TPS92682使用指南 | Knight

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注:

恒压(Constant-Voltage): 保持输出电压恒定不变

恒流(Constant-Current): 保持输出电流恒定不变

SPI(Serial Peripheral Interface): 串行外设接口,用于设备间的通信

1、特性

AEC-Q100 1级认证

温度范围: -40°C至125°C

支持功能安全- 提供文档协助功能安全系统设计

宽输入电压范围: 4.5 V 至 65 V

LED电流精度: ±4% (在-40°C至150°C结温范围内)

SPI通信接口

可通过SPI编程的功能:

- 展频以改善电磁干扰(EMI)
- 软启动时序
- ILED电流和输出电压设置
- 电流限制、过压保护、故障计时器
- 单相/双相模式选择
- 恒压(CV)和恒流(CC)模式配置

双通道峰值电流模式(PCM)控制器

PCM(峰值电流模式)控制是一种开关电源控制方法,通过监测和控制电感电流的峰值来实现输出调节

优点: - 快速瞬态响应,能快速适应负载变化 - 循环到循环的电流限制,提供更好的保护 - 简化补偿设计
适用场景: - LED驱动器需要快速响应的应用 - 要求精确电流控制的照明系统 - 多通道LED驱动需要良好通道间平衡的设计

低输入偏移轨到轨电流检测放大器

模拟调光功能

通过调节输入电压的幅度来控制LED亮度
提供平滑连续的亮度调节
相比PWM调光，可减少电磁干扰

注: 模拟调光通过连续调节驱动电流来实现LED亮度的精确控制，波形呈现平滑的变化特性，避免了PWM调光可能带来的闪烁效应。

外部串联FET PWM调光(集成P沟道驱动器接口)- PWM调光范围超过1000:1

每个通道配备开漏故障标志指示器

可编程开关频率高达1MHz，支持外部时钟同步

全面的可编程故障保护电路

采用可焊接侧围VQFN封装

2、应用

汽车前照明

应急车辆

通用照明

3、说明

TPS92682-Q1是一款双通道峰值电流模式控制器，配备SPI通信接口。该器件可通过编程在恒压（CV）或恒流（CC）模式下运行。在CV模式下，TPS92682-Q1可被编程为两个独立或双相升压电压调节器。输出电压可通过外部电阻分压器和SPI可编程8位DAC进行设置。

在CC模式下，该器件设计用于支持双通道升压或降压LED驱动器拓扑。LED电流可以通过模拟或PWM调光技术进行独立调制。超过28:1范围的模拟调光是通过可编程8位DAC实现的。LED电流的PWM调光可以通过直接用所需占空比调制PWM输入引脚，或使用SPI可编程10位PWM计数器来实现。可选的PDRV栅极驱动器输出可用于驱动外部P沟道串联MOSFET。

TPS92682-Q1集成了先进的SPI可编程诊断和故障保护机制，包括：逐周期电流限制、输出过压和欠压保护、ILED过流保护和热警告。该器件还为每个通道配备了开漏故障指示器输出。

TPS92682-Q1包含一个LH引脚，当该引脚被拉高时，会启动跛行（LH）模式。在LH模式下，该器件使用一组独立的SPI编程寄存器。

封装信息

PART NUMBER	PACKAGE	BODY SIZE (NOM)
TPS92682-Q1	VQFN (32)	5.0 mm x 5.0 mm
TPS92682-Q1	HTSSOP (32)	11.0 mm x 6.1 mm

(1) 如需了解所有可用封装型号，请参阅数据手册末尾的可订购附录。

典型电路

4、变更历史

版本C更新（2021年3月）对比版本B（2020年7月）

增加RHB（VQFN）封装

增加RHB封装热信息

增加了降压-升压FET RMS电流的公式12

增加了"双通道CC模式编程示例"章节

增加了"双相CV升压编程示例"章节

版本B更新（2020年7月）对比版本A（2019年8月）

在"特性"中增加了功能安全要点

更新了整个文档中表格、图形和交叉引用的编号格式

增加HTSSOP封装

增加DAP封装热信息

版本A更新（2019年8月）对比初始版本（2019年3月）

状态从预发布信息改为正式生产数据

5、引脚配置及功能

RHM/RHB 封装 32引脚 VQFN（带 PowerPAD）俯视图

DAP封装 32引脚 TSSOP（带 PowerPAD）俯视图

6、规格

6.1 Absolute Maximum Ratings（最大额定值）

工作环境空气温度范围内(除非另有说明)(1) (2)

(1) 超出 Absolute Maximum Ratings 范围的应力可能导致设备永久性损坏。这些仅是应力额定值，并不表示设备在这些条件下或任何超出 Recommended Operating Conditions 所示条件下能正常工作。长期暴露在最大额定值条件下可能会影响设备可靠性。

(2) 除非另有说明，所有电压均相对于 GND

(3) 持续承受电压

(4) 所有输出引脚均未指定可施加外部电压。

6.2 ESD 额定值

(1) AEC Q100-002 表明 HBM 应力测试应符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 规范。

6.3 建议工作条件

在工作自由空气温度范围内（除非另有说明）

(1) 当电流检测共模电压低于6.5 V时，不能应用PFET调光

6.4 热信息

(1) 有关传统和新型热度量方法的更多信息，请参见半导体和IC封装热度量应用报告。

6.5 电气特性

结温范围：–40°C至150°C，输入电压VIN为14V，VIADJDACx = 0xDF，CVCC = 1μF，CVDD = 1μF，CCOMP = 2.2nF，RCS = 100mΩ，RT = 50kΩ，VPWM = 5V，GATE和PDRV无负载，DIV=4（除非另有说明）

6.6 典型特征

除非另有说明，否则在 TA = 25°C 自由空气温度下，VIN = 14 V，DIV = 2 (CHxDIV = 0x00) 条件下测试

7、详细说明

7.1 概要

TPS92682-Q1设备是一款车规级双通道控制器，带有Serial Peripheral Interface (SPI)接口，特别适合车外照明应用。该设备经过优化以实现高性能解决方案，具备实现基于升压或降压电源转换拓扑的LED驱动器所需的所有功能，具有小型化和低成本的特点。

TPS92682-Q1设备的两个通道可以独立配置为CC (constant current)或CV (constant voltage)模式。该设备采用固定频率峰值电流模式控制来实现调节和快速动态响应。每个通道都可以配置为boost、boost-to-battery、SEPIC或其他转换器拓扑。

在CC模式下，集成的低偏移和轨到轨电流检测放大器提供了所需的灵活性，可以驱动由1到20个串联LED组成的单串，同时在工作温度范围内保持4%的电流精度。LED电流调节阈值由模拟调节输入CHxIADJ寄存器设置，具有28:1的调光范围。TPS92682-Q1为每个通道集成了一个10位计数器用于PWM调光功能。PWM宽度和频率可通过SPI寄存器编程。另外，该设备还可以配置为基于连接到channel-1的PWM1或channel-2的PWM2引脚的外部PWM信号占空比来实现直接PWM调光。内部PWM信号控制GATEx和PDRVx输出，这些输出控制与LED串联的外部N沟道开关FET和P沟道调光FET。

TPS92682-Q1可以配置为CV模式。在此模式下，设备将FBx/OVx引脚连接的电压调节至由CHxIADJ寄存器设置的内部可编程参考电压。在CV模式下，TPS92682-Q1可用作车外照明应用ECU（electronic control unit）中双阶段LED驱动器的第一级。该设备还可以配置为双相模式运行，其中两个通道的开关频率相移180°，并且channel-1补偿环路（包括COMP1和FB1/OV1）在两个通道之间共享。

TPS92682-Q1集成了增强型可编程故障功能。可以将选定的故障（包括ILIMIT (cycle-by-cycle current limit)、OV (output Overvoltage)、UV (output Undervoltage)和OC (LED Overcurrent)）编程为锁存故障，或在故障清除且预设定时器到期后自动重启通道。此外，TPS92682-Q1还包括FBx、ISNx和RT引脚的开路故障。其他故障和诊断功能包括Thermal Shutdown (TSD)、Thermal Warning (TW)、LED Undercurrent (UC)和POR。每个通道都包含一个有源低故障引脚（FLT），在发生故障时被拉低。对于每个故障，寄存器映射中都有一个相关的故障读取位，可以通过SPI通信接口读取。有关故障和诊断功能的完整列表，请参阅7.3.16 故障和诊断章节。

TPS92682-Q1包含一个limp home (LH)功能，当LH引脚设置为高电平时启动。在LH模式下，设备的操作由LH寄存器设置。LH寄存器在设备初始化时进行编程。要退出LH模式，必须将LH引脚设置为低电平，并且必须将CFG1寄存器中的LH位写入"0"。

TPS92682-Q1设备具有许多可通过4线SPI总线访问的增强型可编程功能。SPI总线由四个信号组成：SSN、SCK、MOSI和MISO。SSN、SCK和MOSI引脚是设备的TTL输入。

7.2 原理框图

下图展示了channel-1相关的功能模块。Channel-2具有相似的配置。

7.3 功能描述

TPS92682-Q1设备采用固定频率峰值电流模式(PCM)控制。在PCM中，开关周期从时钟的上升沿开始。当检测到的开关电流ViSW（与VSLOPE相加）超过补偿器电压VCOMP时，开关周期结束。如图7-1和图7-2所示，跨导gM误差放大器通过比较反馈信号和参考电压VREF生成误差信号。产生的误差电流通过连接到COMPx引脚的补偿器阻抗生成补偿器电压VCOMP。

为了在高占空比时保持稳定性并提高抗噪声能力，在检测到的开关电流ViSW中添加了补偿斜坡VSLOPE。

7.3.1 设备启用

TPS92682-Q1可以通过EN引脚或软件使能位来使能或禁用。当EN引脚拉低时，设备进入关断状态，此时设备的静态电流降低至IIN-SHDN。在关断状态下，内部调节器关闭且寄存器复位。当使能引脚上的电压升高超过VEN电压阈值时，两个通道可以被使能。除了EN引脚，TPS92682-Q1的两个通道还有两个使能位，如表7-2所示。要打开每个通道，必须在EN Register中将相关的CHxEN位设置为"1"。

除了EN引脚和CHxEN位之外，PWMx信号(硬件或软件)必须设置为高电平，且相关的CHxIADJ必须设置为大于8的值(参考CH1IADJ Register)，才能打开相应的通道。

7.3.2 内部调节器和欠压锁定（UVLO）

该设备包含额定输入电压65V的线性调节器，用于生成7.5V（典型值）VCC偏置供电、5V（典型值）VDD供电和其他内部参考电压。设备监测VCC输出以实现UVLO保护。当VCC超过4.5V（典型值）阈值时启用操作，当VCC降至4.1V（典型值）阈值以下时禁用操作。UVLO比较器提供滞后以避免转换期间的抖动。UVLO阈值在内部固定，无法调整。内部电流限制电路用于在VCC引脚短路情况下保护设备。VCC供电为内部电路和N沟道栅极驱动输出GATEx供电。在VCC输出和GND之间放置2.2μF至4.7μF的旁路电容以确保正常运行。当输入电压VIN低于7.5V时，调节器进入压差工作模式。VCC是内部调节器的调节输出，不建议使用外部电源驱动。

内部VDD调节器用于为各种内部模拟和数字电路生成供电电压。供电电流在内部受限以保护设备免受输出过载和短路情况。在VDD输出和GND之间放置2.2μF至4.7μF的旁路电容以确保正常运行。

设备的POR电路位于VDD调节器的输出端。POR上升和下降阈值在<6.5 电气特性>中提供。

7.3.3 振荡器

TPS92682-Q1设备的内部时钟频率可以通过连接在RT引脚和GND之间的单个外部电阻进行编程。电阻RT和内部主时钟(CLKM)频率之间的关系如公式1和图6-22所示。

通道时钟CHxCLK（或通道开关频率fSW）与fCLKM之间的关系在SWDIV Register部分中说明。TI建议将开关频率设置在100 kHz到700 kHz之间，以获得最佳效率和输入输出电压工作范围内的最佳性能。在更高开关频率下运行需要仔细选择N-channel MOSFET特性并详细分析开关损耗。

要使用TPS92682-Q1的同步功能，必须将表7-3中所示的SYNCEN bit设置为"1"，并在SYNC引脚上施加一个具有所需fCLKM频率的方波信号。

7.3.4 扩频功能

TPS92682-Q1的主时钟CLKM是使用内部振荡发生器生成的，如图7-5所示。内部振荡RAMPCLKM与参考电压VOSCREF进行比较，在时钟周期TCLKM结束时重置振荡。当参考电压VOSCREF恒定(1 V)时，主时钟频率是固定的。主时钟的频率调制是通过内部8位数字计数器DAC实现的，并通过如图7-6所示的方式调制参考电压。调制频率FM和调制幅度ΔFM都可以在FM Register中进行编程。

要在平均EMI扫描中实现最大衰减，请将FM调制频率设置在100 Hz到1.2 kHz范围内。低调制频率对quasi-peak EMI扫描的影响较小。要实现quasi-peak EMI测量的衰减，请将调制频率设置为10 KHz或更高。

高于接收机分辨带宽(RBW)9 kHz的调制频率仅影响quasi-peak EMI扫描，对平均EMI测量的影响很小。TPS92682-Q1设备通过根据测量的EMI特征来调整调制频率FM和调制幅度ΔFM，从而简化了EMI合规性。

等式2显示了通道开关频率fSW和期望调制频率FM之间的关系。

在等式2中，DIV是CLKM和CHxCLK之间的分频系数，该系数在SWDIV Register中提供，而

FMFREQ是在FM Register中给出的分频系数。当对FM Register执行寄存器写入时，FM 8位数字计数器的输出总是重置并从1 V开始。

7.3.5 门驱动器

TPS92682-Q1包含一个N沟道栅极驱动器，可在VCC和GND之间切换输出GATEx。

500 mA的峰值源电流和吸电流允许控制MOSFET栅极和漏极电压的压摆率，从而限制由开关产生的传导和辐射EMI。

栅极驱动器供电电流ICC(GATE)取决于MOSFET的总栅极驱动电荷(QG)和转换器的工作频率fSW，ICC(GATE) = QG × fSW。选择具有低栅极电荷规格的MOSFET以限制结温升和开关转换损耗。

在压差工作区域(输入电压VIN低于VCC调节电平)运行时，考虑MOSFET阈值电压很重要。当设备需要在低于7 V的输入电压下工作时，TI建议使用阈值电压低于5 V的逻辑电平器件。

7.3.6 Rail-to-Rail电流检测放大器

内部rail-to-rail电流检测放大器基于CSPx和CSNx输入之间的差分电压降测量平均LED电流，共模范围为0 V至65 V。差分电压V(CSPx-CSNx)被放大14倍，并连接到跨导误差放大器的负输入端。通过在推荐的共模电压和温度范围内限制累积输入偏移电压(由电压增益误差、固有电流检测偏移电压和跨导误差放大器偏移电压之和表示)，实现准确的LED电流反馈。

如图7-7所示，可以使用可选的共模(CFCM)或差分模式(CFDM)低通滤波器实现，用于滤除由二极管反向恢复引起的大输出电流纹波和开关电流尖峰的影响。TI建议使用10 Ω至100 Ω范围内的滤波电阻，以限制由放大器偏置电流失配引起的额外偏移，从而实现最佳精度和线路调节。

7.3.7 跨导误差放大器

如图7-8所示，内部跨导误差放大器产生一个误差信号，该信号与内部可编程8位CHxIADJ-DAC（CH1IADJ Register）和反馈信号之间的差值成正比。反馈信号在CC模式下为感测电流CHxIsense，在CV模式下为感测输出电压CHxVFB。误差放大器的增益gM可通过CFG1 Register中的CHx_HG位进行编程。

CHx_HG = 0或1的增益值在<6.5 电气特性>中提供。根据表7-4中CHx_CV位的值，CHxIsense或CHxVFB会连接到误差放大器的输入端。因此，TPS92682-Q1设备可以在CV或CC模式下工作。

误差放大器的输出连接到外部补偿网络，以实现LED电流(CC)或输出电压(CV)的闭环调节。在大多数LED driver应用中，由COMPx输出端到GND之间连接的电容构成的简单积分补偿 (integral compensation)电路可在广泛的工作条件下提供稳定的响应。TI建议使用10 nF到100 nF之间的电容值作为良好的起点。

要实现更高的闭环带宽，需要使用比例积分补偿器 (proportional-integral compensator)，该补偿器由跨接在COMPx输出端和GND之间的串联电阻和电容网络组成。<8、应用与实现>包含了详细的设计程序摘要。

7.4 设备功能模式

7.5 编程

TPS92682-Q1寄存器的编程可以通过串行接口通信来完成。TPS92682-Q1设备中的4线控制接口与Serial Peripheral Interface (SPI)总线兼容。Micro-Controller-Unit (MCU)可以对设备寄存器进行读写，以配置通道操作并启用或禁用特定通道。

7.5.1 串行接口

SPI总线由四个信号组成：SSN、SCK、MOSI和MISO。SSN、SCK和MOSI引脚是TPS92682-Q1的TTL输入，而MISO引脚是开漏输出。SPI总线可以配置为星形连接和菊花链两种硬件连接方式。

MCU通过在SSN(片选输入)上产生下降沿来启动总线事务。当SSN为低电平时，MOSI引脚上的输入数据在SCK的上升沿被采样，以最高有效位优先。输出数据在SCK的下降沿在MISO引脚上输出。图7-22显示了SCK的数据转换和采样边沿。

有效传输需要非零整数倍的16个SCK周期(16、32、48等)。如果SSN被拉低且在SSN上升之前未发出SCK脉冲，则会报告SPI错误。同样，如果在SCK的第16个上升沿之前SSN被拉高，传输将中止并报告SPI错误。如果在SCK的第16个下降沿后SSN保持为低，并且发生额外的SCK边沿，数据将继续通过TPS92682-Q1移位寄存器流出MISO引脚。当SSN从低到高转换时，内部数字块会解码在SSN上升沿之前接收到的最近16位数据。

SSN必须在16个SCK周期的倍数后转为高电平，事务才有效且不会设置SPI错误位。对于写事务，当SSN转为高电平时，TPS92682-Q1逻辑执行请求的操作。对于读事务，读取的数据会在下一帧输出，无论是否发生了SPI错误。

MOSI上的数据位被移入内部16位移位寄存器(最高有效位优先)，同时数据从MISO引脚同步移出。当SSN为高电平(总线空闲)时，MISO由开漏驱动器设为三态。当SSN为低电平时，MISO根据基于先前接收命令的16位数据模式被驱动。在SSN的下降沿开始新事务时，MISO被驱动输出外发数据的最高有效位，并在SCK的每个后续下降沿更新。

7.5.2 命令帧

命令帧是从主机发送到从机的MOSI上唯一定义的帧格式。命令帧可以是读命令或写命令。命令帧由一个CMD位、六位ADDRESS、一个PARITY位(奇校验)和八位DATA组成。命令帧的格式如图7-23所示。位序列如下:

COMMAND位(CMD)。CMD = 1表示传输是写命令；CMD = 0表示是读命令。

六位ADDRESS(A5..A0)

PARITY位(PAR)。此位由以下等式设置: PARITY = XNOR(CMD, A5..A0, D7..D0)。

八位DATA(D7..D0)。对于读命令，DATA位必须设为零。

Read Command和Write Command都遵循以下Command frame格式。

7.5.3 响应帧

有三种可能的响应帧格式：Read Response、Write Response 和 Write Error/POR。这些格式将在下面详细说明。

7.5.3.1 Read Response回读响应帧格式

读取响应帧的格式如下：

SPI Error 位 (SPE)

四个保留位 (固定为 '1100')

RT Open Fault 位 (RTO)

Power-Cycled 位 (PC)

热报警位 (TW)

八位数据 (D7..D0)

如图7-24所示。该帧由TPS92682-Q1在收到读取命令后发送。

7.5.3.2 Write Response写入响应帧格式

写入响应帧的格式如下：

SPI Error 位 (SPE)

COMMAND 位 (CMD)

六位 ADDRESS (A5..A0)

八位 DATA (D7..D0)

如图7-25所示。当之前接收到的帧是write command且在该帧期间没有发生SPI Error时，该帧会在write command之后发送。

write response中的data和address位是前一个write command中发送的data和address。

7.5.3.3 Write Error/POR写入错误/POR帧格式

Write Error/POR帧仅包含MSB中的'1'，后跟所有零（见图7-26）。该帧在上电复位后的第一次SPI传输期间，或在发生SPI Error的写命令后由TPS92682-Q1内部数字模块发送。

7.5.4 SPI错误

当出现以下任一情况时，TPS92682-Q1设备会记录SPI错误： • SPI命令的SCK脉冲数不是16的整数倍。 • 读命令期间的任何DATA位不为零。 • 之前接收的命令中存在奇偶校验错误。

如果出现上述任一情况，TPS92682会在下一个响应帧中将SPE位设置为高。带有SPI错误（不是16位对齐或奇偶校验错误）的write command不会写入被寻址的寄存器。类似地，如果命令存在SPI错误，对FLT1或FLT2的read command不会清除这些寄存器中的任何活动故障位。

7.6 TPS92682寄存器

SPI可访问寄存器宽度为8位，存在于6位可寻址的寄存器阵列中(0x00至0x3F)。TPS92682设备中的寄存器包含编程信息和运行状态。上电时寄存器会重置为默认值。不允许向未列出的地址写入，这可能导致意外操作。读取未列出的地址将返回零值。

保留位("RSVD")在写入时必须写入'0'值。除非在寄存器描述中另有说明，否则寄存器都是可读/可写的。表7-2列出了TPS92682的寄存器映射。

在以下小节中，提供了表7-2中不同寄存器的描述。

7.6.1 EN Register

EN是通道使能寄存器。该寄存器包含与通道使能和若干通道相关功能相关的位。

FPINRST: 设置此位为1会重置两个故障引脚(如果系统中没有活动故障)。注意这是一个只写位。对该寄存器的任何读取在FPINRST位位置都返回0。

SYNCEN: 0: SYNC输入被禁用 1: SYNC输入被启用

CHxMAXDEN: 0: 相关通道的最大占空比被禁用 1: 相关通道的最大占空比被启用

CHxPDRVEN: 0: 相关通道的PFET驱动器被禁用 1: 相关通道的PFET驱动器被启用

CHxEN: 0: 相关通道被禁用 1: 相关通道被启用。如果FLT1寄存器中的PC位为高，则这些位的SPI写入'1'会被阻止。

7.6.2 CFG1 Register

7.6.3 CFG2 Register

7.6.4 SWDIV Register

7.6.5 ISLOPE Register

7.6.6 FM Register

7.6.7 SOFTSTART Register

7.6.8 CH1IADJ Register

7.6.9 CH2IADJ Register

7.6.10 PWMDIV Register

7.6.11 CH1PWML Register

7.6.12 CH1PWMH Register

7.6.13 CH2PWML Register

7.6.14 CH2PWMH Register

7.6.15 ILIM Register

7.6.16 IFT Register

7.6.17 MFT Register

7.6.18 FLT1 Register (read only)

7.6.19 FLT2 Register (read only)

7.6.20 FEN1 Register

7.6.21 FEN2 Register

7.6.22 FLATEN Register

7.6.23 OV Register

7.6.24 LHCFG Register

7.6.25 LHCH1IADJ Register

7.6.26 LHCH2IADJ Register

7.6.27 LHCH1PWML Register

7.6.28 LHCH1PWMH Register

7.6.29 LHCH2PWML Register

7.6.30 LHCH2PWMH Register

7.6.31 LHILIM Register

7.6.32 LHIFT Register

7.6.33 LHMFT Register

7.6.34 LHFEN1 Register

7.6.35 LHFEN2 Register

7.6.36 LHFLATEN Register

7.6.37 LHOV Register

7.6.38 CAL Register

7.6.39 RESET Register

💡

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