MBI6655 恒流驱动IC应用手册

MBI6655 Preliminary Datasheet V1.02-SC 6-36V, 1安培,高效率之降压式 LED 驱动器

最大1A输出恒流

串3颗LED，350mA电流，输入电压为12V时的效率可达97% 输入电压范围6~36伏特

使用Hysteret芯片 PFM，不需外部补偿设计 可设定的恒定输出电流 内建0.3 低导通电阻的开关

全方位保护包括：启动过流保护(Start-Up)、过电流(OCP)、过热断电(TP)、LED开路与短路保护

特色

只需5个外部组件

产品说明

MBI6655为恒流、高亮度、降压型直流对直流转换器，可提供LED室内/户外照明应用具成本效益的解决方案，仅需5个外部组件，即可为大电流LED照明提供稳定之电流。MBI6655使用Hysteret芯片 PFM架构设计，不需要外部补偿电路，因此可简化电路设计。

MBI6655的输出电流可透过不同阻值的外接电阻来调整各输出级的电流大小，且可在DIM脚连接脉宽调变(PWM)讯号进行调光控制。

MBI6655的特色还包括一系列完整的芯片保护装置。启动过流保护装置(Start-Up)功能可限制芯片因电源启动时所产生的突波电流。过热断电装置(TP)和过电流(OCP)装置可确保系统稳定度，且LED开路与短路保护机制也可避免芯片在不正常运作的情况下损毁。MBI6655

目前提供散热性佳的SOT-89-5L和SOP-8L两种封装。

应用

广告招牌及装饰照明 高功率LED照明 恒流照明源

Macroblock, Inc. 2014

Floor 6-4, No.18, Pu-Ting Rd., Hsinchu, Taiwan 30077, ROC.

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应用电路图

VIN

MBI6655

DIM

GND

SEN

SW

RSEN: Viking, 0.14 , 1206, ±1% SMD Resistor

CIN: GOLDENCONNECTIONS, 10uF/50V, 5*11, DIP, electrolyt芯片 capacitor

COUT (Optional): GOLDENCONNECTIONS, 10uF/50V, 5*11, DIP, electrolyt芯片 capacitor COUT is required for output hot plug protection

CBP: GOLDENCONNECTIONS, 0.1uF/50V, X5R, 0603 SMD ceram芯片 capacitor L1: GANG SONG, GSDS106C2-680M D1: ZOWIE, SSCD206

图1

功能方块图

图2

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脚位图

SW

VIN

VINSENDIMNC

MBI6655

GNDDIM

Thermal Pad

NC

GNDGND

SEN

SW

脚位说明

Pin脚名称 GND SW DIM SEN VIN Thermal Pad

接地端 开关输出端 调光控制端 输出电流感应端 电源电压端

与GND*连接的散热端

功能

*为了减少噪声干扰，建议将散热片与PCB上的GND连接。此外，PCB上作为热传导用途的铜导线上焊接散热片，热传导功能将可改善。

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最大限定范围

超过最大限定范围内工作，将会损害芯片运作。操作在建议电压至最大限定范围时会降低其稳定度。

特性

电源电压 输出端电流

DIM脚位元的输出端耐受电压 SW脚位元的输出端耐受电压 接地端电流

消耗功率

(在四层印刷电路板上, Ta=25°C)* 热阻值

(在四层印刷电路板上仿真时)* 实测热阻值**

消耗功率

(在四层印刷电路板上, Ta=25°C)* 热阻值

(在四层印刷电路板上仿真时)* 实测热阻值** 接合点温度

芯片工作时的环境温度 芯片储存时的环境温度

GSB 包装

Rth(j-a)

Tj,maxGD 包装

Rth(j-a)

PD代表符号

最大工作范围

单位

VINIOUTVDIMVSWIGNDPDToprTstg*模拟时，PCB尺寸为76.2mm*114.3mm。参考JEDEC JESD51标准。 ** PCB尺寸为芯片的4倍大，且无额外的散热片。

***此为最大限定范围值，并非芯片工作时温度，越接近此最大范围值操作，芯片的寿命越短、可靠度越低；超过此最大限定范围工作时，将会影响芯片运作并造成毁损，因此建议的芯片工作温度(Topr)在125°C以内。

注：散热表现是与散热片面积、PCB层数与厚度相关。实测热阻值会与模拟值有所不同。使用者应根据所欲达到的散热表现，选择合适的封装与PCB布局，以增加散热能力。

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直流特性

测量条件为VIN=12V、VOUT=3.6V、L1=68μH、CIN=COUT=10μF，TA=25°C；除非其它条件定义。

特性 代表符号 测量条件 最小值 一般值 最大值单位

VIN电源电压 供应电流

输出端电流

输出端电流精确度 SW脚最小压差电压 效率 DIM管脚输入端电压

IOUTdIOUT/IOUT≤IOUT≤1000mA,

IOUT=1A △VSW

IN=12V, IOUT=350mA, V=OUT10.8V

- ±3 ±5 % - 0.3 - V IIN VININ内部传送延迟时间

VIH高电位位准

VIL低电位位准

Rds(on) 开关开启时之电阻 VIN=12V; 参考测试电路图(b)

最短开启时间* ns TONINTOFFINns最短关闭时间* DswSW工作周期建议的范围*

FreqMax 最大操作频率

电流感应

VIN=12V, V1=1V, 参考测试电路图

VSEN SEN脚平均电压

(c)

过热保护

TSD过热保护关闭值*

过热保护关闭之磁滞范围

TSD-HYS(Hysteresis)* 过电流保护

IN过电流保护关闭值*

DIM脚之调光控制

运用在DIM脚的PWM讯号

DutyDIM PWM频率: 1KHz 工作周期范围

*参数在生产过程中未经测试，为设计值。

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电气特性测试电路图

(a)

(b)

VVSEN

(c)

图3

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一般表现特性

请参考一般应用电路图，除非其它条件定义: VIN=12V, L1=68uH, CIN=COUT=10uF, TA=25°C. LED VF=3.6V; 2-LED VF=7.2V; 3-LED VF=10.8V; 4-LED VF=14.4V; 5-LED VF=18V

1. 效率vs. 输入端电压 @不同LED串联颗数

效率vs. 输入端电压

@ L1=22uH

图6

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图4

图5

Eff芯片

iency vs. input voltage @ L1=68uH

图9

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图7

图8

效率vs. 输入端电压

@ L1=100uH

图11

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA

图10 图12

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2. 效率vs. LED 串联颗数 @不同输入端电压

效率vs. LED 串联颗数

@ L1=22uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图13

图14

图15

效率vs. LED 串联颗数

@ L1=68uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图16

图17

图18

效率vs. LED 串联颗数

@ L1=100uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图19

图20

图21

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3. 输出端电流 vs. 输入端电压 @在不同LED串联颗数

输出端电流 vs. 输入端电压 @ L1=22uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图22

图23

图24

输出端电流 vs. 输入端电压 @ L1=68uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图25

图26

图27

输出端电流 vs. 输入端电压 @ L1=100uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图28

图29

图30

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4. 输出端电流 vs. 输入端电压 @不同电感

输出端电流 vs. 输入端电压 @ 串联1颗LED

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图31

图32

图33

输出端电流 vs. 输入端电压 @ 串联2颗LED

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图34

图35

图36

输出端电流 vs. 输入端电压 @ 串联3颗LED

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图37

图38

图39

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5. 输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ 不同输入端电压

输出端电流 vs. LED 串联颗数

@ L1=22uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图40

图41

图42

输出端电流 vs. LED 串联颗数

@ L1=68uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA Fig. 43 Fig. 44 Fig. 45

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ L1=100uH

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图46

图47

图48

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6. 输出端电流 vs. LED 串联颗数 @不同电感

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN=12V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图49

图 50

图51

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN

=24V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图52

图53

图54

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN

=36V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图55

图56

图57

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7. 切换频率 vs. LED串联颗数 @不同电感

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN=12V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图58

图59

图60

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN=24V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图61

图62

图63

输出端电流 vs. LED 串联颗数 @ VIN

=36V

IOUT=1A IOUT=700mA IOUT=350mA 图64

图65

图66

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产品应用信息

MBI6655为操作简单及高效率的降压转换器(buck converter)，可驱动最大1A的电流负载量。MBI6655以Hysteret芯片 PFM技术控制为基础，此机制可让芯片在输入电压与负载电流波动时，操作频率保持相对的稳定运作。此技术无需回路补偿并具有快速负载瞬时响应(load transient response)且容易设计。

设定输出端电流

输出端电流(IOUT)是透过外接电阻(RSEN)所设定。IOUT 与 RSEN 关系如下所示： VSEN=0.1V;

RSEN=(VSEN/IOUT)=(0.1V/IOUT); IOUT=(VSEN/RSEN)=(0.1V/RSEN)

此处之RSEN为与SEN端相连的外接电阻阻值，而VSEN为外接电阻的电压。电流大小(当作为RSEN时)在电阻值为0.1 时约为1000mA。

最小输入端电压与启动过流保护

最小输入端电压是包括落在RSEN、RS、L1的DCR与内部MOSFET的Rds(on)上的跨压，以及全部LED顺向电压的加总所决定的值。LED的动态电阻(RS)为线性顺向电压斜率的相反值，此特性可由LED制造商提供。MBI6655应用电路之等效输入阻抗(equivalent impedance)如图67所示，例如在芯片启动时，当输入端电压小于最低所需输入电压，而输出端电流将会大于电路所设定的输出电流，此时启动保护设计将使最大电流限制在1.15倍的设定电流，以保护芯片与LED，如图68所示。

图67 MBI6655应用电路中的等效阻抗

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PWM调光控制

LED的亮度可以透过连接至MBI6655 DIM脚以PWM讯号进行调光。当PWM讯号为Low时(低于0.5V)，MBI6655内部的MOSFET会关掉并且停止提供电流给LED。MBI6655内置的pull-up电路可确保DIM脚空接时保持开启状态，所以不须外挂pull-up电阻。图69与图70可看出MBI6655在调光应用时的良好线性表现。

图69 DIM 工作周期

: 1% ~ 100% 图69 DIM 工作周期: 1% ~ 10%

LED开路保护机制

MBI6655内建LED开路保护。当LED开路时，MBI6655内部的MOSFET会停止切换动作并将LED电流降至0mA。 如图71所示。

VSW

VOUTIINIOUT

开路保护波形图 图71

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LED短路保护机制

MBI6655另内建LED短路保护。当LED短路时，其内部的MOSFET会维持切换的动作，LED电流会维持在设定的电流值，如图72所示。

VSW

VOUTIINIOUT

图72.

短路保护波形图

过热保护功能

当芯片温度超过

TX临界值(165°C)时，过热保护功能会关闭输出端电流，让芯片温度下降，如图73所示。SW脚则停止切换，且关闭输出端电流。一旦温度低于135°C时，输出端电流将再开启。这种关与开的转换状态属高频率动作，较不易察觉闪烁现象，由于电流平均值受到控制，因此芯片可避免过热而损坏。

VINVSW

VOUTIOUT

图73. 过热保护波形图

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LED过电流保护

MBI6655也提供LED过电流保护的功能，以避免芯片因过大的电流流入而遭受毁损。当过大电流流入MBI6655功率开关时，并达到内部预设的临界值1.8A后MBI6655将主动关闭功率开关以防止进一步的烧毁危险。使用者仅需将输入电源再做关闭与再启动即可解除锁定情况。

LED电流直到达阈值约为1.8A

图74. LED过电流保护

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设计方面的考虑

切换频率

为了达到较好的输出电流精确度，切换频率应当由SW波形的最小开关时间决定。举例而言，倘若MBI6655的工作周期大于0.5时，切换频率应由最小关闭时间决定，反之亦然。因此MBI6655切换频率公式如下： 因此当工作周期大于0.5时，MBI6655切换频率为

fSW=

11

= (1) TSTOFF, min

(1-D)

而当工作周期小于0.5时，切换频率为

or fSW=

11

(2) =

TSTON, min

D

切换频率与效率(低频的效率较好)，外部组件的大小/费用(高频使用的组件较小/便宜)，以及输出涟波电压及电流的大小(高频时涟波电压及电流较小)等因素有关。如要得到较低的切换频率可使用感值较高的电感。在许多应用中，切换频率的决定会与EMI干扰的大小有关。MBI6655的切换频率范围为40KHz~1.0MHz。

LED涟波电流(Ripple Current)

恒流LED驱动芯片MBI6655是专为控制串联多颗LED时的电流而设计，而非控制其跨压。LED涟波电流的大小与使用的外部组件有关，电感值越小其LED涟波电流会越大。输出电容的使用也与涟波电流有关，如果使用者可以接受大涟波电流的话，甚至可以不使用输出电容。大涟波电流的优点为可以缩减电路板的面积及减少输出电容的使用。相对的，小涟波电流的优点为增加LED的使用寿命及降低LED的热损耗。一般而言，建议的LED涟波电流为设定电流的5%到

20%。

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相关组件的选择

选择电感

电感值的大小主要由两个因素决定: 切换频率及电感的涟波电流。电感L1的计算公式如下所示

L1 > (VIN - VOUT - VSEN - (Rds(on) x IOUT))D

fSW x IL

此处Rds(on) 指MBI6655内部MOSFET的导通电阻，此值为在电源电压VIN 12伏特时为0.3 D 指MBI6655工作周期，D=VOUT/VIN fSW 指MBI6655切换频率

△IL 电感的涟波电流，△IL=(1.15xIOUT)–(0.85xIOUT)=0.3xIOUT.

当选择电感时，电感值并非唯一考虑，电感的饱和电流值也需被考虑，一般建议电感饱和电流值为设定电流的1.5倍。 电感值越大其输出电流的输入电压及负载调整率会越好(line/load regulation)，但是在相同体积情形下，电感值越大的电感其饱和电流会越小，这是设计者需要考虑的地方。同时在选用电感时，建议选用有屏蔽的电感以降低EMI的干扰，但要注意的是此类电感容易因散热不易而有过热的情形发生。

选择萧基特二极管(Schottky Diode)

MBI6655需要一个飞轮二极管(Flywheel Diode) D1承载MOSFET关闭时通过电感的电流。为了提升效率，建议使用具有低顺向偏压及快速反应时间特性的Schottky diode。在选用Schottky diode时有两个因素是必须考虑的，一是其最大逆向电压，建议值为输入电压的1.5倍。另一个是其最大顺向电流，建议值为输出电流的1.5倍。使用者应选择在高温时有较低漏电流的Schottky Diode。

选择输入电容

当MOSFET开启时，储存在输入电容CIN的能量可以提供给MBI6655使用，反之当MOSFET关闭时，输入电压会对输入电容充电。当输入电压比可允许的最小输入电压低的时候，MOSFET将持续开启的动作，并将输出电流限制在设定电流的1.15倍。为系统的稳定性考虑，输入电容的建议值为10uF。输入电容之额定电压应为输入电压的1.5倍。

电解电容或陶瓷电容可以作为输入电容的选择。电解电容的优点为其单位电容值大且容易取得，但在高温环境应用容易有电解液挥发缩短寿命的疑虑。陶瓷电容则具有高频特性良好，体积小，ESR更小及低成本等优点，但由于陶瓷电容ESR小的特性，请避免系统热插拔的动作。使用者可根据不同的应用选择适合的输入电容。

为了较佳的电源完整性，我们建议使用者将0.1~1uF的陶瓷电容 (CBP)与输入电容并联，且尽可能靠近VIN脚。

选择输出端电容 (选用)

并联在LED旁的输出电容可降低LED的涟波电流，容值越大LED涟波电流也会越小。

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PCB设计考虑

为增加系统的效率与稳定度，PCB设计需考虑以下重点： 1. 接地层的完整有助于消除开关时的噪声干扰。

2. 芯片的GND脚到输入与输出电容负端的距离须小于5mm。

3. 为提升效率并减少输出涟波电压，建议铺成接地层并将芯片的GND脚焊在接地层上。 4. 为提升系统稳定性，建议将MBI6655的散热片焊在接地平面上。 5. 电路板上的接地层请尽量放大，以增加芯片的散热能力。

6. PCB板上面的组件布线顺序请依照输入电容→输入滤波电容 RSEN→芯片的VIN脚，组件的布线规则设计，不要

有布线路径出现分支的情况发生。

7. 输入端电容和旁路电容与芯片的VIN脚和GND脚距离越近越好。 8. 为避免寄生效应，RSEN 应置于距离芯片的 VIN 与SEN脚越近越好。

9. 由SW 脚、Schottky diode与电感所构成的金属联结宽度要宽、回路要小，以减少干扰。

10. 为消除布局拉线时产生的寄生干扰，如寄生电感、电容等，影响系统的稳定性，流有大电流的路径请保持宽且短

的原则。

11. 为提升效率，组件的摆置请参考图30所示，以确保在MOSFET开启或关闭时的电流方向一致。 12. 使用者必须小心芯片 各管脚因焊点因空焊或冷焊的质量问题,以免造成芯片误动作与非预期的损毁。 13. 为了系统的稳定性，请避免芯片放置在电感正下方。

SW --> OFF

图75. MBI6655电流路径示意图

PCB设计

图76为建议的MBI6655GSB电路布局图。

上层电路布局

底层电路布局

上层文字层

底层文字层

图76.MBI6655GSB建议的电路布局

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封装体散热功率 (PD)

依据PD(max) = (Tj,max – Ta) / Rth(j-a) ，被允许的最大散热功率会随环境温度增加而降低。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8fe4.html