深入剖析TPS61160/1：高性能LED驅(qū)動(dòng)芯片的特性與應(yīng)用

在電子工程師的日常工作中，高性能的LED驅(qū)動(dòng)芯片是實(shí)現(xiàn)各種照明解決方案的關(guān)鍵組件。今天，我們來深入了解一下德州儀器（TI）推出的TPS61160和TPS61161這兩款芯片，它們?yōu)橐苿?dòng)設(shè)備中的LED照明提供了卓越的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

TPS61160和TPS61161是兩款采用2mm x 2mm WSON封裝的升壓轉(zhuǎn)換器，專為驅(qū)動(dòng)串聯(lián)白色LED而設(shè)計(jì)。它們具有2.7V至18V的寬輸入電壓范圍，分別提供26V（TPS61160）和38V（TPS61161）的開路LED保護(hù)，能夠有效保護(hù)設(shè)備免受LED斷開的影響。此外，芯片還具備200mV的參考電壓，精度高達(dá)±2%，并支持靈活的數(shù)字和PWM亮度控制，效率最高可達(dá)90%。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 高性能轉(zhuǎn)換能力

這兩款芯片運(yùn)行在600kHz的固定開關(guān)頻率下，能夠有效降低輸出紋波，提高轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)允許使用小型外部組件，從而節(jié)省電路板空間。其采用的傳統(tǒng)電流模式控制架構(gòu)，并添加了斜率補(bǔ)償，確保在占空比大于50%時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 多種保護(hù)機(jī)制

• 軟啟動(dòng)功能：內(nèi)置的軟啟動(dòng)電路可避免啟動(dòng)時(shí)的高浪涌電流。設(shè)備啟用后，F(xiàn)B引腳電壓將分32步斜坡上升至參考電壓，每步耗時(shí)213μs，確保輸出電壓緩慢上升，降低輸入電流。在COMP電壓斜坡上升后的前5ms內(nèi)，開關(guān)的電流限制將設(shè)置為正常電流限制規(guī)格的一半，將輸入電流保持在400mA（典型值）以下。
• 開路LED保護(hù)：監(jiān)測(cè)SW引腳和FB引腳的電壓，當(dāng)SW電壓超過閾值且FB電壓小于調(diào)節(jié)電壓的一半時(shí)，持續(xù)8個(gè)開關(guān)時(shí)鐘周期，開關(guān)FET將關(guān)閉，設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，防止輸出電壓超過設(shè)備的絕對(duì)最大電壓額定值。
• 欠壓鎖定：當(dāng)輸入電壓低于典型值2.2V時(shí)，設(shè)備將自動(dòng)關(guān)機(jī)，內(nèi)部開關(guān)FET關(guān)閉；當(dāng)輸入電壓上升超過欠壓鎖定滯后值時(shí)，設(shè)備將重新啟動(dòng)。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)結(jié)溫超過典型值160°C時(shí)，內(nèi)部熱關(guān)斷功能將關(guān)閉設(shè)備；當(dāng)結(jié)溫下降15°C時(shí)，設(shè)備將自動(dòng)恢復(fù)工作。

2.3 靈活的亮度控制

• PWM調(diào)光：通過將PWM信號(hào)應(yīng)用于CTRL引腳，可以調(diào)節(jié)FB引腳的調(diào)節(jié)電壓，從而實(shí)現(xiàn)LED亮度的調(diào)光。與傳統(tǒng)的PWM信號(hào)濾波方法不同，TPS61160和TPS61161的調(diào)節(jié)電壓獨(dú)立于PWM邏輯電壓電平，消除了LED電流脈沖時(shí)常見的可聽噪聲。
• 數(shù)字單線調(diào)光：CTRL引腳采用EasyScale協(xié)議，支持?jǐn)?shù)字亮度控制。通過簡(jiǎn)單的單引腳接口，可將FB電壓編程為32個(gè)步驟之一，節(jié)省處理器功率和電池壽命。

三、引腳配置與功能

四、應(yīng)用領(lǐng)域與典型電路

4.1 應(yīng)用領(lǐng)域

TPS61160和TPS61161適用于多種移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、便攜式媒體播放器、超移動(dòng)設(shè)備和GPS接收器等，為其提供高質(zhì)量的白色LED背光照明。

4.2 典型電路設(shè)計(jì)

文檔中提供了多個(gè)典型應(yīng)用電路示例，包括TPS61161驅(qū)動(dòng)10個(gè)白色LED的電路、TPS61160驅(qū)動(dòng)6個(gè)白色LED并帶有外部PWM調(diào)光網(wǎng)絡(luò)的電路等。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的組件，如電感、肖特基二極管、補(bǔ)償電容器和輸入/輸出電容器等。

• 電感選擇：電感值會(huì)影響穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、瞬態(tài)行為和環(huán)路穩(wěn)定性，推薦使用10μH至22μH的電感，以優(yōu)化效率并保持低電感峰 - 峰紋波。
• 肖特基二極管選擇：由于芯片的高開關(guān)頻率，需要選擇具有高速整流能力的肖特基二極管，確保其平均和峰值電流額定值超過平均輸出電流和峰值電感電流，同時(shí)反向擊穿電壓必須超過開路LED保護(hù)電壓。
• 補(bǔ)償電容器選擇：連接從COMP引腳到GND的220nF陶瓷電容器可穩(wěn)定反饋環(huán)路。
• 輸入/輸出電容器選擇：輸入側(cè)推薦使用1μF至4.7μF的電容器，輸出側(cè)需要0.47μF至10μF的電容器，以滿足輸出紋波和環(huán)路穩(wěn)定性的要求。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

5.1 電源供應(yīng)

輸入電源必須在2.7V至18V范圍內(nèi)，且要進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)，能夠在負(fù)載瞬變（啟動(dòng)或快速亮度變化）時(shí)提供LED配置和所選電感所需的峰值電流，而不會(huì)出現(xiàn)電壓降。輸入電源軌的電阻應(yīng)足夠低，以確保輸入電流瞬變不會(huì)使芯片的供電電壓下降超過5%。

5.2 布局設(shè)計(jì)

布局對(duì)于開關(guān)電源的性能至關(guān)重要，特別是高頻和高電流的應(yīng)用。為了減少開關(guān)損耗和輻射問題，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 縮短SW引腳連接的所有走線長度和面積，使用接地平面以減少平面間耦合。
• 保持PWM開關(guān)、肖特基二極管和輸出電容器組成的環(huán)路盡可能短。
• 輸入電容器應(yīng)靠近VIN和GND引腳，以減少電源紋波。

5.3 熱考慮

在正常工作條件下，芯片的最大結(jié)溫應(yīng)限制在125°C以內(nèi)，以確保其性能和可靠性?？梢允褂霉?(P{D(max )}=frac{125^{circ} C-T{A}}{R_{theta J A}}) 計(jì)算最大允許功率耗散，并將實(shí)際耗散保持在該值以下。同時(shí)，采用散熱增強(qiáng)型WSON封裝，將熱焊盤焊接到PCB的模擬接地平面，并使用熱過孔提高散熱性能。

六、總結(jié)

TPS61160和TPS61161是兩款功能強(qiáng)大、性能卓越的LED驅(qū)動(dòng)芯片，為移動(dòng)設(shè)備的LED照明提供了完整的解決方案。通過深入了解其特性、功能和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，電子工程師可以更好地應(yīng)用這兩款芯片，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的LED照明系統(tǒng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的組件選擇和布局設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的最佳性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。