Texas Instruments LP5813 4 × 3矩陣RGB LED驅動器是一款同步升壓RGB驅動器，具有自主動畫引擎控制功能。該器件非常適合用于支持輸入電壓范圍為0.5V至5.5V的電池供電應用，具有超低正常工作電流，LED照明時為0.4mA（典型值）。

數據手冊：*附件：Texas Instruments LP5813 4 × 3矩陣RGB LED驅動器數據手冊.pdf

集成的同步升壓轉換器可保持出色的效率，并能在寬工作電壓范圍內保持LED的亮度穩定。輸出電壓可針對3V至5.5V（0.1V步進）的不同LED正向電壓進行選擇。升壓轉換器可為系統中的LED驅動負載和其他負載供電。如果升壓轉換器需要旁路，VOUT 將用作LED驅動模塊的電源輸入。

采用的是時間交叉多路復用 (TCM) 結構，該結構使用四個輸出引腳單獨控制12個LED點。高側掃描開關和低側電流槽包含在一個輸出中。對于空間受限的系統，最大限度地減小了整體解決方案尺寸。

自主動畫引擎可顯著降低控制器的實時負載。每個LED均可通過相關寄存器進行配置，以實現生動而有趣的燈光效果。Texas Instruments LP5813可生成6MHz時鐘信號并同步多個器件之間的燈光效果。

特性

• 工作電壓范圍
  • 輸入電壓 (V IN ) 范圍：0.5V至5.5V
  • 啟動時的最小輸入電壓：1.8V
  • 邏輯引腳兼容1.8V、3.3V和5V
• 高效同步升壓轉換器
  • 輸出電壓 (V OUT ) 范圍：3V至5.5V
  • 140mΩ (HS)/60mΩ (LS) MOSFET
  • 1.6A谷值開關電流限制
  • VIN =4.2V、VOUT =5.0V、 IOUT =300mA時的效率達95%
  • VIN > VOUT 設置時的直通模式
  • 關斷期間輸入和輸出之間真正斷開
• 時間交叉多路復用 (TCM) 拓撲
  • 驅動多達12個LED或4個RGB LED
  • 多路復用比：?、?、?、1
  • 支持直接、TCM和混合驅動模式
• 四個高精度恒定電流阱
  • 每灌電流：0.1mA至51mA
  • 器件間誤差：±5%（最大值）
  • 通道間誤差：±5%（最大值）
  • 25.5mA時的超低凈空電壓為110mV（典型值）；51mA時為210mV（典型值）。
  • 可為每個LED配置PWM相移
• 超低功耗
  • 關機狀態：當EN=低電平時，ISD =0.1μA（典型值）
  • 待機狀態：當EN=高電平且CHIP_EN=0（保留數據）時，I~STB~ =26μA（典型值）。
  • 工作狀態：當LED電流=25.5mA時，INOR =0.45mA（典型值）。
• 模擬調光（電流增益控制）
  • 全局1位最大電流 (MC)：25.5mA或51mA
  • 獨立的8位點電流 (DC) 設置
• PWM調光，無可聞噪聲，24kHz
  • 獨立的8位PWM調光分辨率
  • 線性或指數調光曲線
• 自主動畫引擎控制
• 單個LED點開路/短路檢測
• 集成除影功能
• 1MHz（最大）I^2^C 接口
• 工作溫度范圍：-40°C至85°C

功能框圖

LP5813同步升壓4×3矩陣RGB LED驅動器技術解析與應用指南

一、產品概述

LP5813是德州儀器(TI)推出的一款高集成度同步升壓4×3矩陣RGB LED驅動器，具有自主動畫引擎控制功能。該器件特別適合電池供電的便攜式設備，主要特點包括：

• ?超寬輸入電壓范圍?：0.5V至5.5V（啟動最低1.8V）
• ?高效率同步升壓轉換器?：最高95%效率（VIN=4.2V，VOUT=5V時）
• ?時間交叉復用(TCM)拓撲?：可驅動多達12個LED或4個RGB LED
• ?超低功耗?：待機電流僅26μA，工作電流0.45mA（LED電流25.5mA時）
• ?多種調光方式?：支持模擬調光和PWM調光（最高24kHz無音頻噪聲頻率）
• ?自主動畫引擎?：減輕主控器實時負載
• ?多重保護功能?：LED開路/短路檢測、熱關斷等

二、關鍵特性與技術參數

1. 電氣特性

• ?輸入電壓范圍?：0.5V-5.5V（啟動需1.8V）
• ?升壓輸出范圍?：3V-5.5V可調（0.1V步進）
• ?LED驅動能力?：
  • 每通道0.1mA至51mA可調
  • 器件間誤差±5%，通道間誤差±5%
• ?調光特性?：
  • 模擬調光：全局1位最大電流(25.5/51mA) + 每通道8位點電流控制
  • PWM調光：8位分辨率，可選線性/指數調光曲線

2. 保護機制

• ?LED保護?：開路檢測(70-110mV@25.5mA)和短路檢測(可編程0.35-0.65×VOUT)
• ?系統保護?：輸出過壓保護(5.7V)、輸入欠壓鎖定(1.8V上升/0.4V下降)
• ?熱保護?：LED驅動部分150°C關斷，升壓部分155°C關斷

三、核心技術創新

1. 時間交叉復用(TCM)架構

采用4輸出引腳控制12個LED點，通過?復用比率實現高效驅動。每個OUTx引腳包含：

• 高端掃描開關（PMOS，RDS(on) 1-1.4Ω@3V）
• 低端電流接收器（110mV典型壓降@25.5mA）

完整顯示幀包含4個子周期，每個子周期含調光期和消隱期（1-2μs可調）。

2. 先進調光控制

• ?PWM相位對齊?：支持正向、中間、反向三種對齊方式
• ?智能調光曲線?：指數曲線更符合人眼感知特性
• ?多器件同步?：通過SYNC引腳可實現多個器件動畫同步

3. 自主動畫引擎

每個LED配有獨立動畫引擎，包含：

• 3個動畫引擎單元(AEU)：每個含5個PWM值和4個時間值
• 2個動畫暫停單元(APU)：實現復雜淡入淡出效果
  支持單次/循環/無限循環播放模式

四、典型應用設計

1. 4顆RGB LED驅動方案

?設計參數?：

• 輸入電壓：3.6V（單節鋰電）
• 升壓輸出：5V
• LED配置：直接驅動模式（led_mode=0h）
• 電流設置：
  • 紅LED：51mA（max_current=1, DC=255）
  • 綠/藍LED：40.8mA（DC=204）

?關鍵元件選型?：

• 電感：1μH（推薦LPS3015-102ML）
• 輸入電容：10μF陶瓷+100μF電解
• 輸出電容：22μF X7R陶瓷

2. 布局指南

• ?升壓部分?：
  • 輸入電容盡量靠近VIN和GND引腳
  • SW節點走線盡量短（<5mm）
• ?LED驅動?：
  • OUTx走線寬度≥0.3mm
  • 避免平行走線以減少串擾
• ?散熱設計?：
  • DSBGA封裝需在底部添加散熱過孔（推薦0.3mm直徑）
  • WSON封裝可利用裸露焊盤散熱

五、行業應用方案

1. TWS耳機充電倉

• ?方案優勢?：
  • 0.5V低電壓啟動，適應深度放電電池
  • 多區RGB電量指示
  • <1μA關機電流

2. 智能手表

• ?技術亮點?：
  • 6MHz同步時鐘保證多設備動畫一致
  • 指數調光曲線實現平滑亮度過渡
  • 3mm×3mm小封裝節省空間

3. VR控制器

• ?特殊需求滿足?：
  • 24kHz PWM避免可聽噪聲
  • 相位錯位調光降低輸入紋波
  • 自主動畫減輕主機MCU負擔

六、設計資源推薦

1. ?開發工具?：
   • LP5813EVM評估模塊
   • WEBENCH? LED Designer在線設計工具
2. ?參考設計?：
   • TIDA-060011：藍牙耳機RGB指示方案
   • TIDA-050042：智能手表多區背光驅動
3. ?仿真模型?：
   • PSpice行為級模型
   • IBIS I/O緩沖器模型