SGM37603A：高效3串白光LED驅動器的深度剖析
SGM37603A：高效3串白光LED驅動器的深度剖析
在電子設備中，LED照明的應用越來越廣泛，特別是在智能手機、平板電腦等設備的背光設計中，高效穩定的LED驅動器顯得尤為重要。今天，我們就來深入了解一下SGMICRO公司推出的SGM37603A這款高效3串白光LED驅動器。
文件下載：SGM37603A.pdf
一、產品概述
SGM37603A是一款具有1.2MHz升壓轉換器的高效3串白光LED驅動器，電源電壓范圍為3V至24V。它能夠驅動多達8個串聯的LED，每串最大LED電流可達40mA，同時實現高轉換效率。采用自適應電流調節方法，允許不同的LED串電壓，同時保持LED電流穩定。LED電流可通過I2C接口或PWM信號輸入進行編程，非常適合緊湊型解決方案，是LCD顯示屏背光的理想選擇。
產品特性
- 調光控制分辨率高：具有12位調光控制分辨率，能夠實現精細的亮度調節。
- 升壓效率高：最高可達90%的升壓效率，有效降低功耗。
- 開關頻率固定：開關頻率為1.2MHz，有助于減少電磁干擾。
- 多串LED支持：支持1至3串LED并聯，最大輸出電壓可達29.5V。
- 電流匹配精度高：在不同工藝、電壓和溫度條件下，LED電流匹配精度高，在(I{LED}=12.21μA)時為11%，在(I{LED}=25mA)時為1%。
- 電流精度高：同樣在不同條件下，LED電流精度高，在(I{LED}=12.21μA)時為11%，在(I{LED}=25mA)時為3%。
- 多種調光接口：具備PWM調光接口和可編程I2C接口，方便用戶進行亮度控制。
- 相位偏移功能：支持相位偏移功能，可減少多個驅動器同時工作時的干擾。
- 混合調光方式：采用混合PWM + 電流調光方式，提高LED驅動器的光學效率。
- 低EMI設計：通過傳導振鈴消除保護功能，降低電磁干擾。
- 多重保護功能：具備過壓保護、過流保護和熱關斷保護，保障設備安全穩定運行。
二、應用領域
SGM37603A主要應用于智能手機和平板電腦的背光電源，能夠為這些設備提供穩定、高效的背光支持，提升顯示效果。
三、產品規格
封裝與訂購信息
| SGM37603A提供兩種封裝形式：Green WLCSP - 1.78×1.36 - 12B和TDFN - 3×3 - 12L，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 85℃。具體的訂購信息如下表所示： | MODEL | PACKAGE DESCRIPTION | SPECIFIED TEMPERATURE RANGE | ORDERING NUMBER | PACKAGE MARKING | PACKING OPTION |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SGM37603A | WLCSP - 1.78×1.36 - 12B | - 40℃ to + 85℃ | SGM37603AYG/TR | XXXXX GX3 | Tape and Reel, 3000 | |
| TDFN - 3×3 - 12L | - 40℃ to + 85℃ | SGM37603AYTDF12G/TR | SGM B3DF XXXXX | Tape and Reel, 4000 |
絕對最大額定值
| 為了確保設備的安全使用，需要了解其絕對最大額定值，包括輸入電壓、輸出電壓、開關電壓、LED引腳電壓、控制引腳電壓等參數，具體如下： | 參數 | 范圍 |
|---|---|---|
| 輸入電壓 | - 0.3V to 28.6V | |
| 輸出電壓 | - 0.3V to 40V | |
| 開關電壓 | - 0.3V to 40V | |
| LED引腳電壓 | - 0.3V to 17V | |
| 控制引腳電壓（HWEN、PWM、SDA、SCL） | - 0.3V to 6V | |
| 封裝熱阻（TDFN - 3x3 - 12L） | 50℃/W | |
| 結溫 | 150℃ | |
| 存儲溫度范圍 | - 65℃ to + 150℃ | |
| 引腳焊接溫度（10s） | 260℃ | |
| ESD敏感度 | 500V |
推薦工作條件
| 在實際應用中，為了保證設備的性能和可靠性，需要在推薦的工作條件下使用，具體參數如下： | 參數 | 范圍 |
|---|---|---|
| LED引腳電壓 | 0V to 12V | |
| 輸出電壓 | 0V to 30.5V | |
| 輸入電壓 | 3V to 24V | |
| 開關電壓 | 0V to 30.5V | |
| 控制引腳電壓（HWEN、PWM、SDA、SCL） | 0V to 5.5V | |
| 工作溫度范圍 | - 40℃ to + 85℃ |
四、引腳配置與描述
引腳配置
SGM37603A的引腳配置因封裝不同而有所差異，具體如下：
- WLCSP - 1.78×1.36 - 12B：包含LED1、LED2、LED3、SDA、SCL、SW、OUT、PWM、HWEN、IN等引腳。
- TDFN - 3×3 - 12L：同樣包含上述引腳，但布局有所不同。
引腳描述
| 各引腳的功能如下表所示： | PIN | WLCSP - 1.78×1.36 - 12B | TDFN - 3×3 - 12L | NAME | I/O | FUNCTION |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 6 | LED1 | I | 電流沉1，升壓轉換器調節電流沉到VHR的最小電壓 | ||
| A2 | 7 | NC | - | 無連接 | ||
| A3 | 8 | GND | O | 接地引腳 | ||
| B1 | 4 | LED2 | I | 電流沉2，升壓轉換器調節電流沉到VHR的最小電壓 | ||
| B2 | 5 | SDA | I/O | I2C數據信號 | ||
| B3 | 9 | SW | I | 內部低端N溝道MOSFET的漏極連接，連接到外部肖特基二極管的陽極 | ||
| C1 | 2 | LED3 | I | 電流沉3，升壓轉換器調節電流沉到VHR的最小電壓 | ||
| C2 | 3 | SCL | I | I2C時鐘信號 | ||
| C3 | 10 | OUT | I | 輸出電壓感測引腳，用于過壓保護的輸出電壓感測，連接到輸出電容的正端 | ||
| D1 | 1 | PWM | I | PWM調光信號輸入 | ||
| D2 | 12 | HWEN | I | 硬件使能輸入引腳，將HWEN拉高以啟用設備并允許IC寫命令或PWM控制 | ||
| D3 | 11 | IN | I | 輸入電源引腳，從IN到GND連接至少2.2μF的旁路電容 | ||
| 暴露焊盤 | 電源接地暴露焊盤，應連接到地 |
五、電氣特性
關鍵電氣參數
| 在典型工作條件下（(V{IN}=3.6V)，(T{A}= + 25^{circ}C)），SGM37603A的一些關鍵電氣參數如下： | 參數 | 符號 | 條件 | 溫度 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LED電流匹配 | (I_{MATCH}) | (I{LED}=12.21μA)，(V{LED}=300mV) | + 25℃ | 11 | % | |||
| (I{LED}=25mA)，(V{LED}=180mV) | + 25℃ | 1 | % | |||||
| 絕對精度 | (I{LED}=12.21μA)，(V{LED}=300mV) | + 25℃ | 11 | % | ||||
| (I{LED}=25mA)，(V{LED}=180mV) | + 25℃ | 3 | % | |||||
| 最小LED電流（每串） | (I_{LED_MIN}) | + 25℃ | 12.21 | μA | ||||
| 最大LED電流（每串） | (I_{LED_MAX}) | + 25℃ | 25 | mA | ||||
| 調節電流沉裕量電壓 | (V_{HR}) | (I_{LED}=25mA) | + 25℃ | 180 | mV | |||
| NMOS開關導通電阻 | (R_{NMOS}) | (I_{SW}=250mA) | + 25℃ | 0.25 | 0.35 | Ω | ||
| NMOS開關電流限制 | (I_{CL}) | + 25℃ | 1.7 | 2.2 | 2.7 | A | ||
| 輸出過壓保護 | (V_{OVP}) | 28.5 | 29.5 | 30.5 | V | |||
| OVP遲滯 | + 25℃ | 3 | V | |||||
| 開關頻率 | (f_{SW}) | 950 | 1200 | 1400 | kHz | |||
| 最大升壓占空比 | (D_{MAX}) | 90 | 94 | % | ||||
| 關斷電流 | (I_{SHDN}) | 芯片使能位 = 0，SDA = SCL = IN或GND | + 25℃ | 0.5 | 1.5 | μA | ||
| 熱關斷溫度 | (T_{SD}) | 160 | ℃ | |||||
| 熱關斷遲滯 | 20 | ℃ | ||||||
| PWM輸入 | ||||||||
| PWM調光頻率范圍 | (DFR) | + 25℃ | 20 | 100 | kHz | |||
| 啟動延遲 | (t_{START - UP}) | PWM輸入有效，PWM = 邏輯高，HWEN輸入從低到高，(f_{PWM}=20kHz)（50%占空比） | + 25℃ | 10 | ms | |||
| 輸入邏輯高 | (V_{IH}) | HWEN、SCL、SDA、PWM輸入 | 1.4 | V | ||||
| 輸入邏輯低 | (V_{IL}) | HWEN、SCL、SDA、PWM輸入 | 0.4 | V |
I2C時序要求
| I2C接口的時序要求如下表所示： | 參數 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SCL時鐘周期 | (t_{1}) | 2.5 | μs | |||
| 數據建立時間到SCL高 | (t_{2}) | 100 | ns | |||
| 數據輸出穩定時間在SCL低之后 | (t_{3}) | 0 | ns | |||
| SDA低建立時間到SCL低（起始） | (t_{4}) | 100 | ns | |||
| SDA高保持時間在SCL高之后（停止） | (t_{5}) | 100 | ns |
六、典型性能特性
不同條件下的性能表現
在(T{A}= + 25^{circ}C)，(V{IN}=3.7V)，(L1 = 10μH)（VLF504012MT - 100M），(D1 = NSR0530P2T5G)的條件下，SGM37603A的典型性能特性包括：
- 關斷電流與輸入電壓的關系：隨著輸入電壓的變化，關斷電流會有所不同，不同溫度下的曲線也有所差異。
- 靜態電流（開關）與輸入電壓的關系：同樣，靜態電流也會受到輸入電壓和溫度的影響。
- 升壓效率與輸入電壓的關系：升壓效率在不同的LED串配置下，隨輸入電壓的變化而變化，且不同封裝形式的曲線也有所不同。
- 升壓效率與LED電流的關系：升壓效率與LED電流也存在一定的關系，不同的LED串配置會導致不同的效率曲線。
- NMOS開關導通電阻與溫度的關系：NMOS開關導通電阻隨溫度的升高而增大。
- 輸出過壓保護閾值與溫度的關系：輸出過壓保護閾值在一定溫度范圍內相對穩定。
LED電流生產分布
通過對1000個樣品的測試，得到了LED電流的生產分布情況，這有助于了解產品的一致性和穩定性。
七、功能框圖與寄存器映射
功能框圖
SGM37603A的功能框圖展示了其內部結構，包括升壓控制、故障檢測、LED電流控制、調光控制等模塊，各模塊協同工作，實現對LED的高效驅動和保護。
寄存器映射
| SGM37603A的寄存器均為8位，I2C從地址為0x36（0b0110110 + R/W）。主要寄存器及其功能如下： | 地址 | 寄存器名稱 | 功能描述 |
|---|---|---|---|
| 0x01 | 軟件復位 | 用于軟件復位設備，0為正常操作，1為復位設備，復位后自動返回0 | |
| 0x10 | 使能控制 | 控制設備和LED的使能狀態 | |
| 0x11 | 亮度控制 | 控制亮度模式和斜坡功能 | |
| 0x1A | 亮度代碼0 | 存儲12位亮度代碼的低4位 | |
| 0x19 | 亮度代碼1 | 存儲12位亮度代碼的高8位 | |
| 0x1F | 故障信息 | 存儲各種故障標志，如LED串開路、短路、熱關斷、過流、過壓等 | |
| 0x1B | 最大LED電流 | 設置最大LED電流 |
八、詳細工作模式
操作模式
| SGM37603A有多種操作模式，根據設備使能位、LED使能位、PWM輸入和I2C亮度代碼的不同組合，可實現不同的亮度控制和設備狀態，具體如下表所示： | 設備使能位 | LED使能位 | PWM輸入 | I2C亮度代碼 | 亮度模式 | LED電流 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | XXX | X | XXX | XX | 設備禁用，LED關閉 | |
| 1 | 000 | X | XXX | XX | 升壓啟用，LED電流禁用 | |
| 1 | 至少一個啟用 | X | 000 | 00 | 設備處于待機模式，LED關閉 | |
| 1 | 至少一個啟用 | X | 代碼 > 000 | 00 | 見亮度控制模式計算 | |
| 1 | 至少一個啟用 | 0 | XXX | 01 | 設備處于待機模式，LED關閉 | |
| 1 | 至少一個啟用 | PWM信號 | XXX | 01 | 見亮度控制模式計算 | |
| 1 | 至少一個啟用 | 0 | XXX | 10或11 | 設備處于待機模式，LED關閉 | |
| 1 | 至少一個啟用 | X | 000 | 10或11 | 設備處于待機模式，LED關閉 | |
| 1 | 至少一個啟用 | PWM信號 | 代碼 > 000 | 10或11 | 見亮度控制模式計算 |
亮度控制模式
SGM37603A有三種亮度控制模式：
- I2C Only（亮度模式00）：僅通過I2C亮度寄存器控制LED
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