汽车LED驱动芯片TPS61193-Q1：高效、低EMI的理想之选

在汽车电子领域，LED照明的应用越来越广泛，无论是汽车信息娱乐系统的背光，还是仪表盘、智能后视镜等，都离不开可靠的LED驱动芯片。今天要给大家详细介绍的就是德州仪器（TI）推出的一款高性能LED驱动芯片——TPS61193-Q1。

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一、核心特性亮点多

汽车级应用认证

TPS61193-Q1通过了AEC - Q100认证，具备1级设备温度等级，可在 - 40°C至 + 125°C的环境温度下稳定工作，这为其在严苛的汽车环境中使用提供了坚实保障。

宽输入电压范围

该芯片的输入电压工作范围为4.5 V至40 V，能够很好地支持汽车启停和负载突降等复杂工况，确保在各种汽车供电场景下都能正常工作。

高精度电流 sinks

它拥有三个高精度电流 sinks，电流匹配度典型值可达1%，每个通道的LED串电流最高可达100 mA，而且输出可以在外部进行组合，以实现更高的电流能力。

高调光比

在100 Hz时，TPS61193-Q1能实现高达10000:1的高调光比，满足不同场景下对LED亮度调节的需求，为汽车照明带来更细腻的调光效果。

集成式升压/SEPIC转换器

集成的升压/SEPIC转换器可为LED串供电，输出电压最高可达45 V，开关频率范围为300 kHz至2.2 MHz，还具备开关同步输入和扩频功能，有效降低了电磁干扰（EMI）。

丰富的故障检测功能

芯片集成了广泛的故障检测特性，包括故障输出、输入电压过压保护（OVP）、欠压锁定（UVLO）、过流保护（OCP）、开路和短路LED故障检测以及热关断等功能，大大提高了系统的可靠性和安全性。

外部元件少

TPS61193-Q1所需的外部元件数量最少，这不仅简化了设计，还降低了成本和电路板空间的占用。

二、广泛的应用场景

TPS61193-Q1主要用于汽车信息娱乐系统、汽车仪表盘、智能后视镜、抬头显示器（HUD）、中央信息显示器（CID）以及音频 - 视频导航（AVN）等的背光应用。在这些应用中，其高性能和可靠性能够充分发挥作用，为汽车用户带来更好的视觉体验。

三、深入剖析芯片原理

集成DC - DC转换器

该转换器可工作在升压模式或SEPIC模式，最大输出电压由外部电阻分压器（R1，R2）定义。通过实时监测LED输出电压降，输出电压会自动调整到驱动LED串所需的最低必要水平，从而实现最佳效率。开关频率可通过连接到FSET引脚的电阻在250 kHz至2.2 MHz之间进行调节，并且DC - DC还支持外部同步和扩频功能，以降低EMI。

内部LDO

内部LDO稳压器将VIN引脚的输入电压转换为4.3 V的输出电压，供内部使用。使用时，需在LDO引脚和地之间连接一个至少1 - μF的陶瓷电容，且要尽可能靠近LDO引脚。

LED电流 sinks

芯片在启动时会检测LED输出配置，未使用的电流 sink输出需接地，接地的电流 sink会被禁用，并排除在DC - DC的自适应电压检测环路和故障检测之外。LED输出的最大电流由外部RISET电阻控制，可根据公式进行计算。亮度控制采用传统的PWM方式，输入PWM频率范围为100 Hz至20 kHz。

保护和故障检测

TPS61193-Q1具备LED开路和短路故障检测、VIN输入过压保护、VIN欠压锁定和热关断等功能。自适应DC - DC电压控制功能会将输出电压调整到LED电流 sink正常工作所需的最低电压，每个LED电流 sink都有3个比较器用于自适应控制和故障检测。当检测到故障时，除LED开路或短路故障外，设备会进入FAULT_RECOVERY状态，DC - DC和LED电流 sinks会被禁用，FAULT引脚会被拉低。若故障条件消失，设备会在100 ms的恢复时间后自动恢复到正常工作模式。

四、典型应用案例与设计要点

三LED串典型应用

在支持3个LED串、最大电流100 mA、升压开关频率300 kHz的典型应用中，设计时需要注意以下几个关键参数和元件的选择：

• 电感选择：电感的饱和电流必须大于最大负载电流和最坏情况下的平均纹波电流之和，一般推荐选择饱和电流额定值至少为2.5 A的电感，并且电感的电阻应小于300 mΩ，以保证良好的效率。
• 输出电容选择：建议使用额定电压为 (2 ×V_{MAX}) 或更高的陶瓷电容，同时要考虑DC - bias效应可能导致的有效电容降低。
• 输入电容选择：输入电容也建议使用额定电压为 (2 ×V_{IN MAX}) 或更高的陶瓷电容，同样要考虑DC - bias效应。
• LDO输出电容：LDO的输出电容推荐使用额定电压至少为10 V的陶瓷电容，通常1 - μF的电容就足够了。
• 二极管选择：升压输出二极管应使用肖特基二极管，其峰值重复电流额定值应大于电感峰值电流（最高可达3 A），平均电流额定值应大于最大输出电流，反向击穿电压应显著大于输出电压。

SEPIC模式应用

当LED串电压可能高于或低于VIN电压时，可以使用SEPIC配置。在SEPIC模式下，SW引脚的最大电压等于输入电压和输出电压之和，因此输入和输出电压之和必须限制在50 V以下。在元件选择方面，电感的电流值可通过Power Stage Designer™工具或相关公式计算；二极管的峰值电流等于输入和输出电流之和，其额定值要求与升压模式类似；电容C1建议使用低ESR的陶瓷电容。

五、PCB布局与电源建议

PCB布局

良好的PCB布局对于芯片的性能至关重要。在布局时，要确保所有升压元件靠近芯片，高电流走线要足够宽，将升压元件放置在芯片的一侧，有助于保持高电流路径下方的接地平面完整。同时，要尽量减小电流环路，使用单独的电源地和无噪声地，LDO旁路电容要尽可能靠近LDO引脚，输入和输出电容需要强接地，并且如果使用两个输出电容，要保证它们的布局对称。

电源建议

TPS61193-Q1设计用于汽车电池供电，需要防止反向电压和超过50 V的电压冲击。输入电源轨的电阻要足够低，以避免输入电流瞬变在VIN引脚产生过高的压降。如果使用长线连接输入电源，除了VIN线路上的陶瓷旁路电容外，可能还需要额外的大容量电容。

六、开发与支持资源

德州仪器提供了丰富的开发和支持资源。例如，Power Stage Designer™工具可用于升压和SEPIC模式的设计计算；同时，还有一系列相关的文档可供参考，如使用TPS61193EVM和TPS61193 - Q1EVM评估模块的文档、PowerPAD™热增强封装的文档等。工程师们还可以通过TI E2E™在线社区与其他工程师交流经验、分享知识和解决问题。

TPS61193-Q1以其高性能、高可靠性和丰富的功能，为汽车LED照明应用提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，工程师们只要充分了解其特性、掌握好设计要点和布局原则，就能充分发挥该芯片的优势，设计出更加出色的汽车电子系统。大家在使用这款芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。