詳解大功率LED 恒流驅動的設計原理

　　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 時關斷LED 電流，高于2. 5 V 時開啟LED 電流。

　　PWM調光措施相對于傳統的線性調光，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，而通過控制電流導通和關斷的時間比例，即控制每個周期電流導通的時間。PWM 調光的優勢是LED 正向導通的電流一直是恒定的，LED的色度就不會像模擬調光一樣會變化。PWM調光可以在精確控制LED 的亮度的同時，也保證LED 發光的色度。

　　線性調光是通過改變流過LED 的電流來調整光效的，流過LED 的電流的變化必然會影響LED 的色度。

　　因此，PWM調光相對傳統的線性調光具有很大的進步。

　　3. 5 PT4115 頻抖改善EMI 的原理

　　頻率抖動技術（Frequency Jitter） 是一種從分散諧波干擾能量著手解決EMI 問題的新方法。頻率抖動技術是指開關電源的工作頻率并非固定不變，而是周期性地由窄帶變為寬帶的方式來降低EMI ，來減小電磁干擾的方法。

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

　　3. 6 PT4115 的動態溫度調節和過溫保護

　　對于PT4115 具有動態溫度調節的功能，并且，可以在此功能的基礎上實現過溫保護。

　　3. 6. 1 動態溫度調節。

　　圖5 動態溫度調節原理圖

　　從圖5 中可見，DIM 端內部是一個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，溫度的變化會影響NTC 的阻值，進而影響DIM端電壓，以實現PT4115 的動態溫度調節。

　　3. 6. 2 過溫保護的實現。

　　從圖6 中可見，相對于圖5 多了一個三極管，當溫度升高時，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，當超過三極管的開通電壓時， 三極管導通，DIM 端接地， 關斷LED電流， 當溫度降低時， IC 重啟， 因此， 實現了PT4115 的過溫保護。

　　圖6 　過溫保護的實現原理圖

　　3. 7 PT4115 工程應用中的經驗

　　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，功率開關的開關損耗越小，但相應的電感的損耗會增大；4） PT4115 內部自帶過溫保護功能，外部過溫保護可設，對LED 實現雙重保護；5） PCB 布線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，其飽和電流要求為輸出電流的1. 5 倍。

　　4 實驗結果

　　4. 1 效率測定

　　采用實驗室精密儀表，對PT4115 的輸出效率進行了測量，現以輸出為3 顆LED 串聯負載為例，其結果見表1.

　　表1 不同輸入電壓下，輸出效率測定

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

　　4. 2 實驗波形

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

　　圖7 輸入電壓12 V 負載為3 顆LED 串聯時的波形

　　從波形圖7 與可見斬波波形沒有毛刺，因此，諧波含量比較低，恒流驅動損耗小。

　　5 小結

　　本文通過對各種常用驅動技術進行比較，得出大功率LED 應采用恒流驅動的結論。并且，詳細介紹了基于PT4115 的大功率LED 恒流驅動的原理、優點、及其電路實現。同時， 也詳細敘述了在采用PT4115 實現恒流驅動過程中的經驗總結。最后對其實驗結果進行了描述，證明了該驅動的合理性、高效性、簡潔性等突出優點。該恒流驅動具有很強的工程實用性。