低成本30V/0.8A 、高調(diào)光比LED恒流驅(qū)動器PT4119

PT4119概述

PT4119是壹款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，用於驅(qū)動壹顆或多顆串聯(lián)LED。PT4119輸入電壓範(fàn)圍從6伏到30伏，輸出電流可調(diào)，最大可達(dá)0.8安培。根據(jù)不同的輸入電壓和外部器件，PT4119可以驅(qū)動高達(dá)數(shù)十瓦的LED。 PT4119 內(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED平均電流，並通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬範(fàn)圍的PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低於0.3伏時，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4119進(jìn)入極低工作電流的待機(jī)狀態(tài)。

PT4119采用SOT89-5封裝和ESOP8封裝。

PT4115特點(diǎn)

●極少的外部元器件

●很寬的輸入電壓範(fàn)圍：從6V到30V

●最大輸出0.8A的電流

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

●±3%的輸出電流精度

●LED開路自然保護(hù)

●高達(dá)97%的效率

●輸出可調(diào)的恒流控制方法

●增強(qiáng)散熱能力的ESOP8封裝可用於大功率驅(qū)動

PT4115應(yīng)用

●低壓LED射燈代替鹵素?zé)?

●車載LED燈

●LED備用燈

●LED信號燈

PT4119定購信息

PT4119典型應(yīng)用電路

PT4119引腳定義

PT4119工作原理描述

     PT4119和電感（L）、電流采樣電阻（RS）形成壹個自振蕩的連續(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(dǎo)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)生壹個壓差V_CSN ， 當(dāng)(V_IN-V_CSN)  > 115mV 時，CS比較器的輸出變低，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，電流以另壹個斜率流過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和肖特基二極管（D），當(dāng)(V_IN-V_CSN ) < 85mV 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±5% 的精度。

PT4119可以在DIM管腳加PWM 信號進(jìn)行調(diào)光，DIM管腳電壓低於0.3V關(guān)斷LED電流，高於2.5V全部打開LED電流，PWM調(diào)光的頻率範(fàn)圍從100Hz 到20KHz 以上。當(dāng)高電平在0.5V 到2.5V之間，也可以調(diào)光，具體應(yīng)用細(xì)節(jié)見後面應(yīng)用說明。

  DIM管腳也可以通過外加直流電壓(V_DIM) 調(diào)小LED電流（模擬調(diào)光），最大LED電流由采樣電阻RS決定。直流電壓(V_DIM)  的有效的調(diào)光範(fàn)圍是0.5V 到2.5V 。當(dāng)直流電壓(V_DIM)高於2.5V，輸出LED 電流保持恒定，並由(0.1/RS)設(shè)定。LED電流還可以通過DIM到地之間接壹個電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，內(nèi)部有壹個上拉電阻（典型200K歐姆）接在內(nèi)部穩(wěn)壓電壓5V上，DIM 管腳的電壓由內(nèi)部和外部的電阻分壓決定。DIM 管腳在正常工作時可以浮空。當(dāng)加在DIM 上的電壓低於0.3V 時，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，LED 電流也降為零。關(guān)斷期間，內(nèi)部穩(wěn)壓電路保持待機(jī)工作，靜態(tài)電流僅為95uA。

    此外，為了保證可靠性，PT4119內(nèi)部包含過熱保護(hù)功能（TSD），封裝含有散熱PAD 。過熱保護(hù)功能在芯片過熱（160 ℃）時保護(hù)芯片和系統(tǒng)，外部的散熱PAD增強(qiáng)了芯片功耗，於是，PT4119能夠安全地輸出較大電流。PT4119還可以通過DIM 管腳外接熱敏電阻（NTC）到LED附近，檢測溫度動態(tài)調(diào)節(jié)LED 電流保護(hù)LED ，詳見後面應(yīng)用說明。

PT4119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＝0.1/Rs(Rs≥0.082Ω)}

上述等式成立的前提是DIM 端浮空或外加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。

通過直流電壓實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)光

DIM端可以外加壹個直流電壓(VDIM)調(diào)小LED輸出電流，最大LED輸出電流由（0.1/RS）設(shè)定，如圖所示：

LED平均輸出電流計(jì)算公式：

V_DIM在(2.5V≤V_DIM≤5V)範(fàn)圍內(nèi)LED保持100%電流等於I_OUT=0.1/Rs

通過PWM信號實(shí)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(shí)現(xiàn)調(diào)光，計(jì)算方法如下所示：

如果高電平小於2.5V ，則

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(0.1/RS) 的25% 。PWM調(diào)光比模擬調(diào)光的優(yōu)勢在於不改變LED的色度。PT4119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(dá)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。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。PT4119調(diào)光頻率最高可超過20kHz.

  關(guān)斷模式

  通過在DIM 端接入0.3V以下的電壓，實(shí)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。

  軟啟動模式：

  通過在DIM接入壹個外部電容，使得啟動時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。通常情況下，軟啟動時間和外接電容的關(guān)系大約為0.8ms/nF。

  LED開路

  PT4119具有內(nèi)在開路保護(hù)功能，負(fù)載壹旦開路，芯片的SW處於懸空狀態(tài)，芯片將被設(shè)置於安全的低功率模式，因此LED負(fù)載開路時LED和芯片都是安全的。負(fù)載重新連接後進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。

  旁路電容

  在電源輸入必須就近接壹個低等效串聯(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，並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

  PT4119推薦使用的電感參數(shù)範(fàn)圍為27uH ~ 100uH 。電感的飽和電流必須要比輸出電流高30%到50%。LED輸出電流越小，建議采用的電感值越大。在電流能力滿足要求的前提下，希望電感取得大壹些，這樣恒流的效果會更好壹些。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:

電感選型還應(yīng)註意滿足PT4115應(yīng)用的最大工作頻率的SPEC範(fàn)圍。

下列公式可為妳的應(yīng)用提供參考：

SW 'On'時間

SW 'Off'時間

這裏:

L電感感值(H)

rL電感寄生阻抗 ( Ω)

R_S限流電阻阻值 ( Ω)

Iavg  LED 平均電流(A)

ΔI 電感紋波電流峰峰值(A) {設(shè)置為 0.3 x Iavg}

V_IN 輸入電壓 (V)

V_LED總的LED導(dǎo)通壓降(V)

R_SW開關(guān)管導(dǎo)通阻抗 (Ω) {0.6Ω典型值}

V_D正向?qū)▔航?(V)

  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，有助於穩(wěn)定可靠的工作。 另外值得註意的壹點(diǎn)是應(yīng)考慮溫度高於85°C時肖特基的反向漏電流。過高的漏電會導(dǎo)致增加系統(tǒng)的功率耗散。 AC12V整流二極管（D）壹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，壹個最有效的方法即在LED的兩端並聯(lián)壹個電容，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(dāng)?shù)脑龃筝敵鲭娙菘梢砸种聘嗟募y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)啟動延時以及調(diào)光頻率。

  低輸入電壓下工作註意事項(xiàng)

系統(tǒng)在輸入電壓低於VUULO接近於輸出電壓時IC內(nèi)部的功率開關(guān)管處於關(guān)斷狀態(tài)，直到輸入電壓高於（VUVLO＋500mV ）系統(tǒng)才會正常啟動。但是有壹種特殊情況即輸入電壓雖然高於（VUVLO＋500mV ），但是過於接近輸出電壓，會導(dǎo)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（比如小於10V ），功率耗散也會增大。長時間工作的情況下，有可能導(dǎo)致IC過熱保護(hù)（過熱保護(hù)詳見後續(xù)說明）。在實(shí)際應(yīng)用中，適當(dāng)?shù)谋３州斎胼敵鲭妷旱膲翰钍欠浅１匾摹Ｔ诠ぷ鳡顟B(tài)下，輸入電壓降至VUVLO以下時，內(nèi)部開關(guān)管會關(guān)閉，系統(tǒng)停止輸出。

  散熱註意事項(xiàng)

  當(dāng)系統(tǒng)工作的環(huán)境溫度較高時，以及驅(qū)動大電流負(fù)載時，必須要註意避免系統(tǒng)達(dá)到功率極限。下圖列出了PT4119額定功率與溫度的對應(yīng)關(guān)系。  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。PCB 銅箔與PT4119的散熱PAD和GND的接觸面積面積要盡可能大，有利於散熱。

  需要註意的是選擇了不恰當(dāng)?shù)碾姼?，以及開關(guān)轉(zhuǎn)換點(diǎn)存在過大的寄生電容會導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低。當(dāng)由於器件發(fā)熱限制驅(qū)動功率時，推薦選用ESOP8封裝，因?yàn)樵谕葪l件下ESOP8封裝具有更好的散熱能力。

 負(fù)載電流的熱補(bǔ)償

高亮度LED 有時需要提供溫度補(bǔ)償電流以保證可靠穩(wěn)定的工作，這些LED通常被設(shè)計(jì)在驅(qū)動板之外。 PT4119的內(nèi)部溫度補(bǔ)償電路已將輸出電流達(dá)到盡可能的穩(wěn)定。PT4115還可以通過DIM管腳外接熱敏電阻（NTC）或者二極管（負(fù)溫度系數(shù)）到LED附近，檢測 LED溫度動態(tài)調(diào)節(jié)LED電流以保護(hù)LED 。隨著溫度升高，DIM端電壓降低，從而降低LED輸出電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償。

 IC過熱保護(hù)(TSD)

  PT4119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160℃，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140℃時，IC即會重新恢復(fù)至工作狀態(tài)。

  PCB布板的註意事項(xiàng)

  合理的PCB 布局  對於最大程度保證系統(tǒng)穩(wěn)定性以及低噪聲來說很重要。使用多層PCB 板是避免噪聲幹?jǐn)_的壹種很有效的辦法。為了有效減小電流回路的噪聲，輸入旁路電容應(yīng)當(dāng)另行接地。PCB銅箔與PT4119的散熱PAD和GND的接觸面積面積要盡可能大，以利散熱。

  SW端

  SW端處在快速開關(guān)的節(jié)點(diǎn)，所以 PCB 走線應(yīng)當(dāng)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

  布板中要註意的電感應(yīng)當(dāng)距離相應(yīng)管腳盡可能的近壹些，否則會影響整個系統(tǒng)的效率。另外壹個需要註意的事項(xiàng)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(zhǔn)確。