LM3697：高性能三串白光 LED 驅動器的卓越之選

在電子設備不斷發展的今天，LED 照明技術憑借其高效、節能、壽命長等諸多優勢，在各種應用場景中得到了廣泛的應用。而對于需要驅動多串高電壓 LED 的應用，一款高性能的 LED 驅動器顯得尤為重要。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）推出的 LM3697 高功效三串白光 LED 驅動器。

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一、產品概述

LM3697 是一款專為智能手機顯示屏和鍵盤照明設計的高性能 LED 驅動器，能夠驅動三串并聯的高電壓 LED 串，為顯示和鍵盤照明提供穩定的電源。它具有高達 90%的效率，每路電流沉最大可達 30 mA，還具備 11 位可配置調光分辨率，可通過 PWM 輸入實現內容可調亮度控制（CABC），并且支持完全可配置的 LED 分組和控制。此外，該驅動器還集成了 1-A/40-V MOSFET，自適應升壓輸出以匹配 LED 電壓，可選 500-kHz 和 1-MHz 開關頻率，以及四種可配置過壓保護閾值（16 V、24 V、32 V 和 40 V），同時具備過流保護和熱關斷保護功能，總解決方案尺寸僅為 29 (mm^{2})。

二、產品特性

（一）高電壓 LED 控制

1. 高電壓升壓轉換器：采用 4.7 - 22 μH 電感器和 1 μF 輸出電容器，可提供高達 40 V 的輸出電壓。可選 500-kHz 或 1-MHz 開關頻率，能使用小型外部組件，提高升壓轉換器效率。通過自適應電流調節方案，可根據 LED 正向電壓自動調整輸出電壓，以最小化裕量電壓，有效提高 LED 效率。
2. 高電壓電流沉：HVLED1、HVLED2 和 HVLED3 可根據控制銀行 A 或 B 的配置控制高電壓 LED 串中的電流。每個控制銀行具有 5 位滿量程電流可編程性和 11 位亮度控制，可通過 HVLED 電流沉輸出配置寄存器進行分配。
3. 高電壓電流串偏置：每個高電壓電流串可由 LM3697 的升壓輸出（COUT）或外部電源供電。通過反饋使能位可確定高電壓電流串陽極的連接位置，從而調整升壓轉換器的輸出電壓，以維持 LED 裕量電壓 (V_{HR_MIN})。

（二）開關頻率選擇

LM3697 的升壓轉換器具有兩種開關頻率設置，可通過升壓頻率選擇位進行控制。在輕負載條件下，500-kHz 開關頻率可降低開關損耗，提高效率；在高負載條件下，1-MHz 開關頻率可降低 MOSFET 和電感器的傳導損耗，提高效率。

（三）自動開關頻率轉換

LM3697 具有自動頻率選擇模式，可根據高電壓 LED 電流自動調整開關頻率，以優化頻率與負載相關的損耗。通過自動頻率閾值寄存器可配置頻率切換的閾值，當亮度代碼大于閾值時，開關頻率為 1 MHz；當亮度代碼小于或等于閾值時，開關頻率為 500 kHz。

（四）亮度寄存器電流控制

可通過直接寫入相應的控制銀行亮度寄存器來實現簡單的用戶可調電流控制。控制銀行 A 和 B 的電流是滿量程 LED 電流、亮度寄存器中的 11 位代碼以及 PWM 輸入占空比（如果 PWM 啟用）的函數。

（五）PWM 控制

PWM 輸入可用于控制銀行 A 或 B，使 LED 電流成為控制銀行亮度配置寄存器中的代碼和 PWM 輸入占空比的函數。PWM 輸入接受邏輯電平電壓，并通過內部低通濾波器轉換為模擬控制電壓，實現占空比與電流的線性響應。

（六）啟動/關斷斜坡和運行時斜坡

高電壓 LED 的啟動和關斷斜坡時間可在啟動/關斷過渡時間寄存器中獨立配置，有 16 種不同的啟動和 16 種不同的關斷時間。電流從一個亮度級別到另一個亮度級別的斜坡可通過控制 A 和 B 運行時斜坡時間寄存器進行編程，同樣有 16 種不同的斜坡上升和下降時間。

（七）故障標志/保護功能

LM3697 具備 LED 開路和短路故障檢測功能，可在生產級測試中使用。通過 LED 故障使能寄存器可啟用故障標志，通過特定的操作步驟可檢測高電壓 LED 串中的開路和短路故障。此外，還具備過壓保護和電流限制功能，可保護設備和相關電路免受高電壓和過流的影響。

三、應用與實現

（一）應用信息

LM3697 為移動手機提供了完整的高性能 LED 照明解決方案，可支持多種 LED 配置，包括 3 串、2 串和 1 串，最大輸出電壓根據配置而定。該驅動器提供內部斜坡時間發生器，可實現 11 位控制的平滑 LED 調光，同時僅需主機控制器提供 8 位控制。此外，還提供 LM3697EVM 及 GUI 軟件，方便用戶了解其操作。

（二）典型應用

在典型應用中，需要根據具體的設計要求選擇合適的電感、輸出電容、肖特基二極管和輸入電容等組件。例如，對于 8s3p 應用，需要考慮全量程電流設置、最小輸入電壓、LED 串聯/并聯配置、LED 最大正向電壓、效率、開關頻率和電感值等參數。通過計算可確定設備升壓轉換器的最大輸出電壓和最大輸出電流，以及電感的峰值電流。同時，還需要根據不同的應用場景和要求，選擇合適的電感值，以確保設備的性能和效率。

（三）布局指南

在 PCB 布局時，需要注意減少電感升壓轉換器產生的電場耦合和傳導噪聲。具體來說，需要注意輸出電容、肖特基二極管、電感器和輸入電容的放置位置，以減少電壓尖峰和電磁干擾。例如，輸出電容應盡可能靠近肖特基二極管的陰極和 LM3697 設備的 GND 引腳，以減少電感和電壓尖峰；肖特基二極管的陽極應盡可能靠近 SW 引腳，陰極應盡可能靠近 COUT，以減少電感和電壓尖峰；電感器與 SW 引腳的連接面積應最小化，以減少電容耦合；輸入電容應靠近 IN 引腳和 GND，以減少電壓尖峰和電源電流紋波。

四、總結

LM3697 作為一款高性能的三串白光 LED 驅動器，具有高效、靈活、可靠等諸多優點，適用于智能手機等移動設備的顯示和鍵盤照明應用。通過合理的設計和布局，可充分發揮其性能優勢，為用戶提供優質的 LED 照明解決方案。在實際應用中，電子工程師需要根據具體的需求和場景，選擇合適的參數和組件，以確保設備的穩定性和可靠性。同時，還需要注意布局和布線的合理性，以減少電磁干擾和噪聲，提高設備的性能和效率。

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