基于SP7616的多顆LED驅動方案設計

由于LED工藝的不斷改進和LED廠商的壯大和成熟，LED的應用領域越來越廣，已從最初的單純小尺寸LCD背光應用發展到現在的儀器儀表指示燈、照明燈、礦燈、路燈、汽車燈和大屏幕廣告等。隨著市場的需求和發展，LED的應用領域將會滲透到各個行業中。

照明和提供光源的LED應用通常需要大電流才能提供足夠的亮度，因此需要很多數量的LED。傳統上有兩種組合方案：LED串聯方案和LED并聯方案。

LED串聯方案中的LED電流一致，控制簡單，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，將低輸入電壓通過開關電源轉換成高輸出電壓。這種方式由于存在開關噪聲、功率電感和EMI，設計難度較大。

并聯LED采用電荷泵驅動，比串聯方案簡單，EMI也比較容易控制。但LED數目較多，需要多顆通道的LED驅動，而現有芯片最多支持6個通道，所以要求采用多顆芯片，這樣將導致電流一致性變差、成本增加。

考慮到以上兩種方案的優缺點，串并聯方案通常是更好的選擇。Sipex公司的SP7616系列正是基于這種應用而開發的芯片，它不是傳統的電感式升壓芯片，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驅動器，每通道支持最大60mA電流，內置均流匹配電路使每通道之間的電流差異小于1.5%。在SP7616的典型應用電路中，如果VCC>(N×Vf+VDROP)，則流過4個通道LED的電流都是恒流且匹配的。其中，RSET被用來設定每一通道最大電流，RSET=1.0V×950/IOUT；N是每串的LED數目，由于輸入電壓最高支持到30V，所以每串的LED數量最大支持到29/Vf顆；Vf是電流流過LED的導通壓降；1.0V是ISET腳對地的電平；950是電流的放大倍數，即流過LED串的電流是流過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LED的電流有密切關系，設計人員可根據圖1來查電流對應的VDROP。

圖1：LED電流與Vdrop關系

由圖1可知，VDROP不能超過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。因此當設計該電路時，在滿足能驅動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，并通過在PCB上覆銅來解決芯片的散熱問題，以免過熱。

某些特殊的應用領域要求串聯更多的LED，這就需要更高的工作電壓，針對這類應用Sipex也推出了相應的解決方案，即VCC、VIN采用獨立供電方式(圖2)。VCC和VIN采用獨立供電方式，VCC供電讓芯片正常工作，VIN供電實現LED的恒流工作。VIN根據串聯LED的個數和Vf來確定，例如，如果串聯12個LED，當電流等于40mA、Vf=3V時，VIN大于36V，考慮到VDROP和散熱問題，建議VIN采用37V電源。

圖2：VCC、VIN采用獨立供電方式可滿足串聯更多顆LED的應用要求

此外，如果某些系統無法提供兩個獨立的電源，可通過穩壓管和三極管將12V轉換為5V給芯片供電(圖3)。

圖3：如果系統無法提供兩個獨立的電源，則通過穩壓管和三極管將12V轉換為5V給芯片供電

如果系統無法提供高的輸入電壓，則需要通過升壓電路將VIN升壓到LED串所需的電壓。圖4電路利用SP6136將9~12V電壓升高到能驅動8個LED，此方案可應用于手持設備或者用電池供電的背光，如移動DVD、數碼像框等。

圖4：如果系統無法提供高的輸入電壓，則通過升壓電路將VIN升壓到LED串所需的電壓

總之，SP7616是業界超小尺寸的恒流驅動芯片，采用2×3mm DFN-8封裝，具有無電感、無電容、無開關燥聲、無開關頻率、無EMI、內置均流電路、設計簡單、效率高、低成本的優勢，能快速滿足目前大電流LED應用的需求。