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常用升壓式LED驅動芯片及應用電路介紹
常用升壓式LED驅動芯片及應用電路介紹

摘要：本文主要介紹常用升壓式LED驅動芯片的主要參數(shù)及應用電路圖，包括TPS6115,TPS61160,TPS61161,AT9933,MAX16831,LT3477,LTC3490及DD212

在LED產(chǎn)品設計中經(jīng)常會用到升壓或升降壓線路設計,變壓器可以升壓設計但是效率較低,未來低壓還是線路器件直接升壓轉換為主,效率高、體積小巧可靠.市場主要升壓LED驅動恒流IC應用在手持式設備、蓄電池中蓄產(chǎn)品中.比如干電池、鎳氫電池升壓;鋰電池升降壓;汽車蓄電池主燈升壓;戶外離網(wǎng)照明和燈帶式方式解決級聯(lián)供電壓差問題等方面. 接下來的日子里會慢慢介紹主要的升壓和升降壓驅動IC及設計中需要注意的問題,歡迎大家將自己的觀點設計要點在此表述.

TI 美國德州儀器公司 TPS61165 LED升壓轉換器



具備40V、1.2A集成開關的高亮度LED驅動器,該產(chǎn)品可驅動多達三個串聯(lián)1W LED.新型TPS61165器件具備優(yōu)異的高性能特性以及3V~18V的寬泛輸入電壓范圍,使設計人員能夠在采用單節(jié)電池供電的應用或9V/12V總線負載點設計中高效管理多個高功率LED.

TPS61165通過數(shù)字單線接口或脈寬調(diào)制(PWM)信號來控制LED的亮度.數(shù)字接口可對內(nèi)部寄存器進行編程,以將LED電流設置為32個對數(shù)步長值之一.此外,該轉換器還具有多種內(nèi)置保護特性,如 LED 開路保護、軟啟動、過流限制以及過溫保護等.除了能夠驅動照明 LED 之外,TPS61165 還可驅動背光LED,支持寬度達 9英寸的多媒體顯示屏,從而滿足超級移動PC、LCD 電子相框、工業(yè)激光二極管或醫(yī)療以及工業(yè)照明等應用的需求.



基本參數(shù):

接受3-18V輸入電壓,最高升壓38V電壓值,輸出最多可以10 LEDs,低的200mV反饋參考電壓值,精準 2% 電流驅動誤差,內(nèi)置1.2A MOSFET ,工作在1.2MHz 開關頻率轉換點,高達 90% 轉換效率,封裝2mm*2mm*0.8mm 6-pin QFN 超小體積.

上圖是5V升壓驅動3pcs 1W LED參考典型設計參考.經(jīng)計算封裝符合這款功率范圍,線路需要增加驅動功率,可通過PCB增加散熱面積.

上圖給出了PWM灰度調(diào)節(jié)設計參考,因其電感方式升壓設計不適合高速灰度調(diào)節(jié),故頻率范圍在200Hz左右比較合適;也不建議低于100Hz,低于100Hz低灰階時人眼睛會觀察到閃爍.開、關待機狀態(tài)可以通過CTRL口操作.

上圖是TPS61165供電12V倍壓驅動6pcs LED,350mA參考設計線路.在目前可以達到這個升壓參數(shù)IC中,要屬這款IC線路最簡潔,屬于行業(yè)前沿器件IC.

上圖是升降壓設計參考,在平時產(chǎn)品設計中經(jīng)常會遇到供電電壓有起伏現(xiàn)象,比如蓄電池充電前和放電后電壓是不一樣的,正好落在需要驅動的LED正向電壓值中間,此款IC就能很好的解決此升降壓問題!

兩款器件都集成了 0.6A 的電流開關,目標應用為具有小型顯示屏的便攜式應用與電池供電型應用,如便攜式游戲機、GPS系統(tǒng)以及智能電話中的 3英寸或 4英寸小型 LCD 顯示屏背光技術.TPS61160 能驅動多達6個 LED,支持 26V LED 開路保護;而 TPS61161則能驅動多達 10個 LED,支持 38V LED 開路保護.亮度不僅可通過單線數(shù)字接口或 PWM 信號進行調(diào)節(jié),還能通過模擬調(diào)光來消除噪聲.

2.7V to 18V 電壓范圍輸入TPS61160最高升壓26V驅動6pcs LED,電流500mA以內(nèi);同樣的輸入電壓TPS61161最高升壓38V驅動10pcs LED 電流500mA以內(nèi).200mV 反饋參考電壓,2%恒流電流誤差范圍,90%工作效率,2mm*2mm*0.8mm 6-pin QFN 小體積封裝.







上圖是TPS61161升壓驅動10顆LED參考設計原理圖,線路電流是20mA.按規(guī)格書70°芯片溫度計算這款線路設計不加散熱器可以驅動到100mA電流負載,如你的設計要大于這個電流值就需要在PCB上面增加適當?shù)纳�熱面積;350mA電流需要將IC設計到鋁基板上面,大概需要散掉1W左右熱量,不建議設計這么大功率.





上圖是TPS61160,2-5V升壓驅動6顆LED參考設計原理圖,線路電流是20mA.按規(guī)格書70°芯片溫度計算這款線路設計不加散熱器可以驅動到200mA電流負載,如你的設計要大于這個電流值就需要在PCB上面增加適當?shù)纳�熱面積,350mA電流需要將IC設計到鋁基板上面,大概需要散掉0.68熱量,勉強可以接受.





上圖給出了PWM灰度調(diào)節(jié)設計參考,因其電感方式升壓設計不適合高速灰度調(diào)節(jié),故頻率范圍在200Hz左右比較合適;也不建議低于100Hz,低于100Hz低灰階時人眼睛會觀察到閃爍.開、關待機狀態(tài)可以通過CTRL口操作.

Supertex公司推出AT9933,一款變頻脈寬調(diào)制控制器集成電路,適用于采用低噪音升壓拓撲控制LED,可以自動降低和升高輸入電壓.AT9933額定可在達到125攝氏度下工作和符合AEC-Q100標準,使這款產(chǎn)品非常適用于汽車LED照明應用.



AT9933采用滯后性電流控制來調(diào)整輸入和輸出電流,對輸入浪涌有優(yōu)秀的免疫性而不需要復雜環(huán)路補償和處部元件.輸入和輸出電流控制還提供內(nèi)在短路和輸入低壓情況下保護.



AT9933的寬輸入電壓范圍和工作溫度達到125度,使這款式產(chǎn)品在汽車應用驅動LED燈的理想解決方案.隨著汽車生產(chǎn)商認識到采用LED的優(yōu)點后,Supertex公司就在市場上推出最有效和最可靠的驅動器IC.





上圖書AT9933升壓驅動線路參考設計,線路比較創(chuàng)新,紅色線段是IC工作上電電流示意圖,藍色是放電電流方向.雙向電流IC都可以檢測監(jiān)控,并相互牽制.超科一貫的外置MOS管的設計理念,可以設計較高功率LED應用產(chǎn)品.



上電:D2→L1→C1→D1→Rcs1倍壓充電,IC檢測Rcs1電阻電壓判斷充電是否完成.

放電:C1→Q1→Rcs2→LED和D3→L2,因充電時C1電壓是左正右負,電流從Q1這邊流出,D1、D2均被反置,IC檢測Rcs2電壓判斷電流是否達到LED預設值,達到驅動電流值后會關閉Q1,L2、D3、D1會繼續(xù)維持電流存在,等待下一回合.











上樣品板參數(shù):

輸入電壓:9.0 VDC- 16 VDC;

輸出電壓:28 V 最大;

輸出電流:350mA +/-5%;

漣波輸出:典型的 5%;

轉變頻率:430KHz (13.5 V 輸入)300 KHz(9.0 V 輸入)500 KHz(16.0 V 輸入);

效率:80%(在 13.5 V 輸入);

輸出電壓保護:33 V 鉗位輸出電壓;

輸出短路保護:包括; 極限浪涌電流 350mA;

LED極性顛倒保護:-20 V 最大;

最大輸入界限:1.9 A;

PWM 灰度調(diào)節(jié): 1.0 KHz .







MAX16831是一款電流型、高亮LED (HBLED)驅動器,設計為通過控制2個外部n溝道MOSFET來調(diào)節(jié)單串LED的電流.MAX16831集成了寬范圍亮度控制、固定頻率HBLED驅動器所需的全部組件.MAX16831可配置為降壓型(buck)、升壓型(boost)或升/降壓型(buck-boost)電流調(diào)節(jié)器.



帶有前沿消隱的電流模式簡化了控制回路的設計.內(nèi)部斜率補償可在占空比超過50%時保持電流環(huán)路的穩(wěn)定.MAX16831工作于較寬的輸入電壓范圍,并可承受汽車拋負載事件.多個MAX16831可相互同步或同步至外部時鐘.MAX16831包含一個浮動亮度驅動器,驅動串聯(lián)在LED串的n溝道MOSFET實現(xiàn)亮度控制.



使用MAX16831架構的HBLED驅動器可在汽車應用中實現(xiàn)超過90%的效率.MAX16831還包括一個可源出1.4A、吸收2.5A電流(sink)的柵極驅動器,用于在高功率LED驅動器應用中驅動開關MOSFET,如車燈總成等.亮度控制允許寬范圍的PWM調(diào)光,其頻率可高達2kHz.在較低的調(diào)光頻率下可實現(xiàn)高達1000:1的調(diào)光比.



MAX16831提供帶裸焊盤的32引腳薄型QFN封裝,工作于-40°C至+125°C汽車級溫



基本參數(shù):

寬輸入范圍:6V至76V;集成LED電流檢測差分放大器;可驅動n溝道MOSFET;具有浮動亮度驅動能力;LED電流精度:5%;200Hz片上斜坡發(fā)生器,可同步至外部PWM亮度信號;可編程開關頻率(125kHz至600kHz),可被同步;輸出過壓、負載開路、LED短路、過熱保護;低至107mV LED電流檢測可提高效率;使能/關斷輸入,關斷電流低于45µA.







上圖是美信MAX16831參考設計原理圖,恒流部分和升降壓部分是2個MOS管單獨工作的,這樣可以有效的提高灰度調(diào)節(jié)能力,最多可驅動20pcs 1W LED,如果是3W LED功率可達60W.具體實際驅動情況我正在證實中,有消息立即會公布!



美信公司的設計理念喜歡將MOS管外置,缺點是線路相對會復雜些,優(yōu)點在應用設計中可以按需要適當調(diào)整,結合自己的實際能力設計出更高的功率.

LT3477 的輸入電壓范圍為 2.5V 至 25V,適用于多種應用.它兼有傳統(tǒng)的電壓反饋環(huán)路和兩個獨特的電流反饋環(huán)路,以用作非常適用于驅動大電流 LED 的恒定電流源和恒定電壓源.



LT3477 用作升壓型轉換器、SEPIC 或負輸出.它還可配置成降壓-升壓模式或降壓模式 LED 驅動器,從而用于多種應用,甚至汽車電池等具有起伏電壓輸入的應用.



LT3477 的低 VCESAT 開關在 2.5A 時的電壓為 0.3V,工作效率高達 91%.它在啟動期間具有限制電感器電流的可編程軟啟動功能和在短路以及電壓瞬態(tài)期間保護 LT3477 的浪涌電流保護功能.扁平(0.75mm)4mm x 4mm QFN-20 封裝具有小占板面積和卓越的熱性能.LT3477 還采用耐熱增強型 20 引腳 TSSOP 封裝和采用 4mm x 4mm DFN-20 封裝的 LT3477EUF 和采用 TSSOP-16E 封裝的 LT3477EFE 均有現(xiàn)貨供應.



下圖是升壓線路參考設計線路,可4倍壓升壓驅動10W-20W負載,效率高達87%,在目前升壓線路中還是較高的.凌特一直是器件領先企業(yè),高可靠的代名詞,當然價格也前沿.





下圖是升降壓線路參考設計,這樣設計比較合適在需要升降壓應用時驅動LED,比如鋰電池需要驅動1pcs 1-5W負載LED和12V鉛酸電池驅動3pcs 3-15W負載LED.







較前有公司和凌特推出鋰電池升降壓IC,連續(xù)驅動都是在300mA左右,1A電流能力目前全球應該是還第一款IC.

LTC3490同步升壓型轉換器 ,用于高端的便攜式產(chǎn)品設計.為了能專門適合單節(jié)及雙節(jié)鎘鎳、鎳氫顆充電池和堿性(干)電池,本器件具有 1V 至 3.2V 的輸入電壓范圍,能提供高達 4V 和 350mA 的輸出.同步操作能產(chǎn)生 90% 的效率和很低的 1mA 靜態(tài)電流,再加上停機模式時的 50μA 電流,使本器件具有很低的整體功耗.



基本參數(shù):

具 2A 峰值電流的內(nèi)部開關;過壓閉鎖以保護電池不至于過量放電;模擬 LED 亮度控制;固定的 1.3MHz 開關頻率;4.7V 開路 LED 保護;x 3mm DFN-8 或 SO-8 封裝.

DD212 電荷泵式驅動應用,只有一個電容器;內(nèi)建的振動占空比調(diào)節(jié) 350KHz 頻率時鐘. DD212 采用互補型金屬氧化半導體集成電路CMOS工藝制造;SOT25小體積封裝比較適合手提式電子產(chǎn)品LED應用設計; 就只是一個電話聽筒所占領小的區(qū)域;低功耗待機靜態(tài)電流0.1 uA .



基本參數(shù):

輸入電壓1.5 V~5.5 V 倍壓升壓驅動1pcs LED,電流最大400mA以內(nèi)可設置,設計EN使能端口可以做開關使用.



這款IC可以說是目前市場上面最簡單的外圍設計IC了,只需要三個外圍器件,C1電源濾波、Cext升壓電容、Rext反饋電流設置電阻.相信在手持式LED產(chǎn)品中需要升壓的線路中有較好的表現(xiàn),1.5V以上的干電池供電、2節(jié)鎳氫蓄電池、磷酸鐵鋰電池礦燈設計等產(chǎn)品比較適合.價格也比較優(yōu)惠.