TP8305B

南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 南京拓品微电子有限公司 DATASHEET TP8305B 高效率 恒流/限流 WLED 驱动器 1 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. TP8305B 高效率恒流限流 WLED 驱动 产品简介 TP8305B 是一种输入电压范围宽（0.8~5.5V），可调恒定电流和限定电流两种模式来 驱动白光 LED 而设计的升压型 DC/DC 变换器。采用变频模式，逐周期限流，使输入输 出电流随电源电压降低均匀变化。该器件能利用单节或双节干电池驱动单颗大功率白光 LED，同样可以利用一节锂电池驱动两颗、三颗或多颗 WLED。驱动 WLED 串联连接 的方法可以提供相等的 WLED 电流，从而获得均匀的亮度。 46mV 的低反馈电压最大限度地降低了电流调节电阻器的功耗，从而提高了效率。 50mV 的限流反馈电压，可根据不同需求来设置限流值。 TP8305B 与 TP8305 区别于在限流模式时，随着输入电压的降低，TP8305 输入输出 电流在某个点会突变，TP8305B 采用了变频模式避免了这个现象。其他功能均不变。详 见规格书最后说明。 产品特点 ·MOS 管外置，输出电压可调，可驱动 ·0.8V 极低的工作电压（VDD 接 Vout） 高压、大功率负载，如 10V1A。 ·恒流精度：±5% ·驱动 0.3W-7W 的单颗白光 LED ·限流精度±6%；超低限流电压 50mV ·可驱动多颗 WLED 灯 ·芯片 VDD 过压停机 ·效率高达 90% ·温度保护功能（130℃保护点） 应用范围 ·恒流源，如 LED 手电筒、背光模组等 ·恒压源，如蓝牙音箱、移动电源等 ·需要精确限定输入电流的场合，如限流方案的 LED 手电筒 典型应用： 方案 1：恒流、限流功能驱动 WLED 方案。 双节干电池或锂电池作为输入驱动多串或多串多并 WLED 方案，具有恒流、限流功 能。典型应用电路如图 1 所示。 2 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. Diode 4.7uH Vin 2V~4.2V NMOS EXT 22uF FB VDD TP8305B 22uF CE IS Rf GND Rs 图 1 驱动 3 颗 WLED 的典型应用电路 方案 2：恒压、限流功能驱动负载方案。 双节干电池或锂电池作为输入，可驱动大功率负载，具有恒压输出且具有限流功能。 最大输出电压取决于 MOS 管耐压。典型应用电路如图 2 所示。恒压值由电阻 R1 与 Rf 比例以及 VFB 决定（VFB 值为固定 46mV）。具体设置参考下文说明。图中与 R1 并联的 电容为可选电容，主要作用是增加系统的瞬态响应，容值在 0.01~0.1uF 左右（根据 R1 与 Rf 的值有关）。 Diode 可选 4.7uH Vin 2V~4.2V NMOS R1 EXT 22uF FB VDD TP8305B 22uF CE IS Rf GND Rs 图 2 恒压方案 方案 3：低输入电压，恒流、限流功能驱动 WLED 方案。 单节或双节干电池作为输入，可驱动单颗 WLED，具有恒流、限流以及输出过压保 护功能，输出最高电压取决于芯片的 VDD 过压保护点（5.8V）。典型应用电路如图 3 所 示。 3 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 4.7uH Diode Vin 0.8V~3V 22uF NMOS 22uF VDD EXT CE IS FB GND Rs Rf 图 3 驱动单颗大功率 WLED 的典型应用电路 方案 4：高效率，限流功能驱动 WLED 方案 锂电池作为输入，利用升降压模式可驱动单颗大功率 WLED，适用于输入电压高于 输出电压的模式。具有限制输入电流的功能，且外围元器件简单。典型应用电路如图 4 所示。Vin=3.6V，Rs=0.02Ω时，效率为 81%。 22uF Diode 4.7uH Vin 3V~4.2V VDD EXT NMOS CE TP8305B IS FB 22uF GND Rs 图 4 锂电池输入升降压模式驱动 WLED 方案 4 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 管脚顺序及描述 俯视图 6 5 订单型号 TP8305B-SOT26-R 4 器件标记 05YXX 1 2 3 SOT23-6L 封装 引脚号 符号 引脚描述 1 EXT 外置 NMOS 驱动端 2 GND 接地端 3 VDD 输入电压端 4 CE 使能端 5 FB 恒流采样端 6 IS 限流采样端 引脚功能 EXT 为芯片驱动开关管的端口，由于为 开启，低于 0.75V 时芯片进入关断模式， 外置 MOS，所以可以驱动大功率负载； 即芯片停机。可用于 LED 调光方案。如 GND 为接地端口； 加 100HZ~8KHZ，振幅 3~4V 左右的矩 VDD 为芯片电源端，内置过压保护功能， 形脉冲信号，调节其 占空比即可调节 当 VDD 电压高于 5.8V 时，芯片即进入 WLED 的亮度； 过压保护状态，振荡器关闭。如方案 3 FB 端为芯片的恒流控制采样端，内部由 中，可防止 WLED 不接或损坏时，保护 基准产生的 46mV 电压。可精确控制输 NMOS 管； 出恒流恒压； CE 端 为 芯 片 的 使 能 控 制 端 ， 例 ： IS 端为限流采样端，即限制输入最大峰 Vin=2.5V，当 CE 电压高于 0.75V 时芯片 值电流，起保护作用。 5 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 功能块方框图 VDD 46mV Reference Comparator + A1 - FB PWM Losic Rc OSC EXT + Cc + VDD Over voltage protection Temperature Protection Shutdown And Soft-start CE IS Ramp Generator 50mV Oscillator GND 图 5 功能模块框图 极限参数 参数 额定值 单位 VDD，CE，FB，IS，EXT -0.3~10 V 工作结温度范围 -35~160 ℃ 焊接温度（10s） 260 ℃ 存储温度 -65~125 ℃ 电特性 (TA=25℃，VIN=2.4V，ILED=750mA，VF=3.6V，VDD=VCE，L=4.7μH，CIN =22μF，COUT =22μF，除非 特别说明) 参数 符号 测试条件 最小值 输入电压 VIN 方案 3 电路 0.8 保持电压 VHOLD 方案 3 电路 对应负载电流 10mA 0.35 V 启动电压 VSTART 方案 3 电路 1 V VDD 过压保护 VOVP 温度保护 TOV 反馈电压 VFB 43.7 46 48.3 mV 峰值电流采样电压 VIS 47 50 53 mV 工作频率 FOSC 700 限流模式 toff t EXT 驱 动能力 5.6 典型值 5.8 最大值 单位 5.5 V 6.2 V ℃ 130 KHz 450 nS 上拉电流 IEXTP VDD=2V，VOH=1.6V 53 mA 下拉电流 IEXTN VDD=2V，VOL=0.4V 160 mA 6 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. CE 开关电压 VCE 图 6 电路，VIN=2.5V FB 接地 静态电流 IQ 图 6 电路，Vin=CE=5.2V， VFB=0.5V 关断电流 IQ 关断模式（CE 输入低电平） 效率 η 方案 3 电路 0.55 0.75 0.95 V μA 76 1 uA 90 % EXT VDD FB TP8305B CE IS GND 图 6 静态测试电路 典型特性曲线 不同模式下Iout与Vin曲线 1.6 输出电流(A) 1.4 方案3测试 恒压输出3.6V。 L=4.7uH Rf=0 RS=20mΩ 1.2 1 0.8 Rf=60mΩ RS=0 0.6 恒流模式 0.4 恒流、限 流模式 0.2 Rf=60mΩ RS=20mΩ 限流模式 0 3.5 3 2 2.5 1.5 1 0.5 输入电压(V) 7 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 100 1 90 0.9 80 0.8 70 0.7 60 0.6 50 0.5 40 0.4 方案3测试电路， 恒压输出3.6V L=4.7uH Rf=61mΩ， RS=20mΩ。 30 效率曲线 20 Iout曲线 10 0 3.5 3 2.5 2 1.5 输入电压（V） 800 900 750 800 输入电流(mA) 1000 频率(K ) 700 650 600 550 静态电路下测试， Vdd=CE=2.5，FB接 地。Vin端接22uF电 容 450 400 350 20 40 0.3 0.2 0.1 1 0 IIN温度特性(限流模式) 频率的温度特性 850 500 Iout（A） 效率（%） 效率与Vin曲线 700 600 500 400 300 100 0 60 80 100 120 温度（℃） 8 方案1，限流1A， Vin=3V,L=4.7uH， Vout=3.6V,Rf=0 200 20 40 60 80 100 120 温度（℃） REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. VFB随VIN变化曲线 47 47.5 VFB的温度特性 47 46.5 46 VFB(mV) VFB(mV ) 46 45 44 方案3，L=4.7uH， Vout=3.6V， Rf=0.06Ω，RS=0 43 45.5 45 44.5 44 方案3， Vin=2.5V,L=4.7uH， Vout=3.6V， Rf=0.06Ω，RS=0 43.5 43 42 1.5 2 2.5 3 3.5 VIN（V） 4 4.5 42.5 20 40 60 80 100 120 温度（℃） 恒压设置： 恒压设置即方案 2 中输出电压 Vout 的设置，由基准电压 VFB（VFB=0.046V）与两个 分压电阻决定。电阻需 1%精度或更精密电阻。表 1 为常用输出电压所对应的两个电阻 值，用户也可以根据不同要求按下列公式计算。 Vout  VFB ( R1  R f ) / R f 表 1 常用输出电压 Vout 对应的 Rf 与 R1 阻值 Vout(V) Rf(Ω) R1(Ω) 5V 1K 107K 9V 1K 196K 12V 1K 261K 电流设置： 电流设置分为恒流设置于限流设置。 恒流设置： 恒流是由外部电阻 Rf（FB 与 GND 引脚之间）决定的，如图 1 所示。FB 是由内部 基准提供的稳定的 46mV。恒流等于 VFB/Rf。TP8305B 的恒流精度为±5%，为了更好的 控制恒流的精度，Rf 电阻推荐使用 1%精度或更精密电阻。电阻的选择如下公式。下表 为一些常用的 LED 驱动电流与电阻的选择搭配。 R f  VFB / I LED 9 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 表 2 常用 LED 电流对应的 Rf 电阻值 ILED(A) Rf(Ω) 2.3 0.02 0.9 0.051 0.46 0.1 0.15 0.3 限流设置： 限流是由外部电阻 RS（IS 与 GND 引脚之间）决定的，如图 1 所示。IS 是由内部基 准提供的稳定的 50mV。限流等于 VIS/RS。TP8305B 的限流精度为±6%，为了更好的控 制限流的精度，RS 电阻推荐使用 1%精度或更精密电阻。电阻的选择如下公式，Ilim 为所 需的限流。下表为一些常用的限流与电阻的选择搭配。 RS  VIS / I lim 表 3 常用限流对应的 RS 电阻值 Ilim(A) RS(Ω) 2.5 0.02 0.98 0.051 0.5 0.1 0.16 0.3 在限流模式下，不同的电感会对限流产生影响，下图为典型应用方案 4 测试的同限 流值不同电感的输出电流与输入电压的曲线图。 IOUT与Vin曲线 1 0.9 IOUT（A） 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 L=10uH 0.2 L=4.7uH 0.1 0 4.5 4 3.5 方案4测试， Rs=0.02Ω 输出接单颗 3.6V WLED 3 2.5 输入电压（V） 10 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 器件选择： 电感器的选择： TP8305B 恒流模式时开关频率为 700KHz 左右，所以可以采用小的电感值。电感选 择范围在 2.2μH~10μH 之间。在典型的大电流的白光 LED 驱动的应用中，推荐采用一个 4.7μH 的电感。虽然小尺寸和高效率是需要考虑的首要问题，但是电感器还是应具有低 磁芯损耗和铜线电阻，这样有助于提升总效率。 电容器的选择： 这里的电容主要有两个，输入电容与输出电容。输入电容，以减少输入纹波和噪声 对我芯片正常工作产生的影响。为了获得良好的滤波、低 ESR（等效串联电阻），需根 据不同输入条件改变容值。如典型应用 3，两节干电池输入推荐输入电容选择 22μF 的 陶瓷电容。 输出电容的合理值取决于 LED 电流。输出电容器的 ESR 确定该转换器的输出电压 纹波的重要参数，所以输出端需要采用低 ESR 电容器，以减少输出电压的纹波。尺寸 小的陶瓷电容器是应用的最佳选择。优质的材料类型，可以使它们保持电容值在很宽的 电压和温度范围内变化小。 肖特基二极管的选择： 根据不同的 LED 驱动电流方案，可以选择不同型号的肖特基二极管。使用具有较低 正向压降的肖特基二极管是更好地提高驱动 LED 的效率，并且其额定电压值、电流值 应该大于两倍输出电压与电流。 PCB 电路板图的布局考虑 与所有的开关电源一样，必须对 PCB 板的布置和原件布局格外注意。特别是在高峰 值电流和高开关频率的情况下。下面为 TP8305B 的应用布局注意事项。 输入电容和输出电容应分别置于尽可能靠近 IC 的输入引脚和输出脚；为了最大限度 地提高效率，应尽可能缩短开关的上升和下降时间。为了防止出现电磁干扰（EMI）问 题，高频开关通路的正确布置是至关重要的。所以电感和肖特基二极管应放在尽可能接 近开关引脚，通过使用宽而短的布线，保证主电流通路。开关管的栅信号也尽可能的与 IC 靠近。 反馈电阻 Rf 的接地连接应采取与 GND 引脚直接相连的方法，而不能与任何其他元 器件公用接地端，以确保干净、无噪的连接。推荐的元件布局方案如下图。 11 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. LX Diode D NMOS G S 3 2 1 IC Rs CVout Rf 4 5 6 CVin 图 7 PCB 布局图示意 由上图我们可以看出，布局时应注意 IC 芯片的 1 脚与 NMOS 的 G 极的连接，5、6 脚的连接（均为 mV 级的基准电压，影响比较大）。LX 位置为干扰最大处，所以电感、 肖特基与 NMOS 的 D 极应当合理布局，并且保证开关管导通时 NMOS 的 S 极对地最短。 12 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 演示版应用 图 8 为我司的演示版 PCB 图，集成了典型应用的前三种方案电路，中间通过跳线， 即图例中 R1、R2 接 0 欧姆电阻来切换 VDD 的输入，实现方案 1、2 与方案 3 的切换。 接 WLED 时需接在 Vout 与 FB 之间。恒压输出时负载接于 Vout 与 GND 之间，且需接 R7 分压电阻。详细说明见器件说明。 图 8 TP8305B 演示版 下表为器件说明。 表 3 演示版器件说明 U1 IC R7 分压电阻 L1 电感 R8、R9 恒流电阻 D1 、D2 肖特基二极管 C1、C2 VIN 电容 M1、 M2 NMOS 开关管 C3、C4 VDD 电容 R1 VDD 短路到 VIN 电阻 C5、C6 VOUT 电容 R2 VDD 短路到 VOUT 电阻 C7 CE 电容 R3~R6 限流电阻 C8 FB 电容 方案中部分器件预留了两个或四个位置，为了方便调试限流与恒流和在大功率输出 时并联电感、开关管、肖特基等器件，使系统能达到输出要求。 我们的演示版以典型应用 3 为例，设置限流电阻 Rf=61mΩ，限流电阻 RS=20mΩ 匹 配器件参数。 13 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 表 4 元器件清单 U1 TP8305B R7 L1 4.7μH R8、R9 61 mΩ（1%精度） D1 、D2 SS26 C1、C2 10~22μF M1、 M2 NMOS-2314 C3、C4 0.1~1μF C5、C6 10~22μF R1 R2 0Ω C7 R3~R6 20mΩ（1%精度） C8 此方案具有恒流、限流、输出过压保护功能。输出 3.6V 时，输出电流与 Vin 曲线如 下曲线图。输入 3.5V~2.2V 之间为恒流区间，2.2V 以下进入限流模式，输入电流被限制， 输出电流下降。 Iout与Vin曲线 1 0.9 Iout（A） 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 方案3测试电路， Rf=61mΩ， RS=20mΩ。 0.2 Iout曲线 0.1 0 3.5 3 2.5 2 1.5 输入电压（V） 14 1 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. TP8305B 与 TP8305 区别： Diode 两种产品只在限流模式时有所区别。即当 输出电流随着电源电压的降低，TP8305 会出现 L Vin 4.2V~1V NMOS 突降的过程，且电感值不同，降低点范围也不 EXT 同。TP8305B 则没有突降的现象，更趋向平缓 VDD 22uF FB TP8305B 变化。下面我们给出了常用电感的分析。 22uF 测 试 条 件 ： 典 型 电 路 如 右 图 。 CE IS Rf GND Rs VDD=CE=VIN，Rs=0.02Ω，Rf=0，输出接两颗 WLED 灯，VF=3.6V。 1、L=2.2uH。 由上两个曲线可以看出，输入电压在 3V~2V 这个区间，TP8305 输入输出电流存在 突降的现象。TP8305B 的输入输出电流都平缓上升平缓下降的，这样输出灯不会有明显 的变暗现象。 2、L=4.7uH。 电感为 4.7uH 时，TP8305 的现象存在于 4V~3V 之间。TP8305B 的输入输出电流仍 为平缓上升平缓下降的 15 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 3、L=10uH。 当采用 10uH 时，上述现象不明显，即此时两种芯片都适用。 所以根据以上数据分析，当只使用限流模式时，并电感选值偏小的时候，推荐适用 TP8305B，电感值偏大时两种芯片都可以选用。 16 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 封装结构 17 REV_1.2 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 版本历史 日期 版本说明 版本 2014.10.15 第一版 Rev1.0 2015.05.22 修改方案四 Rev1.1 2016.04.01 修改 LED 调光频率 Rev1.2 18 REV_1.2