TPS6734：高效12V 120mA升压转换器的设计与应用

在电子设计领域，电源管理是一个至关重要的环节。一款性能优良的升压转换器能够为系统提供稳定的电源，确保设备的正常运行。今天，我们就来深入探讨德州仪器（Texas Instruments）推出的TPS6734固定12V 120mA升压转换器。

文件下载：TPS6734EVM.pdf

一、TPS6734概述

TPS6734是一款固定12V输出的升压转换器，能够在低至3.75V的输入电压下提供120mA的输出电流。它与MAX734调节器引脚兼容，并且具有更低的电源电流、更宽的工作输入电压范围和更高的输出电流等优势。该转换器仅需5个外部组件，采用8引脚SOIC和DIP封装，工作温度范围为 -40°C至85°C。

二、关键特性

2.1 宽输入电压范围

TPS6734的输入电压范围为2.7V至11V，这使得它能够适应多种电源环境，无论是电池供电还是其他低压电源，都能稳定工作。

2.2 低功耗

在关机模式下，最大电源电流仅为3µA，有效降低了系统的功耗，延长了电池的使用寿命。

2.3 高效率

典型效率可达85%（5V输入，120mA输出），能够有效减少能量损耗，提高电源转换效率。

2.4 软启动功能

通过添加一个小电容实现软启动，使输出电压以可控的速率上升，限制了上电时的浪涌电流，保护了电路元件。

三、功能模块详解

3.1 参考电压

内部1.22V参考电压通过REF引脚输出，可为外部负载提供最大100µA的电流。建议在REF和GND之间连接一个0.01 - 0.1µF的去耦电容，以减少噪声拾取。

3.2 振荡器和斜坡发生器

振荡器电路提供170kHz的时钟，用于设置转换器的工作频率，并产生一个用于斜率补偿的定时斜坡。时钟波形为持续几百纳秒的脉冲，用于将功率开关的最大占空比限制在95%。

3.3 驱动锁存器

由置位/复位触发器和相关逻辑组成的锁存器，用于控制功率开关的状态。在正常操作中，触发器在时钟脉冲期间置为高电平，但在时钟脉冲结束之前，锁存器输出保持低电平。当PWM比较器输出为高电平时，锁存器复位。

3.4 电流检测放大器

电流检测放大器具有固定增益6，它放大斜率补偿后的电流检测电压，并将其馈送到PWM比较器。

3.5 误差放大器

误差放大器是一个高增益差分放大器，用于调节转换器的输出电压。它通过比较输出电压样本与内部参考电压，并放大差值来生成误差信号，该信号被馈送到PWM比较器。

3.6 PWM比较器

当电流检测放大器的斜率补偿电流检测信号超过误差信号时，PWM比较器复位驱动锁存器，关闭功率开关。

3.7 功率开关

功率开关是一个具有电流检测功能的0.7Ω n沟道MOSFET，其漏极连接到OUT引脚，电流检测连接到一个电阻。电阻两端的电压与功率开关中的电流成正比，并连接到过流比较器和电流检测放大器。

3.8 SS钳位

SS（软启动）钳位电路在启动期间限制误差放大器输出的信号电平，防止PWM比较器的输入超过其共模范围。

四、工作模式

4.1 不连续模式

在大多数输入电压和输出电流范围内，电路工作在不连续模式。在此模式下，电感电流在每个周期从0开始上升到峰值，然后下降到0。OUT引脚的电压波形中的振铃是由电感和功率开关电容之间的谐振引起的，这是不连续操作的正常现象。

4.2 连续模式

当转换器从低电压源提供重负载时，它工作在连续模式。此时，电感电流不会降至0，OUT引脚的电压波形中也没有振铃。

4.3 脉冲跳过模式

在非常轻的负载电流下，TPS6734无法产生足够窄的驱动脉冲来维持调节并以170kHz的频率工作。在这种情况下，转换器以脉冲跳过模式工作，跳过一些周期。在脉冲跳过模式下，波形不规则，输出纹波包含一个可能超过50mV峰峰值的低频分量。

五、应用设计要点

5.1 电感选择

电感值与输入电压成正比，与输出功率成反比。对于5V电源和高达2W的负载，典型电路中使用的18µH电感是合适的。对于3V电源，应使用较低的电感值；对于7V及更高的电源，可能需要大于18µH的电感值。电感的饱和电流额定值应大于5V输入时直流负载电流的3倍，以及3V输入时直流负载电流的5倍。

5.2 输出滤波电容选择

输出滤波电容应选择具有最小等效串联电阻（ESR）的电容。电容的ESR × ΔIL（电感电流变化）决定了输出电压上高频纹波的幅度。为了使输出纹波在整个电流范围内小于50mV峰峰值（使用18µH电感），电容的ESR应小于0.25Ω。

5.3 二极管选择

应使用肖特基二极管或高速硅整流器。二极管的连续电流额定值应至少为300mA，以满足满载（120mA）操作的要求。

5.4 软启动电容

软启动时间由SS电容的值控制。如果电路在无负载的情况下启动（例如在闪存编程电源中），则不需要软启动。省略软启动电容可以提供从关机状态到输出电压的最小上升时间，改善输出启动时间。

5.5 印刷电路板布局

印刷电路板（PCB）布局对于安静操作至关重要。建议使用接地平面，并特别注意最小化开关回路的长度。旁路电容应尽可能靠近器件放置，以防止不稳定和噪声拾取。

六、总结

TPS6734升压转换器以其宽输入电压范围、低功耗、高效率和丰富的功能，为电子工程师提供了一个优秀的电源管理解决方案。在实际应用中，合理选择外部组件和优化PCB布局，可以充分发挥TPS6734的性能，确保系统的稳定运行。大家在设计过程中是否也遇到过类似的电源管理问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。