深入剖析TPS61160/1：高性能LED驅動芯片的特性與應用

在電子工程師的日常工作中，高性能的LED驅動芯片是實現(xiàn)各種照明解決方案的關鍵組件。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)橐苿釉O備中的LED照明提供了卓越的解決方案。

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一、產品概述

TPS61160和TPS61161是兩款采用2mm x 2mm WSON封裝的升壓轉換器，專為驅動串聯(lián)白色LED而設計。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，能夠有效保護設備免受LED斷開的影響。此外，芯片還具備200mV的參考電壓，精度高達±2%，并支持靈活的數(shù)字和PWM亮度控制，效率最高可達90%。

二、產品特性與優(yōu)勢

2.1 高性能轉換能力

這兩款芯片運行在600kHz的固定開關頻率下，能夠有效降低輸出紋波，提高轉換效率，同時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，并添加了斜率補償，確保在占空比大于50%時仍能穩(wěn)定運行。

2.2 多種保護機制

• 軟啟動功能：內置的軟啟動電路可避免啟動時的高浪涌電流。設備啟用后，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，開關的電流限制將設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：監(jiān)測SW引腳和FB引腳的電壓，當SW電壓超過閾值且FB電壓小于調節(jié)電壓的一半時，持續(xù)8個開關時鐘周期，開關FET將關閉，設備進入關機模式，防止輸出電壓超過設備的絕對最大電壓額定值。
• 欠壓鎖定：當輸入電壓低于典型值2.2V時，設備將自動關機，內部開關FET關閉；當輸入電壓上升超過欠壓鎖定滯后值時，設備將重新啟動。
• 熱關斷：當結溫超過典型值160°C時，內部熱關斷功能將關閉設備；當結溫下降15°C時，設備將自動恢復工作。

2.3 靈活的亮度控制

• PWM調光：通過將PWM信號應用于CTRL引腳，可以調節(jié)FB引腳的調節(jié)電壓，從而實現(xiàn)LED亮度的調光。與傳統(tǒng)的PWM信號濾波方法不同，TPS61160和TPS61161的調節(jié)電壓獨立于PWM邏輯電壓電平，消除了LED電流脈沖時常見的可聽噪聲。
• 數(shù)字單線調光：CTRL引腳采用EasyScale協(xié)議，支持數(shù)字亮度控制。通過簡單的單引腳接口，可將FB電壓編程為32個步驟之一，節(jié)省處理器功率和電池壽命。

三、引腳配置與功能

四、應用領域與典型電路

4.1 應用領域

TPS61160和TPS61161適用于多種移動設備，如手機、便攜式媒體播放器、超移動設備和GPS接收器等，為其提供高質量的白色LED背光照明。

4.2 典型電路設計

文檔中提供了多個典型應用電路示例，包括TPS61161驅動10個白色LED的電路、TPS61160驅動6個白色LED并帶有外部PWM調光網絡的電路等。在設計過程中，需要根據具體的應用需求選擇合適的組件，如電感、肖特基二極管、補償電容器和輸入/輸出電容器等。

• 電感選擇：電感值會影響穩(wěn)態(tài)運行、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，同時反向擊穿電壓必須超過開路LED保護電壓。
• 補償電容器選擇：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：輸入側推薦使用1μF至4.7μF的電容器，輸出側需要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、設計注意事項

5.1 電源供應

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

5.2 布局設計

布局對于開關電源的性能至關重要，特別是高頻和高電流的應用。為了減少開關損耗和輻射問題，需要注意以下幾點：

• 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、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，芯片的最大結溫應限制在125°C以內，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}}) 計算最大允許功率耗散，并將實際耗散保持在該值以下。同時，采用散熱增強型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

TPS61160和TPS61161是兩款功能強大、性能卓越的LED驅動芯片，為移動設備的LED照明提供了完整的解決方案。通過深入了解其特性、功能和設計注意事項，電子工程師可以更好地應用這兩款芯片，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的LED照明系統(tǒng)。在實際設計中，還需要根據具體的應用需求進行合理的組件選擇和布局設計，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特的設計經驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。