詳解大功率LED 恒流驅(qū)動的設(shè)計原理

　　3. 4 PT4115 調(diào)光措施

　　PT4115 采用PWM 調(diào)光措施，當(dāng)DIM 引腳電壓低于0. 3 V 時關(guān)斷LED 電流，高于2. 5 V 時開啟LED 電流。

　　PWM調(diào)光措施相對于傳統(tǒng)的線性調(diào)光，不影響LED 的光效。PWM 調(diào)光的基本原理是保持LED 正向?qū)娏骱愣ǎㄟ^控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比例，即控制每個周期電流導(dǎo)通的時間。PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是LED 正向?qū)ǖ碾娏饕恢笔呛愣ǖ?，LED的色度就不會像模擬調(diào)光一樣會變化。PWM調(diào)光可以在精確控制LED 的亮度的同時，也保證LED 發(fā)光的色度。

　　線性調(diào)光是通過改變流過LED 的電流來調(diào)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(diào)光相對傳統(tǒng)的線性調(diào)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(shù)（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(shù)是指開關(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姆绞絹斫档虴MI ，來減小電磁干擾的方法。

　　頻率抖動技術(shù)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(guān)損耗和磁路設(shè)計。為了將升壓電感盡可能的保持較小，并將開關(guān)損耗保持在可控范圍內(nèi)，頻率抖動應(yīng)不超過基本頻率的20 %至30 %.

　　3. 6 PT4115 的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)和過溫保護

　　對于PT4115 具有動態(tài)溫度調(diào)節(jié)的功能，并且，可以在此功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)過溫保護。

　　3. 6. 1 動態(tài)溫度調(diào)節(jié)。

　　圖5 動態(tài)溫度調(diào)節(jié)原理圖

　　從圖5 中可見，DIM 端內(nèi)部是一個1MΩ 的上拉電阻，連接到內(nèi)部5V 電源上。DIM 端電壓由內(nèi)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(xiàn)PT4115 的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)。

　　3. 6. 2 過溫保護的實現(xiàn)。

　　從圖6 中可見，相對于圖5 多了一個三極管，當(dāng)溫度升高時，NTC 電阻的阻值減小，其上的分壓也減小，則相應(yīng)的其下面電阻上的分壓升高，當(dāng)超過三極管的開通電壓時， 三極管導(dǎo)通，DIM 端接地， 關(guān)斷LED電流， 當(dāng)溫度降低時， IC 重啟， 因此， 實現(xiàn)了PT4115 的過溫保護。

　　圖6 　過溫保護的實現(xiàn)原理圖

　　3. 7 PT4115 工程應(yīng)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，功率開關(guān)的開關(guān)損耗越小，但相應(yīng)的電感的損耗會增大；4） PT4115 內(nèi)部自帶過溫保護功能，外部過溫保護可設(shè)，對LED 實現(xiàn)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(xù)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(jié)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(xiàn)以輸出為3 顆LED 串聯(lián)負載為例，其結(jié)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(dāng)前市場上的恒流源，是一款效率高的產(chǎn)品。并且，單路可以實現(xiàn)驅(qū)動最多7 顆1W的LED 串聯(lián)。由于，外圍電路簡單， IC 封裝體積小，可以將恒流驅(qū)動和LED 負載整合在一塊鋁基板上，實現(xiàn)驅(qū)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(lián)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(qū)動損耗小。

　　5 小結(jié)

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