白光LED驱动器TPS6106X的数字调光应用设计

白光LED驱动器TPS6106X的数字调光应用设计 LED, 调光, 数字, 驱动器, 应用TPS6106X是一个功能十分完善的白光LED驱动器系列。它采用同步整流的拓扑形式,不需要传统白光驱动器外部所接的整流二极管,从而可节省PCB板上空间。它支持数字调光信号,一旦完成调光操作后调光信号就可以保持恒定高电平,并存储调光信息,利用这种功能可以很好地解决传统PWM模式调光所带来的EMI问题。另外,仅需一个GPIO管脚就可以控制TPS6106X,实现调光、关断、启动功能,因此能节省CPU的GPIO资源。本文将讨论如何利用TPS6106X转换器实现数字调光应用设计。
数字调光操作
采用数字调光操作能消除调光过程中产生的EMI干扰问题,并且仅通过一根GPIO控制线即可完成图1所示的功能。
首先按照图1中的说明编写数字调光信号的软件代码,由手机中的CPU发出相应亮度调节信号。但要注意的是,该信号必须满足“每级亮度增强的时间步长为1us至75us”和“每级亮度减弱的时间步长为180us至300us”的基本要求。每级“步长”之间需要持续时间大于1.5us(td)的高电平隔开,以区分级数。图2给出了TPS6106X芯片数字调光应用的设计原理图。

ftp://download.gaogong123.com/down1/download/pics/cnledw_com/69/cnledw_com0000001696413.JPG" border="0" alt="" /> 图1：数字调光操作所实现的功能。其中,在每个周期之间,ILED管脚都需要上拉到高电平并保持至少1.5us。 工作模式应用设计 1. 关断芯片操作 在ILED与EN公共端点施加一个恒定的“低电平”即可关断芯片。 2. 数字调光操作 完成调光后,需要保持亮度信号为高电平,并存储亮度调节信息。按照手册要求加入一个亮度信号,亮度信号将通过ILED管脚进入芯片完成调光操作,此后亮度信号必须保持高电平。这是因为只有ILED管脚保持“高”,数字调光功能才会被使能,调光信息才会被保存。否则如果撤销该高电平,芯片将关断调光功能并丢失调光信息,从而使芯片自动回到FB管脚电压值为0.5V的状态,无论ILED是何种电平,FB管脚上的电压都为0.5V,输出电流为0.5/Rs。亮度设置被保存在芯片中,当需要再次进行调光操作时,只需输入新的数字亮度信号。请注意：每次完成调光操作后,都需要保持亮度信号为高电位,以保证“数字调光”功能处于“使能”状态。 ftp://download.gaogong123.com/down1/download/pics/cnledw_com/69/cnledw_com0000000775672.JPG" border="0" alt="" /> 图2：TPS6106X芯片数字调光应用的设计原理图。 PWM调光 TPS6106X芯片同样支持PWM调光操作,但电路图需要做些改进：ILED直接连接Vin端,EN管脚直接连接PWM信号,PWM信号的频率不超过5kHz(手册上注明典型值为1kHz),然后进行脉宽调制。D=Ton/T,其中Ton为频率周期中“高电平”部分。图3和图4分别给出了亮度增强调节信号和亮度减弱调节信号。 ftp://download.gaogong123.com/down1/download/pics/cnledw_com/69/cnledw_com0000000555739.JPG" border="0" alt="" /> 图3：亮度增强调节信号。 功率电感的快速计算设计 功率电感的设计通常困扰着设计工程师,下面的设计方法不仅适用于TPS6106X的应用,同样也适用于所有串联型白光驱动器的应用。 电感感值通常选用4.7uH、6.8uH、10uH、22uH,可以根据手册上的推荐值选龋电感类型选用带有磁屏蔽功能的电感,以减少EMI的问题。白光驱动器的电流通常比较小,基本维持在20mA左右,因此设计工程师很容易忽视电感电流的选择,认为随便一个40～50mA的电感就可以满足要求。实际上这种做法非常危险,因为它将使电感饱和而造成变换器失效,甚至导致变换器烧毁。可按照以下公式计算最小电感电流ILmin： ILmin=(1.5~2)×Io/(1-D) 其中,D为占空比,D=(Vo－Vin)/Vo；Vin等于单节4.2V锂电池电压的典型值3.6V；Vo为最高输出电压,如果串联4个白光LED管,每只管的压降为3.5V,则总压降等于14V,因此Vo至少为15V。 ftp://download.gaogong123.com/down1/download/pics/cnledw_com/69/cnledw_com0000001288326.JPG" border="0" alt="" /> 图4：亮度增强的调节信号。 PCB设计要点 对采用开关电源实现的变换器来说,PCB布局和布线都是最终保证变换器正确工作的重要步骤,它直接关系到变换器能否真正得到实现,因此必须认真对待。布板和布线遵循以下规则： 1)所有功率线(指流过电流较大的铜箔,串联连接功率器件电感、电容的铜箔)尽量加宽。 2)地线严禁布成地线环,所有功率地必须实行单点接地,或者借助大面积地层(例如多层板中具有1层或者一层以上的地层),然后芯片上的功率地管脚和信号地管脚或者直接连接到地层上,或者通过3个以上的过孔与中间地层连接。 3)芯片底部有散热用的管脚,并要用大面积的覆地铜连接,同时用过孔将表层铜箔与中间层大面积铜箔连接起来。这样既有利于芯片快速散热又能够大大降低开关噪音的辐射效应,提高芯片的抗干扰能力。 4)所有输入功率滤波电容都要尽可能接近芯片的功率输入端管脚；输出电容接近芯片的功率输出端管脚。 ftp://download.gaogong123.com/down1/download/pics/cnledw_com/69/cnledw_com0000000223393.JPG" border="0" alt="" /> 图5：TPS6106X芯片数字调光应用的PCB设计示意图。 作者：秦小虎,模拟产品技术工程师,德州仪器