30V/350mA 、高亮度LED恒流驅動器PT4211

PT4211概述

PT4211是一款連續電感電流導通模式的降壓恒流源，專門針對用於驅動1-3顆串聯LED而設計。PT4211可接受的輸入電壓範圍從5伏到30伏，輸出電流可調至最大 350mA。 PT4211內置功率開關，采用高端電流采樣方式，通過一個外部電阻設定LED平均電流。專用調光DIM引腳可以接受寬範圍的PWM調光信號。當DIM的電壓低於0.4伏時，功率開關關斷，PT4211進入極低工作電流的待機狀態。

PT4211采用SOT23-5封裝。

PT4211特點

●極少的外部元器件

●很寬的輸入電壓範圍：從5V到30V

●最大輸出350mA的電流

●專用調光管腳可接受PWM調光

●±3%的輸出電流精度

●LED開路自然保護

●高達93%的效率

●輸出可調的恒流控製方法

●軟過溫保護盡大可能減少高溫下LED閃爍

●SOT23-5封裝

PT4211應用

●Mr16 應用系統

●車載LED燈

●LED備用燈

●LED信號燈

PT4211定購信息

PT4211典型應用電路

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電感電流模式的降壓型恒流LED 控製器。 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，內部功率開關導通，SW的電位為低。電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED 和內部功率開關從VIN 流到地，電流上升的斜率由VIN、電感（L）和LED壓降決定，在RS上產生一個壓差V CSN ， 當(V_IN-V_CSN)  > 230mV 時，CS比較器的輸出變低，內部功率開關關斷，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，功率開關重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為

高端電流采樣結構使得外部元器件數量很少，采用1%精度的采樣電阻，LED 輸出電流控製在±3% 的精度。

PT4211可以在DIM 管腳加PWM 信號進行調光，DIM 管腳電壓低於0.4V 關斷LED 電流，高於1.7V 打開LED電流，PWM調光的頻率範圍從100Hz 到20KHz 以上，最高調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管腳由內部300K的電阻將其拉到5V。當加在DIM上的電壓低於0.4V時，內部功率開關關斷，LED電流降為零。關斷期間，內部穩壓電路保持待機工作，靜態電流為95uA。  

    此外，內部過溫軟保護功能在避免過溫狀態LED 閃爍同時增強了器件可靠性。當由於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，內部過熱關斷功能（TSD ）將關斷器件，直到溫度降低15度後重新開始工作。

PT4211應用說明

     通過外部電流采樣電阻RS設定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 端電壓高於1.7V （但必須低於5V）。最大電流設定好的條件下，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信號實現調光

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信號可以調小輸出電流以實現調光，計算方法如下所示：

通過PWM調光，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調光比模擬調光的優勢在於不改變LED 的色度。PT4211調光頻率視系統工作頻率而定，最高不能超過系統工作頻率。為了達到最好的調光線性度，在允許的情況下應該選擇較低的調光頻率。同時為了避免人眼覺察到閃爍現象最低調光頻率建議在100Hz 以上。

  關斷模式

  通過在DIM 端接入0.4V 以下的電壓，實現系統關斷，通常情況下，系統的靜態電流保持在95μA以下。

  LED開路

  PT4211具有內在開路保護功能，負載一旦開路，芯片的SW處於懸空狀態，芯片將被設置於安全的低功率模式，因此LED負載開路時LED和芯片都是安全的。負載重新連接後進入正常的工作狀態。

  旁路電容

  在電源輸入必須就近接一個低等效串聯電阻（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範圍為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:

電感的選型還應註意滿足PT4211應用的最大工作頻率的SPEC範圍。

  選取二極管

  為了保證最大的效率以及性能，二極管（D）應選擇快速恢復、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用而定，但應保持30% 的余

量，有助於穩定可靠的工作。 另外值得註意的一點是應考慮溫度高於85°C時肖特基的反向漏電流。過高的漏電會導致增加系統的功率耗散。 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的兩端並聯一個電容，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。適當的增大輸出電容可以抑製更多的紋波.  需要註意的是輸出電容不會影響系統的工作頻率和效率，但是會影響系統啟動延時以及調光頻率。

  低輸入電壓下工作註意事項

系統在輸入電壓接近於輸出電壓時，會導致系統長時間工作在高占空比的狀態，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，有可能導致IC

過熱保護，表現為輸出電流小於預設電流（過熱保護詳見後續說明）。在實際應用中，適當的保持輸入輸出電壓的壓差是非常必要的。需要註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的效率。

  散熱註意事項

當系統工作的環境溫度較高或者驅動較大功率負載時，必須要註意避免系統達到功率極限。需要註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。如果選擇了不恰當的電感，或者開關轉換點存在過大的寄生電容會導致系統效率的降低。

 IC過熱保護(TSD)

  PT4211內部設置了過溫保護功能（TSD ）, 以保證系統穩定可靠的工作。當IC 芯片溫度超出135℃時，IC 開始進入過熱預調整狀態，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升高。如果溫度繼續升高，當內部結溫達到 150℃時IC完全關斷，停止電流輸出，只有當溫度低於140 時，IC才會重新恢復至工作狀態。

  PCB布板的註意事項

  合理的PCB 布局  對於最大程度保證系統穩定性以及低噪聲來說很重要。使用多層PCB 板是避免噪聲幹擾的一種很有效的辦法。為了有效減小電流回路的噪聲，輸入旁路電容應當另行接地。

  SW端

  SW端處在快速開關的節點，所以 PCB 走線應當盡可能的短，另外芯片的GND端應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當距離相應管腳盡可能的近一些，否則會影響整個系統的效率。另外一個需要註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。