 Vin，啟動會失敗，輸入側(cè)會短路。這是因為器件在啟動前就已經(jīng)工作，由于電源 Vin 為 0V，器件的誤差放大器會產(chǎn)生過大的 EA 輸出電壓。這會使 T_on 幾乎是無窮的。圖 2-2 和圖 2-3 顯示了 TLV61046a 的不同啟動波形。在圖 2-2 中，先提供電源 Vin，然后提供信號 Vin；先提供信號 Vin，然后提供電源 Vin，如圖 2-3 所示。很明顯，啟動的浪涌電流要大得多，即使稍后可以在外部偏置應(yīng)用中提供電源 Vin，軟啟動功能也會丟失。

圖 2-2 TLV61046a 電源 Vin = 信號 Vin = 5V，Vo = 12V，Io = 10mA，首先提供電源 Vin

圖 2-3 TLV61046a 電源 Vin = 信號 Vin = 5V，Vo = 12V，Io = 10mA，首先提供信號 Vin