低成本30V/0.8A 、高调光比LED恒流驱动器PT4119

PT4119概述

PT4119是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。PT4119输入电压范围从6伏到30伏，输出电流可调，最大可达0.8安培。根据不同的输入电压和外部器件，PT4119可以驱动高达数十瓦的LED。 PT4119 内置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽范围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3伏时，功率开关关断，PT4119进入极低工作电流的待机状态。

PT4119采用SOT89-5封装和ESOP8封装。

PT4115特点

●极少的外部元器件

●很宽的输入电压范围：从6V到30V

●最大输出0.8A的电流

●复用DIM引脚进行LED开关、模拟调光和PWM调光

●±3%的输出电流精度

●LED开路自然保护

●高达97%的效率

●输出可调的恒流控制方法

●增强散热能力的ESOP8封装可用于大功率驱动

PT4115应用

●低压LED射灯代替卤素灯

●车载LED灯

●LED备用灯

●LED信号灯

PT4119定购信息

PT4119典型应用电路

PT4119引脚定义

PT4119工作原理描述

     PT4119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)  > 115mV 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 ) < 85mV 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±5% 的精度。

PT4119可以在DIM管脚加PWM 信号进行调光，DIM管脚电压低于0.3V关断LED电流，高于2.5V全部打开LED电流，PWM调光的频率范围从100Hz 到20KHz 以上。当高电平在0.5V 到2.5V之间，也可以调光，具体应用细节见后面应用说明。

  DIM管脚也可以通过外加直流电压(V_DIM) 调小LED电流（模拟调光），最大LED电流由采样电阻RS决定。直流电压(V_DIM)  的有效的调光范围是0.5V 到2.5V 。当直流电压(V_DIM)高于2.5V，输出LED 电流保持恒定，并由(0.1/RS)设定。LED电流还可以通过DIM到地之间接一个电阻进行调节，内部有一个上拉电阻（典型200K欧姆）接在内部稳压电压5V上，DIM 管脚的电压由内部和外部的电阻分压决定。DIM 管脚在正常工作时可以浮空。当加在DIM 上的电压低于0.3V 时，内部功率开关关断，LED 电流也降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作，静态电流仅为95uA。

    此外，为了保证可靠性，PT4119内部包含过热保护功能（TSD），封装含有散热PAD 。过热保护功能在芯片过热（160 ℃）时保护芯片和系统，外部的散热PAD增强了芯片功耗，于是，PT4119能够安全地输出较大电流。PT4119还可以通过DIM 管脚外接热敏电阻（NTC）到LED附近，检测温度动态调节LED 电流保护LED ，详见后面应用说明。

PT4119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＝0.1/Rs(Rs≥0.082Ω)}

上述等式成立的前提是DIM 端浮空或外加DIM 端电压高于2.5V （但必须低于5V）。实际上，RS是设定了LED 的最大输出电流，通过DIM 端，LED 实际输出电流能够调小到任意值。

通过直流电压实现模拟调光

DIM端可以外加一个直流电压(VDIM)调小LED输出电流，最大LED输出电流由（0.1/RS）设定，如图所示：

LED平均输出电流计算公式：

V_DIM在(2.5V≤V_DIM≤5V)范围内LED保持100%电流等于I_OUT=0.1/Rs

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：

如果高电平小于2.5V ，则

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(0.1/RS) 的25% 。PWM调光比模拟调光的优势在于不改变LED的色度。PT4119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。建议设置PWM调光频率在100Hz以上，以避免人的眼睛可以看到LED的闪烁。PWM调光比模拟调光的优势在于不改变LED的色度。PT4119调光频率最高可超过20kHz.

  关断模式

  通过在DIM 端接入0.3V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。

  软启动模式：

  通过在DIM接入一个外部电容，使得启动时DIM 端电压缓慢上升，这样LED 的电流也缓慢上升，从而实现软启动。通常情况下，软启动时间和外接电容的关系大约为0.8ms/nF。

  LED开路

  PT4119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

  PT4119推荐使用的电感参数范围为27uH ~ 100uH 。电感的饱和电流必须要比输出电流高30%到50%。LED输出电流越小，建议采用的电感值越大。在电流能力满足要求的前提下，希望电感取得大一些，这样恒流的效果会更好一些。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:

电感选型还应注意满足PT4115应用的最大工作频率的SPEC范围。

下列公式可为你的应用提供参考：

SW 'On'时间

SW 'Off'时间

这里:

L电感感值(H)

rL电感寄生阻抗 ( Ω)

R_S限流电阻阻值 ( Ω)

Iavg  LED 平均电流(A)

ΔI 电感纹波电流峰峰值(A) {设置为 0.3 x Iavg}

V_IN 输入电压 (V)

V_LED总的LED导通压降(V)

R_SW开关管导通阻抗 (Ω) {0.6Ω典型值}

V_D正向导通压降 (V)

  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

系统在输入电压低于VUULO接近于输出电压时IC内部的功率开关管处于关断状态，直到输入电压高于（VUVLO＋500mV ）系统才会正常启动。但是有一种特殊情况即输入电压虽然高于（VUVLO＋500mV ），但是过于接近输出电压，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（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。在工作状态下，输入电压降至VUVLO以下时，内部开关管会关闭，系统停止输出。

  散热注意事项

  当系统工作的环境温度较高时，以及驱动大电流负载时，必须要注意避免系统达到功率极限。下图列出了PT4119额定功率与温度的对应关系。  在实际应用中，要求达到每25mm²的PCB 大约需要1oz 敷铜的电流密度以有利于散热。PCB 铜箔与PT4119的散热PAD和GND的接触面积面积要尽可能大，有利于散热。

  需要注意的是选择了不恰当的电感，以及开关转换点存在过大的寄生电容会导致系统效率的降低。当由于器件发热限制驱动功率时，推荐选用ESOP8封装，因为在同等条件下ESOP8封装具有更好的散热能力。

 负载电流的热补偿

高亮度LED 有时需要提供温度补偿电流以保证可靠稳定的工作，这些LED通常被设计在驱动板之外。 PT4119的内部温度补偿电路已将输出电流达到尽可能的稳定。PT4115还可以通过DIM管脚外接热敏电阻（NTC）或者二极管（负温度系数）到LED附近，检测 LED温度动态调节LED电流以保护LED 。随着温度升高，DIM端电压降低，从而降低LED输出电流，实现系统的温度补偿。

 IC过热保护(TSD)

  PT4119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160℃，IC 即会进入TSD 保护状态并停止电流输出，而当温度低于140℃时，IC即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。PCB铜箔与PT4119的散热PAD和GND的接触面积面积要尽可能大，以利散热。

  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。