低成本30V/0.8A 、高調光比LED恒流驅動器PT4119

PT4119概述

PT4119是壹款連續電感電流導通模式的降壓恒流源，用於驅動壹顆或多顆串聯LED。PT4119輸入電壓範圍從6伏到30伏，輸出電流可調，最大可達0.8安培。根據不同的輸入電壓和外部器件，PT4119可以驅動高達數十瓦的LED。 PT4119 內置功率開關，采用高端電流采樣設置LED平均電流，並通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬範圍的PWM調光。當DIM的電壓低於0.3伏時，功率開關關斷，PT4119進入極低工作電流的待機狀態。

PT4119采用SOT89-5封裝和ESOP8封裝。

PT4115特點

●極少的外部元器件

●很寬的輸入電壓範圍：從6V到30V

●最大輸出0.8A的電流

●復用DIM引腳進行LED開關、模擬調光和PWM調光

●±3%的輸出電流精度

●LED開路自然保護

●高達97%的效率

●輸出可調的恒流控制方法

●增強散熱能力的ESOP8封裝可用於大功率驅動

PT4115應用

●低壓LED射燈代替鹵素燈

●車載LED燈

●LED備用燈

●LED信號燈

PT4119定購信息

PT4119典型應用電路

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上產生壹個壓差V_CSN ， 當(V_IN-V_CSN)  > 115mV 時，CS比較器的輸出變低，內部功率開關關斷，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(V_IN-V_CSN ) < 85mV 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輸出電流控制在±5% 的精度。

PT4119可以在DIM管腳加PWM 信號進行調光，DIM管腳電壓低於0.3V關斷LED電流，高於2.5V全部打開LED電流，PWM調光的頻率範圍從100Hz 到20KHz 以上。當高電平在0.5V 到2.5V之間，也可以調光，具體應用細節見後面應用說明。

  DIM管腳也可以通過外加直流電壓(V_DIM) 調小LED電流（模擬調光），最大LED電流由采樣電阻RS決定。直流電壓(V_DIM)  的有效的調光範圍是0.5V 到2.5V 。當直流電壓(V_DIM)高於2.5V，輸出LED 電流保持恒定，並由(0.1/RS)設定。LED電流還可以通過DIM到地之間接壹個電阻進行調節，內部有壹個上拉電阻（典型200K歐姆）接在內部穩壓電壓5V上，DIM 管腳的電壓由內部和外部的電阻分壓決定。DIM 管腳在正常工作時可以浮空。當加在DIM 上的電壓低於0.3V 時，內部功率開關關斷，LED 電流也降為零。關斷期間，內部穩壓電路保持待機工作，靜態電流僅為95uA。

    此外，為了保證可靠性，PT4119內部包含過熱保護功能（TSD），封裝含有散熱PAD 。過熱保護功能在芯片過熱（160 ℃）時保護芯片和系統，外部的散熱PAD增強了芯片功耗，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，檢測溫度動態調節LED 電流保護LED ，詳見後面應用說明。

PT4119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＝0.1/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）。實際上，RS是設定了LED 的最大輸出電流，通過DIM 端，LED 實際輸出電流能夠調小到任意值。

通過直流電壓實現模擬調光

DIM端可以外加壹個直流電壓(VDIM)調小LED輸出電流，最大LED輸出電流由（0.1/RS）設定，如圖所示：

LED平均輸出電流計算公式：

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

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：

如果高電平小於2.5V ，則

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(0.1/RS) 的25% 。PWM調光比模擬調光的優勢在於不改變LED的色度。PT4119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。建議設置PWM調光頻率在100Hz以上，以避免人的眼睛可以看到LED的閃爍。PWM調光比模擬調光的優勢在於不改變LED的色度。PT4119調光頻率最高可超過20kHz.

  關斷模式

  通過在DIM 端接入0.3V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。

  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，從而實現軟啟動。通常情況下，軟啟動時間和外接電容的關系大約為0.8ms/nF。

  LED開路

  PT4119具有內在開路保護功能，負載壹旦開路，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壹個低等效串聯電阻（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

  PT4119推薦使用的電感參數範圍為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:

電感選型還應註意滿足PT4115應用的最大工作頻率的SPEC範圍。

下列公式可為妳的應用提供參考：

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) {設置為 0.3 x Iavg}

V_IN 輸入電壓 (V)

V_LED總的LED導通壓降(V)

R_SW開關管導通阻抗 (Ω) {0.6Ω典型值}

V_D正向導通壓降 (V)

  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。 另外值得註意的壹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）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。適當的增大輸出電容可以抑制更多的紋波.  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

系統在輸入電壓低於VUULO接近於輸出電壓時IC內部的功率開關管處於關斷狀態，直到輸入電壓高於（VUVLO＋500mV ）系統才會正常啟動。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（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。在工作狀態下，輸入電壓降至VUVLO以下時，內部開關管會關閉，系統停止輸出。

  散熱註意事項

  當系統工作的環境溫度較高時，以及驅動大電流負載時，必須要註意避免系統達到功率極限。下圖列出了PT4119額定功率與溫度的對應關系。  在實際應用中，要求達到每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的電感，以及開關轉換點存在過大的寄生電容會導致系統效率的降低。當由於器件發熱限制驅動功率時，推薦選用ESOP8封裝，因為在同等條件下ESOP8封裝具有更好的散熱能力。

 負載電流的熱補償

高亮度LED 有時需要提供溫度補償電流以保證可靠穩定的工作，這些LED通常被設計在驅動板之外。 PT4119的內部溫度補償電路已將輸出電流達到盡可能的穩定。PT4115還可以通過DIM管腳外接熱敏電阻（NTC）或者二極管（負溫度系數）到LED附近，檢測 LED溫度動態調節LED電流以保護LED 。隨著溫度升高，DIM端電壓降低，從而降低LED輸出電流，實現系統的溫度補償。

 IC過熱保護(TSD)

  PT4119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160℃，IC 即會進入TSD 保護狀態並停止電流輸出，而當溫度低於140℃時，IC即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，輸入旁路電容應當另行接地。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壹些，否則會影響整個系統的效率。另外壹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。