基于TPS92633-Q1的独特热管理设计

作者：Hong， Holly
        目前市面上，汽车大灯的光源主要有卤素，氙气和LED大灯三种。卤素车灯，卤素是车灯填充物的主要元素，这其中应用于汽车车灯的主要是碘或者是溴。它的优点在于制造成本低，缺点在于热量过大，使用寿命不长。
        氙气车灯，氙气是一种惰性气体，被填充在车灯里，而后经过车内部增压器的增压，产生的压力可以瞬间将氙气电离从而产生光亮，其优点在于价格低廉，照明度亮度比卤素要高；缺点在于一些极端天气下，射出的光线并不足以穿透大雾，这就有可能造成安全隐患。
        LED车灯，LED作为新型照明光源具有优良的性能，其应用正在迅猛增长。其主要优点在于寿命长，高效率、低能耗。缺点在于成本高，散热不好。从LED车灯技术发展现状与趋势来讲，其价格正在稳步下降， LED车灯向个性化和艺术化方向发展，同时LED智能控制系统也将快速发展。
        TPS92633-Q1的特点
        TPS92633-Q1是TI新推出的LED驱动，可用于汽车尾灯，内/外部小灯上。TPS92633-Q1 是一款线性驱动器，可承受4.5V到40V的宽压输入，每通道输出电流达150mA。该芯片的诊断功能包括LED开路，LED对地短路和单 LED 短路检测。 TPS92633-Q1 的one-fails-all-fail功能能够与其他 LED 驱动器 （如 TPS9261x-Q1 ，TPS92630/8-Q1 和 TPS92830-Q1） 配合使用。除此以外，TPS92633-Q1还有三点独特的设计。
        1. 独特的热管理设计，避免设备高温。
        TPS92633-Q1的每个通道提供两个电流输出路径，电流从电源流经 R（SNSx）进入集成的电流调节电路，并通过 OUTx 针脚和 Resx 针脚流向 LED。 OUTx 引脚和 Resx 引脚上的电流输出都是独立调节的，以实现所需的总电流。输出 OUTx 和 Resx 的总和电流等于流过 R（SNSx） 的电流。
        OUTx 连接LED 负载的阳极，但是 Resx 通过外部电阻连到 LED ，利用外部电阻实现热分享，其方式如图1所示。当供电电压低于或者接近于LED需要的正向电压时，电流主要通过图1的红色路径；当供电电压高于LED需要的正向电压，电流路径转为绿色，通过R（SHUNT）分压以实现热分散。图2 显示了R （resx） 为 68.5 Ω 时的功耗分配曲线，由图可知输出功耗的分配主要取决于供电电压。

       

        图2 输出功耗分配和供电电压的关系

        2. 跨板调节LED亮度。
        TPS92633-Q1有模拟调光功能，通过等式1可知通过调整ICTRL脚上电阻的大小，可以调整输出电流，从而实现LED 的亮度调节。为了抑制噪声，建议使用两个电阻，其中一个固定电阻放置的离ICTRL脚越近越好，另外一个调光电阻可以放在另外一个放置LED的PCB板上，如图3所示。

       

        图3 跨板调节示意图

        3. NTC热敏电阻调整输出电流。
        模拟电流控制功能还允许在 ICTRL 引脚上连接 NTC 热敏电阻，根据测量的 PCB 板温度或 LED 单元温度实现输出电流的调整。 NTC 热敏电阻随着温度升高而降低。它导致 ICTRL 引脚上的 R（ICTRL） 等效电阻降低，根据等式1可得出随着R（ICTRL）降低输出电流降低。图4中， R1 和 R2 的电阻值与 NTC 热敏电阻配合使用，以实现高温下，输出电流的调整。具体输出电流随温度变化曲线如图5所示。

       

        图5 输出电流随温度变化曲线

        典型应用及PCB Layout
        TPS92633-Q1可以用来驱动汽车的尾灯和内部小灯，其典型应用如图6所示。图7是TPS92633-Q1的PCB布局示例，主要考虑两大要素：
        散热是TPS92633-Q1布局的主要考虑因素。
        在PCB的顶层和底层都建议有较大的散热面积。因为R（RESx）与TPS92633-Q1一样有功耗，建议将R（RESx）电阻器放置在距离TPS92633-Q1设备20 mm以上的位置。在R（RESx）周围还需要较大的铜浇注区域，以帮助散热。
        抗噪性是TPS92633-Q1布局的次要考虑因素。
        SUPPLY、ICTRL和IREF引脚的噪声去耦电容放置在尽可能靠近引脚的位置。R（RESx）电阻器放置在尽可能靠近INx管脚的位置，并通过最短的PCB连线到SUPPLY脚。

       

        图6 TPS92633-Q1的典型应用

       

        图7 TPS92633-Q1的PCB布局示例

        编辑：hfy

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