基于SP7616的多颗LED驱动方案设计

         由于LED工艺的不断改进和LED厂商的壮大和成熟，LED的应用领域越来越广，已从最初的单纯小尺寸LCD背光应用发展到现在的仪器仪表指示灯、照明灯、矿灯、路灯、汽车灯和大屏幕广告等。随着市场的需求和发展，LED的应用领域将会渗透到各个行业中。

        照明和提供光源的LED应用通常需要大电流才能提供足够的亮度，因此需要很多数量的LED。传统上有两种组合方案：LED串联方案和LED并联方案。

        LED串联方案中的LED电流一致，控制简单，但由于要求很高的输出电压，所以必须将输出电压升高。升压方式通常采用电感式升压电路，将低输入电压通过开关电源转换成高输出电压。这种方式由于存在开关噪声、功率电感和EMI，设计难度较大。

        并联LED采用电荷泵驱动，比串联方案简单，EMI也比较容易控制。但LED数目较多，需要多颗通道的LED驱动，而现有芯片最多支持6个通道，所以要求采用多颗芯片，这样将导致电流一致性变差、成本增加。

        考虑到以上两种方案的优缺点，串并联方案通常是更好的选择。Sipex公司的SP7616系列正是基于这种应用而开发的芯片，它不是传统的电感式升压芯片，也不是基于电容式的电荷泵升压芯片，而是线性降压灌电流型的恒流源芯片。

        SP7616是工作电压为4.5V~30V的4通道恒流线性的LED驱动器，每通道支持最大60mA电流，内置均流匹配电路使每通道之间的电流差异小于1.5%。在SP7616的典型应用电路中，如果VCC>(N×Vf+VDROP)，则流过4个通道LED的电流都是恒流且匹配的。其中，RSET被用来设定每一通道最大电流，RSET=1.0V×950/IOUT；N是每串的LED数目，由于输入电压最高支持到30V，所以每串的LED数量最大支持到29/Vf颗；Vf是电流流过LED的导通压降；1.0V是ISET脚对地的电平；950是电流的放大倍数，即流过LED串的电流是流过RSET的电流的950倍；VDROP是芯片本身的截止电压，也指LED的阴极到地的电压，它与通过LED的电流有密切关系，设计人员可根据图1来查电流对应的VDROP。

图1：LED电流与Vdrop关系

        由图1可知，VDROP不能超过0.9V，所以最大效率E=(30-0.9)/30=97%。由于是线性的电源方案，所以VDROP的大小直接影响损耗，W=VDROP×IOUT。因此当设计该电路时，在满足能驱动LED串的前提下尽量让Vdrop低一些，即输入电压不能太高以减小芯片上电压的损耗，并通过在PCB上覆铜来解决芯片的散热问题，以免过热。

        某些特殊的应用领域要求串联更多的LED，这就需要更高的工作电压，针对这类应用Sipex也推出了相应的解决方案，即VCC、VIN采用独立供电方式(图2)。VCC和VIN采用独立供电方式，VCC供电让芯片正常工作，VIN供电实现LED的恒流工作。VIN根据串联LED的个数和Vf来确定，例如，如果串联12个LED，当电流等于40mA、Vf=3V时，VIN大于36V，考虑到VDROP和散热问题，建议VIN采用37V电源。

图2：VCC、VIN采用独立供电方式可满足串联更多颗LED的应用要求

         此外，如果某些系统无法提供两个独立的电源，可通过稳压管和三极管将12V转换为5V给芯片供电(图3)。

图3：如果系统无法提供两个独立的电源，则通过稳压管和三极管将12V转换为5V给芯片供电

如果系统无法提供高的输入电压，则需要通过升压电路将VIN升压到LED串所需的电压。图4电路利用SP6136将9~12V电压升高到能驱动8个LED，此方案可应用于手持设备或者用电池供电的背光，如移动DVD、数码像框等。

图4：如果系统无法提供高的输入电压，则通过升压电路将VIN升压到LED串所需的电压

         总之，SP7616是业界超小尺寸的恒流驱动芯片，采用2×3mm DFN-8封装，具有无电感、无电容、无开关燥声、无开关频率、无EMI、内置均流电路、设计简单、效率高、低成本的优势，能快速满足目前大电流LED应用的需求。