30V/350mA 、高亮度LED恒流驱动器PT4211

PT4211概述

PT4211是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，专门针对用于驱动1-3颗串联LED而设计。PT4211可接受的输入电压范围从5伏到30伏，输出电流可调至最大 350mA。 PT4211内置功率开关，采用高端电流采样方式，通过一个外部电阻设定LED平均电流。专用调光DIM引脚可以接受宽范围的PWM调光信号。当DIM的电压低于0.4伏时，功率开关关断，PT4211进入极低工作电流的待机状态。

PT4211采用SOT23-5封装。

PT4211特点

●极少的外部元器件

●很宽的输入电压范围：从5V到30V

●最大输出350mA的电流

●专用调光管脚可接受PWM调光

●±3%的输出电流精度

●LED开路自然保护

●高达93%的效率

●输出可调的恒流控制方法

●软过温保护尽大可能减少高温下LED闪烁

●SOT23-5封装

PT4211应用

●Mr16 应用系统

●车载LED灯

●LED备用灯

●LED信号灯

PT4211定购信息

PT4211典型应用电路

PT4211引脚定义

PT4211工作原理描述

      PT4211和电感（L）、电流采样电阻（RS）形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流LED 控制器。 VIN 上电时，电感（L）和电流采样电阻（RS）的初始电流为零，LED输出电流也为零。CS比较器的输出为高，内部功率开关导通，SW的电位为低。电流通过电感（L）、电流采样电阻（RS）、LED 和内部功率开关从VIN 流到地，电流上升的斜率由VIN、电感（L）和LED压降决定，在RS上产生一个压差V CSN ， 当(V_IN-V_CSN)  > 230mV 时，CS比较器的输出变低，内部功率开关关断，电流以另一个斜率流过电感（L）、电流采样电阻（RS）、LED和肖特基二极管（D），当(V_IN-V_CSN ) < 170mV 时，功率开关重新打开，这样使得在LED上的平均电流为

高端电流采样结构使得外部元器件数量很少，采用1%精度的采样电阻，LED 输出电流控制在±3% 的精度。

PT4211可以在DIM 管脚加PWM 信号进行调光，DIM 管脚电压低于0.4V 关断LED 电流，高于1.7V 打开LED电流，PWM调光的频率范围从100Hz 到20KHz 以上，最高调光频率视工作频率而定。

DIM管脚在正常工作时可以悬空。悬空时DIM管脚由内部300K的电阻将其拉到5V。当加在DIM上的电压低于0.4V时，内部功率开关关断，LED电流降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作，静态电流为95uA。  

    此外，内部过温软保护功能在避免过温状态LED 闪烁同时增强了器件可靠性。当由于负载电流异常致使器件温度升高超过135 度时，PT4211将自动减小LED 电流阻止温度进一步升高，如果温度不可避免升高到150 度以上时，内部过热关断功能（TSD ）将关断器件，直到温度降低15度后重新开始工作。

PT4211应用说明

     通过外部电流采样电阻RS设定LED平均电流

LED 的平均电流由连接在VIN 和CSN 两端的电阻RS决定：  

I_OUT＝0.2/Rs

上述等式成立的前提是DIM 端悬空或外加DIM 端电压高于1.7V （但必须低于5V）。最大电流设定好的条件下，可通过在DIM 端施加不同占空比的PWM脉冲信号改变输出电流大小。

通过PWM信号实现调光

LED 的最大平均电流由连接在VIN 和CSN 两端的电阻RS决定，通过在DIM 管脚加入可变占空比的PWM信号可以调小输出电流以实现调光，计算方法如下所示：

通过PWM调光，LED 的输出电流可以从0%到100%变化。LED 的亮度是由PWM信号的占空比决定的。例如PWM信号25% 占空比，LED 的平均电流为(0.2/RS) 的25% 。PWM调光比模拟调光的优势在于不改变LED 的色度。PT4211调光频率视系统工作频率而定，最高不能超过系统工作频率。为了达到最好的调光线性度，在允许的情况下应该选择较低的调光频率。同时为了避免人眼觉察到闪烁现象最低调光频率建议在100Hz 以上。

  关断模式

  通过在DIM 端接入0.4V 以下的电压，实现系统关断，通常情况下，系统的静态电流保持在95μA以下。

  LED开路

  PT4211具有内在开路保护功能，负载一旦开路，芯片的SW处于悬空状态，芯片将被设置于安全的低功率模式，因此LED负载开路时LED和芯片都是安全的。负载重新连接后进入正常的工作状态。

  旁路电容

  在电源输入必须就近接一个低等效串联电阻（ESR）的旁路电容，ESR 越大，效率损失会变大。该旁路电容要能承受较大的峰值电流，并能使电源的输入电流平均，减小对输入电源的冲击。直流输入时，该旁路电容的最小值为4.7uF，在交流输入或低电压输入，旁路电容需要100uF的钽电容或类似电容。该旁路电容尽可能靠近芯片的输入管脚。为了保证在不同温度和工作电压下的稳定性，建议使用X5R/X7R的电容。

  选取电感

  PT4211推荐使用的电感参数范围为47uH ~ 100uH 。电感的饱和电流必须要比输出电流高30% 到50% 。输入电压较高的情况下建议使用较大的电感，一方面改善恒流效果，令一方面可增加器件可靠性。电感器在布板时请尽量靠近VIN 和SW，以避免寄生电阻所造成的效率损失。

下表给出电感选择建议:

以CoilCraft 为例，可以选择以下型号电感:

电感的选型还应注意满足PT4211应用的最大工作频率的SPEC范围。

  选取二极管

  为了保证最大的效率以及性能，二极管（D）应选择快速恢复、低正向压降、低寄生电容、低漏电的肖特基二极管，电流能力以及耐压视具体的应用而定，但应保持30% 的余

量，有助于稳定可靠的工作。 另外值得注意的一点是应考虑温度高于85°C时肖特基的反向漏电流。过高的漏电会导致增加系统的功率耗散。 AC12V整流二极管（D）一定要选用低压降的肖特基二极管，以降低自身功率耗散。

 降低输出纹波

 如果需要减少输出电流纹波，一个最有效的方法即在LED的两端并联一个电容，连接方式如图所示:

1uF 的电容可以使输出纹波减少大约1/3。适当的增大输出电容可以抑制更多的纹波.  需要注意的是输出电容不会影响系统的工作频率和效率，但是会影响系统启动延时以及调光频率。

  低输入电压下工作注意事项

系统在输入电压接近于输出电压时，会导致系统长时间工作在高占空比的状态，特别是低输入电压（比如小于10V ），功率耗散也会增大。长时间工作的情况下，有可能导致IC

过热保护，表现为输出电流小于预设电流（过热保护详见后续说明）。在实际应用中，适当的保持输入输出电压的压差是非常必要的。需要注意的是输入电压过低通常会导致较多的功率耗散，因而会降低整个系统的效率。

  散热注意事项

当系统工作的环境温度较高或者驱动较大功率负载时，必须要注意避免系统达到功率极限。需要注意的是最低输入电压下往往效率较低，因而可能带来温度上升。如果选择了不恰当的电感，或者开关转换点存在过大的寄生电容会导致系统效率的降低。

 IC过热保护(TSD)

  PT4211内部设置了过温保护功能（TSD ）, 以保证系统稳定可靠的工作。当IC 芯片温度超出135℃时，IC 开始进入过热预调整状态，首先减小负载电流，如果非严重异常情况则负载电流降低时温度不会继续升高。如果温度继续升高，当内部结温达到 150℃时IC完全关断，停止电流输出，只有当温度低于140 时，IC才会重新恢复至工作状态。

  PCB布板的注意事项

  合理的PCB 布局  对于最大程度保证系统稳定性以及低噪声来说很重要。使用多层PCB 板是避免噪声干扰的一种很有效的办法。为了有效减小电流回路的噪声，输入旁路电容应当另行接地。

  SW端

  SW端处在快速开关的节点，所以 PCB 走线应当尽可能的短，另外芯片的GND端应保持尽量良好的接地。

  电感、电流采样电阻

  布板中要注意的电感应当距离相应管脚尽可能的近一些，否则会影响整个系统的效率。另外一个需要注意的事项是尽量减小RS两端走线引起的寄生电阻，以保证采样电流的准确。