汽車LED驅(qū)動(dòng)芯片TPS61193-Q1：高效、低EMI的理想之選

在汽車電子領(lǐng)域，LED照明的應(yīng)用越來越廣泛，無論是汽車信息娛樂系統(tǒng)的背光，還是儀表盤、智能后視鏡等，都離不開可靠的LED驅(qū)動(dòng)芯片。今天要給大家詳細(xì)介紹的就是德州儀器（TI）推出的一款高性能LED驅(qū)動(dòng)芯片——TPS61193-Q1。

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一、核心特性亮點(diǎn)多

汽車級(jí)應(yīng)用認(rèn)證

TPS61193-Q1通過了AEC - Q100認(rèn)證，具備1級(jí)設(shè)備溫度等級(jí)，可在 - 40°C至 + 125°C的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，這為其在嚴(yán)苛的汽車環(huán)境中使用提供了堅(jiān)實(shí)保障。

寬輸入電壓范圍

該芯片的輸入電壓工作范圍為4.5 V至40 V，能夠很好地支持汽車啟停和負(fù)載突降等復(fù)雜工況，確保在各種汽車供電場(chǎng)景下都能正常工作。

高精度電流 sinks

它擁有三個(gè)高精度電流 sinks，電流匹配度典型值可達(dá)1%，每個(gè)通道的LED串電流最高可達(dá)100 mA，而且輸出可以在外部進(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)更高的電流能力。

高調(diào)光比

在100 Hz時(shí)，TPS61193-Q1能實(shí)現(xiàn)高達(dá)10000:1的高調(diào)光比，滿足不同場(chǎng)景下對(duì)LED亮度調(diào)節(jié)的需求，為汽車照明帶來更細(xì)膩的調(diào)光效果。

集成式升壓/SEPIC轉(zhuǎn)換器

集成的升壓/SEPIC轉(zhuǎn)換器可為L(zhǎng)ED串供電，輸出電壓最高可達(dá)45 V，開關(guān)頻率范圍為300 kHz至2.2 MHz，還具備開關(guān)同步輸入和擴(kuò)頻功能，有效降低了電磁干擾（EMI）。

豐富的故障檢測(cè)功能

芯片集成了廣泛的故障檢測(cè)特性，包括故障輸出、輸入電壓過壓保護(hù)（OVP）、欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）、開路和短路LED故障檢測(cè)以及熱關(guān)斷等功能，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

外部元件少

TPS61193-Q1所需的外部元件數(shù)量最少，這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，還降低了成本和電路板空間的占用。

二、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景

TPS61193-Q1主要用于汽車信息娛樂系統(tǒng)、汽車儀表盤、智能后視鏡、抬頭顯示器（HUD）、中央信息顯示器（CID）以及音頻 - 視頻導(dǎo)航（AVN）等的背光應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，其高性能和可靠性能夠充分發(fā)揮作用，為汽車用戶帶來更好的視覺體驗(yàn)。

三、深入剖析芯片原理

集成DC - DC轉(zhuǎn)換器

該轉(zhuǎn)換器可工作在升壓模式或SEPIC模式，最大輸出電壓由外部電阻分壓器（R1，R2）定義。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)LED輸出電壓降，輸出電壓會(huì)自動(dòng)調(diào)整到驅(qū)動(dòng)LED串所需的最低必要水平，從而實(shí)現(xiàn)最佳效率。開關(guān)頻率可通過連接到FSET引腳的電阻在250 kHz至2.2 MHz之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且DC - DC還支持外部同步和擴(kuò)頻功能，以降低EMI。

內(nèi)部LDO

內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器將VIN引腳的輸入電壓轉(zhuǎn)換為4.3 V的輸出電壓，供內(nèi)部使用。使用時(shí)，需在LDO引腳和地之間連接一個(gè)至少1 - μF的陶瓷電容，且要盡可能靠近LDO引腳。

LED電流 sinks

芯片在啟動(dòng)時(shí)會(huì)檢測(cè)LED輸出配置，未使用的電流 sink輸出需接地，接地的電流 sink會(huì)被禁用，并排除在DC - DC的自適應(yīng)電壓檢測(cè)環(huán)路和故障檢測(cè)之外。LED輸出的最大電流由外部RISET電阻控制，可根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算。亮度控制采用傳統(tǒng)的PWM方式，輸入PWM頻率范圍為100 Hz至20 kHz。

保護(hù)和故障檢測(cè)

TPS61193-Q1具備LED開路和短路故障檢測(cè)、VIN輸入過壓保護(hù)、VIN欠壓鎖定和熱關(guān)斷等功能。自適應(yīng)DC - DC電壓控制功能會(huì)將輸出電壓調(diào)整到LED電流 sink正常工作所需的最低電壓，每個(gè)LED電流 sink都有3個(gè)比較器用于自適應(yīng)控制和故障檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，除LED開路或短路故障外，設(shè)備會(huì)進(jìn)入FAULT_RECOVERY狀態(tài)，DC - DC和LED電流 sinks會(huì)被禁用，F(xiàn)AULT引腳會(huì)被拉低。若故障條件消失，設(shè)備會(huì)在100 ms的恢復(fù)時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù)到正常工作模式。

四、典型應(yīng)用案例與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

三LED串典型應(yīng)用

在支持3個(gè)LED串、最大電流100 mA、升壓開關(guān)頻率300 kHz的典型應(yīng)用中，設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)和元件的選擇：

• 電感選擇：電感的飽和電流必須大于最大負(fù)載電流和最壞情況下的平均紋波電流之和，一般推薦選擇飽和電流額定值至少為2.5 A的電感，并且電感的電阻應(yīng)小于300 mΩ，以保證良好的效率。
• 輸出電容選擇：建議使用額定電壓為 (2 ×V_{MAX}) 或更高的陶瓷電容，同時(shí)要考慮DC - bias效應(yīng)可能導(dǎo)致的有效電容降低。
• 輸入電容選擇：輸入電容也建議使用額定電壓為 (2 ×V_{IN MAX}) 或更高的陶瓷電容，同樣要考慮DC - bias效應(yīng)。
• LDO輸出電容：LDO的輸出電容推薦使用額定電壓至少為10 V的陶瓷電容，通常1 - μF的電容就足夠了。
• 二極管選擇：升壓輸出二極管應(yīng)使用肖特基二極管，其峰值重復(fù)電流額定值應(yīng)大于電感峰值電流（最高可達(dá)3 A），平均電流額定值應(yīng)大于最大輸出電流，反向擊穿電壓應(yīng)顯著大于輸出電壓。

SEPIC模式應(yīng)用

當(dāng)LED串電壓可能高于或低于VIN電壓時(shí)，可以使用SEPIC配置。在SEPIC模式下，SW引腳的最大電壓等于輸入電壓和輸出電壓之和，因此輸入和輸出電壓之和必須限制在50 V以下。在元件選擇方面，電感的電流值可通過Power Stage Designer?工具或相關(guān)公式計(jì)算；二極管的峰值電流等于輸入和輸出電流之和，其額定值要求與升壓模式類似；電容C1建議使用低ESR的陶瓷電容。

五、PCB布局與電源建議

PCB布局

良好的PCB布局對(duì)于芯片的性能至關(guān)重要。在布局時(shí)，要確保所有升壓元件靠近芯片，高電流走線要足夠?qū)?，將升壓元件放置在芯片的一?cè)，有助于保持高電流路徑下方的接地平面完整。同時(shí)，要盡量減小電流環(huán)路，使用單獨(dú)的電源地和無噪聲地，LDO旁路電容要盡可能靠近LDO引腳，輸入和輸出電容需要強(qiáng)接地，并且如果使用兩個(gè)輸出電容，要保證它們的布局對(duì)稱。

電源建議

TPS61193-Q1設(shè)計(jì)用于汽車電池供電，需要防止反向電壓和超過50 V的電壓沖擊。輸入電源軌的電阻要足夠低，以避免輸入電流瞬變?cè)赩IN引腳產(chǎn)生過高的壓降。如果使用長(zhǎng)線連接輸入電源，除了VIN線路上的陶瓷旁路電容外，可能還需要額外的大容量電容。

六、開發(fā)與支持資源

德州儀器提供了豐富的開發(fā)和支持資源。例如，Power Stage Designer?工具可用于升壓和SEPIC模式的設(shè)計(jì)計(jì)算；同時(shí)，還有一系列相關(guān)的文檔可供參考，如使用TPS61193EVM和TPS61193 - Q1EVM評(píng)估模塊的文檔、PowerPAD?熱增強(qiáng)封裝的文檔等。工程師們還可以通過TI E2E?在線社區(qū)與其他工程師交流經(jīng)驗(yàn)、分享知識(shí)和解決問題。

TPS61193-Q1以其高性能、高可靠性和豐富的功能，為汽車LED照明應(yīng)用提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們只要充分了解其特性、掌握好設(shè)計(jì)要點(diǎn)和布局原則，就能充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出更加出色的汽車電子系統(tǒng)。大家在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。