熱平衡功能在SiLM4228x中的應(yīng)用有哪些？

本文主要闡述了SiLM4228x系列 LED 驅(qū)動器的熱平衡功能及外部分流電阻的設(shè)計(jì)，并且通過實(shí)驗(yàn)說明熱平衡功能在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

LED驅(qū)動器

LED驅(qū)動器是LED照明系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，其性能對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率具有直接的影響。LED驅(qū)動器主要有兩種類型：線性穩(wěn)壓器（LDO）和 DC-DC調(diào)節(jié)器。數(shù)明半導(dǎo)體推出的SiLM4228x-AQ 系列獨(dú)立的三通道LED 驅(qū)動器采用的就是線性穩(wěn)壓器的方式。

與DC-DC調(diào)節(jié)器相比，線性穩(wěn)壓器通常只需要較少的外部元件，同時產(chǎn)生的噪聲相對較低，對信號的干擾也較小。然而，線性穩(wěn)壓器的工作效率相對較低。特別是在處理大電流時，LDO 的效率問題更加明顯，這會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)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(wěn)定性和使用壽命。

線性驅(qū)動芯器芯片功耗計(jì)算

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

以一個具體的示例來說明，當(dāng)使用 SiLM4228x-AQ系列并關(guān)閉熱平衡功能來實(shí)現(xiàn)如下應(yīng)用時：

1.輸入電壓VIN=12V

2.串聯(lián) LED 的顆數(shù)為2顆

3.LED的驅(qū)動電流ILED=120mA

4.LED的壓降VF=2.2V

此時SiLM4228x LED驅(qū)動器上承受的功耗將達(dá)到2.736W。如果無法做到良好的散熱，LED驅(qū)動器的結(jié)溫將會急速升高，從而影響芯片的穩(wěn)定性和使用壽命。

熱平衡功能的工作原理

SiLM4228x-AQ系列LED驅(qū)動器的熱平衡功能是通過優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)，在LEDxA和LEDxB之間使用外部分流電阻器來共享IC封裝功率，通過在 PCB 板上散熱來靈活避免熱點(diǎn)的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)智能化功率管理。

圖1. 具有熱平衡功能的典型應(yīng)用圖

SiLM4228x-AQ為每個通道提供兩個電流輸出路徑。電流從電源流入SiLM4228x-AQ集成電流調(diào)節(jié)電路，并通過LEDxA和LEDxB引腳流向LED ，LEDxA和LEDxB引腳上的電流輸出是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，以實(shí)現(xiàn)所需的總電流輸出。正常工作時，SiLM4228x-AQ總是盡可能多地調(diào)節(jié)輸出電流至LEDxB 引腳，直到LEDxB電流路徑達(dá)到飽和。

此時，若在LEDxB上串聯(lián)外部分流電阻器（RSHUNT），則芯片上的功耗就會被外部分流電阻分擔(dān)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(jì)算公式進(jìn)行計(jì)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。

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(yàn)證SiLM4228x-AQ系列LED驅(qū)動器的熱平衡功能，使用上面提到過的應(yīng)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(yīng)用中采用125Ω的外部分流電阻。此時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，SiLM4228x LED驅(qū)動器上承受的功耗為1.62W，功耗降低了40%。實(shí)際應(yīng)用中，通過合理的調(diào)節(jié)外部分流電阻器的大小，來減小SiLM4228x LED 驅(qū)動器上的功耗。

另外值得注意的時，在選取外部分流電阻時，我們應(yīng)當(dāng)時刻關(guān)注外部分流電阻上的功耗，根據(jù)功耗選取合適的封裝。此應(yīng)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(jì)算:

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)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，芯片的最高溫度達(dá)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(dú)立的三通道LED驅(qū)動器不僅具有線性穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)，還通過集成熱平衡功能有效解決了效率低下時發(fā)熱嚴(yán)重的問題。它的成功應(yīng)用將為LED照明系統(tǒng)帶來更穩(wěn)定、更高效、更長壽命的性能提升。

審核編輯：劉清