德州儀器TPS61150A：雙輸出升壓WLED驅(qū)動(dòng)器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，WLED驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)關(guān)鍵組件，特別是在需要為顯示屏提供背光的應(yīng)用場(chǎng)景中。德州儀器（TI）的TPS61150A雙輸出升壓WLED驅(qū)動(dòng)器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款驅(qū)動(dòng)器。

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一、TPS61150A的特性亮點(diǎn)

工作范圍與性能

• 輸入電壓范圍：2.5V至6V的輸入電壓范圍，使其能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了廣泛的適用性。
• 集成開關(guān)與二極管：內(nèi)置0.7A集成開關(guān)和功率二極管，減少了外部元件的使用，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 固定PWM頻率：1.2MHz的固定PWM頻率，有效降低了輸出紋波，避免了與PFM控制相關(guān)的可聽噪聲，為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的輸出。

功能特性

• 獨(dú)立可編程輸出電流：每個(gè)電流輸出都可以通過外部電阻進(jìn)行獨(dú)立編程，并且有專門的選擇引腳，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸出的單獨(dú)或同時(shí)開啟，提供了極大的靈活性。
• 輸入輸出隔離：確保了輸入和輸出之間的電氣隔離，提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
• 內(nèi)置軟啟動(dòng)：在啟動(dòng)過程中，電流逐漸上升，避免了電流沖擊，保護(hù)了設(shè)備和WLED。
• 過壓保護(hù)：27V的過壓保護(hù)功能，防止輸出電壓過高對(duì)設(shè)備造成損壞。
• 電流匹配：在15mA時(shí)，兩個(gè)電流串之間的匹配精度可達(dá)3%，相比TPS61150/1有了顯著提升。
• 高效性能：最高可達(dá)83%的效率，降低了功耗，延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。
• PWM調(diào)光頻率：高達(dá)30kHz的PWM調(diào)光頻率，可實(shí)現(xiàn)精確的亮度調(diào)節(jié)。
• 封裝形式：采用10引腳、3×3mm的QFN封裝，體積小巧，適合空間受限的應(yīng)用。

二、應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

顯示屏背光

• 媒體格式顯示屏：可驅(qū)動(dòng)多達(dá)14個(gè)WLED，為大型媒體顯示屏提供均勻、明亮的背光。
• 翻蓋手機(jī)：適用于翻蓋手機(jī)的副屏和主屏背光，滿足不同屏幕的亮度需求。
• 便攜式設(shè)備：為便攜式設(shè)備的顯示屏和鍵盤提供背光，提升用戶體驗(yàn)。

三、技術(shù)細(xì)節(jié)剖析

電流調(diào)節(jié)

TPS61150A采用單個(gè)升壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)2個(gè)WLED串，電流可獨(dú)立編程。通過反饋回路將IFB引腳調(diào)節(jié)到閾值電壓（典型值330mV），確保電流源電路有足夠的工作裕量。調(diào)節(jié)電流由Iset引腳的電阻決定，公式為： [I{O}=frac{V{ISET }}{R{SET }} × K{ISET }] 其中，(I{O})為輸出電流，(V{ISET})為Iset引腳電壓（典型值1.229V），(R{SET})為Iset引腳電阻值，(K{ISET})為電流乘數(shù)（典型值920）。

啟動(dòng)過程

在啟動(dòng)時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器和電流源電路同時(shí)建立穩(wěn)態(tài)。電流源電路以16步的方式逐步增加電流，每步需要64個(gè)時(shí)鐘周期，確保電流源回路在啟動(dòng)期間比升壓轉(zhuǎn)換器響應(yīng)慢，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，減少浪涌電流。

保護(hù)功能

• 過壓保護(hù)：當(dāng)輸出電壓超過OVP閾值（典型值28V）時(shí)，過壓保護(hù)電路會(huì)停止升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動(dòng)作，防止輸出電壓失控。當(dāng)電壓降至OVP閾值以下時(shí)，轉(zhuǎn)換器恢復(fù)開關(guān)。
• 欠壓鎖定：當(dāng)輸入電壓低于1.65V（典型值）時(shí)，欠壓鎖定功能會(huì)使設(shè)備保持關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換器和電流源電路，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出之間的隔離，防止設(shè)備誤操作。
• 熱關(guān)斷：當(dāng)芯片的典型結(jié)溫超過160°C時(shí)，內(nèi)部熱關(guān)斷功能會(huì)關(guān)閉IC，熱關(guān)斷具有15°C的滯后特性，確保系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的安全性。

使能與調(diào)光

• 使能控制：將SEL1或SEL2引腳拉低可關(guān)閉相應(yīng)的輸出。如果兩個(gè)引腳都拉低超過40ms，IC將關(guān)閉，此時(shí)功耗小于2μA（室溫）。
• PWM調(diào)光：SEL引腳可用于PWM亮度調(diào)光。為提高PWM調(diào)光的線性度，如果兩個(gè)相鄰SELx脈沖的下降沿和上升沿之間的時(shí)間小于40ms，軟啟動(dòng)功能將被禁用。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

最大輸出電流計(jì)算

最大輸出電流受到多種因素的影響，包括過流限制、輸入電壓、輸出電壓和效率等。計(jì)算公式如下： [P=frac{1}{left[L timesleft(frac{1}{ Viout +V f-Vin }+frac{1}{V i n}right) × F sright]}] [I{out_max}=frac{Vin timesleft(I{lim} -frac{I{p}}{2}right) × eta}{ Vout }] 其中，(I{p})為電感峰峰值紋波，(L)為電感值，(V{f})為功率二極管正向電壓，(F{s})為開關(guān)頻率，(V{iout})為升壓輸出電壓，(I{lim})為過流限制，(eta)為效率。

WLED亮度調(diào)光

• 并聯(lián)電阻調(diào)光：通過在ISET引腳電阻上并聯(lián)一個(gè)額外的電阻，改變ISET引腳電阻值，從而調(diào)節(jié)輸出電流。這種方法簡(jiǎn)單，但調(diào)光步數(shù)有限。
• PWM調(diào)光：在SEL引腳施加PWM調(diào)光信號(hào)，通過信號(hào)的占空比調(diào)制輸出電流。邏輯高電平開啟電流源電路，邏輯低電平關(guān)閉。為避免WLED閃爍，PWM信號(hào)頻率要足夠高。TPS61150A通過在SEL引腳為低電平時(shí)斷開WLED與輸出電容的連接，減少了PWM調(diào)光期間的電壓紋波，降低了可聽噪聲。最大PWM調(diào)光頻率由電流建立時(shí)間(t{isink})決定，計(jì)算公式為： [F{PWM_MAX }=frac{D{min }}{T{isink }}]
• 模擬調(diào)光：使用外部直流電壓和電阻改變ISET引腳電流，從而控制輸出電流。直流電壓可以是濾波后的PWM信號(hào)。

電感選擇

電感是電源調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中最重要的組件，其電感值、直流電阻和飽和電流對(duì)性能影響較大。一般建議將峰峰值紋波電流設(shè)置為直流電流的30 - 40%，以平衡功率損耗和電感尺寸。對(duì)于TPS61150A，推薦使用10μH的電感。電感直流電流可通過以下公式計(jì)算： [L{DC}=frac{V{iout } × I{out }}{V{in } × eta}] 同時(shí)，要考慮電感的直流電阻（DCR）對(duì)效率的影響，不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)DCR的要求不同。

輸入和輸出電容選擇

輸出電容主要用于控制轉(zhuǎn)換器的輸出紋波。假設(shè)電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）為零，可根據(jù)以下公式計(jì)算給定紋波所需的最小電容： [C{out }=frac{left(V{iout }-V{in }right) I{out }}{V{iout } × F s × V{ripple }}] 對(duì)于陶瓷電容，由于其ESR較低，可忽略ESR引起的額外輸出紋波。但在使用鉭電容或電解電容時(shí)，必須考慮ESR的影響。

布局考慮

布局是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于高電流、高開關(guān)頻率的電源尤其如此。為減少輸入紋波，輸入電容應(yīng)靠近VIN和GND引腳；電感應(yīng)靠近IC；輸出電容應(yīng)靠近負(fù)載，以最小化紋波并提高瞬態(tài)性能。信號(hào)地和功率地應(yīng)使用短走線分開，并在單點(diǎn)連接。

五、總結(jié)

德州儀器的TPS61150A雙輸出升壓WLED驅(qū)動(dòng)器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和出色的性能，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇外部元件、優(yōu)化布局，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的WLED驅(qū)動(dòng)。你在使用這款驅(qū)動(dòng)器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。