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当前位置技术知识 >> 基于PT4201的离线式LED射灯设计计划

LED照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。国内很多处所已经有利用于功效性照明范畴的成功案例。我国半导体照明利用技巧渐渐走在了世界的前列，随着国家和处所政府的政策鼓励，很多处所在室外照明如：路灯、景观照明等；室内照明如：地铁、地下车库、博物馆；特别场合照明：如低温照明、矿灯照明、汽车灯等方面被利用广泛。一些传统照明企业开端投资转型LED灯具。 LED室内照明和利用技巧上正在突飞猛进。室内照明无疑是个宏大的市场，市场前景毋庸置疑。信任在2010年会在家居照明中盘踞较大的市场份额。
室内照明最广泛的灯具就是E27、GU10、PAR30、PAR38等AC220V高压直接输进的LED射灯。E27、Gu10 LED射灯需要AC直接变换成DC的LED恒流源，才干驱动高亮度LED光源发光。目前还不能供给单个SoC的集成电路产品，大多数是采用原边或副边反馈的开关电源计划。但是原边反馈的计划存在输出电流精度不高的标题，一般都在+-5％左右。而采用副边反馈的反激式恒流驱动计划，输出电流精度可达+-2％。
可用于副边反馈的反激式恒流驱动计划的驱动IC很多，本文将具体先容基于PT4201把持芯片的离线式LED射灯设计技巧。
1W-30W离线式高亮度LED驱动把持器PT4201
PT4201是一款工作于电流模式、可驱动1W至30W照明或射灯的高亮度LED驱动把持器，实用于1W至30W的各种LED照明和射灯利用，包含E27、PAR30、PAR38等。基于PT4201的隔离式光耦反馈的高亮度LED驱动系统具有恒流精度高、外围电路简略、无闪耀和EMI辐射低的明显长处。在正常工作状态下把持器的振荡频率可以通过外部电阻准确设定。同时，PT4201的前侧消隐电路帮助克服外部功率器件开启瞬间的电压毛刺，能有效避免把持器的误动作造成的LED灯闪耀。内部集成的电流斜率补偿功效提高了系统稳固性。
PT4201供给完善的保护功效以提高LED照明系统的可靠性，包含逐周期过流保护（OCP）、VDD过压保护（OVP）以及VDD欠压保护（UVLO）等。OUT输出脉冲高电压被嵌制在18V保护外部功率MOS。短路保护功效防止LED负载短路时损坏系统。
PT4201供给SOT-23-6封装，引脚排列见图1。








电流反馈及PWM把持：
PT4201采用光耦检测输出LED串的电流并通过转变输出脉冲占空比达到输出电流把持目标。如图3所示，当LED电流达到设定值时，LED电流在采样电阻R2上的压降达到光耦发光管导通电压，发光管导通使FB电压降落，PT4201根据FB电压的大小转变输出脉冲占空比实现恒定电流输出。


LED开路：
LED负载开路时，流过稳压管的电流在电阻R1和R2上产生一个压降使光耦发光管被打开，使PT4201的FB下降。当FB下降到必定程度时PT4201进进突发模式，全部系统进进低功耗模式。因此LED灯开路是安全的。
LED短路及采样电阻短路保护：
当LED负载产生短路时，光耦发光管两端电压即是输出电压，由于输出功率很小因此全部系统工作是安全的。当采样电阻产生短路时，由于光耦发光管两端电压为零，发光管不导通导致FB电压快速爬升到保护阈值。在Rosc为100Kohm情况下，过32mS后PT4201将主动封闭。
工作频率设定：
PT4201的Rosc引脚为设定PWM频率供给了方便,用一个电阻接在Rosc引脚和GND之间可以对PWM频率进行设定（图4）。PWM频率与设定电阻之间的关系遵守以下关系:Fosc=6500/Rosc。FOSC单位KHz，Rosc单位Kohm。
PT4201在正常工作时会周期性地转变PWM工作频率进行频率抖动，周期性转变的频率把EMI传导干扰扩大到更宽的频谱范畴内从而下降了传导段的EMI干扰。


电流采样以及前沿消隐:
PT4201的CS引脚的功效之一是采样外部MOSFET电流进行电流斜率补偿,二是供给逐周期的MOSFET过流保护功效。PT4201通过采样与功率MOSFET串联的采样电阻来采样流过MOSFET的电流，流过MOSFET的电流在采样电阻Rcs上转换成电压信号，CS上电压和FB电压共同决定了PWM脉冲占空比。
在PWM每个导通周期当CS引脚的电压超过内部分限电压时MOSFET将立即被关掉防止过流对器件的损伤。过流门限电压与MOSFET的电流可由以下关系断定：
IOC=Voc/Rcs
其中IOC为MOSFET电流，Voc为过流门限电压，Rcs为采样电阻大小。内部过流的门限值与PWM占空比大小有关，当PWM占空比为0时，过流门限值为0.80V。
由于变压器副绕组整流电路反向恢复时间以及低级绕组寄生电容等因素影响，在每一个PWM周期开启瞬间会在采样电阻上产生一个持续时间很短的尖峰电压。为此PT4201会在MOSFET开启后屏蔽CS采样输进一段时间TBLK，在这段时间内，过流保护被封闭不会关掉外部MOSFET。这样可以避免MOSFET开启瞬间在采样电阻上产生的电压毛刺而造成误动作。PT4201供给的这种功效可以省往电流采样电路所需的RC滤波器(图5)。






OUT输出驱动：
PT4201的OUT脚用来驱动功率MOSFET的栅极。优化设计图腾柱情势输出的驱动才能使驱动强度和EMI得到良好的调和。同时，OUT的输出高电位被限制到了18V，从而可以保护由于VDD升高可能对MOSFET造成的损伤。内部OUT和GND之间有一个电阻,可以在芯片不工作时将外部MOSFET的栅极可靠置为0电位。
基于PT4201的E27 3W离线式射灯计划


基于PT4201的E27 3W离线式射灯计划利用线路是典范的反激式的拓扑结构，采用副边反馈（即光耦反馈），以提高输出电流精度。相比于原边反馈电路电流精度+-5％，副边反馈的电路精度在+-2％以内，本钱只增加了0.3RMB，但却给大批量生产时供给了方便。
3W E27的利用一般负载接3颗1W的LED，每颗LED的VF在3.4V+-0.2V左右。一般电流为300mA-350mA。工作原理如图7所示，AC85V-265V交换电输进，通过L1（相当于一个保险丝，抗浪涌）后接进整流桥，从整流桥出来的电压大约为1.4XVin，电流1A左右。C1是一个滤波电容，电容值的选择大约是负载功率的1-3倍即可，此处3W的利用采用4.7uF的电容，如选择太小的会导致纹波大，选择太大的空间又不答应。PT4201的VDD端一开端由R4降压后供电，18V启动，启动之后就通过变压器帮助绕组供电，电压在9-27V之间。R1、C3和D2是一个RCD接收回路，用来接收Q1开关时产生的尖峰。减小R1，可以提高接收后果，但是会导致系统效率下降，建议采用调和的方法。PT4201的RI端所接电阻R7是用来设定开关频率的，此处把频率设定在65kHz。PT4201的CS端连接采样电阻R8、R9，设置电流。变压器是一个重要的部件，采用反激式的拓扑结构，当Q1关断时，变压器5，6断导通，D1的耐压为变压器输进电压/匝数比+变压器输出电压。当Q1开时，变压器1，2端有电流，3，4，5，6端截止，D1的耐压为变压器输出电压X匝数比+变压器输进电压。D1，T1，Q1是影响效率的关键，D1反向耐压与T1匝数比互相牵制。电路右边SR1100是一个肖特基二极管或者可采用快恢复二极管整流。当空载时，R3是一个限流电阻，限制这条支路上的电流在10mA，D4在这里选用12V稳压管，起到一个整流限压的作用，在空载时才工作，R2是一个分流电阻，R2上流过的电流为10mA，R2左真个电压为1V。带负载时，R6两真个电压为1V左右，通过选择电阻值不同调节输出电流，这是1X3W的利用，工作电流设定在300mA左右。U2是光耦，当R6上的电流变大时，发光二极管上的电流变大，光敏电阻感应到之后，反馈电流到PT4201FB端，FB端电压变小，PT4201通过调剂占空比来使能量下降，随之下降R6上的电流。由于是从输出端采样电流反馈到芯片，这样的副边反馈，实时对电流进行微调，提高了输出电流的精度。


转变这个计划的部分设计数据，可以设计5W、7W、12W的各种计划，工作原理雷同。由于5W-12W的利用空间较大，所以答应在3W的基础上加上一些帮助电路。如增加抗雷击器件、可以提高EMC的共轭电感、PFC、∏滤波器等等，以提高全部电途经EMC的才能、工作效率、PFC。