熱平衡功能在SiLM4228x中的應用有哪些？

本文主要闡述了SiLM4228x系列 LED 驅動(dòng)器的熱平衡功能及外部分流電阻的設計，并且通過(guò)實(shí)驗說(shuō)明熱平衡功能在實(shí)際應用中的表現。

LED驅動(dòng)器

LED驅動(dòng)器是LED照明系統中的關(guān)鍵組成部分，其性能對整個(gè)系統的穩定性和效率具有直接的影響。LED驅動(dòng)器主要有兩種類(lèi)型：線(xiàn)性穩壓器（LDO）和 DC-DC調節器。數明半導體推出的SiLM4228x-AQ 系列獨立的三通道LED 驅動(dòng)器采用的就是線(xiàn)性穩壓器的方式。

與DC-DC調節器相比，線(xiàn)性穩壓器通常只需要較少的外部元件，同時(shí)產(chǎn)生的噪聲相對較低，對信號的干擾也較小。然而，線(xiàn)性穩壓器的工作效率相對較低。特別是在處理大電流時(shí)，LDO 的效率問(wèn)題更加明顯，這會(huì )導致設備發(fā)熱嚴重。SiLM4228x-AQ系列集成了熱平衡功能，可以有效減少芯片的發(fā)熱，從而提升芯片穩定性和使用壽命。

線(xiàn)性驅動(dòng)芯器芯片功耗計算

為了了解SiLM4228x-AQ系列LED驅動(dòng)器的熱平衡功能是如何實(shí)現的，首先需要了解線(xiàn)性驅動(dòng)器芯片的功耗計算?？梢酝ㄟ^(guò)輸入電壓（VIN）、LED驅動(dòng)器輸出串聯(lián)LED的顆數（Series_LED_Count）、LED的驅動(dòng)電流(ILED)、LED的前向壓降（VF）以及LED的通道數（NCH）來(lái)計算LED驅動(dòng)器上產(chǎn)生的功耗。LED驅動(dòng)器的總功耗計算公式如下：

以一個(gè)具體的示例來(lái)說(shuō)明，當使用 SiLM4228x-AQ系列并關(guān)閉熱平衡功能來(lái)實(shí)現如下應用時(shí)：

1.輸入電壓VIN=12V

2.串聯(lián) LED 的顆數為2顆

3.LED的驅動(dòng)電流ILED=120mA

4.LED的壓降VF=2.2V

此時(shí)SiLM4228x LED驅動(dòng)器上承受的功耗將達到2.736W。如果無(wú)法做到良好的散熱，LED驅動(dòng)器的結溫將會(huì )急速升高，從而影響芯片的穩定性和使用壽命。

熱平衡功能的工作原理

SiLM4228x-AQ系列LED驅動(dòng)器的熱平衡功能是通過(guò)優(yōu)化芯片設計，在LEDxA和LEDxB之間使用外部分流電阻器來(lái)共享IC封裝功率，通過(guò)在 PCB 板上散熱來(lái)靈活避免熱點(diǎn)的產(chǎn)生，實(shí)現智能化功率管理。

圖1. 具有熱平衡功能的典型應用圖

SiLM4228x-AQ為每個(gè)通道提供兩個(gè)電流輸出路徑。電流從電源流入SiLM4228x-AQ集成電流調節電路，并通過(guò)LEDxA和LEDxB引腳流向LED ，LEDxA和LEDxB引腳上的電流輸出是獨立調節的，以實(shí)現所需的總電流輸出。正常工作時(shí)，SiLM4228x-AQ總是盡可能多地調節輸出電流至LEDxB 引腳，直到LEDxB電流路徑達到飽和。

此時(shí)，若在LEDxB上串聯(lián)外部分流電阻器（RSHUNT），則芯片上的功耗就會(huì )被外部分流電阻分擔一部分，從而使芯片的功耗降低。LEDxA和LEDxB通道輸出電流的分配關(guān)系可以用如下計算公式進(jìn)行計算，其中VLEDxB_sat為0.65V。

如下圖2. 顯示了輸出電流分配隨輸入電壓的變化曲線(xiàn)。

圖2. 輸出電流分配與輸入電壓的關(guān)系

外部分流電阻的選擇

LEDxB上串聯(lián)的外部分流電阻會(huì )最終決定LEDxA和LEDxB上的電流分布，所以可以按照將外部分流電阻上的功耗等于總功耗的50%的原則來(lái)選取外部分流電阻。外部分流電阻（RSHUNT）的選取公式如下：

為了驗證SiLM4228x-AQ系列LED驅動(dòng)器的熱平衡功能，使用上面提到過(guò)的應用配置，則可以得到LEDxB上串聯(lián)的外部分流電阻為126.7Ω，實(shí)際應用中采用125Ω的外部分流電阻。此時(shí)各通道上的功耗隨輸入電壓的關(guān)系如下圖所示：

圖3. 單通道功耗隨輸入電壓的關(guān)系

此時(shí)，SiLM4228x LED驅動(dòng)器上承受的功耗為1.62W，功耗降低了40%。實(shí)際應用中，通過(guò)合理的調節外部分流電阻器的大小，來(lái)減小SiLM4228x LED 驅動(dòng)器上的功耗。

另外值得注意的時(shí)，在選取外部分流電阻時(shí)，我們應當時(shí)刻關(guān)注外部分流電阻上的功耗，根據功耗選取合適的封裝。此應用中所用的分流電阻承受的功耗為0.417W，外部分流電阻至少要用到2010的封裝（2010封裝貼片電阻的最大功率為0.75W）。外部分流電阻上的功耗可以采用如下公式進(jìn)行計算:

實(shí)驗結果

實(shí)驗結果

在相同的輸入/輸出功率情況下，使用和未使用外部分流器的芯片溫升的差別如下圖所示。未使用熱平衡功能時(shí)，芯片的最高溫度達到了131.3℃，而在啟用熱平衡功能后，芯片表面溫度下降到了85.8℃。

圖4. 未使用外部分流器

圖5. 使用外部分流器

綜上所述，SiLM4228x-AQ系列獨立的三通道LED驅動(dòng)器不僅具有線(xiàn)性穩壓器的優(yōu)點(diǎn)，還通過(guò)集成熱平衡功能有效解決了效率低下時(shí)發(fā)熱嚴重的問(wèn)題。它的成功應用將為L(cháng)ED照明系統帶來(lái)更穩定、更高效、更長(cháng)壽命的性能提升。

審核編輯：劉清