30V/350mA 、高亮度LED恒流驅(qū)動器PT4211

PT4211概述

PT4211是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源，專門針對用于驅(qū)動1-3顆串聯(lián)LED而設(shè)計。PT4211可接受的輸入電壓范圍從5伏到30伏，輸出電流可調(diào)至最大 350mA。 PT4211內(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣方式，通過一個外部電阻設(shè)定LED平均電流。專用調(diào)光DIM引腳可以接受寬范圍的PWM調(diào)光信號。當DIM的電壓低于0.4伏時，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4211進入極低工作電流的待機狀態(tài)。

PT4211采用SOT23-5封裝。

PT4211特點

●極少的外部元器件

●很寬的輸入電壓范圍：從5V到30V

●最大輸出350mA的電流

●專用調(diào)光管腳可接受PWM調(diào)光

●±3%的輸出電流精度

●LED開路自然保護

●高達93%的效率

●輸出可調(diào)的恒流控制方法

●軟過溫保護盡大可能減少高溫下LED閃爍

●SOT23-5封裝

PT4211應(yīng)用

●Mr16 應(yīng)用系統(tǒng)

●車載LED燈

●LED備用燈

●LED信號燈

PT4211定購信息

PT4211典型應(yīng)用電路

PT4211引腳定義

PT4211工作原理描述

      PT4211和電感（L）、電流采樣電阻（RS）形成一個自振蕩的連續(xù)電感電流模式的降壓型恒流LED 控制器。 VIN 上電時，電感（L）和電流采樣電阻（RS）的初始電流為零，LED輸出電流也為零。CS比較器的輸出為高，內(nèi)部功率開關(guān)導通，SW的電位為低。電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED 和內(nèi)部功率開關(guān)從VIN 流到地，電流上升的斜率由VIN、電感（L）和LED壓降決定，在RS上產(chǎn)生一個壓差V CSN ， 當(V_IN-V_CSN)  > 230mV 時，CS比較器的輸出變低，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，電流以另一個斜率流過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和肖特基二極管（D），當(V_IN-V_CSN ) < 170mV 時，功率開關(guān)重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為

高端電流采樣結(jié)構(gòu)使得外部元器件數(shù)量很少，采用1%精度的采樣電阻，LED 輸出電流控制在±3% 的精度。

PT4211可以在DIM 管腳加PWM 信號進行調(diào)光，DIM 管腳電壓低于0.4V 關(guān)斷LED 電流，高于1.7V 打開LED電流，PWM調(diào)光的頻率范圍從100Hz 到20KHz 以上，最高調(diào)光頻率視工作頻率而定。

DIM管腳在正常工作時可以懸空。懸空時DIM管腳由內(nèi)部300K的電阻將其拉到5V。當加在DIM上的電壓低于0.4V時，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，LED電流降為零。關(guān)斷期間，內(nèi)部穩(wěn)壓電路保持待機工作，靜態(tài)電流為95uA。  

    此外，內(nèi)部過溫軟保護功能在避免過溫狀態(tài)LED 閃爍同時增強了器件可靠性。當由于負載電流異常致使器件溫度升高超過135 度時，PT4211將自動減小LED 電流阻止溫度進一步升高，如果溫度不可避免升高到150 度以上時，內(nèi)部過熱關(guān)斷功能（TSD ）將關(guān)斷器件，直到溫度降低15度后重新開始工作。

PT4211應(yīng)用說明

     通過外部電流采樣電阻RS設(shè)定LED平均電流

LED 的平均電流由連接在VIN 和CSN 兩端的電阻RS決定：  

I_OUT＝0.2/Rs

上述等式成立的前提是DIM 端懸空或外加DIM 端電壓高于1.7V （但必須低于5V）。最大電流設(shè)定好的條件下，可通過在DIM 端施加不同占空比的PWM脈沖信號改變輸出電流大小。

通過PWM信號實現(xiàn)調(diào)光

LED 的最大平均電流由連接在VIN 和CSN 兩端的電阻RS決定，通過在DIM 管腳加入可變占空比的PWM信號可以調(diào)小輸出電流以實現(xiàn)調(diào)光，計算方法如下所示：

通過PWM調(diào)光，LED 的輸出電流可以從0%到100%變化。LED 的亮度是由PWM信號的占空比決定的。例如PWM信號25% 占空比，LED 的平均電流為(0.2/RS) 的25% 。PWM調(diào)光比模擬調(diào)光的優(yōu)勢在于不改變LED 的色度。PT4211調(diào)光頻率視系統(tǒng)工作頻率而定，最高不能超過系統(tǒng)工作頻率。為了達到最好的調(diào)光線性度，在允許的情況下應(yīng)該選擇較低的調(diào)光頻率。同時為了避免人眼覺察到閃爍現(xiàn)象最低調(diào)光頻率建議在100Hz 以上。

  關(guān)斷模式

  通過在DIM 端接入0.4V 以下的電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)斷，通常情況下，系統(tǒng)的靜態(tài)電流保持在95μA以下。

  LED開路

  PT4211具有內(nèi)在開路保護功能，負載一旦開路，芯片的SW處于懸空狀態(tài)，芯片將被設(shè)置于安全的低功率模式，因此LED負載開路時LED和芯片都是安全的。負載重新連接后進入正常的工作狀態(tài)。

  旁路電容

  在電源輸入必須就近接一個低等效串聯(lián)電阻（ESR）的旁路電容，ESR 越大，效率損失會變大。該旁路電容要能承受較大的峰值電流，并能使電源的輸入電流平均，減小對輸入電源的沖擊。直流輸入時，該旁路電容的最小值為4.7uF，在交流輸入或低電壓輸入，旁路電容需要100uF的鉭電容或類似電容。該旁路電容盡可能靠近芯片的輸入管腳。為了保證在不同溫度和工作電壓下的穩(wěn)定性，建議使用X5R/X7R的電容。

  選取電感

  PT4211推薦使用的電感參數(shù)范圍為47uH ~ 100uH 。電感的飽和電流必須要比輸出電流高30% 到50% 。輸入電壓較高的情況下建議使用較大的電感，一方面改善恒流效果，令一方面可增加器件可靠性。電感器在布板時請盡量靠近VIN 和SW，以避免寄生電阻所造成的效率損失。

下表給出電感選擇建議:

以CoilCraft 為例，可以選擇以下型號電感:

電感的選型還應(yīng)注意滿足PT4211應(yīng)用的最大工作頻率的SPEC范圍。

  選取二極管

  為了保證最大的效率以及性能，二極管（D）應(yīng)選擇快速恢復(fù)、低正向壓降、低寄生電容、低漏電的肖特基二極管，電流能力以及耐壓視具體的應(yīng)用而定，但應(yīng)保持30% 的余

量，有助于穩(wěn)定可靠的工作。 另外值得注意的一點是應(yīng)考慮溫度高于85°C時肖特基的反向漏電流。過高的漏電會導致增加系統(tǒng)的功率耗散。 AC12V整流二極管（D）一定要選用低壓降的肖特基二極管，以降低自身功率耗散。

 降低輸出紋波

 如果需要減少輸出電流紋波，一個最有效的方法即在LED的兩端并聯(lián)一個電容，連接方式如圖所示:

1uF 的電容可以使輸出紋波減少大約1/3。適當?shù)脑龃筝敵鲭娙菘梢砸种聘嗟募y波.  需要注意的是輸出電容不會影響系統(tǒng)的工作頻率和效率，但是會影響系統(tǒng)啟動延時以及調(diào)光頻率。

  低輸入電壓下工作注意事項

系統(tǒng)在輸入電壓接近于輸出電壓時，會導致系統(tǒng)長時間工作在高占空比的狀態(tài)，特別是低輸入電壓（比如小于10V ），功率耗散也會增大。長時間工作的情況下，有可能導致IC

過熱保護，表現(xiàn)為輸出電流小于預(yù)設(shè)電流（過熱保護詳見后續(xù)說明）。在實際應(yīng)用中，適當?shù)谋３州斎胼敵鲭妷旱膲翰钍欠浅１匾?。需要注意的是輸入電壓過低通常會導致較多的功率耗散，因而會降低整個系統(tǒng)的效率。

  散熱注意事項

當系統(tǒng)工作的環(huán)境溫度較高或者驅(qū)動較大功率負載時，必須要注意避免系統(tǒng)達到功率極限。需要注意的是最低輸入電壓下往往效率較低，因而可能帶來溫度上升。如果選擇了不恰當?shù)碾姼?，或者開關(guān)轉(zhuǎn)換點存在過大的寄生電容會導致系統(tǒng)效率的降低。

 IC過熱保護(TSD)

  PT4211內(nèi)部設(shè)置了過溫保護功能（TSD ）, 以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。當IC 芯片溫度超出135℃時，IC 開始進入過熱預(yù)調(diào)整狀態(tài)，首先減小負載電流，如果非嚴重異常情況則負載電流降低時溫度不會繼續(xù)升高。如果溫度繼續(xù)升高，當內(nèi)部結(jié)溫達到 150℃時IC完全關(guān)斷，停止電流輸出，只有當溫度低于140 時，IC才會重新恢復(fù)至工作狀態(tài)。

  PCB布板的注意事項

  合理的PCB 布局  對于最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性以及低噪聲來說很重要。使用多層PCB 板是避免噪聲干擾的一種很有效的辦法。為了有效減小電流回路的噪聲，輸入旁路電容應(yīng)當另行接地。

  SW端

  SW端處在快速開關(guān)的節(jié)點，所以 PCB 走線應(yīng)當盡可能的短，另外芯片的GND端應(yīng)保持盡量良好的接地。

  電感、電流采樣電阻

  布板中要注意的電感應(yīng)當距離相應(yīng)管腳盡可能的近一些，否則會影響整個系統(tǒng)的效率。另外一個需要注意的事項是盡量減小RS兩端走線引起的寄生電阻，以保證采樣電流的準確。