詳解大功率LED 恒流驅動(dòng)的設計原理

　　3. 4 PT4115 調光措施

　　PT4115 采用PWM 調光措施，當DIM 引腳電壓低于0. 3 V 時(shí)關(guān)斷LED 電流，高于2. 5 V 時(shí)開(kāi)啟LED 電流。

　　PWM調光措施相對于傳統的線(xiàn)性調光，不影響LED 的光效。PWM 調光的基本原理是保持LED 正向導通電流恒定，而通過(guò)控制電流導通和關(guān)斷的時(shí)間比例，即控制每個(gè)周期電流導通的時(shí)間。PWM 調光的優(yōu)勢是LED 正向導通的電流一直是恒定的，LED的色度就不會(huì )像模擬調光一樣會(huì )變化。PWM調光可以在精確控制LED 的亮度的同時(shí)，也保證LED 發(fā)光的色度。

　　線(xiàn)性調光是通過(guò)改變流過(guò)LED 的電流來(lái)調整光效的，流過(guò)LED 的電流的變化必然會(huì )影響LED 的色度。

　　因此，PWM調光相對傳統的線(xiàn)性調光具有很大的進(jìn)步。

　　3. 5 PT4115 頻抖改善EMI 的原理

　　頻率抖動(dòng)技術(shù)（Frequency Jitter） 是一種從分散諧波干擾能量著(zhù)手解決EMI 問(wèn)題的新方法。頻率抖動(dòng)技術(shù)是指開(kāi)關(guān)電源的工作頻率并非固定不變，而是周期性地由窄帶變?yōu)閷拵У姆绞絹?lái)降低EMI ，來(lái)減小電磁干擾的方法。

　　頻率抖動(dòng)技術(shù)通過(guò)擴展電源噪聲頻譜的方式降低了窄帶EMI.對于可以抖動(dòng)多少的振蕩器頻（fs） ，存在一些局限性。其中一些局限因素是開(kāi)關(guān)損耗和磁路設計。為了將升壓電感盡可能的保持較小，并將開(kāi)關(guān)損耗保持在可控范圍內，頻率抖動(dòng)應不超過(guò)基本頻率的20 %至30 %.

　　3. 6 PT4115 的動(dòng)態(tài)溫度調節和過(guò)溫保護

　　對于PT4115 具有動(dòng)態(tài)溫度調節的功能，并且，可以在此功能的基礎上實(shí)現過(guò)溫保護。

　　3. 6. 1 動(dòng)態(tài)溫度調節。

　　圖5 動(dòng)態(tài)溫度調節原理圖

　　從圖5 中可見(jiàn)，DIM 端內部是一個(gè)1MΩ 的上拉電阻，連接到內部5V 電源上。DIM 端電壓由內部上拉電阻和熱敏電阻NTC 分壓決定。從熱敏電阻的特性可以知道，溫度的變化會(huì )影響NTC 的阻值，進(jìn)而影響DIM端電壓，以實(shí)現PT4115 的動(dòng)態(tài)溫度調節。

　　3. 6. 2 過(guò)溫保護的實(shí)現。

　　從圖6 中可見(jiàn)，相對于圖5 多了一個(gè)三極管，當溫度升高時(shí)，NTC 電阻的阻值減小，其上的分壓也減小，則相應的其下面電阻上的分壓升高，當超過(guò)三極管的開(kāi)通電壓時(shí)， 三極管導通，DIM 端接地， 關(guān)斷LED電流， 當溫度降低時(shí)， IC 重啟， 因此， 實(shí)現了PT4115 的過(guò)溫保護。

　　圖6 　過(guò)溫保護的實(shí)現原理圖

　　3. 7 PT4115 工程應用中的經(jīng)驗

　　1） 電感越大，工作頻率越低，恒流效果越好；2） 輸出電流越大，需要電感值越小，電感選擇方便；3） 通常電感越大，功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗越小，但相應的電感的損耗會(huì )增大；4） PT4115 內部自帶過(guò)溫保護功能，外部過(guò)溫保護可設，對LED 實(shí)現雙重保護；5） PCB 布線(xiàn)要盡可能的將銅箔與PT4115 的Ex2posed PAD 和GND 的接觸面積增大，以利散熱；6） 交流12V 整流管和續流二極管一定要選用低壓降的肖特基二極管，以降低自身功耗；7） 電感選取時(shí)，其飽和電流要求為輸出電流的1. 5 倍。

　　4 實(shí)驗結果

　　4. 1 效率測定

　　采用實(shí)驗室精密儀表，對PT4115 的輸出效率進(jìn)行了測量，現以輸出為3 顆LED 串聯(lián)負載為例，其結果見(jiàn)表1.

　　表1 不同輸入電壓下，輸出效率測定

　　從表1 可見(jiàn)， PT4115 的整體供電效率維持在91 %以上，相對于當前市場(chǎng)上的恒流源，是一款效率高的產(chǎn)品。并且，單路可以實(shí)現驅動(dòng)最多7 顆1W的LED 串聯(lián)。由于，外圍電路簡(jiǎn)單， IC 封裝體積小，可以將恒流驅動(dòng)和LED 負載整合在一塊鋁基板上，實(shí)現驅動(dòng)、散熱一體化的模組方案。

　　4. 2 實(shí)驗波形

　　通過(guò)示波器采樣肖特基二極管兩端的波形，同樣以3 顆LED 負載為例進(jìn)行采樣。

　　圖7 輸入電壓12 V 負載為3 顆LED 串聯(lián)時(shí)的波形

　　從波形圖7 與可見(jiàn)斬波波形沒(méi)有毛刺，因此，諧波含量比較低，恒流驅動(dòng)損耗小。

　　5 小結

　　本文通過(guò)對各種常用驅動(dòng)技術(shù)進(jìn)行比較，得出大功率LED 應采用恒流驅動(dòng)的結論。并且，詳細介紹了基于PT4115 的大功率LED 恒流驅動(dòng)的原理、優(yōu)點(diǎn)、及其電路實(shí)現。同時(shí)， 也詳細敘述了在采用PT4115 實(shí)現恒流驅動(dòng)過(guò)程中的經(jīng)驗總結。最后對其實(shí)驗結果進(jìn)行了描述，證明了該驅動(dòng)的合理性、高效性、簡(jiǎn)潔性等突出優(yōu)點(diǎn)。該恒流驅動(dòng)具有很強的工程實(shí)用性。