德州儀器TPS61150A：雙輸出升壓WLED驅動器的卓越之選

在電子設備的設計中，WLED驅動器是一個關鍵組件，特別是在需要為顯示屏提供背光的應用場景中。德州儀器（TI）的TPS61150A雙輸出升壓WLED驅動器，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動器。

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一、TPS61150A的特性亮點

工作范圍與性能

• 輸入電壓范圍：2.5V至6V的輸入電壓范圍，使其能夠適應多種電源環(huán)境，為不同的應用場景提供了廣泛的適用性。
• 集成開關與二極管：內置0.7A集成開關和功率二極管，減少了外部元件的使用，簡化了電路設計，同時提高了系統(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控制相關的可聽噪聲，為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的輸出。

功能特性

• 獨立可編程輸出電流：每個電流輸出都可以通過外部電阻進行獨立編程，并且有專門的選擇引腳，可實現兩個輸出的單獨或同時開啟，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。
• 內置軟啟動：在啟動過程中，電流逐漸上升，避免了電流沖擊，保護了設備和WLED。
• 過壓保護：27V的過壓保護功能，防止輸出電壓過高對設備造成損壞。
• 電流匹配：在15mA時，兩個電流串之間的匹配精度可達3%，相比TPS61150/1有了顯著提升。
• 高效性能：最高可達83%的效率，降低了功耗，延長了電池續(xù)航時間。
• PWM調光頻率：高達30kHz的PWM調光頻率，可實現精確的亮度調節(jié)。
• 封裝形式：采用10引腳、3×3mm的QFN封裝，體積小巧，適合空間受限的應用。

二、應用場景廣泛

顯示屏背光

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

三、技術細節(jié)剖析

電流調節(jié)

TPS61150A采用單個升壓調節(jié)器驅動2個WLED串，電流可獨立編程。通過反饋回路將IFB引腳調節(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（典型值920）。

啟動過程

在啟動時，升壓轉換器和電流源電路同時建立穩(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個時鐘周期，確保電流源回路在啟動期間比升壓轉換器響應慢，從而實現平穩(wěn)啟動，減少浪涌電流。

保護功能

• 過壓保護：當輸出電壓超過OVP閾值（典型值28V）時，過壓保護電路會停止升壓轉換器的開關動作，防止輸出電壓失控。當電壓降至OVP閾值以下時，轉換器恢復開關。
• 欠壓鎖定：當輸入電壓低于1.65V（典型值）時，欠壓鎖定功能會使設備保持關閉狀態(tài)，同時關閉升壓轉換器和電流源電路，實現輸入和輸出之間的隔離，防止設備誤操作。
• 熱關斷：當芯片的典型結溫超過160°C時，內部熱關斷功能會關閉IC，熱關斷具有15°C的滯后特性，確保系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的安全性。

使能與調光

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

四、應用設計要點

最大輸出電流計算

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亮度調光

• 并聯(lián)電阻調光：通過在ISET引腳電阻上并聯(lián)一個額外的電阻，改變ISET引腳電阻值，從而調節(jié)輸出電流。這種方法簡單，但調光步數有限。
• PWM調光：在SEL引腳施加PWM調光信號，通過信號的占空比調制輸出電流。邏輯高電平開啟電流源電路，邏輯低電平關閉。為避免WLED閃爍，PWM信號頻率要足夠高。TPS61150A通過在SEL引腳為低電平時斷開WLED與輸出電容的連接，減少了PWM調光期間的電壓紋波，降低了可聽噪聲。最大PWM調光頻率由電流建立時間(t{isink})決定，計算公式為： [F{PWM_MAX }=frac{D{min }}{T{isink }}]
• 模擬調光：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。

電感選擇

電感是電源調節(jié)器設計中最重要的組件，其電感值、直流電阻和飽和電流對性能影響較大。一般建議將峰峰值紋波電流設置為直流電流的30 - 40%，以平衡功率損耗和電感尺寸。對于TPS61150A，推薦使用10μH的電感。電感直流電流可通過以下公式計算： [L{DC}=frac{V{iout } × I{out }}{V{in } × eta}] 同時，要考慮電感的直流電阻（DCR）對效率的影響，不同應用場景對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換器的輸出紋波。假設電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）為零，可根據以下公式計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，必須考慮ESR的影響。

布局考慮

布局是開關電源設計的重要環(huán)節(jié)，對于高電流、高開關頻率的電源尤其如此。為減少輸入紋波，輸入電容應靠近VIN和GND引腳；電感應靠近IC；輸出電容應靠近負載，以最小化紋波并提高瞬態(tài)性能。信號地和功率地應使用短走線分開，并在單點連接。

五、總結

德州儀器的TPS61150A雙輸出升壓WLED驅動器以其豐富的特性、廣泛的應用場景和出色的性能，為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在設計過程中，合理選擇外部元件、優(yōu)化布局，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現高效、穩(wěn)定的WLED驅動。你在使用這款驅動器的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。