2014-06+车用LED驱动器+数据手册+TLD5098EL+应用于大功率LED驱动的直流-直流多拓扑控制器IC

Infineon LED驱动器TLD5098EL应用于大功率 LED驱动的直流 - 直流多拓扑控制器 IC数据手册版本 1.1, 2014/6/17汽车功率电子TLD5098EL数据手册 2 版本 1.1, 2014/6/17 目录目录1 概况 3 2 功能框图 4 3 引脚配置 5 3.1 引脚分配 5 3.2 引脚定义和功能 .5 4 产品特性 7 4.1 最大绝对额定值 7 4.2 工作范围 8 4.3 热阻抗 9 5 开关稳压器 10 5.1 描述 10 5.2 电气特性 11 6 振荡器和同步 13 6.1 描述 13 6.2 电气特性 14 7 使能与调光功能 16 7.1 描述 16 7.2 电气特性 17 8 线性稳压器 19 8.1 描述 19 8.2 电气特性 20 9 保护和诊断功能 21 9.1 描述 21 9.2 电气特性 26 10 模拟调光 27 10.1 模拟调光用途 27 10.2 描述 27 10.3 电气特性 31 11 应用信息 32 11.1 更多应用信息 38 12 封装 39 13 修订历史 40 数据手册 3 版本 1.1, 2014/6/17 多拓扑大功率 LED 直流 - 直流 ICTLD5098ELTLD5098EL1 概况产品特点 4.5 至 45V的宽输入电压范围 恒定电流或恒定电压调节 升压，降压，降压 - 升压 ,SEPIC及 Flyback 拓扑结构的 LED驱动 较低的关机电流 I q_OFF VIVCC,RTH,d; 可能出现参数偏差4.2.2 电源电压额定范围 VIN 8 34 V –4.2.3 反馈电压输入 VFBH;VFBL3 60 V –4.2.4 结温 Tj -40 150 C –1 未经过生产测试，为设计规定值。注释在工作范围内， IC 如电路说明中所述运行。电气特性参数是相关电气特性表所列条件规定下的参数。数据手册 9 版本 1.1, 2014/6/17 TLD5098EL产品一般特性4.3 热阻抗注释生成的热学数据与 JEDEC JESD51标准保持一致。如欲了解更多信息，请访问 www.jedec.org位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大4.3.1 结至外壳 12 RthJC – 10 – K/W –4.3.2 结至周围环境 13 RthJA – 47 – K/W 2s2p 4.3.3 RthJA – 54 – K/W 1s0p 600 mm 24.3.4 RthJA – 64 – K/W 1s0p 300 mm 21 未经过生产测试，为设计规定值。2）冷却板上自然对流情况下仿真 RthJC ，（所有引脚和散热焊盘固定为环境温度）。 Ta25 C; IC 耗散 1W。3） FR4绝缘板上自然对流情况下，根据 JEDEC 2s2p JESD 51-7 JESD 51-5 和 JEDEC 1s0p JESD 51-3 散热片面积，规定 RthJA ； 76.2 x114.3 1.5mm的电路板上模拟器件。 2S2P板有 2个外铜层（ 2 70μ m Cu）和 2内部铜层（ 2 30μ m Cu）。散热焊盘下有一排散热过孔阵列（直径 0.3mm和 25μ m的电镀层），并且散热过孔阵列把第一外层（顶部）连接到 JEDEC PCB的第一内层和第二外层（底部）。 Ta25 C； IC耗散 1W。TLD5098EL数据手册 10 版本 1.1, 2014/6/17 开关稳压器5 开关稳压器5.1 描述TLD5908EL稳压器适用于升压，降压，降压 - 升压， SEPIC和返驰式结构。恒定输出电流特别适用于发光二级管（ LED）应用。开关稳压器功能是通过脉冲宽度调制（ PWM）电流模式控制器来实现。为了获得恒定输出电流， PWM电流模式控制器利用流过外部电源开关的峰值电流和输出电流的误差确定相应的脉冲宽度占空比。电流模式控制器提供给内部栅极驱动一个 PWM信号，然后输出到外部 n通道增强模式金属氧化物场效应晶体管（ MOSFET）功率开关。电流模式控制器具有内置斜坡补偿功能，以防止产生次谐波振荡，其是在高占空比（ 50％占空比）工作时电流模式控制器的特性之一。其他内置功能还包括集成式软启动功能，该功能通过初始化期间的电感器和外部电源开关，限制电流。在高于 t SS （参数 5.2.9 ）时，软启动功能逐渐增强电感和开关电流，以最小化输出端的潜在过压。图 3 开关稳压器功能框图TLD5098EL数据手册 11 版本 1.1, 2014/6/17 开关稳压器5.2 电气特性1 表 1 开关稳压器电气特性VIN 8V 到 34V; Tj -40 ℃ 至 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大稳压器 5.2.1 反馈基准电压 VREF 0.29 0.30 0.31 V 参考 图 29VREF VFBH -VFBLVSET 5VI LED 350 mA5.2.2 反馈基准电压 VREF 0.057 0.06 0.063 V 参考 图 29VREF VFBH -VFBLVSET 0.4VI LED 70mA5.2.3 反馈基准电压偏移VREF_offset – – 5 mV 参考 图 17和 图 29VREF VFBH -VFBL VSET 0.1V VOUTVIN5.2.4 电压线调整率 Δ VREF /VREF /Δ VIN– – 0.15 /V 参考 图 29VIN 8V to 19V; VSET 5V;I LED 350mA5.2.5 电压负载调整率 Δ VREF /VREF /Δ I BO– – 5 /V 参考 图 29VSET 5V; I LED 100 到 500mA5.2.6 开关峰值过流阈值VSWCS 130 150 170 mV VFBH VFBL 5VVCOMP 3.5V5.2.7 占空比最大值 DMAX,fixed 91 93 95 固定频率模式5.2.8 占空比最大值 DMAX,sync 88 – – 同步模式5.2.9 软启动时间 t SS 350 1000 1500 μs VFB 从 5上升到 95的典型值5.2.10 IFBH 差分电流采样的正端I FBH 38 46 54 μA VFBH - VFBL 0.3V 5.2.11 IFBL 差分电流采样的负端I FBL 15 21 27 μA VFBH - VFBL 0.3V 5.2.12 开关电流检测输入电流I SWCS 10 50 100 μA VSWCS 150mV 5.2.13 输入欠压关断 VIN,off 3.5 – 4.5 V VIN 下降5.2.14 输入电压启动 VIN,on – – 4.85 V VIN 升高1 未经过生产测试，为设计规定值。TLD5098EL数据手册 12 版本 1.1, 2014/6/17 开关稳压器表 1 开关稳压器电气特性VIN 8V 到 34V; Tj -40 ℃ 至 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大外部开关栅极驱动5.2.15 栅极驱动峰值源电流I SWO,SRC – 380 – mA 1 VSWO 1V 到 4V 5.2.16 栅极驱动峰值灌电流I SWO,SNK – 550 – mA 1 VSWO 4V 到 1V 5.2.17 栅极驱动输出上升时间 t R,SWO – 30 60 ns 1 CL,SWO 3.3nF; VSWO 1V 到 4V5.2.18 栅极驱动输出下降时间 t F,SWO – 20 40 ns 1 CL,SWO 3.3nF; VSWO 4V 到 1V5.2.19 栅极驱动输出电压 VSWO 4.5 – 5.5 V 1 CL,SWO 3.3nF; 1 未经过生产测试，为设计规定值。TLD5098EL数据手册 13 版本 1.1, 2014/6/17 振荡器和同步6 振荡器和同步6.1 描述内部振荡器用于确定升压调节器的开关频率。把外部电阻接地，在 100 kHz 到 500 kHz 的范围选择开关频率。为了设置带有外部电阻的开关频率，使用下面的公式计算此外，振荡器可以从外部时钟源 , 把通过外部电阻设置的频率变为同步频率。如果 FREQ/SYNC引脚上有外部时钟源，那么内部振荡器会与这个外部时钟频率同步，并且按同步频率切换升压调节器。同步频率捕获范围在 250 kHz 到 500 kHz 。图 4 振荡器和同步功能框图以及应用电路简图图 5 同步时序图TLD5098EL数据手册 14 版本 1.1, 2014/6/17 振荡器和同步6.2 电气特性表 2 振荡器和同步电气特性VIN 8V 至 34V; Tj -40 ℃至 150℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大振荡器 6.2.1 振荡器频率 f FREQ 250 300 350 kHz RFREQ 20k Ω6.2.2 振荡器频率调节范围f FREQ 100 – 500 kHz 6.2.3 FREQ/SYNC 源电流I FREQ – – -700 μA VFREQ 0V6.2.4 频率电压 VFREQ 1.16 1.24 1.32 V f FREQ 100kHz 同步6.2.5 同步频率捕获范围f SYNC 250 – 500 kHz –6.2.6 同步信号逻辑高电平有效VSYNC,H 3.0 – – V 1 2 6.2.7 同步信号逻辑低电平有效VSYNC,L – – 0.8 V 1 2 6.2.8 同步信号逻辑高脉冲宽度t SYNC,PWH 200 – – ns 1 2 1 外部 PWM ON信号同步到下降沿。2 未经过生产测试，为设计规定值。TLD5098EL数据手册 15 版本 1.1, 2014/6/17 振荡器和同步振荡器典型性能特征开关频率 f SW 与频率选择对地电阻 RFREQ/SYNC间的关系TLD5098EL数据手册 16 版本 1.1, 2014/6/17 使能与调光功能7 使能与调光功能7.1 描述使能功能的作用是打开或关闭器件。使能引脚 EN/PWMI上逻辑低电平信号有效时关闭器件，消耗电流小于 I q_OFF 见参数 7.2.14 ）。使能引脚 EN/PWMI上逻辑高电平信号有效时打开器件。使能功能具有集成式下拉电阻，来确保在使能引脚 EN开路的情况下，电路关闭，功率开关在 OFF状态。除了上面描述的使能功能外， EN/PWMI引脚还负责检测脉冲宽度调节（ PWM）输入信号，内部栅极驱动提供信号。内部栅极驱动在 PWMO引脚输出相同 PWM信号给到外部 N通道增强模式 MOSFET用于 PWM对 LED负载调光。通过 PWM对LED调光是普遍使用的调光方法，可以避免 LED光源发生色移。此外， PWM输出功能还可以用于驱动除 LED负载之外的其他类型负载。使能和 PWM输入功能使用同一个引脚。因此， EN/PWMI引脚的逻辑低电平信号有效时需要区分是使能功率 OFF或是 PWM调光低电平信号。通过使 EN/PWMI引脚上的使能 OFF在使能关闭延迟时间内 t EN,OFF,DEL 见 7.2.6 保持低电平的方式，区分是使能 OFF还是 PWM调光信号。图 6 功能框图和应用电路简图以及 LED调光TLD5098EL数据手册 17 版本 1.1, 2014/6/17 使能与调光功能图 7 使能与 LED调光时序图7.2 电气特性表 3 使能与调光功能电气特性VIN 8V 到 34V; Tj -40 ℃ 到 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大使能 /PWM输入7.2.1 使能 /PWMI 开启阈值VEN/PWMI,ON 3.0 – V –7.2.2 使能 /PWMI 关断阈值VEN/PWMI,OFF – – 0.8 V –7.2.3 使能 /PWMI滞回区 VEN/PWMI,HYS 50 200 400 mV 1 TLD5098EL数据手册 18 版本 1.1, 2014/6/17 使能与调光功能表 3 使能与调光功能电气特性VIN 8V 到 34V; Tj -40 ℃ 到 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大7.2.4 使能 /PWMI 高电平输入电流I EN/PWMI,H – – 30 μA VEN/PWMI 16.0V 7.2.5 使能 /PWMI 低电平输入电流I EN/PWMI,L – 0.1 1 μA VEN/PWMI 0.5V7.2.6 使能关闭延迟时间t EN,OFF,DEL 8 10 12 ms –7.2.7 PWMI最小占空比时间 t PWMI,H 4 – – μs –7.2.8 使能功能启动时间 t EN,START 100 – – μs 1调光开关栅极驱动7.2.9 PWMO栅极驱动峰值源电流I PWMO,SRC – 230 – mA 1 VPWMO 1V to 4V 7.2.10 PWMO栅极驱动峰值灌电流I PWMO,SNK – 370 – mA 1 VPWMO 4V 到 1V 7.2.11 PWMO栅极驱动峰值输出上升时间t R,PWMO – 50 100 ns 1 CL,PWMO 3.3nF; VPWMO 1V 到 4V7.2.12 PWMO栅极驱动峰值输出下降时间t F,PWMO – 30 60 ns 1 CL,PWMO 3.3nF; VPWMO 4V 到 1VPWMO栅极驱动峰值输出电压VPWMO 4.5 – 5.5 V 1 CL,PWMO 3.3nF; 消耗电流7.2.14 电流消耗，关断模式 I q_OFF – – 10 μA VEN/PWMI 0.8 V; Tj ≤ 105C; VIN 16V7.2.15 电流消耗 , 激活模式 2 I q_ON – – 7 mA VEN/PWMI ≥ 4.75V;I BO 0mA;VSWO 0 占空比1 未经过生产测试，为设计规定值。2 依赖于开关频率和升压栅极电荷和调光开关。TLD5098EL数据手册 19 版本 1.1, 2014/6/17 线性稳压器8 线性稳压器8.1 描述内部线性稳压器提供 5V的典型电压和高达 I LIM,min 电流 参数 8.2.2 的内部栅极驱动。为了提高稳定性并且缓冲瞬态负载电流， IVCC引脚上需要的 ESR小于 RIVCC,ESR 参数 8.2.5 的 外部输出电容 。 正常工作时，外部升压和调光 MOSFET开关从线性稳压器及其输出电容，产生瞬态电流。输出电容必须具有适当尺寸，因为需要给外部 MOSFET开关的栅极提供足够大的峰值电流。外部开关 MOSFET的集成欠压保护集成式欠压复位阈值电路监控线性稳压器输出电压并且一旦输出电压低于 I VCC欠压复位关闭阈值时（ VIVCC,RTH,d ，见参数 8.2.7 ）对器件进行复位。栅极驱动电压足够大到可以提高外部逻辑电平 N- 通道 MOSFET的栅极，这样一来， IVCC引脚欠压复位阈值保护外部开关产生过多的功率耗散。IN 14 1 IVCC Linear RegulatorEN / PWMI 13 Gate Drivers图 8 稳压器功能框图和应用电路简图TLD5098EL数据手册 20 版本 1.1, 2014/6/17 线性稳压器8.2 电气特性表 4 线性稳压器电气特性VIN 8V 至 34V; Tj -40 ℃ 至 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大8.2.1 输出电压 VIVCC 4.85 5 5.15 V 6V ≤ VIN ≤ 45V0.1mA ≤ I IVCC ≤ 50mA8.2.2 输出电流限值 I LIM 51 – 90 mA VIN 13.5V VIVCC 4.5V8.2.3 下降电压 VDR – – 0.5 V VIN 4.5V I IVCC 25mA8.2.4 IVCC缓冲电容 CIVCC 0.47 1 100 μF 1 2 8.2.5 IVCC缓冲电容 ESR RIVCC,ESR – – 0.5 Ω 18.2.6 欠压复位馀量 VIVCC,HDRM 100 – – mV VIVCC 下降VIVCC - VIVCC,RTH,d8.2.7 IVCC欠压复位关闭阈值 VIVCC,RTH,d 3.6 – 4.0 V 3 VIVCC 下降。8.2.8 IVCC 欠压复位打开阈值 VIVCC,RTH,i – – 4.5 V VIVCC 上升1 未经过生产测试，为设计规定值。2 保持稳压器的稳定性 , 需要给出最小值 ; 实际应用中 , 可能会需要高于最小值的电容。3）外部开关 MOSFET选择是关键因素，以及 VIVCC,RTH,d 最小值，因为恶劣环境下必须考虑 VGS。TLD5098EL数据手册 21 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能9 保护和诊断功能9.1 描述TLD5098EL具有集成式诊断和保护电路，防止输出过压，负载开路，反馈开路和过温故障。此外，监控 FBH和 FBL，一旦 LED负载对 GND短路（参见图 15），稳压器停止运作并会保护系统。一旦发生六类故障之一， PWMO和 IVCC信号会变为逻辑低电平信号有效，以示发生故障（详见图 9及图 10描述）。图 11描述负载开路和反馈开路情况。一旦发生过温故障，集成的热关断保护功能关闭栅极驱动和内部线性稳压器。典型结温关闭温度为 175 C（ Tj,SD ,见参数 9.2.2 ）。温度下降冷却后， IC自动重启。热关断功能是集成式的保护功能，旨在防止损坏 IC，正常工作时，则不需要使用（图 13）。计算适当过压保护的电阻值，参见图 14。图 9 保护和诊断功能框图TLD5098EL数据手册 22 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能Input OutputCondition Level* SWO PWMO IVCC Overvoltage Output False Sw* H or Sw* Active True L L Active Open Load False Sw* H or Sw* Active True L L Active Short to GND LED chainFalse Sw* H or Sw* Active True L L Active Open Feedback False Sw* H or Sw* Active True L L Active Overtemperature False Sw* H or Sw* Active True L L Shutdown Undervoltage InputFalse Sw* H or Sw* Active True L L Shutdown *Note Sw Switching False Condition does not exist True Condition does exist图 10 诊断真值表图 11 负载开路以及反馈开路情况TLD5098EL数据手册 23 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能图 12 负载开路 , 过压以及过温时序图TLD5098EL数据手册 24 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能VEN/PWMIHL tTjTjSD ΔΤTjSOTa tVSWOtI LEDI peaktVPWMOtVIVCC5VDevice OFF Normal Operation Overtemp Fault ON OvertempFault ON OvertempFaulttON OvertempFault图 13 器件过温保护TLD5098EL数据手册 25 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能图 14 过压保护图 25所示升压输出和电池正极接负载 B2B 对地短路保护FBH和 FBL引脚具有对地短路保护阈值 V FBL,FBH_S2G 。如果这些引脚上的电压低于这个阈值，器件停止工作。这意味着 PWMO信号变为失效状态（低电势）并且对应的 p- 通道（ TDIM2）相应关闭，保护 LED模块。 B2B应用中，需要一些外部元件确保短路发生时的低电压。 D1和 D2是低功率二极管（ BAS16-03W），需要电阻 Rlim （ 10kOhm）限制流过该路径的电流。二极管 D2应使用高功率二极管，在发生对地短路时，保护 RFB 和 FBH和 FBL引脚。短路检测和保护还要考虑 LED模块可能发生的潜在故障，通过两根线（分别在 LED链路的起始端和末端）把其与 ECU分离开。如果短路情况消失，器件会通过软启动重启。图 15 对地短路保护机制TLD5098EL数据手册 26 版本 1.1, 2014/6/17 保护和诊断功能9.2 电气特性表 5 保护和诊断功能电气特性VIN 8V 至 34V; Tj -40 ℃ 至 150 ℃ , 所有电压均指对地，正电流流入引脚（除非另有说明）位置 参数 符号 限值 单位 条件最小 典型 最大短路保护9.2.1 FBH 和 FBL短路故障检测共模范围温度保护VFBL,FBH_S2G 1.5 – 2 V 参见 图 15VFBHVFBL 降低9.2.2 过温关闭 Tj,SD 160 175 190 C 1 参见 图 139.2.3 过温关闭滞回区Tj,SD,HYST – 15 – C 1过温保护9.2.4 输出过压反馈阈值上升VOVFB,TH 1.21 1.25 1.29 V 参考 图 149.2.5 输出过压反馈滞回区VOVFB,HYS 50 – 150 mV 1 输出电压下降9.2.6 过压反应时间 t OVPRR 2 – 10 μs 输出电压下降9.2.7 过压反馈输入电流I OVFB -1 0.1 1 μA VOVFB 1.25V 负载开路和反馈开路诊断9.2.8 开路 / 反馈开路阈值VREF,1,3 -100 – -20 mV 参考 图 11VREF VFBH - V FBL开路 1或 3 9.2.9 反馈开路阈值 VREF,2 0.5 – 1 V VREF VFBH - V FBL开路 2 1 未经过生产测试，为设计规定值。注释器件集成的保护功能旨在防止 IC 在数据表描述的故障条件下损坏。故障条件视为“超出”正常工作范围。保护功能不用于持续的重复操作。TLD5098EL数据手册 27 版本 1.1, 2014/6/17 模拟调光10 模拟调光根据外部参考电压（ VSET），这个引脚产生的内部电流会影响反馈电压误差放大器。如果不需要模拟调光功能 , 该引脚必须连接至 IVCC或是外部 1.6V 电源。 图 18描述不同应用方案。此引脚也可以置于 ECU之外，例如，如果在分离的 LED模块上连接一个热敏电阻，模拟调光输入用于对 LED热保护。如果使该引脚具有反向电池保护功能的话，应放置一个外部串联电阻来限制电流。10.1 模拟调光用途1）对 LED制造商来说，制造具有相同亮度，色点以及正向电压的 LED，始终是一个难题。由于这些关键的 LED参数具有相对较为宽泛的范围，客户会从一个或是最多两个不同色点类别选择 LED并下单。 LED制造商必须预先选择 LED，给出所要求的色点类别。这些预选的 LED在色点上保持一致，但是亮度上会有所差别。为了较正亮度偏差，需要模拟调光功能。通过 SET引脚上的外部电压 VSET ，调节 LED平均电流。2）如果 DC/DC应用与 LED负载分离，那么 ECU制造商的目标是研发一种可以处理不同负载电流情况的硬件（例如， 80mA到 400mA）以涵盖不同应用。为了达到 LED平均电流调节目的，模拟调光功能非常关键。10.2 描述应用示例预期 LED电流 400mA。利用下面公式，计算准确的反馈电阻 RFB 如果关闭模拟调光功能并且 VSET 1.6V ，该公式有效。SET引脚上的电压（ VSET）控制在 0V到 1.6V 之间，可使 LED平均电流减小。 公式中的数学关系如下所示如果 VSET 为 100mV，仅通过比较器的内部偏置电压确定 LED电流。对于本示例，如果 VSET 1.6V 电势（例如， IVCC电势）。5）代替 DAC，μ C可以提供 PWM信号和一个外部 R-C滤波器生成用于模拟调光的恒定电压。电平大小取决于 PWM频率（ f PWM）和占空比（ DC），读取 LED模块上的编码电阻后，μ c软件可以控制 PWM频率和占空比。TLD5098EL数据手册 30 版本 1.1, 2014/6/17 模拟调光图 18 不同应用的模拟调光