FP7209XR-G1

遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 一般描述 FP7209 是一顆非同步升壓 LED 驅動 IC，控制外部開關 NMOS，輸入低啟動電壓 2.8V，工作 電壓 5V，VFB 反饋電壓 0.25V，反饋電壓低，取樣電阻功率損耗也降低，整體轉換效率提升。軟 啟動時間透過外部電容調整，LED 開路保護透過外部電阻調整，LED 短路保護透過 SC 控制 NMOS；調光控制 DIM Pin，DIM 內部有濾波器，可以實現線性與數位調光；輸入透過分壓電阻接 到 EN pin，可以控制 FP7209 啟動與關閉電壓準位；有過電流保護，避免開關 NMOS 電流過大造 成損壞；內置過熱保護功能。 特色 ¾ 啟動電壓 2.8V ¾ 工作電壓範圍 5V~24V ¾ VFB 反饋電壓 0.25V ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 線性與數位調光控制 關機耗電流最大 6μA 固定工作頻率 150kHz/ SOP-8L(EP) 可調工作頻率 100kHz ~ 1000kHz/ TSSOP-14L 可調軟啟動時間/ TSSOP-14L 可調輸入低電壓保護(UVP)/ TSSOP-14L LED 開路保護(OVP) LED 短路保護(SCP)/ TSSOP-14L 開關 NMOS 過電流保護(OCP) 過溫保護(OTP) 封裝 SOP-8L(EP), TSSOP-14L(EP) 應用範圍 ¾ LED 模組 ¾ 顯示器背光 ¾ 車燈 ¾ 手持式照明 1 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 IC 內部方塊圖 SOP-8L(EP) TSSOP-14L 2 V01 文件名稱 遠翔科技 Feeling Technology 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 PIN 腳描述 SOP-8L(EP) Name No. I/O Description VDS 1 P 產生 8V 提供內部電路與 EXT Pin 驅動 NMOS 閘極使用 DIM 2 I 開關與調光控制 COMP 3 O 迴路補償腳 FB 4 I 反饋電壓 OVP 5 I 輸出過電壓保護，外部接電阻調整 CS 6 I 電感峰值電流檢測與過電流偵測 HVDD 7 P 輸入電源，工作電壓 5V~24V EXT 8 O PWM 開關控制，連接到 NMOS 閘極 GND 9(EP) P 底部散熱片是 IC 的地，一定要連接到地 TSSOP-14L Name No. I/O Description VDS 1 P 產生 8V 提供內部電路與 EXT Pin 驅動 NMOS 閘極使用 DIM 2 I 線性與數位調光控制，開關控制 EN 3 I 開關控制 COMP 4 O 迴路補償腳 FB 5 I 反饋電壓 OVP 6 I 輸出過電壓保護，外部接電阻調整 RT 7 I 工作頻率外部接電阻調整 SS 8 I 軟啟動外部接電容調整時間 SC 9 O LED 短路保護控制 CS 10 I 電感峰值電流檢測與過電流偵測 HVDD 11 P 輸入電源，工作電壓 5V~24V GND 12 P IC 的地 GND 13 P IC 的地 EXT 14 O PWM 開關控制，連接到 NMOS 閘極 EP 15 3 - Exposed PAD 接到地 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 特性曲線 4 V01 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 5 V01 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 V01 應用電路圖 D1 S510L LED+ C2 0.1uF R8 0 Q2 AP40T10GH 2 LED 36V/1A R11 150k 3 C1 100uF L1 47uH/5A 1 Vin 9V~12.6V IC1 2 3 C4 1nF R5 10k 4 EXT DIM HVDD COMP CS FB OVP R6 10k 8 C7 100uF/63V Rcs 14m Vin 9V~12.6V C8 0.1uF LED- 7 R12 2.49k 6 Rs 0.25 C6 0.1uF 5 FP7209 Vin 9V~12.6V C2 0.1uF D1 S510L LED+ R8 0 Q2 AP40T10GH 2 LED 36V/1A R11 150k 3 C1 100uF L1 47uH/5A 1 R1 200k VDS GND 1 9 C3 1uF 1 R1 200k R3 100k 2 3 C4 1nF LED- R5 10k R4 22k 4 5 R6 10k 6 7 VDS EXT DIM GND EN GND COMP HVDD FB CS OVP SC RT SS R7 FP7209 130k 14 13 Rcs 14m Vin 9V~12.6V C7 100uF/63V C8 0.1uF 1 IC1 Q3 AP9685GM 2 R12 2.49k 3 C3 1uF 12 Rs 0.25 C6 0.1uF 11 10 9 8 C5 0.1uF 6 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 應用元件 ¾ C1,C7：輸入與輸出穩壓電容。 ¾ C2,C6,C8：高頻雜訊濾波電容。 ¾ C3：輸入電源接 HVDD 經過內部穩壓管到 VDS 產生 8V，此電壓會提供內部電路與 EXT Pin 驅動外部 Q2 的閘極，需要加穩壓電容。 ¾ C4,R5：系統的補償迴路，關係到系統的穩定度。 ¾ C5：軟啟動電容，改變電容值調整啟動時間。 ¾ L1：電感具有儲能與濾波功用，感值越大電感漣波越小，相對感值越小漣波越大。選用電感 需注意電感是否適合高頻操作，及電感額定飽和電流值。 ¾ D1：當 Q2 截止時，D1 蕭特基管導通提供電感放電迴路。 ¾ Q2：使用內阻低的 NMOS，Drain 端高電壓等於輸出 36V，耐壓選用 36V 的 1.5 倍。 ¾ Q3：LED 短路保護 NMOS，發生短路阻隔大電流路徑。 ¾ R1：接在 Vin 與 DIM Pin 之間，將 DIM 電壓提高超過 2.7V，讓 FB 電壓固定 0.25V。 ¾ R3、R4：分壓電阻設定 FP7209 開啟與關閉電壓。 ¾ R6：FB 內部穩壓管限流電阻，避免高壓大電流將 FB 內部元件擊傷。 ¾ R7：調整工作頻率，電阻不接(懸空)，預設頻率 150kHz。 ¾ ¾ ¾ ¾ R8：預留作為 EMI 對策。 R11,R12：分壓電阻設定輸出過電壓保護。 Rcs：電感峰值檢測與過電流偵測電阻。 Rs：取樣電阻接到 FB Pin，設定 LED 電流，VFB 除以 RS 等於 LED 電流。 7 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 V01 功能說明 a. 軟啟動 SS Pin 接電容到地，可以調整軟啟動時間；當 FP7209 啟動時，利用軟啟動限制 EXT pin 的 PWM 佔空比大小，讓佔空比緩慢打開，避免瞬間輸入湧浪電流過大；內部定電流 3.5μA 對外 部電容充電。 b. EN 開關控制 EN Pin 透過分壓電阻連接到 Vin，可以調整 FP7209 開啟與關閉電壓，當 EN 超過 1.5V 開啟， EN 低於 1.3V 關閉，遲滯電壓 0.2V 可以避免 IC 反覆開關；EN 低於 1.3V 時 EXT PWM 訊號、 VDS 電壓、SC 訊號都會被關閉，HVDD 耗電流小於 6μA；若不設定開啟與關閉電壓，EN 與 Vin 之間接 200kΩ，此外 EN Pin 不能空接(懸空)。 c. FB 電壓設定 不調光時，在 Vin 與 DIM 之間接 200kΩ，將 DIM 電壓提升超過 2.7V，讓 FB 反饋電壓固定在 0.25V，DIM Pin 不能空接(懸空)。 d. 線性調光控制 直流電壓連接到 DIM Pin 做調光控制，如下公式改變 DIM 電壓，就能改變 FB 電壓，調整 LED 電流，VDIM 大於 0.2V 開始產生 VFB，當 VDIM 等於 2.7V，VFB 是最大 0.25V，VDIM 大於 2.7V， 會被 DIM 內部穩壓管限制在 2.7V，即使 VDIM 到 5.5V，都是用 2.7V 代入公式計算 LED 電流； VDIM 低於 0.09V，FP7209 完全關閉，HVDD 耗電流低於 6μA。 VFB = VDIM －0.2V V ILED = FB 10 RS ， e. 數位調光控制 PWM 訊號連接到 DIM Pin 調光控制，DIM 內部先有穩壓管限制最高電壓 2.7V，再經過濾波器 將 PWM 濾成直流，如下公式，改變 PWM 佔空比(Duty)，就能改變內部 VDIM(VDIM=VPWM×Duty)， 當 VPWM 振幅超過 2.7V 被內部穩壓管限制在 2.7V，即使 VPWM 到 5.5V，VPWM 都是用 2.7V 代 入公式計算 LED 電流；PWM 佔空比 7.4%~100%，VFB 是 0V~0.25V。PWM 頻率建議大於 10kHz。 VFB = VPWM × Duty － 0.2V V ILED = FB 10 RS ， 8 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 V01 f. 過電壓保護(OVP) 當 LED 開路，FB Pin 由取樣電阻 Rs 到地，FB 電壓 0V，EXT 會將佔空比開大，導致輸出電 壓衝高，擊傷升壓元件，將分壓電阻 R11 與 R12 接到 LED+與 OVP Pin，OVP Pin 超過 0.7V 佔空比關閉，低於 0.7V 再打開，避免輸出電壓衝高，利用以下公式設定輸出 VOVP。 VOVP(LED+) R11 V OVP = 0.7 V × 1 + R11 R12 OVP R12 g. 短路保護(SCP) LED 發生短路，大電流流過 Q3 與 Rs，Rs 連接到 FB Pin，當 FB 超過 0.4V(中心值)，SC 會 下拉將 Q3 關閉，停止 700μs 再打開(停止 700μs 時也會將 EXT 訊號關閉)，若 FB 仍超過 0.4V 持續以上動作，若 FB 低於 0.4V，恢復正常 SC=8V 讓 Q3 導通。 h. 過熱與過溫保護 IC 內部晶片溫度達到 135℃，LED 電流開始降低，若溫度持續升高，電流會持續下降，晶片溫 度達到 150℃，將 EXT 訊號關閉，直到晶片溫度降低為 130℃再將 EXT 打開。 i. 過電流保護 過電流檢測電阻 RCS 連接 Q2 S 端與地之間，Q2 打開電感電流通過 RCS 產生 VCS，CS 檢測 VCS 峰值電壓，以下公式計算 RCS，0.092V 是 CS 檢測電壓下限值，ILP 是電感峰值電流，常數 1.3 是提供 30%的誤差範圍，避免 RCS,電感,頻率誤差，而誤觸發過電流保護。當觸發過電流保護， EXT 佔空比會縮小，限制電感電流，避免 Q2 損傷。 9 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 R cs (Ω) = V01 0.095V IL (A) × 1.3 P 電感平均電流(輸入電流) ILavg = Vout × Iout(max) Vin × Eff Vin 輸入電壓，Vout 輸出電壓(LED 電壓)，Iout(max)輸出最大電流(LED 電流)，Eff 轉換效率 電感峰對峰值電流 ILpp = Vin 2 Vout - Vin Eff × × × ILavg Vout Fs × Iout(max) L Fs 工作頻率，L 電感 電感峰值電流 ILp = ILavg + ILpp 2 j. 工作頻率 RT Pin 與地之間接電阻調整工作頻率，頻率範圍 100kHz ~ 1000kHz，對應電阻 220kΩ~ 17kΩ； 當 RT Pin 不接電阻(懸空)，FP7209 內部預設頻率 150kHz，以下是電阻值對應工作頻率圖與 計算公式。 RT(KΩ) = f 17000 (KHz ) - 25 OSC 10 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 V01 1000 900 Frequency (KHz) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 RT Resistance (KΩ) 應用說明 a. 輸入低電壓應用 輸入電壓會低於 5V，像是單節鋰電池，將 HVDD Pin 接到輸出 LED+，並且注意 LED 開路 OVP 電壓設定不能超過 HVDD 工作電壓 24V；輸入 5V~8.5V，且考量 OVP 電壓接近或超過 24V， 將輸入電壓連接到 HVDD 與 VDS Pin，可以提升轉換效率；輸入高於 8.5V，接到 HVDD Pin， 不要接到 VDS Pin。 b. 電感計算 電感值計算公式，Vin 輸入電壓，Vout 輸出電壓(LED 總電壓)，Fs 工作頻率，Iout(LED 最大電 流)，Eff 轉換效率，r 電感峰對峰值 ΔIL 與電感平均電流的比例(一般設定在 0.3~0.5)。舉例： Vin=10V、Vout=36V、Iout=1A(max)、Fs=150kHz、Eff=90%、r=0.3，代入公式求得電感 L=40μH，選用 47μH。 L= Vin 2 Vout - Vin Eff × × Vout Fs × Iout(max) r c. 電容與蕭特基選用 MLCC 陶瓷電容選用 X5R,X7R 材質，不建議使用 Y5V 材質(內阻高，電容值隨溫度變化大)； 蕭特基選用低導通電壓，平均電流大於輸入與電感峰值電流，耐壓大於輸出電壓的 1.5 倍。 11 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 d. FB Pin 調光控制 調光也可以透過 FB Pin，提供直流與 PWM 訊號，改變 VDC 與 VPWM Duty，就可以調整 LED 電流，電路與公式如下。 VFB－ ILED = R17 × (VDC－VFB ) R × (VPWM × Duty－VFB ) VFB－ 17 R18 R18 + R19 、 ILED = Rs Rs e. FB Pin 保護電路 LED 短路 Vs 電壓衝高，若超過 FB Pin 耐壓會造成 IC 損壞，在 FB 與 Rs 之間加 R6 限流，FP7209 內部 FB 與 GND 之間有穩壓管 ZD，防止 IC 損壞。 12 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 f. 佈板說明 上層 底層 SOP-8L(EP) TSSOP-14L(EP) ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 大電流路徑走線要粗，鋪銅走線最佳。 開關切換連接點 L1、Q2 的 Drain 與 D1，走線要短與粗，鋪銅走線最佳。 輸入電容 C6 靠近 HVDD 與 GND Pin，達到穩壓與濾波功效。 取樣電阻 Rs 靠近 FB 與 GND Pin。 電感電流檢測電阻 RCS 靠近 CS 與 GND Pin。 R11,R12 靠近 OVP 與 GND Pin。 FB Pin 遠離開關切換點 L1、Q2 的 Drain 與 D1，避免受到干擾。 輸入電容 C1,C2 的地、輸出電容 C7,C8 與 RCS 的地，鋪銅走線，上下層地多打洞連接。 輸出電容 C7,C8 的地一定要靠近 RCS 的地，可以降低開關切換突波，降低輸出高頻雜訊。 板子多餘空間建議鋪地。 13 文件名稱 遠翔科技 文件日期 20180425 Feeling Technology FP7209 應用說明 版別 V01 g. EMI 對策 R8 使用磁珠規格如下，C11=1nF 靠近 Q2 Gate 端，R9 與 C9 兩者靠近，且要靠近 Q2 的 Drain 與 Source 端；R10 與 C10 兩者靠近，且要靠近 D1，輸出電容 C8 的地一定要靠近 Rcs 的地， L2 使用磁珠規格如下。測試 Vin=12V、VLED=10 串 2 並白光 LED、ILED=1A，如下測試結果 垂直低標 4.69dB 與水平低標 10.64dB。 R10 1.5 Vin 9V~12.6V L1 47uH/5A 1 R8 R5 10k 4 DIM HVDD COMP FB CS OVP R6 10k 8 Vin 9V~12.6V R3 100k 3 C4 1nF R5 10k R4 22k 4 5 R6 10k 6 7 LED- Rs 0.25 5 R8 Bead VDS EXT DIM GND EN GND COMP HVDD FB CS OVP SC RT SS R7 FP7209 NC Q2 AP40T10GH 14 13 C9 1nF C11 1nF Vin 9V~12.6V L2 Bead R9 1.5 2 3 C2 0.1uF C10 1nF D1 S510L 1 L1 47uH/5A IC1 2 C12 1uF/50V/X5R FP7209 C1 100uF 1 C8 1uF/50V/X5R C6 0.1uF Vin 9V~12.6V R1 200k LED 36V/1A R12 2.49k R10 1.5 C3 1uF C7 100uF/63V Rcs 14m 7 6 R11 150k LED+ LED 36V/1A R11 150k LEDC7 100uF/63V C8 1uF/50V/X5R C12 1uF/50V/X5R 1 3 EXT C9 1nF C11 1nF LED+ Q3 AP9685GM 2 Rcs 14m R12 2.49k 3 2 VDS GND 1 L2 Bead R9 1.5 2 Bead IC1 R1 200k C4 1nF Q2 AP40T10GH C2 0.1uF 9 C3 1uF D1 S510L 3 C1 100uF C10 1nF 12 Rs 0.25 C6 0.1uF 11 10 9 8 C5 0.1uF 14 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 磁珠 FI321611U601 垂直 水平 15 V01 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 常見問題 a. LED 電流不準確 LED 電流設定值與應用板測試值差異大，取樣電阻 Rs 要靠近 FP7209 的 FB 與 GND Pin，封 裝 SOP-8L(EP)的 GND Pin 在底部散熱片，單層板走線需要特別注意，且要遠離 L1,Q2 的 Drain 與 D1 開關切換點。 靠近 FB Pin 靠近 GND Pin b. OVP 設定不準，會有跳動 OVP 電壓設定值與應用板測試值差異大，R11 與 R12 要靠近 FP7209 的 OVP 與 GND Pin，封 裝 SOP-8L(EP)的 GND Pin 在底部散熱片，單層板走線需要特別注意；且要遠離電感,Q2,L1 開關切換點。 靠近 OVP Pin 靠近 GND Pin c. 電感與開關 NMOS Q2 發熱 電感峰值電流大會造成電感與開關 NMOS Q2 發熱，工作頻率高會造成 Q2 發熱，參考以上應 用說明中 b.電感計算，r 設定在 0.3 代入公式求得電感值，若計算為 40μH，選用 47μH。 16 遠翔科技 Feeling Technology 文件名稱 文件日期 20180425 FP7209 應用說明 版別 V01 d. 無法升壓 FP7209 封裝 SOP-8L(EP)的地是底部散熱片，散熱片一定要接到板子的地；另外 RCS 電阻值 是否正確；OVP 電阻 R11 與 R12 是否正確。 e. 過電流保護誤動作 設定過電流保護值與應用板測試值差異大，偵測電阻 RCS 要靠近 FP7209 的 CS 與 GND Pin， 封裝 SOP-8L(EP)的 GND Pin 在底部散熱片，單層板走線需要特別注意。 靠近 CS Pin 靠近 GND Pin f. 加入 EMI 對策元件，NMOS Q2 溫度升高 EMI 對策元件 R8(磁珠)、C11=1nF、R9=1.5Ω、C9=1nF、R10=1.5Ω、C10=1nF 會讓 Q2 開 關切換損耗增加，造成溫度升高，Q2 加散熱片、增加銅箔面積、增加銅箔厚度，可以幫助散 熱，降低工作頻率會減少 Q2 開關切換損耗，也會降低 Q2 溫度，例如 150kHz 降到 100kHz。 17