TPS922050/1 具有 PWM/模拟调光功能的 65V 1A/2A 降压 LED 驱动器
- ZHCSXE7 November 2024 TPS922050 , TPS922051
  
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TPS922050/1 具有 PWM/模拟调光功能的 65V 1A/2A 降压 LED 驱动器

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1 特性

4.5V 至 65V 宽输入范围
LED 共阳极连接
集成的 300mΩ MOSFET：
- 典型电流限制（1.6A/3.2A）
- 开关频率（400kHz/1MHz）
高级调光选项：
- 模拟调光 (200:1)
- 快速 PWM 调光（50ns 脉冲宽度）
全面保护特性：
- LED 开路和短路保护
- 开关 FET 开路和短路保护
- 外部元件故障保护
- 逐周期电流限制
- 热关断
封装：WSON-8、HVSSOP-8、SOT583

2 应用

持续照明：
- 室内外照明
- 电器照明
- 冷/暖 WLED 照明
- 紧急和标牌照明
- 安全泛光灯
- LED 灯泡和灯
- LCD 背光
即时照明：
- 机器视觉和摄像头闪光灯
- 火警和频闪

简化版原理图

3 说明

TPS92205x 系列是具有 4.5V 至 65V 宽输入范围的 1A/2A 非同步升压或降压/升压 LED 驱动器。通过集成低侧 NMOS 开关，该器件能够以高功率密度和高效率驱动 LED。该系列还支持常见的阳极阳极连接和单层 PCB 设计。开关频率设置为 400kHz 或 1MHz。

TPS92205x 系列通过 DIM 输入引脚支持 PWM 调光，利用简单的高低电平信号进行配置。TPS92205x 系列还通过 DIM 输入引脚支持模拟调光，使用模拟信号进行配置。该器件采用自适应关断时间电流模式控制，结合智能且精确的采样技术，可实现快速的 PWM 调光，并达到高调光比。

TPS92205x 系列还提供多种系统保护，包括 LED 开路和短路保护、开关 FET 开路和短路保护、检测电阻开路和短路、热关断保护。

器件信息

器件型号	封装	本体尺寸（标称值）
TPS922050TPS922051	WSON (8)	2.0mm x 2.0mm
TPS922050TPS922051	HVSSOP (8)	3.0mm x 3.0mm
TPS922050	SOT583 (8)	2.0mm x 1.2mm

调光线性度和效率

4 器件比较表

器件型号	封装	典型电流限制	开关频率	LED 调光	结温
TPS922051D1DSGR	WSON (8)	3A	400kHz	PWM	-40°C 至 125°C
TPS922051D2DSGR	WSON (8)	3A	400kHz	模拟	-40°C 至 125°C
TPS922051D1DGNR	HVSSOP (8)	3A	400kHz	PWM	-40°C 至 125°C
TPS922051D2DGNR	HVSSOP (8)	3A	400kHz	模拟	-40°C 至 125°C
TPS922050D1DSGR	WSON (8)	1.5A	1MHz	PWM	-40°C 至 125°C
TPS922050D2DSGR	WSON (8)	1.5A	1MHz	模拟	-40°C 至 125°C
TPS922050D1DGNR	HVSSOP (8)	1.5A	1MHz	PWM	-40°C 至 125°C
TPS922050D2DGNR	HVSSOP (8)	1.5A	1MHz	模拟	-40°C 至 125°C
TPS922050D1DRLR	SOT583 (8)	1.5A	400kHz	PWM	-40°C 至 125°C
TPS922050D2DRLR	SOT583 (8)	1.5A	400kHz	模拟	-40°C 至 125°C

5 引脚配置和功能

图 5-1 8 引脚 WSON顶视图

图 5-2 8 引脚 HVSSOP顶视图

图 5-3 8 引脚 SOT583顶视图

表 5-1 引脚功能

引脚				类型⁽¹⁾	说明
名称	WSON 封装	SOP 封装	SOT 封装	类型⁽¹⁾	说明
GND	1	1	8	G	接地引脚。
VIN	2	2	7	P	输入电源引脚。
DIM	3	3	6	I	适用于 D1 的 PWM 调光引脚。用于 PWM 调光的输入 PWM 信号。适用于 D2 的模拟调光引脚。用于模拟调光的输入模拟信号。
VCC	4	4	5	P	内部 LDO 输出引脚。将一个 16V、1µF 电容器连接到 GND。
COMP	5	5	4	I/O	误差放大器输出。将电容器连接至 GND。不同的电容值决定了不同的软启动时间和带宽。
CSP	6	6	3	I	LED 电流检测正极引脚。
CSN	7	7	2	I	LED 电流检测负极引脚。
SW	8	8	1	P	开关节点引脚。内部连接到低侧 MOSFET。连接功率电感器和肖特基二极管。
散热焊盘	Y	Y	不适用	NC	无连接。

(1) I = 输入，O = 输出，P = 电源，G = 接地

6 规格

6.1 绝对最大额定值

在工作环境温度范围内测得（除非另有说明）⁽¹⁾

		最小值	最大值	单位
引脚 VIN、CSP、CSN、SW 上的电压		-0.3	65	V
引脚 VCC、DIM、COMP 上的电压		-0.3	5.5	V
T_J	结温	-40	125	°C
T_stg	贮存温度	-65	150	°C

(1) 应力超出绝对最大额定值 下面列出的值可能会对器件造成永久损坏。这些仅仅是应力额定值，并不表示器件在这些条件下以及在建议运行条件 以外的任何其他条件下能够正常运行。长时间处于绝对最大额定条件下可能会影响器件的可靠性。

6.2 ESD 等级

			值	单位
V_(ESD)	静电放电	人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 标准⁽¹⁾	±2000	V
V_(ESD)	静电放电	充电器件模型 (CDM)，符合 JEDEC 规范 JESD22-C101⁽²⁾	±500	V

(1) JEDEC 文件 JEP155 规定：500V HBM 可实现在标准 ESD 控制流程下安全生产。

(2) JEDEC 文件 JEP157 规定：250V CDM 可实现在标准 ESD 控制流程下安全生产。

6.3 建议运行条件

在工作环境温度范围内测得（除非另有说明）

		最小值	最大值	单位
V_IN	电源电压范围	4.5	63	V
V_SW	开关节点电压范围	0	63	V
V_CSP，V_CSN	检测共模电压范围	0	63	V
V_VCC	LDO 输出电压范围	0	5	V
V_DIM	调光电压范围	0	5	V
V_COMP	补偿电容器电压范围	0	5	V
T_A	工作环境温度	-40	85	°C

6.4 热性能信息

热指标⁽¹⁾		TPS922050/1	TPS922050/1	TPS922050	单位
		WSON	HVSSOP	SOT
		8 引脚	8 引脚	8 引脚
R_θJA	结至环境热阻	66.9	47.8	113.1	°C/W
R_θJC(top)	结至外壳（顶部）热阻	79.2	74.1	41.9	°C/W
R_θJB	结至电路板热阻	31.1	20.4	24.0	°C/W
ψ_JT	结至顶部特征参数	2.2	4.6	1.0	°C/W
ψ_JB	结至电路板特征参数	31.1	20.4	23.6	°C/W

(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅半导体和 IC 封装热指标 应用报告，SPRA953。

6.5 电气特性

除非另外注明，否则本部分规定的电气额定值适用于本文档的所有规格。这些规格可解释为在该产品的使用寿命范围内，不会导致器件参数或功能规格下降的各项条件。T_J = –40°C 至 +125°C，V_IN = 7V（除非另有说明）。

参数		测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电源
V_{VIN_UVLO}	V_IN 欠压锁定	上升 V_IN	3.0	3.2	3.4	V
	V_IN 欠压锁定	下降 V_IN	2.8	3.0	3.2	V
	迟滞			0.2		V
I_OFF	来自 V_IN 的 PWM 关断静态电流	V_DIM = 0V，器件启用		1.0	1.3	mA
I_OP	正常工作电流	400kHz 开关频率		2.3		mA
I_OP	正常工作电流	1MHz 开关频率		3.5		mA
V_VCC	内部 LDO 输出电压	I_VCC = 5mA	5.0	5.15	5.3	V
I_{VCC_LIM}	内部 LDO 输出电流限值		15	20	26	mA
调光
V_{PWM_L}	DIM 低电平输入电压 (D1)				0.4	V
V_{PWM_H}	DIM 高电平输入电压 (D1)		1.2			V
t_{PWM_OUT_ON}	PWM 输出最短导通时间 (D1)				100	ns
t_{PWM_IN_ON}	PWM 输入最短导通时间 (D1)				100	ns
V_ADIM	DIM 输入电压范围 (D2)		0		2.2	V
反馈和误差放大器
g_M(ea)	跨导增益	V_DIM = 2V，V_CSP-CSN = 200mV	205	265	325	μA/V
I_COMP	拉电流/灌电流	V_DIM = 2V，V_CSP-CSN = 200mV ± 200mV	±24	±40	±56	µA
V_REF	CSP-CSN 引脚电压	V_DIM = 2V	193	200	207	mV
V_REF	CSP-CSN 引脚电压	V_DIM = 0.2V	18.5	20	21.5	mV
I_{LEAK_CSP/N}	CSP+CSN 引脚漏电流	V_IN = 60V，V_DIM = 2V			48	µA
I_{LEAK_CSP/N}	CSP+CSN 引脚漏电流	V_IN = 60V，V_DIM = 0V			15	µA
功率级
R_DSON	开关 FET 导通电阻	V_IN ≥ 5V		300		mΩ
t_{min_ON}	开关 FET 最短导通时间			140	160	ns
t_{min_OFF}	开关 FET 最短关断时间			140	160	ns
f_SW	开关 FET 频率 (TPS922051, TPS922050DRLR)			0.4		MHz
f_SW	开关 FET 频率 (TPS922050DSGR, TPS922050DGNR)			1.0		MHz
电流限值
I_LIM	开关 FET 逐周期电流限制 (TPS922050)		1.4	1.6	1.8	A
I_LIM	开关 FET 逐周期电流限制 (TPS922051)		2.8	3.2	3.6	A
热保护
T_TSD	热关断温度			165		°C
T_TSD	迟滞			15		°C

6.6 典型特性

V_IN = 24V，LED 数量 = 4，F_SW = 400kHz，L = 33µH（除非另有说明）

图 6-1 输出电流与输入电压间的关系

TPS922050 TPS922051 20kHz PWM 下，D1 PWM 占空比与 CSP-CSN 电压间的关系

图 6-3 20kHz PWM 下，D1 PWM 占空比与 CSP-CSN 电压间的关系

图 6-5 VIN UVLO 阈值与结温间的关系

图 6-7 VIN 静态电流与结温间的关系

TPS922050 TPS922051 24V 输入电压、2A 输出电流、20kHz PWM 下的 D1 效率

图 6-9 24V 输入电压、2A 输出电流、20kHz PWM 下的 D1 效率

TPS922050 TPS922051 24V 输入电压、2A 输出电流、下的 D2效率

图 6-11 24V 输入电压、2A 输出电流、下的 D2效率

图 6-2 输出电流与 LED 计数间的关系

TPS922050 TPS922051 D2 模拟电压与 CSP-CSN 电压间的关系

图 6-4 D2 模拟电压与 CSP-CSN 电压间的关系

图 6-6 内部 LDO 输出与结温间的关系

TPS922050 TPS922051 开关 FET Rdson 与结温间的关系

图 6-8 开关 FET Rdson 与结温间的关系

TPS922050 TPS922051 48V 输入电压、2A 输出电流、20kHz PWM 下的 D1 效率

图 6-10 48V 输入电压、2A 输出电流、20kHz PWM 下的 D1 效率

TPS922050 TPS922051 48V 输入电压、2A 输出电流、下的 D2效率

图 6-12 48V 输入电压、2A 输出电流、下的 D2效率

7 详细说明

7.1 概述

TPS92205x 系列是具有 4.5V 至 65V 宽输入范围的 1A/2A 非同步降压 LED 驱动器。通过集成提供持续电流控制的低侧 NMOS 开关，该器件能够以高功率密度和高效率驱动 LED。该器件还支持共阳极连接和单层 PCB 设计，从而节省连接器、线束和 PCB 的成本。开关频率为 400kHz 或 1MHz。

TPS92205x 系列通过 DIM 输入引脚支持 PWM 调光，利用简单的高低电平信号进行配置。TPS92205x 系列还通过 DIM 输入引脚支持模拟调光，使用模拟信号进行配置。在 PWM 调光模式下，LED 将根据 DIM 输入引脚上的 PWM 输入信号的开关而亮起和熄灭。PWM 调光模式支持低至 50ns 的超窄脉冲宽度。在模拟调光模式下，LED 电流会根据 DIM 输入引脚上输入信号的模拟电压进行调节。该器件采用自适应关断时间电流模式控制，结合智能且精确的采样技术，可实现快速的 PWM 调光，并达到高调光比。补偿带宽可根据系统要求通过外部电容器进行调节。

为了实现安全和保护，这些器件支持全面的系统保护功能，包括 LED 开路和短路保护、开关 FET 开路和短路保护、检测电阻开路和短路、热关断保护。

7.2 功能方框图

7.3 特性说明

7.3.1 自适应关断时间电流模式控制

TPS922050/1 器件采用自适应关断时间电流模式控制，可在宽工作范围内支持快速瞬态响应。开关频率设置为 400kHz 或 1MHz。

对于平均输出电流调节，该器件会通过误差放大器将 CSP 和 CSN 引脚之间检测电阻上检测到的电压与内部电压基准 V_REF 进行比较。误差放大器的输出 V_COMP 通过外部补偿网络，然后与 PWM 比较器的峰值电流反馈进行比较。在每个开关周期中，当内部 NMOS FET 导通时，峰值电流通过内部 FET 检测。当在 PWM 比较器的输入端检测到的峰值电流值达到V_COMP 时，NMOS FET 关断，并且自适应关断时间计数器开始计数。自适应关断时间计数器停止计数后，该计数器将复位，直到 NMOS FET 保持关断。计数时间由连接到 FSET 引脚的外部电阻器和输入/输出前馈决定。因此，该器件能够在稳定状态下保持接近恒定的开关频率，并将输出平均电流调节到所需的值。

图 7-1 自适应关断时间电流模式控制方法

7.3.2 设置 LED 电流

LED 电流由 CSP 和 CSN 引脚之间的外部检测电阻设置。对于满量程 LED 电流 (I_{LED_FS})，内部电压基准 V_REF 固定为 200mV，检测电阻可以使用下列公式计算得出。

方程式 1.

R_{S E N S E} = \frac{V_{R E F}}{I_{L E D_F S}}

$R_{S E N S E} = \frac{V_{R E F}}{I_{L E D_F S}}$

其中

V_REF = 200mV

由于 R_FLT 上的压降以及 CSP 和 CSN 引脚的共模漏电流，需要考虑 V_REF 上的偏移。

7.3.3 内部软启动

TPS922050/1 系列实现了内部软启动功能。一旦 V_IN 升至高于 V_{VIN_MIN}，内部 LDO 就会开始为 V_CC 电容器充电。如果在 V_CC 引脚上连接 1μF 电容器，则需要大约 800μs，V_CC 才能升至高于 V_{VIN_UVLO}。在 V_CC 高于 V_{VIN_UVLO} 后立即启用 POR。在这种情况下，如果使用 1μF V_CC 电容器，则建议在 V_IN 升至高于 V_{VIN_MIN}.后等待 1ms，然后再启动调光模式。

如果在 V_CC 升至高于 V_{VIN_UVLO} 后 DIM 引脚开始上升或出现第一个 PWM 脉冲，则器件立即开始开关。对于 D1 版本，开始调光时，DIM 输入引脚处的初始 PWM 脉冲可小至 50ns。

图 7-2 启动顺序

7.3.4 调光模式

TPS922050D1 和 TPS922051D1 器件可实现 PWM 调光模式。TPS922050D2 和 TPS922051D2 器件可实现模拟调光模式。

下面显示了调光模式的配置

表 7-1 调光模式配置

调光模式	版本	DIM 引脚
PWM 调光	D1	PWM 信号
模拟调光	D2	模拟信号

7.3.4.1 PWM 调光

TPS922050D1 和 TPS922051D1 支持具有低至 50ns 超窄脉冲宽度的 PWM 输入信号，可实现直接 PWM 调光。当 DIM 输入引脚由 PWM 输入信号配置时，PWM 调光开始。

当 DIM 引脚上的 PWM 输入信号从低电平变为高电平时，内部 NMOS FET 开始开关，而电感器电流会上升到检测电阻确定的值。然后，只要 PWM 输入信号保持高电平，LED 电流就会调节到确定的值。当 PWM 输入信号从高电平变为低电平时，内部 FET 关断，导致电感器电流降至零。只要 PWM 输入信号保持低电平，内部 FET 会保持关断状态，并且 LED 电流保持为零。

7.3.4.2 模拟调光

TPS922050D2 和 TPS922051D2 支持模拟调光功能，可通过 DIM 引脚上的模拟输入信号调节 LED 电流。

在器件退出 UVLO 后，内部电压基准 V_REF 开始上升。DIM 引脚上出现模拟电压后，V_REF 就会继续增加，直到变为与模拟电压成比例的目标值。

当 DIM 引脚上的模拟输入信号为 2V，V_REF 为 200mV；当模拟输入信号为 0.2V 时，V_REF 为 20mV。当 DIM 引脚上的模拟输入信号高于 2.2V 时，V_REF 被钳位在 220mV。当模拟输入信号低于 10mV 时，V_REF 为 0V 且器件停止开关。该电路能够以微秒的延迟响应模拟输入信号的电压变化。

7.3.5 故障保护

TPS922050/1 能够在多种故障条件下提供故障保护，包括 LED 开路、LED± 短路、LED 对 GND 短路、检测电阻开路和短路、内部开关 FET 开路和短路，以及热关断。

表 7-2 保护功能

类型	标准	行为
LED 开路负载	V_CSP < 1V	器件以最短导通时间保持开关。
LED+ 和 LED- 短路	V_IN - V_CSP < 100mV	器件保持开关。
LED- 接地短路	V_CSP < 1V	器件以最短导通时间保持开关。
检测电阻开路	V_CSP - V_CSN > 300mV	器件停止开关并在故障消除后恢复。
检测电阻短路	COMP 引脚被钳位为高电平	器件在逐周期电流限制下保持开关。
开关 FET 开路	COMP 引脚被钳位为高电平	器件停止开关并在故障消除后恢复。
开关 FET 短路	V_CSP - V_CSN > 300mV	器件停止开关并在故障消除后恢复。
热关断	T_J > T_TSD	器件停止开关并在 T_J 降至迟滞水平以下时恢复。

8 应用和实施

8.1 应用信息

TPS922050/1 通常用作降压转换器，用于通过 4.5V 至 63V 范围的输入驱动一个或多个 LED。

8.2 典型应用

8.2.1 TPS922051D2 24V 输入、2A 输出、4 片式 WLED 驱动器

TPS922050 TPS922051 24V 输入、2A 输出、4 片式 WLED，模拟调光参考设计

图 8-1 24V 输入、2A 输出、4 片式 WLED，模拟调光参考设计

8.2.1.1 设计要求

本设计示例使用下表中的参数。

表 8-1 设计参数

参数	值
输入电压范围	24V ±10%
LED 正向电压	3.0V
输出电压	12V (3.0V × 4)
最大 LED 电流	2 A
电感器电流纹波	最大 LED 电流的 30%
LED 电流波纹	20mA 或更低
输入电压纹波	200mV 或更低
调光类型	使用 TPS922051D2 进行模拟调光：DIM 引脚上的 0V 至 2V 模拟输入

8.2.1.2 详细设计过程

8.2.1.2.1 电感器选型

对于此设计，输入电压为 24V 电源轨，具有 10% 的差异。输出为 4 个串联白光 LED，并且根据要求，电感器电流纹波小于最大电感器电流的 30%。为了选择合适的峰峰值电感器电流纹波，当转换器在满载条件下工作时，不应超出低侧 FET 电流限制。这要求峰峰值电感器电流纹波的一半低于该限值。另一个考虑因素是确保峰峰值电流纹波引起的电感磁芯损耗和铜损耗在合理的范围内。选择此峰峰值电感电流纹波后，使用下列公式计算输出电感 L 的建议值。

方程式 2.

L = \frac{V_{O U T} \times (V_{I N (m a x)} - V_{O U T})}{V_{I N (m a x)} \times K_{I N D} \times I_{L (m a x)} \times f_{S W}}

$L = \frac{V_{O U T} \times (V_{I N (m a x)} - V_{O U T})}{V_{I N (m a x)} \times K_{I N D} \times I_{L (m a x)} \times f_{S W}}$

其中

K_IND 是一个系数，表示电感器纹波电流值与最大 LED 电流之比。
I_L(max) 是最大电感器电流。
f_SW 为开关频率。
V_IN(max) 为最大输入电压。
V_OUT 是 LED 负载上的电压与检测电阻上的电压之和。

使用所选的电感器值，用户可以使用下列公式计算实际的电感器电流纹波。

方程式 3.

I_{L (r i p p l e)} = \frac{V_{O U T} \times (V_{I N (m a x)} - V_{O U T})}{V_{I N (m a x)} \times L \times f_{S W}}

$I_{L (r i p p l e)} = \frac{V_{O U T} \times (V_{I N (m a x)} - V_{O U T})}{V_{I N (m a x)} \times L \times f_{S W}}$

电感器 RMS 电流和饱和电流的额定值必须大于系统要求中的额定值。这是为了确保不会发生电感器过热或饱和。在上电、瞬态条件或故障条件下，电感器电流可能超过其正常工作电流并达到电流限制。因此，最好选择等于或大于转换器电流限制的饱和电流额定值。峰值电感器电流和 RMS 电流公式如下列公式所示。

方程式 4.

I_{L (p e a k)} = I_{L (m a x)} + \frac{I_{L (r i p p l e)}}{2}

$I_{L (p e a k)} = I_{L (m a x)} + \frac{I_{L (r i p p l e)}}{2}$

方程式 5.

I_{L (r m s)} = \sqrt{{I_{L (m a x)}}^{2} + \frac{{I_{L (r i p p l e)}}^{2}}{12}}

$I_{L (r m s)} = \sqrt{{I_{L (m a x)}}^{2} + \frac{{I_{L (r i p p l e)}}^{2}}{12}}$

在本设计中，V_IN(max) = 24V，V_OUT = 12V，I_LED = 2A，f_SW = 400kHz，选择 K_IND = 0.3，计算出的电感为 25µH。选择 33µH 电感器。使用该电感器时，该电感器的纹波电流、峰值电流和均方根电流分别为 0.45A、2.2A 和 2.01A。

8.2.1.2.2 输入电容器选型

需要一个输入电容器来减少从输入电源汲取的浪涌电流和来自器件的开关噪声。建议使用电解电容器来存储能量。强烈建议使用采用 X5R 或 X7R 电介质的陶瓷电容器，因为它们具有低 ESR 和小温度系数。对于大多数应用，建议在 VIN 至 GND 之间放置一个 10μF 陶瓷电容器以及一个 0.1μF 电容器，以提供高频滤波。额定输入电容器电压必须大于最大输入电压。使用下列公式计算输入纹波电压，其中 ESR_CIN 是输入电容器的 ESR，而 K_DR 是施加直流电压时陶瓷电容的降额系数。

方程式 6.

V_{I N (r i p p l e)} = I_{L (m a x)} \times (\frac{V_{O U T}}{K_{D R} \times C_{I N} \times f_{S W} \times V_{I N (m a x)}} + E S R_{C I N})

$V_{I N (r i p p l e)} = I_{L (m a x)} \times (\frac{V_{O U T}}{K_{D R} \times C_{I N} \times f_{S W} \times V_{I N (m a x)}} + E S R_{C I N})$

此设计中使用了一个 68µF、100V 电解电容器、一个 22µF, 100V X7R 陶瓷电容器和一个 0.1µF、100V X7R 陶瓷电容器，产生了约 160mV 输入波纹电压。

8.2.1.2.3 输出电容器选型

输出电容器可降低流经 LED 灯串的高频电流纹波。过大的电流纹波会增加 LED 灯串中的 RMS 电流，从而会增加 LED 温度。

1.使用 LED 制造商的数据表来计算 LED 灯串的总动态电阻 (R_LED)。

2.根据经过 LED 灯串的可接受峰峰值纹波电流 I_LED(ripple)，计算输出电容所需的阻抗 (Z_OUT)。I_L(ripple) 是使用所选电感器计算得出的峰峰值电感器纹波电流。

3.计算所需的最小有效输出电容。

4.由于施加直流电压会产生降额效应，可适当增大输出电容。

请参阅下列公式。

方程式 7.

R_{L E D} = \frac{∆ V_{F}}{∆ I_{F}} \times # o f L E D s

$R_{L E D} = \frac{∆ V_{F}}{∆ I_{F}} \times # o f L E D s$

方程式 8.

Z_{C O U T} = \frac{R_{L E D} \times I_{L E D (r i p p l e)}}{I_{L (r i p p l e)} - I_{L E D (r i p p l e)}}

$Z_{C O U T} = \frac{R_{L E D} \times I_{L E D (r i p p l e)}}{I_{L (r i p p l e)} - I_{L E D (r i p p l e)}}$

方程式 9.

C_{C O U T} = \frac{1}{2 π \times f_{S W} \times Z_{C O U T}}

$C_{C O U T} = \frac{1}{2 π \times f_{S W} \times Z_{C O U T}}$

选择输出电容器后，可使用下列公式估算流经 LED 灯串的峰峰值纹波电流。

方程式 10.

I_{L E D (r i p p l e)} = \frac{Z_{C O U T} \times I_{L (r i p p l e)}}{Z_{C O U T} + R_{L E D}}

$I_{L E D (r i p p l e)} = \frac{Z_{C O U T} \times I_{L (r i p p l e)}}{Z_{C O U T} + R_{L E D}}$

这里使用的是 Osram WLED。正向电流为 2A 时，LED 的动态电阻为 0.67Ω。强烈建议使用采用 X5R 或 X7R 电介质的陶瓷电容器，因为它们具有低 ESR 和小温度系数。此设计中使用了一个 4.7µF、100V X7R 陶瓷电容器和一个 0.1µF、100V X7R 陶瓷电容器。计算得出的 LED 纹波电流约为 14mA。

8.2.1.2.4 感测电阻选择

在 2V 模拟输入下，最大 LED 电流为 2A，V_REF 为 200mV。根据下列公式，计算得出的检测电阻值为 100mΩ。

请注意，检测电阻的功耗为 400mW，在选择该电阻的额定功率时需要留有足够的裕量。

8.2.1.2.5 其他外部元件选择

在本设计中，在 CSN 引脚处使用 100Ω 电阻作为 R_FLT，以避免噪声注入并提高稳健性。可选用 1nF、50V X7R 陶瓷电容器作为 C_FLT，放置于 CSP 和 CSN 引脚之间，用于滤除检测反馈中的高频噪声。

为了实现环路稳定性，建议选择 1nF、10V X7R 陶瓷电容器作为 C_COMP，也可选用一个 100Ω 电阻作为 R_COMP。可选用一个电阻作为 R_{LK_COMP}，用于补偿 CSP 和 CSN 引脚的共模漏电流并避免其通过 LED 负载。

8.2.1.3 应用曲线

TPS922050 TPS922051 DIMAnalog = 2V 且 FSW = 400kHz 时的 LED 电流纹波

浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流纹波（交流）

图 8-2 DIM_Analog = 2V 且 F_SW = 400kHz 时的 LED 电流纹波

TPS922050 TPS922051 DIMAnalog 从 0.2V 转换到 2V 时的 LED 电流瞬态

黑色：DIM_Analog，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-4 DIM_Analog 从 0.2V 转换到 2V 时的 LED 电流瞬态

TPS922050 TPS922051 在 DIMAnalog = 2V 时启动

黑色：DIM_Analog，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-6 在 DIM_Analog = 2V 时启动

黑色：LED-，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-8 LED 开路负载保护

黑色：LED-，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-10 LED+ 和 LED– 短路保护

绿色：CSN，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-12 检测电阻开路保护

TPS922050 TPS922051 DIMAnalog = 0.2V 且 FSW = 400kHz 时的 LED 电流纹波

浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流纹波（交流）

图 8-3 DIM_Analog = 0.2V 且 F_SW = 400kHz 时的 LED 电流纹波

TPS922050 TPS922051 DIMAnalog 从 2V 转换到 0.2V 时的 LED 电流瞬态

黑色：DIM_Analog，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-5 DIM_Analog 从 2V 转换到 0.2V 时的 LED 电流瞬态

TPS922050 TPS922051 在 DIMAnalog = 2V 时关断

黑色：DIM_Analog，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，深蓝色：LED 电流

图 8-7 在 DIM_Analog = 2V 时关断

黑色：LED-，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，绿色：CSN

图 8-9 LED– GND 短路保护

黑色：COMP，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，绿色：CSN

图 8-11 开关 FET 短路保护

黑色：COMP，浅蓝色：SW，橙色：电感器电流，绿色：CSN

图 8-13 检测电阻短路保护

8.2.2 TPS922050D1 48V 输入、1A 输出、12 片式 WLED 驱动器

TPS922050 TPS922051 48V 输入、1A 输出、12 片式 WLED、PWM 调光参考设计

图 8-14 48V 输入、1A 输出、12 片式 WLED、PWM 调光参考设计

8.2.2.1 设计要求

本设计示例使用下表中的参数。

表 8-2 设计参数

参数	值
输入电压范围	48V ±10%
LED 正向电压	3.0V
输出电压	36V (3.0V × 12)
最大 LED 电流	1 A
电感器电流纹波	最大 LED 电流的 30%
LED 电流波纹	20mA 或更低
输入电压纹波	或更低
调光类型	使用 TPS922050D1 进行 PWM 调光：DIM 引脚上的 0% 至 100%、 20kHz PWM 输入