TPS61160A/61A：高效白光 LED 驅(qū)動(dòng)芯片的深度解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LED 照明的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，對(duì) LED 驅(qū)動(dòng)芯片的性能和尺寸提出了更高的要求。TI 的 TPS61160A/61A 就是這樣一款專為驅(qū)動(dòng)白光 LED 而設(shè)計(jì)的高性能芯片，今天我們就來深入了解一下它的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、芯片特性

輸入電壓范圍與保護(hù)功能

TPS61160A/61A 的輸入電壓范圍為 2.7V 至 18V，這使得它能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境。同時(shí)，它還具備出色的開路 LED 保護(hù)功能，TPS61160A 具有 26V 的開路 LED 保護(hù)，TPS61161A 則為 38V，有效防止了因 LED 斷開而可能導(dǎo)致的芯片損壞。

高精度參考電壓與亮度控制

芯片擁有 200mV 的參考電壓，精度高達(dá)±2%，為 LED 電流的精確控制提供了保障。通過 PWM 接口，我們可以方便地實(shí)現(xiàn) LED 的亮度控制，這種方式不僅簡單有效，而且能夠避免傳統(tǒng)調(diào)光方式可能產(chǎn)生的音頻噪聲。

高效與小封裝設(shè)計(jì)

該芯片的效率最高可達(dá) 90%，能夠有效降低功耗，延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。其采用的 2mm × 2mm × 0.8mm 的 6 引腳 WSON 封裝，帶有散熱焊盤，在節(jié)省空間的同時(shí)，還能保證良好的散熱性能。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

TPS61160A/61A 適用于多種設(shè)備，如手機(jī)、便攜式媒體播放器、超移動(dòng)設(shè)備以及 GPS 接收器等，為這些設(shè)備的白光 LED 背光提供了穩(wěn)定可靠的驅(qū)動(dòng)方案。

三、芯片工作原理

TPS61160A/61A 是一款升壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了 40V/0.7A 的開關(guān) FET，以 600kHz 的固定開關(guān)頻率運(yùn)行。這種固定頻率的設(shè)計(jì)可以有效降低輸出紋波，提高轉(zhuǎn)換效率，并且允許使用小型外部組件。

在工作過程中，默認(rèn)的白光 LED 電流通過外部傳感電阻 (R_{set}) 設(shè)置，反饋電壓被調(diào)節(jié)到 200mV。通過向 CTRL 引腳施加 PWM 信號(hào)，我們可以控制 LED 電流，實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)。在 PWM 調(diào)光模式下，芯片不會(huì)使 LED 電流產(chǎn)生脈沖，從而避免了輸出電容上產(chǎn)生可聽噪聲。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引腳配置與功能

芯片的引腳配置清晰明確，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，COMP 引腳是跨導(dǎo)誤差放大器的輸出，需要連接外部電容來補(bǔ)償調(diào)節(jié)器；CTRL 引腳用于控制芯片的啟用和禁用，同時(shí)也可以接受 PWM 信號(hào)進(jìn)行 LED 亮度調(diào)光；FB 引腳是電流反饋引腳，需要連接傳感電阻到 GND。

規(guī)格參數(shù)

在設(shè)計(jì)過程中，我們需要關(guān)注芯片的各項(xiàng)規(guī)格參數(shù)，如絕對(duì)最大額定值、ESD 額定值、推薦工作條件等。例如，輸入電壓范圍為 2.7V 至 18V，輸出電壓最大可達(dá) 38V，PWM 調(diào)光頻率范圍為 5kHz 至 100kHz 等。

組件選擇

1. 電感：電感的選擇對(duì)芯片的性能至關(guān)重要，它會(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，如 TDK 的 VLCF5020T - 220MR75 - 1 和 Murata 的 LQH3NPN100NM0 等。
2. 肖特基二極管：由于芯片的開關(guān)頻率較高，需要選擇高速整流的肖特基二極管，以確保最佳效率。推薦使用 ONSemi 的 MBR0540 和 ZETEX 的 ZHCS400 等。
3. 補(bǔ)償電容：補(bǔ)償電容 C3 用于穩(wěn)定芯片的反饋環(huán)路，推薦使用 220nF 的陶瓷電容。
4. 輸入和輸出電容：輸入電容推薦使用 1μF 至 4.7μF 的電容，輸出電容推薦使用 0.47μF 至 10μF 的電容，以滿足輸出紋波和環(huán)路穩(wěn)定性的要求。

布局設(shè)計(jì)

布局設(shè)計(jì)對(duì)于開關(guān)電源來說至關(guān)重要，尤其是對(duì)于高頻率和高電流的應(yīng)用。在布局時(shí)，我們需要盡量縮短與 SW 引腳連接的所有走線的長度和面積，并在開關(guān)調(diào)節(jié)器下方使用接地平面，以減少平面間的耦合。同時(shí)，輸入電容應(yīng)盡可能靠近 VIN 引腳和 GND 引腳，以降低芯片的電源紋波。

五、典型應(yīng)用案例

TPS61161A 典型應(yīng)用

以 TPS61161A 為例，在一個(gè)設(shè)計(jì)中，輸入電壓為 3V 至 18V，電感選擇 22μH，串聯(lián) 10 個(gè) LED，LED 最大正向電壓為 3.3V，肖特基二極管正向電壓為 0.2V，效率為 85%，開關(guān)頻率為 600kHz。通過相應(yīng)的公式計(jì)算，在典型條件下，最大輸出電流可達(dá) 47mA。

Li - Ion 驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)白光 LED

在 Li - Ion 驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)白光 LED 的應(yīng)用中，輸入電壓為 3V 至 5V，電感為 22μH，LED 最大正向電壓為 3.2V，肖特基二極管正向電壓為 0.2V，效率為 82%，開關(guān)頻率為 600kHz。同樣通過計(jì)算，在典型條件下，最大輸出電流可達(dá) 76mA。

六、總結(jié)

TPS61160A/61A 是一款性能出色的白光 LED 驅(qū)動(dòng)芯片，具有輸入電壓范圍寬、保護(hù)功能強(qiáng)、效率高、封裝小等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇組件，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮芯片的性能。希望本文能夠?yàn)?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用 TPS61160A/61A 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有益的參考。你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)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。