基于SP7616的多顆LED驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

由于LED工藝的不斷改進(jìn)和LED廠商的壯大和成熟，LED的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，已從最初的單純小尺寸LCD背光應(yīng)用發(fā)展到現(xiàn)在的儀器儀表指示燈、照明燈、礦燈、路燈、汽車(chē)燈和大屏幕廣告等。隨著市場(chǎng)的需求和發(fā)展，LED的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)滲透到各個(gè)行業(yè)中。

照明和提供光源的LED應(yīng)用通常需要大電流才能提供足夠的亮度，因此需要很多數(shù)量的LED。傳統(tǒng)上有兩種組合方案：LED串聯(lián)方案和LED并聯(lián)方案。

LED串聯(lián)方案中的LED電流一致，控制簡(jiǎn)單，但由于要求很高的輸出電壓，所以必須將輸出電壓升高。升壓方式通常采用電感式升壓電路，將低輸入電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成高輸出電壓。這種方式由于存在開(kāi)關(guān)噪聲、功率電感和EMI，設(shè)計(jì)難度較大。

并聯(lián)LED采用電荷泵驅(qū)動(dòng)，比串聯(lián)方案簡(jiǎn)單，EMI也比較容易控制。但LED數(shù)目較多，需要多顆通道的LED驅(qū)動(dòng)，而現(xiàn)有芯片最多支持6個(gè)通道，所以要求采用多顆芯片，這樣將導(dǎo)致電流一致性變差、成本增加。

考慮到以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，串并聯(lián)方案通常是更好的選擇。Sipex公司的SP7616系列正是基于這種應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的芯片，它不是傳統(tǒng)的電感式升壓芯片，也不是基于電容式的電荷泵升壓芯片，而是線性降壓灌電流型的恒流源芯片。

SP7616是工作電壓為4.5V~30V的4通道恒流線性的LED驅(qū)動(dòng)器，每通道支持最大60mA電流，內(nèi)置均流匹配電路使每通道之間的電流差異小于1.5%。在SP7616的典型應(yīng)用電路中，如果VCC>(N×Vf+VDROP)，則流過(guò)4個(gè)通道LED的電流都是恒流且匹配的。其中，RSET被用來(lái)設(shè)定每一通道最大電流，RSET=1.0V×950/IOUT；N是每串的LED數(shù)目，由于輸入電壓最高支持到30V，所以每串的LED數(shù)量最大支持到29/Vf顆；Vf是電流流過(guò)LED的導(dǎo)通壓降；1.0V是ISET腳對(duì)地的電平；950是電流的放大倍數(shù)，即流過(guò)LED串的電流是流過(guò)RSET的電流的950倍；VDROP是芯片本身的截止電壓，也指LED的陰極到地的電壓，它與通過(guò)LED的電流有密切關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)圖1來(lái)查電流對(duì)應(yīng)的VDROP。

圖1：LED電流與Vdrop關(guān)系

由圖1可知，VDROP不能超過(guò)0.9V，所以最大效率E=(30-0.9)/30=97%。由于是線性的電源方案，所以VDROP的大小直接影響損耗，W=VDROP×IOUT。因此當(dāng)設(shè)計(jì)該電路時(shí)，在滿(mǎn)足能驅(qū)動(dòng)LED串的前提下盡量讓Vdrop低一些，即輸入電壓不能太高以減小芯片上電壓的損耗，并通過(guò)在PCB上覆銅來(lái)解決芯片的散熱問(wèn)題，以免過(guò)熱。

某些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域要求串聯(lián)更多的LED，這就需要更高的工作電壓，針對(duì)這類(lèi)應(yīng)用Sipex也推出了相應(yīng)的解決方案，即VCC、VIN采用獨(dú)立供電方式(圖2)。VCC和VIN采用獨(dú)立供電方式，VCC供電讓芯片正常工作，VIN供電實(shí)現(xiàn)LED的恒流工作。VIN根據(jù)串聯(lián)LED的個(gè)數(shù)和Vf來(lái)確定，例如，如果串聯(lián)12個(gè)LED，當(dāng)電流等于40mA、Vf=3V時(shí)，VIN大于36V，考慮到VDROP和散熱問(wèn)題，建議VIN采用37V電源。

圖2：VCC、VIN采用獨(dú)立供電方式可滿(mǎn)足串聯(lián)更多顆LED的應(yīng)用要求

此外，如果某些系統(tǒng)無(wú)法提供兩個(gè)獨(dú)立的電源，可通過(guò)穩(wěn)壓管和三極管將12V轉(zhuǎn)換為5V給芯片供電(圖3)。

圖3：如果系統(tǒng)無(wú)法提供兩個(gè)獨(dú)立的電源，則通過(guò)穩(wěn)壓管和三極管將12V轉(zhuǎn)換為5V給芯片供電

如果系統(tǒng)無(wú)法提供高的輸入電壓，則需要通過(guò)升壓電路將VIN升壓到LED串所需的電壓。圖4電路利用SP6136將9~12V電壓升高到能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED，此方案可應(yīng)用于手持設(shè)備或者用電池供電的背光，如移動(dòng)DVD、數(shù)碼像框等。

圖4：如果系統(tǒng)無(wú)法提供高的輸入電壓，則通過(guò)升壓電路將VIN升壓到LED串所需的電壓

總之，SP7616是業(yè)界超小尺寸的恒流驅(qū)動(dòng)芯片，采用2×3mm DFN-8封裝，具有無(wú)電感、無(wú)電容、無(wú)開(kāi)關(guān)燥聲、無(wú)開(kāi)關(guān)頻率、無(wú)EMI、內(nèi)置均流電路、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、效率高、低成本的優(yōu)勢(shì)，能快速滿(mǎn)足目前大電流LED應(yīng)用的需求。