摘要
TPS65142器件為筆記本電腦TFT LCD面板的偏置功率和WLED背光提供一種緊湊型解決方案。這種器件擁有一個升壓轉換器、一個正充電泵穩壓器以及一個負充電泵穩壓器，用于驅動源極驅動器和柵極驅動器。為了更加符合TFT LCD系統串擾規定，有必要為AVDD升壓轉換器設計一個符合要求的閉環性能。本應用報告將對設計考慮問題進行討論。
1 TPS65142升壓轉換器介紹
如圖1所示，按照設計，TPS65142 AVDD升壓穩壓器適用于最高16.5V的輸出電壓，最小開關峰值電流限制為1.8A。該器件工作在準恒定頻率電流模式方案下，使用內部補償來最小化引腳和元件數目。在650 kHz和1.2 MHz之間，開關頻率可選。在導通期間，電感器電流上升。當電流達到內部GM放大器設置的閾值時，功率晶體管關閉。電感電壓極性改變，并前向偏置肖特基二極管，從而讓電流流向升壓穩壓器輸出。特定輸入電壓VIN和輸出電壓VS的斷開時間固定不變，因此這些參數改變時其保持相同的頻率。
固定斷開時間可保持準恒定頻率，這樣，相比傳統升壓轉換器，它可在一個較寬的輸入和輸出電壓范圍為系統提供更高的穩定性。TPS65142器件的拓撲可提供極為優異的負載和線壓調節，以及優秀的線壓及負載瞬態響應性能。
圖1TPS65142升壓轉換器實施
2 TPS65142固定斷開時間小信號電路
就固定斷開時間升壓轉換器而言，由于使用連續電流模式，tOFF時間定義如下：
引入如下采樣保持函數，以仿真固定斷開時間效果：
那么，可得到誤差放大器輸出到電感器電流的增益：
定義兩個分量如下：
電阻器：
電容器：
控制到電感器電流的等效小信號模型如圖2所示。
圖2控制到電感器電流增益
考慮升壓轉換器的平均值模型：
這里，<>意思是一個開關周期內的平均值。
把小信號失真隔離于平均值：
結果如下：
由方程式10和圖2，可以推導出圖3所示總小信號電路。
圖3TPS64142升壓轉換器的總小信號模型
根據產品說明書，可得到圖3所示參數：
3 設計舉例
設計規范如下：
Vin=3.3V；Vout=8.5V；R1=80.6k；R2=12.9k；L1=6.8uH；fs=1.2MHz；RL=64 Ω （12）
根據圖3所示結果，可以得到圖4所示仿真模型：
圖4設計舉例
仿真結果如圖5所示。
圖5仿真結果
圖5表明，交叉頻率為5.3kHz，并且相位余量為63度。
根據實驗室測試結果，我們可以獲得如圖6所示結果。
該測試結果顯示，交叉頻率為5.5kHz，并且相位余量為66度。
經過對比，仿真結果和測試結果完全匹配。
圖6實驗室測試結果
4 外部補償
TPS65142器件使用了內部補償，并沒有使用任何外部專用PIN來進行環路補償調節。但是，在一些情況下，例如：串擾問題等，用戶必須對環路補償進行調節。添加兩個外部電容器（C1和C2），與兩個分離電阻器并聯，如圖7所示。
圖7使用兩個外部電容器C1和C2進行環路補償
根據仿真，可以得到如圖8所示波特圖。
圖8仿真結果
圖8顯示，交叉頻率為6.1kHz，而相位余量則為89度。對比沒有兩個外部電容器的圖5所示仿真結果，交叉頻率和相位余量都增加了。
關于外部電容器C1和C2的選擇，可參考如下方程式：
1、 定義兩個電容器的其它零頻率和極點頻率：
2、假設有和無兩個電容器的測試結果之間相位差為0，并且fc為目標交叉頻率，則：
另外，根據該定義，
并且
結果
3、 根據方程式13和17，我們可以計算得到電容器C1和C2的值。
5 結論
本應用報告介紹了固定斷開時間升壓轉換器的小信號分析，以及TPS65142器件外部環路補償的解決方案。與此同時，我們還通過設計實例證明了該解決方案的有效性。
6 參考文獻
TI，SLVSAX5A，TPS65142產品說明書