TPS61040、TPS61041：低功耗DC/DC升压转换器的性能与应用
作为一款高效能升压转换器，TPS61040和TPS61041适用于多种便携式电子设备，支持从低电压输入生成高达28 V的稳定输出，广泛应用于LCD偏压电源及白色LED背光驱动等场景。
关键特性
- 输入电压范围宽，支持1.8 V至6 V的宽输入电压。
- 输出电压可调，最高可达28 V。
- 内置开关电流限制，其中TPS61040为400 mA，TPS61041为250 mA。
- 开关频率最高可达1 MHz，有助于减小外部元件尺寸。
- 在无负载状态下，典型静态电流仅为28 μA，停机电流低至1 μA。
- 内置软启动功能，有效抑制启动时的浪涌电流。
- 提供SOT23-5和2×2×0.8 mm SON两种紧凑封装形式。
典型应用场景
- 为LCD显示屏提供偏压电源
- 驱动白色LED背光电源
- 数码相机及静态图像设备
- 个人数字助理（PDA）及手持电脑
- 蜂窝通信设备
- 便携式音频播放器
- 3.3 V或5 V至12 V的标准升压转换
产品概述
TPS61040/41系列专为便携式设备中的中小型LCD偏压电源及白色LED驱动设计，适用于从双节镍氢或锂离子电池等低电压源提取高输出电压的场合。该系列还支持标准电源转换任务，如将3.3 V/5 V升压至12 V。
两款器件均具备高达1 MHz的开关频率，配合陶瓷或钽电容使用，可显著减小整体外围元件尺寸。结合紧凑的SON封装，整体解决方案体积小，适合空间受限的应用。
其中，TPS61040具备400 mA的内部电流限制，而TPS61041则为250 mA，允许在低功率应用中采用更小的电感。低静态电流（28 μA）与优化控制架构共同保障了宽负载范围内高能效的运作。
操作原理详解
该转换器支持1.8 V至6 V的宽输入电压范围，可生成最高28 V的输出电压。其控制机制基于脉冲频率调制（PFM）与恒定峰值电流控制相结合的方案，确保在不同负载条件下保持高效运行。
当反馈电压低于1.233 V参考电压时，内部开关导通，电感电流随之上升。一旦电流达到设定的峰值电流限制（400 mA或250 mA），开关立即关断。此外，最大导通时间限制在6 μs，用于防止在极端条件下过长导通。
在开关关闭后，外部肖特基二极管正向导通，电流继续流向负载。开关保持关闭状态至少400 ns，或直至反馈电压再次低于设定阈值。该控制方式使器件工作在不连续导通模式（DCM），开关频率随负载变化而调整，从而实现宽负载范围内的高能效。
峰值电流控制机制
内部开关将持续导通，直到电感电流达到设定的电流限值ILIM，具体为400 mA（TPS61040）或250 mA（TPS61041）。由于存在内部传播延迟，实际峰值电流会略高于设定值。典型峰值限值可通过以下公式估算：
输入电压越高或电感值越小，峰值电流响应越快。通过选择TPS61040或TPS61041，可针对特定应用调整电流限制，从而优化系统性能。较低的电流限值适用于低功耗场景，并支持使用更小尺寸的电感，有助于进一步降低输出纹波。
软启动机制
升压式转换器在启动过程中可能会产生较大的浪涌电流，可能导致系统电压下降甚至重启。为解决这一问题，TPS61040/41引入了分阶段的软启动策略。
启动阶段中，电流限制逐步提升，首先从ILIM的四分之一持续256个周期，接着在接下来的256个周期中增至ILIM的一半，最后达到满电流限制，从而有效抑制输入电压的瞬态波动。
图1. 启动过程行为示意图
使能控制
通过将EN引脚接地，可使器件进入低功耗关闭模式，此时典型关闭电流为1 μA。由于输入端与输出端之间通过电感和二极管存在导通路径，关闭状态下输出电压等于输入电压。
为避免不必要的电压传导，建议在关闭状态下使用小型外部晶体管实现输入与输出的断开，如图2所示。
图2. 输入输出隔离示意图
欠压锁定功能
为防止设备在输入电压不足时错误运行，TPS61040/41内置欠压锁定（UVLO）机制。当输入电压低于典型1.5 V阈值时，主开关将被关闭，以确保系统在稳定输入条件下运行。