德州儀器 TPS60255：高效 7 WLED 驅(qū)動(dòng)電荷泵的深度解析

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，LED 照明的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，特別是在手機(jī)、便攜式導(dǎo)航顯示器等設(shè)備中。德州儀器（TI）的 TPS60255 作為一款高效的 7 WLED 驅(qū)動(dòng)電荷泵，為這些設(shè)備的 LED 驅(qū)動(dòng)提供了出色的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

TPS60255 是一款高效的恒定頻率電荷泵 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為 2.7 V 至 6.0 V，采用 1× 和 1.5× 轉(zhuǎn)換模式，能在整個(gè)單節(jié)鋰電池電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換。它具有自動(dòng)在 1× 和 1.5× 模式之間切換的功能，電荷泵頻率為 750 kHz，可驅(qū)動(dòng)七個(gè)獨(dú)立調(diào)節(jié)的 WLED 電流源，通過(guò)單線接口實(shí)現(xiàn)調(diào)光和開關(guān)控制。此外，它還具備開路 WLED 檢測(cè)、內(nèi)置軟啟動(dòng)和電流限制等保護(hù)功能，采用 16 引腳、3 mm × 3 mm 的 QFN 封裝，適用于手機(jī)、便攜式導(dǎo)航顯示器、多顯示屏手持設(shè)備等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

二、關(guān)鍵特性剖析

2.1 輸入電壓與轉(zhuǎn)換模式

TPS60255 的輸入電壓范圍為 2.7 V 至 6.0 V，這使得它能夠很好地適配單節(jié)鋰電池的電壓變化。其 1× 和 1.5× 電荷泵轉(zhuǎn)換模式可自動(dòng)切換，當(dāng)輸入電壓較高時(shí)，工作在 1× 模式，此時(shí)輸入直接通過(guò)一個(gè)傳輸元件連接到輸出，效率較高；當(dāng)輸入電壓下降，某個(gè)電流源輸入的電壓低于 100 -mV 轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，自動(dòng)切換到 1.5× 模式，以保證 LED 電流的穩(wěn)定。這種自適應(yīng)的模式切換能夠在不同的輸入電壓和 LED 電流條件下，最大限度地提高功率效率。

2.2 電流源設(shè)計(jì)

該芯片提供六個(gè) 25 mA 電流源和一個(gè) 80 mA 電流源，這些電流源被分為 A、B、C 三組，每組都有獨(dú)立的電流編程寄存器和開關(guān)控制。這種設(shè)計(jì)使得它可以靈活地組合和分配電流，適用于不同的 LED 驅(qū)動(dòng)配置，如 LCD 背光、鍵盤背光和相機(jī)閃光燈等。而且，通過(guò)單線 EasyScale 接口，用戶可以方便地控制每個(gè)電流源的電流大小，實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。

2.3 保護(hù)功能

TPS60255 具備多種保護(hù)功能，如軟啟動(dòng)、過(guò)流限制、熱關(guān)斷和過(guò)壓檢測(cè)等。軟啟動(dòng)功能可以避免在啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生過(guò)大的電流沖擊，保護(hù)芯片和外部元件；過(guò)流限制可以防止輸出電流過(guò)大，損壞芯片；熱關(guān)斷功能在芯片溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)芯片不受損壞；過(guò)壓檢測(cè)則可以防止輸出電壓過(guò)高，保護(hù) LED 不受過(guò)壓損壞。此外，它還具有開路 WLED 檢測(cè)功能，當(dāng)檢測(cè)到有 LED 開路時(shí)，能防止因缺失 LED 路徑而導(dǎo)致的 1.5X 模式誤切換，提高系統(tǒng)效率。

2.4 單線接口

EasyScale 單線接口是 TPS60255 的一大特色，它基于主從結(jié)構(gòu)，主設(shè)備通常是微控制器或應(yīng)用處理器。該接口的優(yōu)勢(shì)在于其位檢測(cè)很大程度上獨(dú)立于位傳輸速率，能自動(dòng)檢測(cè) 1.2 Kbps 至 95 Kbps 的位速率。通過(guò)這個(gè)接口，用戶可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 的開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)，并且可以對(duì)不同組的 LED 進(jìn)行獨(dú)立控制。

三、應(yīng)用信息

3.1 典型應(yīng)用場(chǎng)景

TPS60255 適用于多種手機(jī)設(shè)計(jì)，如翻蓋式、滑蓋式和直板式手機(jī)。在這些手機(jī)中，它可以為顯示屏背光和鍵盤背光提供穩(wěn)定的 LED 驅(qū)動(dòng)。此外，它還可用于便攜式導(dǎo)航顯示器、多顯示屏手持設(shè)備等，滿足不同設(shè)備對(duì) LED 照明的需求。

3.2 電容選擇

為了確保 TPS60255 的正常工作，電容的選擇非常重要。推薦使用 X5R 或更好介質(zhì)的陶瓷電容。兩個(gè)飛跨電容的值必須相同，且由于 750 -kHz 的開關(guān)頻率，飛跨電容應(yīng)小于 4.7uF，建議使用 1uF 的陶瓷電容。輸入電容推薦使用 1uF 的陶瓷電容，對(duì)于更好的輸入電壓濾波，可將其增加到 4.7uF。輸出電容建議使用 4.7uF 的陶瓷電容，若需要更好的輸出濾波和更低的紋波，可使用更大的輸出電容。

3.3 工作原理

TPS60255 的工作模式主要有 1× 模式和 1.5× 模式。在 1× 模式下，輸入通過(guò)一個(gè)傳輸元件連接到輸出；在 1.5× 模式下，內(nèi)部振蕩器控制飛跨電容的充放電周期，提供 1.5 倍輸入電壓的輸出。模式的切換是根據(jù)輸入電壓和 LED 電流條件自動(dòng)進(jìn)行的，以確保在不同情況下都能實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。

四、總結(jié)

德州儀器的 TPS60255 是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的 7 WLED 驅(qū)動(dòng)電荷泵。它的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換模式、靈活的電流源設(shè)計(jì)、豐富的保護(hù)功能以及便捷的單線接口，使其成為手機(jī)、便攜式導(dǎo)航顯示器等設(shè)備中 LED 驅(qū)動(dòng)的理想選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇電容和正確理解其工作原理，能夠充分發(fā)揮該芯片的優(yōu)勢(shì)，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的 LED 照明解決方案。各位工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，不妨考慮一下這款優(yōu)秀的芯片，相信它會(huì)給你的設(shè)計(jì)帶來(lái)意想不到的效果。你在使用類似芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。