一、概述

TL1454是一种具有双路脉冲宽度调制(PWM)功能的芯片。由于它具有双路独立的PWM控制和直接驱动MOSFET功能以及功耗低,电源电压范围宽的特点,所以在LCD显示、背光倒转器、笔记本电脑以及其他需要小型、高频直流/直流变换器的产品中获得广泛应用。

TL1454片内具有两个完整的PWM控制电路,而每一个PWM通道由误差放大器、PWM比较器、静止时间控制比较器以及MOSFET驱动器组成。其中基准电压、振荡器、欠压锁定和短路保护是两个通道共有的。

TL1454主要特点如下:

●  具有两个独立的PWM控制输出电路

●  输出电路能直接驱动MOSFET

●  振荡频率范围宽50kHz　2MHz

●  电源电压范围大3.6V　20V

●  电源电流小　3.5mA(典型值)

●  静止时间连接可调,致使占空比在0%　100%变化

●  基准电压源　1.25V

二、工作原理

TL1454内部功能框图如图1所示。从图中看出,它由多个功能电路组成,现对主要电路做些说明。

1.误差放大器

从TL1454内部功能图中看出,误差放大器是该芯片的关键电路,它能为PWM控制器提供强差信号,以调节变换器输出电压的占空系数,满足电源输出电压控制的要求。放大器的误差信号是通过把输出电压样本与基准电压比较并放大其差值来产生的,为了获取输出电压样本通常在实际应用电路中,需要在变换器输出与接地之间连接外部电阻分压器。误差放大器在实际应用电路中有两种连接电路,即正输出电压变换器的检测分压器/误差放大器和负输出电压变换器的检测分压器/误差放大器。如图2所示,从图2中看出,为了使误差放大器的频率响应曲线变得尖锐,特把放大器的输出端引到COMP端,这样可以利用外部RC网络来改善频率响应。

因为PWM具有相位反转功能,所以分压器网络连到放大器同相输入端。当误差放大器输出增加时,占空比系数减小;反之,则占空比系数增加。此时,变换器输出电压可通过式(1)进行计算。

V_O=V_ref(1+R₁/R₂)　　　(1)

式中:V_ref=1.25

为了使输入偏置电流产生的输出电压误差达到最小,误差放大器输入端直流源的电阻应为10kΩ或更小,这样就可以按下式计算R₁或R₂。

式中:R₂=10kΩ较为合适,如果输出电压容限不是非常关键的应用电路,R₃可以省略,此时放大器同相输入端可直接接地。

2. PWM比较器

TL1454片内具有两个独立控制的PWM控制器而每一个控制器中包含一个PWM比较器,它是一种双反相输入的比较器,其中一个反相输入端连到误差放大器输出端;而另一个反相输入端连到DTC端。当误差放大器输出或静止时间控制电压高于PWM三角波电压时,输出末被激活,此时,OUT1为低电平,OUT2为高电平,断开外部电源。当误差放大器输出或静止时间控制电压低于PWM三角波电压时,输出被激活,此时OUT1为高电平,OUT2为低电平,连通外部电源。

3.  基准电压源

当Vcc上电后,TL1454片内工作于线性稳压器的基准电压源产生两路输出电压,即1.25V和2.50V。前者作为基准电压,由引脚16(REF)输出,后者为片内电路提供基准电压。为了减少噪声影响和提高基准电压供电质量,特在引脚REF和地之间连接一个小型陶瓷电容,其容量一般在0.047～0.1μF。

4.　静止时间控制(DTC)和软启动

TL1454片内两个PWM控制器均具有独立的静止时间控制输入功能,其目的是调节开关电源的占空比(0～　100%),如果在静止时间控制DTC端和REF加一个适量电容即可实现软启动。

因为稳压器的启动或上升时间取决于许多变量:输入电压、输出电压、滤波器参数、变换器结构以及工作频率等。所以要事先预计启动或上升时间是很复杂的。通常在软启动电路里,两个时间常数范围内是稳定的,对于低功率的变换器,5～10ms的时间常数就能很好工作。

在占容比为100%的反相变换器中,DTC输入可以接地,但是DTC接地后要影响软启动的实现,此时上电时输出电压过大。为了解决这个问题,省掉R_DT1(R14),选择R_DT2=47kΩ(R13),这样既能使占空比达到100%,又能实现软启动。

5.短路保护

在实际应用电路中,短路保护功能是很重要的,它能及时保护器件免遭损坏。当变换器输出与地短路时,TL1454片内的短路保护电路可防止电管开关管损坏,并启动短路警告灯以示有短路故障。在正常工作时,锯齿波比较器SCP1把SCP箝在185mV。当变换器的输出之一被短路时,误差放大器输出端COMP将被驱动到1 V以下,以便使占空比达到最大,并迫使变换器输出回升。当误差放大器输出降至1V以下时,SCP比较器释放SCP,并使电容C_SCP(SCP和GND之间)开始充电。当C_SCP充电达到1V,误差放大器输出也上升到1V,那么SCP比较器将使C_SCP放电并恢复正常工作。如果C_SCP充电达到1V以上,那么SCP比较器2导通,并设置SCP锁存,这将断开输出驱动并恢复软启动。

三、设计和使用中的几个问题

为了能充分发挥芯片的性能和正确使用芯片,必须对推荐参数和极限参数有一个定量的了解,现将主要参数说明如下:

1.推荐参数

●  电源电压(Vcc) 3.6～20V

●  误差放大器共模输入电压-0.2～1.45V

●  输出电压(Vo)20V

●  输出电流(Io)±40mA

●  基准输出电流1mA

●  定时电容(C_T)10～4000pF

●  定时电阻(R_T)5.1～100k　

●  振荡频率50～2000kHz

●  工作温度-20～85℃

2.极限参数

●  输出电压(Vcc)23V

●  误差放大器输入电压23V

●  输出电压(OUT1,OUT2)20V

●  连续输出电流±200mA

●  峰值输出电流1A

3.印刷电路板和元件装配中的问题

为了使稳压器输出稳定、干净、噪声小,在印刷电路板的设计中,特点注意地线的布置。这里地线分功率地和控制地两部分,其目的是防止功率部分的返回电流流入控制地。两个地平面的公共点必须在控制器芯片的旁路电容附近,尽可能靠近输出。另外,功率开关管Q1和Q2,输入电容C1,输出电容C12和C13的距离要尽量短,并用粗线,其目的是减小引线带来的影响。

四、应用电路

由LT1454和外围元件组成的稳压器如图3所示,该电路具有双路输出的稳压线路,它能把5V的输入电压变换成3.3V、750mA和12V、200mA的输出电压。从图中看出,输出1(OUT1)是按驱动升压或回扫变换器中的N沟道MOSFET配置,输出2(OUT2)是按驱动降压或反向变换器中的P沟道MOSFET配置。工作频率可在50kHz　2MHz范围内选择,通过外围元件R_T和C_T引脚上的元件,当R4=10kΩ和C5=120pF(陶瓷电容),则工作频率为500kHz(可从振荡频率与定时电阻的关系曲线上得到)。静止时间可通过电阻分压网络,使占空比在0～100%范围内连续调节。在DTC网络上加上电容(C14,C15)就可实现软启动。

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