Texas Instruments LP5813 4 × 3矩阵RGB LED驱动器是一款同步升压RGB驱动器，具有自主动画引擎控制功能。该器件非常适合用于支持输入电压范围为0.5V至5.5V的电池供电应用，具有超低正常工作电流，LED照明时为0.4mA（典型值）。

数据手册：*附件：Texas Instruments LP5813 4 × 3矩阵RGB LED驱动器数据手册.pdf

集成的同步升压转换器可保持出色的效率，并能在宽工作电压范围内保持LED的亮度稳定。输出电压可针对3V至5.5V（0.1V步进）的不同LED正向电压进行选择。升压转换器可为系统中的LED驱动负载和其他负载供电。如果升压转换器需要旁路，VOUT 将用作LED驱动模块的电源输入。

采用的是时间交叉多路复用 (TCM) 结构，该结构使用四个输出引脚单独控制12个LED点。高侧扫描开关和低侧电流槽包含在一个输出中。对于空间受限的系统，最大限度地减小了整体解决方案尺寸。

自主动画引擎可显著降低控制器的实时负载。每个LED均可通过相关寄存器进行配置，以实现生动而有趣的灯光效果。Texas Instruments LP5813可生成6MHz时钟信号并同步多个器件之间的灯光效果。

特性

• 工作电压范围
  • 输入电压 (V IN ) 范围：0.5V至5.5V
  • 启动时的最小输入电压：1.8V
  • 逻辑引脚兼容1.8V、3.3V和5V
• 高效同步升压转换器
  • 输出电压 (V OUT ) 范围：3V至5.5V
  • 140mΩ (HS)/60mΩ (LS) MOSFET
  • 1.6A谷值开关电流限制
  • VIN =4.2V、VOUT =5.0V、 IOUT =300mA时的效率达95%
  • VIN > VOUT 设置时的直通模式
  • 关断期间输入和输出之间真正断开
• 时间交叉多路复用 (TCM) 拓扑
  • 驱动多达12个LED或4个RGB LED
  • 多路复用比：¼、⅓、½、1
  • 支持直接、TCM和混合驱动模式
• 四个高精度恒定电流阱
  • 每灌电流：0.1mA至51mA
  • 器件间误差：±5%（最大值）
  • 通道间误差：±5%（最大值）
  • 25.5mA时的超低净空电压为110mV（典型值）；51mA时为210mV（典型值）。
  • 可为每个LED配置PWM相移
• 超低功耗
  • 关机状态：当EN=低电平时，ISD =0.1µA（典型值）
  • 待机状态：当EN=高电平且CHIP_EN=0（保留数据）时，I~STB~ =26µA（典型值）。
  • 工作状态：当LED电流=25.5mA时，INOR =0.45mA（典型值）。
• 模拟调光（电流增益控制）
  • 全局1位最大电流 (MC)：25.5mA或51mA
  • 独立的8位点电流 (DC) 设置
• PWM调光，无可闻噪声，24kHz
  • 独立的8位PWM调光分辨率
  • 线性或指数调光曲线
• 自主动画引擎控制
• 单个LED点开路/短路检测
• 集成除影功能
• 1MHz（最大）I^2^C 接口
• 工作温度范围：-40°C至85°C

功能框图

LP5813同步升压4×3矩阵RGB LED驱动器技术解析与应用指南

一、产品概述

LP5813是德州仪器(TI)推出的一款高集成度同步升压4×3矩阵RGB LED驱动器，具有自主动画引擎控制功能。该器件特别适合电池供电的便携式设备，主要特点包括：

• ‌超宽输入电压范围‌：0.5V至5.5V（启动最低1.8V）
• ‌高效率同步升压转换器‌：最高95%效率（VIN=4.2V，VOUT=5V时）
• ‌时间交叉复用(TCM)拓扑‌：可驱动多达12个LED或4个RGB LED
• ‌超低功耗‌：待机电流仅26μA，工作电流0.45mA（LED电流25.5mA时）
• ‌多种调光方式‌：支持模拟调光和PWM调光（最高24kHz无音频噪声频率）
• ‌自主动画引擎‌：减轻主控器实时负载
• ‌多重保护功能‌：LED开路/短路检测、热关断等

二、关键特性与技术参数

1. 电气特性

• ‌输入电压范围‌：0.5V-5.5V（启动需1.8V）
• ‌升压输出范围‌：3V-5.5V可调（0.1V步进）
• ‌LED驱动能力‌：
  • 每通道0.1mA至51mA可调
  • 器件间误差±5%，通道间误差±5%
• ‌调光特性‌：
  • 模拟调光：全局1位最大电流(25.5/51mA) + 每通道8位点电流控制
  • PWM调光：8位分辨率，可选线性/指数调光曲线

2. 保护机制

• ‌LED保护‌：开路检测(70-110mV@25.5mA)和短路检测(可编程0.35-0.65×VOUT)
• ‌系统保护‌：输出过压保护(5.7V)、输入欠压锁定(1.8V上升/0.4V下降)
• ‌热保护‌：LED驱动部分150°C关断，升压部分155°C关断

三、核心技术创新

1. 时间交叉复用(TCM)架构

采用4输出引脚控制12个LED点，通过¼复用比率实现高效驱动。每个OUTx引脚包含：

• 高端扫描开关（PMOS，RDS(on) 1-1.4Ω@3V）
• 低端电流接收器（110mV典型压降@25.5mA）

完整显示帧包含4个子周期，每个子周期含调光期和消隐期（1-2μs可调）。

2. 先进调光控制

• ‌PWM相位对齐‌：支持正向、中间、反向三种对齐方式
• ‌智能调光曲线‌：指数曲线更符合人眼感知特性
• ‌多器件同步‌：通过SYNC引脚可实现多个器件动画同步

3. 自主动画引擎

每个LED配有独立动画引擎，包含：

• 3个动画引擎单元(AEU)：每个含5个PWM值和4个时间值
• 2个动画暂停单元(APU)：实现复杂淡入淡出效果
  支持单次/循环/无限循环播放模式

四、典型应用设计

1. 4颗RGB LED驱动方案

‌设计参数‌：

• 输入电压：3.6V（单节锂电）
• 升压输出：5V
• LED配置：直接驱动模式（led_mode=0h）
• 电流设置：
  • 红LED：51mA（max_current=1, DC=255）
  • 绿/蓝LED：40.8mA（DC=204）

‌关键元件选型‌：

• 电感：1μH（推荐LPS3015-102ML）
• 输入电容：10μF陶瓷+100μF电解
• 输出电容：22μF X7R陶瓷

2. 布局指南

• ‌升压部分‌：
  • 输入电容尽量靠近VIN和GND引脚
  • SW节点走线尽量短（<5mm）
• ‌LED驱动‌：
  • OUTx走线宽度≥0.3mm
  • 避免平行走线以减少串扰
• ‌散热设计‌：
  • DSBGA封装需在底部添加散热过孔（推荐0.3mm直径）
  • WSON封装可利用裸露焊盘散热

五、行业应用方案

1. TWS耳机充电仓

• ‌方案优势‌：
  • 0.5V低电压启动，适应深度放电电池
  • 多区RGB电量指示
  • <1μA关机电流

2. 智能手表

• ‌技术亮点‌：
  • 6MHz同步时钟保证多设备动画一致
  • 指数调光曲线实现平滑亮度过渡
  • 3mm×3mm小封装节省空间

3. VR控制器

• ‌特殊需求满足‌：
  • 24kHz PWM避免可听噪声
  • 相位错位调光降低输入纹波
  • 自主动画减轻主机MCU负担

六、设计资源推荐

1. ‌开发工具‌：
   • LP5813EVM评估模块
   • WEBENCH® LED Designer在线设计工具
2. ‌参考设计‌：
   • TIDA-060011：蓝牙耳机RGB指示方案
   • TIDA-050042：智能手表多区背光驱动
3. ‌仿真模型‌：
   • PSpice行为级模型
   • IBIS I/O缓冲器模型