探索LM2794/95：高效LED电源解决方案

在电子设备日益小型化和高性能化的今天，LED作为一种高效节能的光源，被广泛应用于各种设备中。而如何为LED提供稳定、高效的电源，成为了电子工程师们关注的焦点。今天，我们就来深入探讨一款来自德州仪器（TI）的电流调节开关电容LED电源——LM2794/95。

文件下载：lm2794.pdf

产品概述

LM2794/95是一款分数CMOS电荷泵，能够提供四个调节电流源。它的输入电压范围为2.7V至5.5V，可通过外部感测电阻确定并维持恒定电流。该器件可驱动1至4个白光LED，最大输出电流可达80mA，并且支持模拟和PWM亮度控制。

产品特性

精准电流匹配

任何两个输出之间的调节电流源匹配精度高达±0.5%，确保了LED亮度的一致性，这在对亮度均匀性要求较高的应用中尤为重要。

高效升压功能

具备高效的3/2升压功能，能够在较低的输入电压下为LED提供足够的驱动电压，提高了电源的利用效率。

宽输入电压范围

2.7V至5.5V的输入电压范围，使其能够适配多种电源，如单节锂离子电池，适用于各种便携式设备。

低功耗设计

关机电流仅为2.3µA（典型值），有效降低了设备的功耗，延长了电池续航时间。

小尺寸封装

采用薄型DSBGA封装（2.08mm X 2.403mm X 0.600mm），无需电感，大大减小了解决方案的尺寸，适合对空间要求较高的应用。

恒定开关频率

325kHz（最小值）的恒定开关频率，产生可预测的噪声频谱，减少了对其他敏感电路的干扰。

应用领域

• 白光LED显示背光：为显示屏提供均匀的背光，提高显示效果。
• 白光LED键盘背光：使键盘在低光照环境下也能清晰可见。
• 单节锂离子电池供电设备：如PDA、手持PC、手机等，为这些设备的LED提供稳定的电源。

技术细节

亮度控制

LM2794/95支持线性和PWM两种亮度控制技术。通过在BRGT引脚施加0V至3.0V的电压，可以线性调节LED电流；或者在SD引脚施加PWM信号，改变LED的感知亮度。

引脚功能

引脚	名称	功能
A1	C1+	C1的正端
B2	C1 -	C1的负端
C1	V IN	电源电压输入
D2	GND	电源地输入
E1	C2 -	C2的负端
E3,E5,E7,D6	D1 - 4	电流源输出，直接连接到LED
C7	I SET	电流感测输入，连接1%电阻到地以设置通过LED的恒定电流
B6	BRGT	可变电压输入，控制输出电流
A7	SD	LM2794具有低电平有效关机引脚（LOW = 关机，HIGH = 工作）；LM2795具有高电平有效关机引脚（HIGH = 关机，LOW = 工作），并上拉至V IN
A5	C2+	C2的正端
A3	P OUT	电荷泵输出

绝对最大额定值

参数	额定值
VIN	-0.5至6.2V max
SD	-0.5至(VIN+0.3V) w/ 6.2V max
BRGT	-0.5至(VIN+0.3V) w/ 6.2V max
连续功率耗散	内部限制
TJMAx	135°C
JA	125°C/W
存储温度	-65°C至+150°C
引脚温度（焊接，5秒）	260°C
ESD评级（人体模型）	2kV
ESD评级（机器模型）	200V

电气特性

在不同的输入电压和负载条件下，LM2794/95的输出电流、电压等参数都有明确的规定。例如，在3.0V ≤ VIN ≤ 5.5V，Vpx ≤ 3.8V，BRGT = 50mV的条件下，输出Dx的可用电流最小值为15mA，典型值为16.8mA。

应用信息

电路描述

LM2794/5是一款1.5x/1x CMOS电荷泵，具有四个匹配的恒定电流输出，每个输出能够驱动高达20mA的白光LED。在输入电压低于4.7V（典型值）时，电荷泵将输出电压提升1.5倍；当输入电压达到或高于4.7V时，电荷泵进入直通模式，输出电压等于输入电压。

软启动

内部实现了软启动功能，通过缓慢提升参考电压，使LED输出电流与参考电压的提升速率成比例增加，避免了启动时的电流冲击。

关机模式

SD引脚可禁用器件，将静态电流降低至2.3µA（典型值）。LM2795的SD引脚为高电平有效，内部有上拉电阻；LM2794的SD引脚为低电平有效，无内部上拉或下拉电阻。

电容选择

建议使用表面贴装多层陶瓷电容，如X7R或X5R温度特性的电容，这些电容具有小尺寸、低成本和低等效串联电阻（ESR ≤15 mΩ 典型值）的优点。

LED选择

LM2794/5适用于驱动正向电压约为3.0V至4.0V的LED，推荐使用欧司朗（Osram）和日亚（Nichia）等品牌的LED。

电流选择程序

• PWM亮度控制：将BRGT引脚设置为0V，确定所需的最大LED电流，计算或选择合适的RSET值，然后通过在SD引脚施加PWM信号实现亮度控制。
• BRGT亮度控制：选择所需的最大LED电流和BRGT引脚的最大电压，确定RSET值，参考LED电流表进行调光。

电荷泵输出

LM2794/5的电荷泵输出（Pout）是一个未调节的开关电容转换器，增益为1.5。该输出可用于为其他电路提供额外的电流，但由于其未调节，建议在输入电压不稳定时使用线性稳压器。

输出电流能力

总输出电流能力主要受内部电流源的裕量电压要求限制。在设计时，需要考虑输入电压、LED正向电压、输出电阻和裕量电压等因素，以确保电流源能够正常调节。

并联输出

输出D1至D4可以任意组合连接，以驱动更高的电流。在并联输出时，RSET和BRGT应选择合适的值，使每个输出的电流为所需电流的50%。

热保护

当结温超过150°C（典型值）时，LM2794/5的内部热保护电路将禁用器件，当结温降至140°C（典型值）以下时，器件将恢复正常工作。

功率效率

LM2794/5的效率定义为LED消耗的功率与输入源消耗的功率之比。效率受LED电压的影响，在进行高级分析时，建议评估电路消耗的功率。

功率耗散

功率耗散和结温可以通过相关公式进行近似计算。在设计时，需要确保结温不超过最大工作额定值，否则需要降低最大环境温度额定值。

DSBGA安装

LM2794/5采用14凸块DSBGA封装，需要特定的安装技术。建议使用NSMD布局模式，以减少PCB上的应力，并防止焊点开裂。

总结

LM2794/95是一款功能强大、性能优越的LED电源解决方案，具有精准的电流匹配、高效的升压功能、宽输入电压范围、低功耗设计等优点。在实际应用中，电子工程师们可以根据具体需求，合理选择电容、LED和控制方式，以实现最佳的性能和效果。你在使用LM2794/95的过程中遇到过哪些问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。