汽車LED驅動芯片TPS61193-Q1：高效、低EMI的理想之選

在汽車電子領域，LED照明的應用越來越廣泛，無論是汽車信息娛樂系統的背光，還是儀表盤、智能后視鏡等，都離不開可靠的LED驅動芯片。今天要給大家詳細介紹的就是德州儀器（TI）推出的一款高性能LED驅動芯片——TPS61193-Q1。

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一、核心特性亮點多

汽車級應用認證

TPS61193-Q1通過了AEC - Q100認證，具備1級設備溫度等級，可在 - 40°C至 + 125°C的環境溫度下穩定工作，這為其在嚴苛的汽車環境中使用提供了堅實保障。

寬輸入電壓范圍

該芯片的輸入電壓工作范圍為4.5 V至40 V，能夠很好地支持汽車啟停和負載突降等復雜工況，確保在各種汽車供電場景下都能正常工作。

高精度電流 sinks

它擁有三個高精度電流 sinks，電流匹配度典型值可達1%，每個通道的LED串電流最高可達100 mA，而且輸出可以在外部進行組合，以實現更高的電流能力。

高調光比

在100 Hz時，TPS61193-Q1能實現高達10000:1的高調光比，滿足不同場景下對LED亮度調節的需求，為汽車照明帶來更細膩的調光效果。

集成式升壓/SEPIC轉換器

集成的升壓/SEPIC轉換器可為LED串供電，輸出電壓最高可達45 V，開關頻率范圍為300 kHz至2.2 MHz，還具備開關同步輸入和擴頻功能，有效降低了電磁干擾（EMI）。

豐富的故障檢測功能

芯片集成了廣泛的故障檢測特性，包括故障輸出、輸入電壓過壓保護（OVP）、欠壓鎖定（UVLO）、過流保護（OCP）、開路和短路LED故障檢測以及熱關斷等功能，大大提高了系統的可靠性和安全性。

外部元件少

TPS61193-Q1所需的外部元件數量最少，這不僅簡化了設計，還降低了成本和電路板空間的占用。

二、廣泛的應用場景

TPS61193-Q1主要用于汽車信息娛樂系統、汽車儀表盤、智能后視鏡、抬頭顯示器（HUD）、中央信息顯示器（CID）以及音頻 - 視頻導航（AVN）等的背光應用。在這些應用中，其高性能和可靠性能夠充分發揮作用，為汽車用戶帶來更好的視覺體驗。

三、深入剖析芯片原理

集成DC - DC轉換器

該轉換器可工作在升壓模式或SEPIC模式，最大輸出電壓由外部電阻分壓器（R1，R2）定義。通過實時監測LED輸出電壓降，輸出電壓會自動調整到驅動LED串所需的最低必要水平，從而實現最佳效率。開關頻率可通過連接到FSET引腳的電阻在250 kHz至2.2 MHz之間進行調節，并且DC - DC還支持外部同步和擴頻功能，以降低EMI。

內部LDO

內部LDO穩壓器將VIN引腳的輸入電壓轉換為4.3 V的輸出電壓，供內部使用。使用時，需在LDO引腳和地之間連接一個至少1 - μF的陶瓷電容，且要盡可能靠近LDO引腳。

LED電流 sinks

芯片在啟動時會檢測LED輸出配置，未使用的電流 sink輸出需接地，接地的電流 sink會被禁用，并排除在DC - DC的自適應電壓檢測環路和故障檢測之外。LED輸出的最大電流由外部RISET電阻控制，可根據公式進行計算。亮度控制采用傳統的PWM方式，輸入PWM頻率范圍為100 Hz至20 kHz。

保護和故障檢測

TPS61193-Q1具備LED開路和短路故障檢測、VIN輸入過壓保護、VIN欠壓鎖定和熱關斷等功能。自適應DC - DC電壓控制功能會將輸出電壓調整到LED電流 sink正常工作所需的最低電壓，每個LED電流 sink都有3個比較器用于自適應控制和故障檢測。當檢測到故障時，除LED開路或短路故障外，設備會進入FAULT_RECOVERY狀態，DC - DC和LED電流 sinks會被禁用，FAULT引腳會被拉低。若故障條件消失，設備會在100 ms的恢復時間后自動恢復到正常工作模式。

四、典型應用案例與設計要點

三LED串典型應用

在支持3個LED串、最大電流100 mA、升壓開關頻率300 kHz的典型應用中，設計時需要注意以下幾個關鍵參數和元件的選擇：

• 電感選擇：電感的飽和電流必須大于最大負載電流和最壞情況下的平均紋波電流之和，一般推薦選擇飽和電流額定值至少為2.5 A的電感，并且電感的電阻應小于300 mΩ，以保證良好的效率。
• 輸出電容選擇：建議使用額定電壓為 (2 ×V_{MAX}) 或更高的陶瓷電容，同時要考慮DC - bias效應可能導致的有效電容降低。
• 輸入電容選擇：輸入電容也建議使用額定電壓為 (2 ×V_{IN MAX}) 或更高的陶瓷電容，同樣要考慮DC - bias效應。
• LDO輸出電容：LDO的輸出電容推薦使用額定電壓至少為10 V的陶瓷電容，通常1 - μF的電容就足夠了。
• 二極管選擇：升壓輸出二極管應使用肖特基二極管，其峰值重復電流額定值應大于電感峰值電流（最高可達3 A），平均電流額定值應大于最大輸出電流，反向擊穿電壓應顯著大于輸出電壓。

SEPIC模式應用

當LED串電壓可能高于或低于VIN電壓時，可以使用SEPIC配置。在SEPIC模式下，SW引腳的最大電壓等于輸入電壓和輸出電壓之和，因此輸入和輸出電壓之和必須限制在50 V以下。在元件選擇方面，電感的電流值可通過Power Stage Designer?工具或相關公式計算；二極管的峰值電流等于輸入和輸出電流之和，其額定值要求與升壓模式類似；電容C1建議使用低ESR的陶瓷電容。

五、PCB布局與電源建議

PCB布局

良好的PCB布局對于芯片的性能至關重要。在布局時，要確保所有升壓元件靠近芯片，高電流走線要足夠寬，將升壓元件放置在芯片的一側，有助于保持高電流路徑下方的接地平面完整。同時，要盡量減小電流環路，使用單獨的電源地和無噪聲地，LDO旁路電容要盡可能靠近LDO引腳，輸入和輸出電容需要強接地，并且如果使用兩個輸出電容，要保證它們的布局對稱。

電源建議

TPS61193-Q1設計用于汽車電池供電，需要防止反向電壓和超過50 V的電壓沖擊。輸入電源軌的電阻要足夠低，以避免輸入電流瞬變在VIN引腳產生過高的壓降。如果使用長線連接輸入電源，除了VIN線路上的陶瓷旁路電容外，可能還需要額外的大容量電容。

六、開發與支持資源

德州儀器提供了豐富的開發和支持資源。例如，Power Stage Designer?工具可用于升壓和SEPIC模式的設計計算；同時，還有一系列相關的文檔可供參考，如使用TPS61193EVM和TPS61193 - Q1EVM評估模塊的文檔、PowerPAD?熱增強封裝的文檔等。工程師們還可以通過TI E2E?在線社區與其他工程師交流經驗、分享知識和解決問題。

TPS61193-Q1以其高性能、高可靠性和豐富的功能，為汽車LED照明應用提供了一個優秀的解決方案。在實際設計中，工程師們只要充分了解其特性、掌握好設計要點和布局原則，就能充分發揮該芯片的優勢，設計出更加出色的汽車電子系統。大家在使用這款芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區交流分享。