50V/1.5A 、高亮度LED恒流驅(qū)動(dòng)器PT4115EE89E

PT4115EE89E 中文應(yīng)用說明.pdf

PT4115EE89E概述

PT4115EE89E是一款工作在連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓型恒流驅(qū)動(dòng)芯片，用於驅(qū)動(dòng)一顆或多顆串聯(lián)LED，輸出電流精度高達(dá)3%。PT4115EE89E輸入電壓範(fàn)圍從6V到50V，輸出電流可調(diào)最大可達(dá)1.5A。其采用高端電流采樣電阻設(shè)置LED平均電流，並通過DIM引腳進(jìn)行模擬調(diào)光和PWM調(diào)光。

PT4115EE89E采用SOT89-5封裝。

PT4115EE89E特點(diǎn)

●極少的外部元器件

●很寬的輸入電壓範(fàn)圍：從6V到50V

●最大輸出1.5A的電流

●復(fù)用DIM引腳進(jìn)行LED開關(guān)、模擬調(diào)光與PWM調(diào)光

●±3%的輸出電流精度

●輸出可調(diào)的恒流控製方法

●高達(dá)97%的效率

●RCS開路保護(hù)

●LED開路保護(hù)

●熱關(guān)斷保護(hù)

●SOT89-5封裝

PT4115EE89E應(yīng)用

●Mr16 應(yīng)用系統(tǒng)

●車載LED燈

●LED備用燈

●LED信號燈

●SELV照明

●液晶電視背光

PT4115EE89E定購信息

PT4115EE89E典型應(yīng)用電路

PT4115EE89E引腳定義

PT4115EE89E工作原理描述

      PT4115EE89E和電感（L）、電流采樣電阻（RS）形成一個(gè)自振蕩的連續(xù)電感電流模式的降壓型恒流LED驅(qū)動(dòng)器。 VIN上電時(shí)，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。這時(shí)候，CS比較器的輸出為高，功率開關(guān)導(dǎo)通，電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和功率開關(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(gè)壓差VCSN， 當(dāng)(VIN-VCSN)  >  230mV時(shí)，CS比較器的輸出變低，功率開關(guān)關(guān)斷，電流以另一個(gè)斜率流過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和肖特基二極管（D），當(dāng)(VIN-VCSN) < 170mV時(shí)，功率開關(guān)重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為

上述等式成立的前提是DIM端懸空或外加DIM端電壓高於2.5V（但必須低於5V）。實(shí)際上，RS是設(shè)定了LED的最大輸出電流，通過DIM端，LED實(shí)際輸出電流能夠調(diào)小到任意值。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輸出電流控製在±3%的精度。薄膜貼片電阻按照額定功率的70%降額使用，例如輸出電流1A，采樣電阻建議使用兩個(gè)1/4W、1206的0.33Ω與0.47Ω並聯(lián)。

PT4115EE89E應(yīng)用說明

     續(xù)流二極管的選擇

為了保證最高的效率以及性能，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，有助於穩(wěn)定可靠的工作。

另外值得註意的一點(diǎn)是應(yīng)考慮溫度高於85°C時(shí)肖特基的反向漏電流。過高的漏電會增加系統(tǒng)的功率耗散。

AC24V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。

  輸入電容C1的選擇

輸入電容需要吸收輸入端的開關(guān)電流，要求承受充足的紋波電流有效值。輸入電容的紋波電流有效值I_C1可按如下公式計(jì)算：

當(dāng)輸入電壓是輸出電壓的2倍時(shí)，IC1最大，為I_OUT/2。因此，推薦選擇紋波電流有效值大於輸出電流的1/2，典型耐壓值為50V，容值≥22μF，X7R或者更高等級的瓷片電容。

  電感L1的選擇

  選擇電感時(shí)，需要考慮以下方面：

1. 選擇較低的電感值會提高開關(guān)頻率，增大開關(guān)損耗。大部分應(yīng)用建議選擇開關(guān)頻率在100kHz至500kHz（典型值200KHz），建議紋波電流選取大約為開關(guān)電流峰值的30%，則對應(yīng)的電感L1可通過以下公式計(jì)算：

其中f_SW為開關(guān)頻率，ILED為LED輸出電流。

  2. 輸出電流為I_OUT時(shí)，選擇的電感的額定飽和電流值大於電感的峰值電流，至少留有30%的裕量即I_SAT=1.3I_LP。電感的峰值電流I_LP可按如下公式計(jì)算：

I_OUT為LED輸出電流。

  3. 在開關(guān)頻率較高時(shí)，電感的DCR內(nèi)阻和磁心損耗必須足夠低才能實(shí)現(xiàn)要求的效率指標(biāo)。建議選擇一個(gè)DCR內(nèi)阻小於50mΩ 電感來實(shí)現(xiàn)高的總效率。

  PT4115EE89E的輸出電容C2的選擇

對應(yīng)大部分應(yīng)用，可不使用輸出電容。如果需要減少輸出電流紋波，一個(gè)最有效的方法即在LED的兩端並聯(lián)一個(gè)容2.2μF的電容可滿足大部分需求。適當(dāng)?shù)脑龃筝敵鲭娙菘梢砸盅u更多的紋波. 需要註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(dòng)延時(shí)以及調(diào)光頻率。

  PT4115EE89E 模擬調(diào)光

  DIM端可以外加一個(gè)直流電壓(VDIM)調(diào)小LED輸出電流，最大LED輸出電流由（0.2/RS）設(shè)定。

  LED平均輸出電流計(jì)算公式：

VDIM在(2.5V≤V_DIM≤5V)範(fàn)圍內(nèi)LED保持100%電流等於I_OUT=0.2V/R_s

  PT4115EE89E PWM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(shí)現(xiàn)調(diào)光，計(jì)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%。建議設(shè)置PWM調(diào)光頻率在100Hz以上，以避免人的眼睛可以看到LED的閃爍。PWM調(diào)光比模擬調(diào)光的優(yōu)勢在於不改變LED的色度。PT4115EE89E調(diào)光頻率最高可達(dá)20kHz.  

  PT4115EE89E電路的軟啟動(dòng)

輸出電流很大且輸入電壓源輸出電流能力有限時(shí),可通過在DIM接入一個(gè)外部電容C6至GND，使得啟動(dòng)時(shí)DIM端電壓緩慢上升，這樣LED的電流也緩慢上升，從而實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)同時(shí)可避免輸入電壓源被限流。建議電容值選取0.47μF的0805瓷片電容,在電容兩端加肖特基二極管到VIN加速電容放電可解決連續(xù)開關(guān)機(jī)IC無法正常啟動(dòng)的情況。

 PT4115EE89E LED驅(qū)動(dòng)IC過熱保護(hù)

PT4115E內(nèi)部設(shè)置了過溫保護(hù)功能（TSD）,以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。當(dāng)IC芯片溫度超出150℃，IC即會進(jìn)入TSD保護(hù)狀態(tài)並停止電流輸出，而當(dāng)溫度低於130時(shí)，IC即會重新恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

  PT4115EE89E驅(qū)動(dòng)電路PCB Layout註意事項(xiàng)

合理的PCB布局設(shè)計(jì)對實(shí)現(xiàn)芯片的穩(wěn)定工作是至關(guān)重要的。

 1.  當(dāng)輸入電容離芯片的VIN引腳水平距離很遠(yuǎn)時(shí)，寄生電感會較大，上電過程中較大di/d在寄生電感上產(chǎn)生的噪聲會影響芯片的采樣，致IC工作出現(xiàn)異常。避免上述問題，需在靠近芯片VIN引腳至GND並聯(lián)一個(gè)0.1μF的瓷片電容。

錯(cuò)誤的PCB Layout示意圖1：

正確的PCB Layout示意圖2：

較好的PCB Layout示意圖3：

2.電流采樣電阻Rs盡可能靠近芯片VIN與CSN引腳以減小電流采樣誤差；

3.電流環(huán)路，包括輸入電容、采樣電阻、電感、肖特基二極管，應(yīng)盡可能短；

4.為了有效地減小電流環(huán)路的噪聲，輸入旁路電容建議單點(diǎn)接地。輸入電容C1的地與MOS管Q1的地均為功率地，芯片U1的地為信號地，正確的做法是「MOS管Q1的地先與輸入電容C1的地連接然後再由輸入電容的單點(diǎn)地連接至芯片U1的地」。

示意圖如下：

5.MOS 管的DRAIN端是開關(guān)節(jié)點(diǎn)，走線盡可能短且遠(yuǎn)離芯片，以減小電感的輻射。

TPT4115EE89E PCB Layout參考圖

  PT4115EE89E電路設(shè)計(jì)散熱註意事項(xiàng)

  當(dāng)系統(tǒng)工作的環(huán)境溫度較高及驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載時(shí)，必須要註意避免系統(tǒng)達(dá)到功率極限。在實(shí)際應(yīng)用中，要求達(dá)到每25mm²的PCB 大約需要1oz 敷銅的電流密度以有利於散熱。若PCB板允許，請盡量多敷銅，並連接至電源的GND，以吸收電感的幹?jǐn)_，也有利於散熱。

 PT4115EE89E驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用註意事項(xiàng)

 1、輸出負(fù)載使用電子負(fù)載的CV模式時(shí)，由於電子負(fù)載響應(yīng)速度較慢，當(dāng)無輸出電容或輸出電容較小時(shí)，PT4115EE89E會出現(xiàn)工作異常。改善的措施：加大輸出電容，延長啟動(dòng)時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)間大於電子負(fù)載響應(yīng)時(shí)間時(shí)，PT4115EE89E在CV模式下也能正常工作。

 2、測試PT4115EE89E開關(guān)機(jī)及動(dòng)態(tài)性能時(shí)，輸出負(fù)載務(wù)必采用LED燈。