FP7153 用于白光 LED 的 5V、3A、1.5MHz 降压型恒流开关稳压器

概述

FP7153 是一款 PWM 控制降压转换器，旨在为驱动大功率 LED 提供简单、高效的解决方案。FP7153 采用 0.1V 基准电压反馈控制，可最大限度地降低功耗，外部电阻器可根据需要设置电流，以驱动各种类型的 LED。FP7153 包括高低侧开关，实现了高效率和紧凑的 PCB 布局。为了延长便携式应用的电池寿命，FP7153 支持 100% 占空比的低压差操作。其他功能包括热关断、逐周期电流限制和过流保护。

特性

Ø 输入电压范围：2.5 至 5.5V

Ø 可调输出电压：0.1V 至 VIN

Ø 精确反馈基准电压：0.1V (±10%)

Ø 输出电流：3A（最大值）

Ø 工作周期： 0~100%

Ø 内部固定 PWM 频率：1.5MHz

Ø 低静态电流：100μA

Ø 无需肖特基二极管

Ø 内置软启动

Ø 电流模式操作

Ø 过温保护

Ø 包装： DFN-10L (EP)

应用

Ø LED 驱动器

典型应用电路

功能框图

引脚说明

标记信息

无卤素: 无卤素产品指示器

批号: 晶圆批号代码

内部 ID: 内部识别代码

每半月: 以半个月为时间单位的生产周期指标

例如 : A → 一月上半月

B → 一月下半月

C →二月上半月

D → 二月下半月

年份: 生产年份的最后一位数字

包裹信息

绝对最大额定值

建议的 IR 回流焊接曲线

建议的运行条件

直流电电特性(VIN=3.6V ,TA= 25°C , 除非另有说明)

功能描述

控制回路

FP7153 是一款高效电流模式同步降压稳压器。主（P 沟道 MOSFET）和同步（N 沟道 MOSFET）开关均内置在内部。在电流模式工作时，PWM 占空比由误差放大器输出和电感器峰值电流控制。在每个周期开始时，振荡器打开 P-MOSFET 开关，将电流从 VIN 源接到 SW 输出。然后，芯片开始比较电感器电流和误差放大器输出。 一旦电感器电流大于误差放大器输出，P-MOSFET 开关就会关闭。当负载电流增大时，反馈电压 FB 会略微下降。这将导致误差放大器输出更高的电流水平，直到前面提到的电感器峰值电流达到相同水平。这样，输出电压就能保持不变。

当顶部 P-MOSFET 开关断开时，底部同步 N-MOSFET 开关接通。一旦电感电流反向，顶部和底部 MOSFET 都将关闭，使 SW 引脚进入高阻抗状态。

FP7153 的电流模式控制环路还包括斜率补偿，以抑制高占空比时的次谐波振荡。这种斜率补偿是通过在电感器电流信号中添加一个补偿斜坡来实现的。

LDO 模式

FP7153 的最大占空比可达 100%。这意味着驱动器的主开关在整个时钟周期内都处于开启状态。一旦占空比达到 100%，反馈路径就不再控制输出电压。输出电压将为输入电压减去主开关压降。

过流保护

逐周期限制主开关的峰值电流。当发生过电流时，芯片将关闭主开关并打开同步开关，直到下一个周期。

过热保护

当内部结温达到 150℃ 时，FP7153 将自动关机，以保护器件和系统。

应用信息

输入电容器的选择

输入电容器必须连接到 FP7153 的 VIN 引脚和 GND 引脚，以保持稳定的输入电压并滤除脉动输入电流。输入电容器的额定电压必须大于最大输入电压加上纹波电压。

在开关模式下，降压转换器的输入电流是不连续的。高压侧 MOSFET 的源电流波形为方波。为防止出现大的瞬态电压，必须使用 ESR 值较低的输入电容器，其大小应符合最大有效值电流的要求。输入电容器电流的有效值可通过以下方式计算：

可以看出，当 VO 为 VIN 的一半时，CIN 承受的电流应力最大。CIN 上的最坏电流应力为 IO_MAX/2。

电感器选择

电感器的值根据所需的纹波电流来选择。电感值大的电感器纹波电流低，电感值小的电感器纹波电流高。然而，大值电感器的物理尺寸较大，串联电阻较高，和/或饱和电流较低。根据经验，电感器的峰峰值纹波电流应为最大负载电流的 10%~20%。电感值的计算公式如下：

电感器纹波电流的计算方法如下：

即使在最高工作温度下，选择的电感器在最坏负载条件下也不会饱和，即负载电流加上电感器纹波电流峰峰值的一半。电感器的峰值电流为

制造商可提供不同形状和样式的电感器。屏蔽电感器体积小，电磁干扰辐射小。但成本高于非屏蔽电感器。如何选择取决于 EMI 要求、价格和尺寸。

输出电容器的选择

需要使用输出电容器来维持直流输出电压。低 ESR 电容器是保持输出电压纹波较低的首选。在降压转换器电路中，输出纹波电压由电感器值、开关频率、输出电容器值和 ESR 决定。输出纹波由以下因素决定：

其中，f = 工作频率，COUT = 输出电容，ΔIL = 电感中的纹波电流。对于固定的输出电压，由于 ΔIL 随输入电压的增加而增大，因此在最大输入电压时输出纹波最大。

使用陶瓷输入和输出电容器

在输入和输出端使用陶瓷电容器时必须小心。当输入端使用陶瓷电容器，而电源由壁式适配器通过长导线提供时，输出端的负载阶跃会导致输入端 VIN 产生振铃。最好的情况是，这种振铃会耦合到输出端，并被误认为是环路不稳定。在最坏的情况下，通过长导线的突然浪涌电流可能会在 VIN 处造成电压尖峰，其幅度可能大到足以损坏部件。选择输入和输出陶瓷电容器时，应选择 X5R 或 X7R 规格。在给定值和尺寸的所有陶瓷电容器中，它们的电介质具有最佳的温度和电压特性。

输出电流编程

输出电流由一个从 FB 引脚连接到地的电阻器设定。电流为:

PC 板布局检查表

1.电源线（包括 GND、SW 和 VIN 线）应保持短、直接和宽。

2.将 CIN 尽可能靠近 VIN 引脚，以保持输入电压稳定并滤除脉冲输入电流。

3.电流设置电阻器 R1 必须尽可能直接、紧密地连接到 FB 引脚。

4.FB 是一个敏感节点。请将其远离开关节点 SW。一个好的方法是在另一层印刷电路板上布线反馈迹线，并在顶层和反馈迹线布线层之间设置接地平面。这样可以减少对 DC-DC 转换器自身电压反馈迹线的 EMI 辐射。

5.尽可能靠近 CIN 和 COUT 的 GND 板。然后用几个通孔将其连接到接地平面（如果使用接地平面）。这样可以防止开关电流通过接地平面循环，从而降低接地平面噪声。同时，通过给 FP7153 提供低阻抗接地连接，还能减少 FP7153 的接地反弹。

DFN-10L(EP) 的建议布局

典型应用

审核编辑 黄宇