TP8151DA55V 集成功率管的降压型 LED 恒流驱动器

概述TP8151DA是一款工作在电感电流连续模式下的降压型LED 恒流驱动器。用于高效地驱动一颗或者多颗串联LED。芯片的输入电压范围为 6V~55V内置功率管输出电流外部可调。TP8151DA采用高端电流检测方式通过外部电阻可以设定 LED输出的平均电流并可以通过DIM引脚接收模拟调光和很宽范围的 PWM调光信号。当DIM的电压低于0.33V时TP8151DA关断内部功率管进入低功耗的待机模式。TP8151DA内部集成了自动温度补偿控制电路当芯片内部的温度超过 130℃时LED输出电流会随着温度的上升而逐渐减小直到芯片内部的温度上升到 150℃时LED输出电流最终会稳定在设定输出电流值的 40%。这就避免了传统过温保护所引起的 LED低频闪烁问题。特点高达95%的效率集成功率管自动温度补偿控制宽输入电压范围6V~55VDIM脚可进行PWM和模拟调光±3%输出电流精度内置LED开路/短路保护软启动时间可调采用ESOP-8L封装应用 低压 LED射灯替代卤素灯 车载 LED灯 低压工业 LED照明 其它 LED照明典型应用电路管脚管脚描述极限参数推荐工作范围内部框图应用说明TP8151DA和电感L1电流采样电阻RCS共同组成一个自振荡的电感电流连续模式的的降压型LED恒流驱动器。工作原理VIN上电时电感L1和电阻RCS的初始电流为零此时VIN 与CS之间没有电压差CS比较器输出为高电平这个信号传递到 PWM比较器的负输入端PWM比较器的输出为高电平内部功率管导通此时电流从 VIN输入经过电阻采样电阻 RCS、LED、电感L1和内部功率管流到GND电流上升斜率由VIN、L1和LED压降共同决定在RCS上产生一个压降VRCS当VRCS230mVCS 比较器的输出转变为低电平内部功率管关断电流以另一个斜率流过电感 L1、肖特基二极管D1、RCS和 LED电流在RCS上产生下降电压斜坡当VRCS170mVCS 比较器的输出转换为高电平内部功率管重新导通。TP8151DA 会周期性地重复这一过程。所以LED 上的平均电流为高端电流采样结构使得外部元器件数量很少采用1%精度的采样电阻LED输出电流精度可以控制在±3%以内。TP8151DA 可以在DIM管脚输入PWM信号进行PWM调光DIM管脚电压低于0.33V关断LED电流高于2.5V 全部打开 LED电流PWM调光的频率范围从100Hz到 20KHz。当PWM信号的高电平在0.5V到2.5V之间可以进行调光具体的应用细节详见后面说明。DIM 脚也可以通过外加直流电压来实现模拟调光。最大的LED电流由采样电阻RCS决定。直流电压(VDIM)的有效的调光范围是0.5V到2.5V。当直流电压(VDIM)高于2.5V输出LED电流保持恒定并由采样电阻RCS设定。LED电流还可以通过DIM到地之间接一个电阻到进行调节内部有一个上拉电阻典型200K欧姆接在VDD上,DIM脚的电压由内部和外部的电阻分压决定。当加在DIM上的电压低于0.33V时功率管关断LED电流也降为零。DIM脚在不调光应用时不可以浮空需要连接滤波电容到地。电容取值大小根据实际应用电路的PCB布局来定CDIM的典型值为10nF。LED平均电流设定LED的平均电流由连接在VIN和CS两端的电阻RCS决定上述等式成立的前提是DIM端接滤波电容或外加DIM端电压大于2.5V并且小于5V。实际上RCS是设定了LED的最大输出电流通过设定DIM的电压LED的实际输出电流能够调小到任意值。模拟调光DIM脚可以外加一个直流电压(VDIM)来进行模拟调光以调整LED的输出电流如典型应用电路图所示此时输出电流可以由以下两式表示PWM调光TP8151DA可以在DIM脚输入PWM信号来进行PWM调光以调整 LED的输出电流如典型应用电路图所示输出电流与PWM信号占空比成正比输出平均电流可以由以下两式表示其中VPULSE为PWM信号的高电平幅值。通过PWM调光LED的输出电流可以从0%到100%变化。LED的亮度是由PWM信号的占空比所决定。例如PWM信号的占空比为25%则LED的输出平均电流为所设定电流的25%。建议设置PWM调光频率在100Hz以上以避免人的眼睛可以看到LED的闪烁。PWM调光比模拟调光的优势在于不改变LED的色温。TP8151DA调光频率最高可达到20kHz。自动温度补偿控制TP8151DA内部集成了自动温度补偿控制电路当芯片内部的温度超过 130℃时LED输出电流会随着温度的上升而逐渐减小直到芯片内部的温度上升到 150℃时LED 输出电流最终会稳定在设定输出电流值的40%。这就避免了传统过温保护所引起的 LED低频闪烁问题。关断模式通过在DIM端接入0.33V以下的电压实现系统关断此时芯片处于待机模式。通常情况下芯片的待机电流典型值为100μA左右。软启动模式通过在DIM脚外接入一个电容使得系统启动时DIM脚的电压缓慢上升这样LED的输出电流也缓慢上升从而实现软启动。通常情况下软启动时间和外接电容的大小关系大约100us/nF。LED开路保护TP8151DA具有输出开路保护功能负载一旦开路芯片将被设置于安全的低功耗模式负载重新连接后则进入正常的工作状态。电感选择选择较低的电感值会提高开关频率增大开关损耗。推荐使用的电感参数范围为 47uH100uH。电感的饱和电流必须要比 LED输出电流高30%到50%。二极管选择为了保证最大的效率及性能二极管(D1)应选择快速恢复、低正向压降、低寄生电容、低漏电的肖特基二极管。电流能力以及耐压视具体的应用而定但应保持 30%的余量有助于稳定可靠的工作。另外值得注意的一点是应考虑温度高于 85℃时肖特基的反向漏电流。过高的漏电会导致系统功耗的增加。降低输出纹波如果需要减少LED输出电流纹波可以在LED输出的两端并联一个电容来实现。1uF的输出电容可以使LED输出电流纹波减少大约 1/3。适当的增大输出电容可以抑制更多的纹波。需要注意的是输出电容不会影响系统的工作频率和效率但是会影响系统启动延时以及 PWM调光频率。负载电流的热补偿高亮度LED有时需要提供输出电流温度补偿以保证可靠稳定的工作TP8151DA可以通过DIM脚外接热敏电阻(NTC)或者负温度系数的二极管到LED附近检测LED灯的温度从而调整 LED负载的输出电流。PCB布局合理的PCB布局 对于最大程度保证系统稳定性以及低噪声来说很重要。使用多层 PCB板是避免噪声干扰的一种很有效的办法。为了有效减小电流回路的噪声输入旁路电容应当另行接地。旁路电容、电感、电流采样电阻PCB布局中电感尽量远离芯片以减小电感对芯片的干扰。如果 PCB大小允许尽量多铺铜并连接到电源的 GND或VIN脚以吸收电感产生的干扰。电流采样电阻 RCS两端走线越短越好以减少走线的寄生电感保证电流采样的精度。VIN的旁路电容尽可能靠近芯片的VIN 脚和GND脚并做到走线短而粗。DIM脚在不调光应用时不可以浮空需要连接滤波电容到地DIM脚需尽量远离 SW等开关信号。