線性科技LTC3218：小體積大能量的相機LED電荷泵芯片

在電子設備的設計中，特別是涉及到相機LED照明的應用，一款性能出色的電荷泵芯片至關(guān)重要。今天我們就來深入了解一下Linear Technology的LTC3218，一款專為驅(qū)動高電流LED而設計的低噪聲、高電流電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器。

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芯片特性亮點

高性能模式與保護機制

LTC3218具備多種優(yōu)秀特性。它采用低噪聲恒定頻率運行，擁有1x或2x升壓模式的多模式操作，還能實現(xiàn)自動模式切換，能根據(jù)實際需求靈活調(diào)整，提高效率。在輸出電流方面表現(xiàn)強勁，從鋰離子/聚合物輸入可提供150mA連續(xù)電流和400mA脈沖電流。為了保護LED，芯片設置了2秒的閃光電流超時功能，同時具備自動軟啟動輸出斷開功能，防止啟動時的浪涌電流對芯片和LED造成損害。

簡潔設計與低元件需求

該芯片的設計十分簡潔，無需電感，內(nèi)部集成了220mΩ的高端電流檢測電阻，只需一個電阻就能完成編程。其應用電路非常小巧，采用3mm × 2mm DFN封裝，所有元件高度均小于1mm，非常適合小型電池供電的應用場景，如數(shù)碼相機和手機的LED手電筒/閃光燈電源。

電氣特性解析

輸入與輸出參數(shù)

LTC3218的輸入電源工作電壓范圍為2.9V至4.5V，在不同模式下的工作電流和關(guān)斷電流都有明確的參數(shù)。例如，在1x模式且Icpo = 0mA時，IVIN工作電流典型值為980μA；在關(guān)斷模式下，當ENF = ENT = LOW且VCPo = 0V時，IVyIN關(guān)斷電流最大為3μA。

LED電流控制

LED電流控制是該芯片的重要特性之一。通過不同的引腳設置和電阻編程，可以精確控制LED的火炬電流和閃光電流。例如，當ILED = 50mA且ENT = HIGH、ENF = LOW時，火炬電流比（LED/ISET）在765 - 935 A/A之間；當ILED = 150mA且ENT = LOW、ENF = HIGH時，閃光電流比（ILED/ISET）在2205 - 2695 A/A之間。

其他電氣參數(shù)

芯片的電荷泵輸出鉗位電壓為5.3V，1:1模式輸出阻抗為1.3Ω，1:2模式輸出阻抗為7Ω，時鐘頻率為1MHz。ENF、ENT引腳的高低電平輸入電壓和輸入電流也有相應的規(guī)定，同時ENF引腳還有2秒的安全定時器，防止LED因長時間通電而損壞。

典型應用與電路設計

典型應用電路

典型應用電路中，輸入電壓范圍為2.9V至4.5V，通過電容和芯片的配合為LED提供電源。電路中使用了2.2μF和4.7μF的電容，通過ENT和ENF引腳控制芯片的工作模式，ISETF和ISETT引腳用于設置LED的電流。不同的引腳組合可以實現(xiàn)不同的LED電流輸出，如0（關(guān)斷）、100mA（火炬）、290mA和390mA（閃光）等。

引腳功能

芯片的各個引腳都有明確的功能。CP和CM引腳用于連接電荷泵飛跨電容，CPO引腳是電荷泵的輸出，ILED引腳是LED電流輸出，ENT和ENF引腳分別用于控制火炬模式和閃光模式以及關(guān)斷模式，ISETT和ISETF引腳用于編程LED的火炬電流和閃光電流，GND引腳接地，VIN引腳提供電源。

工作原理與性能特點

工作模式與電流調(diào)節(jié)

LTC3218采用開關(guān)電容電荷泵為高電流LED提供編程調(diào)節(jié)電流。啟動時經(jīng)過軟啟動階段進入1x模式，在此模式下，通過開關(guān)將VIN連接到CPO，并調(diào)節(jié)開關(guān)強度來實現(xiàn)所需的LED電流，這種模式能提供最大效率和最小噪聲。當LED正向電壓接近該模式下CPO的最大電壓時，芯片會在軟啟動后切換到2x模式。

保護機制

芯片具備多種保護機制。熱保護方面，當結(jié)溫超過約165°C時，熱關(guān)斷電路會使芯片進入低功耗模式，當結(jié)溫降至約150°C時，芯片會重新啟用。ENF引腳有2秒超時功能，防止LED因長時間高電流工作而損壞。短路保護方面，當CPO無法充電到超過1V或在工作中被拉低至1V以下時，芯片會被禁用。軟啟動功能通過在約80μs內(nèi)線性增加輸出電荷存儲電容的可用電流量，防止啟動和模式切換時的浪涌電流。

元件選擇與布局考慮

電容選擇

電容的選擇對芯片性能影響很大。輸入和輸出電容建議使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容，以減少噪聲和紋波。CPO電容的大小直接影響輸出紋波，增大其值可降低紋波，但會增加啟動電流。飛跨電容必須使用陶瓷電容，且實際電容值至少為1.6μF，不同材料的電容在溫度和電壓變化時電容值變化不同，應根據(jù)實際情況選擇。

布局考慮

由于芯片的高開關(guān)頻率和瞬態(tài)電流，需要精心設計電路板布局。應使用真正的接地平面，并確保所有電容的連接短而直接，以提高性能和保證在各種條件下的正常調(diào)節(jié)。飛跨電容引腳的高邊沿速率波形可能會產(chǎn)生電容耦合和磁場干擾，可使用法拉第屏蔽來解耦電容能量傳輸。同時，要注意各引腳的布線寬度和LED焊盤的大小，以確保良好的散熱和低電感。

相關(guān)產(chǎn)品對比

Linear Technology還有一系列相關(guān)的LED驅(qū)動芯片，如LTC3200 - 5、LTC3201等。這些芯片在輸出電壓、可驅(qū)動的LED數(shù)量、工作頻率、靜態(tài)電流等方面各有特點。與LTC3218相比，它們適用于不同的應用場景，工程師可以根據(jù)具體需求進行選擇。

總的來說，LTC3218以其小巧的體積、豐富的功能和出色的性能，為相機LED照明應用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設計中，工程師需要根據(jù)具體的應用場景和需求，合理選擇元件和進行電路板布局，以充分發(fā)揮芯片的優(yōu)勢。大家在使用LTC3218或者其他類似芯片時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。