1、PT4201 控制芯片的離線式LED 射燈設(shè)計(jì)技術(shù)室內(nèi)照明最普遍的燈具確實(shí)是 E27、 GU10、PAR3 0、PAR38 等 AC220V 高壓直截了當(dāng)輸入的 LED 射燈。 E27、Gu10 LED 射燈需要 AC 直截了當(dāng)變換成 DC 的 LED 恒流源，才能驅(qū)動(dòng)高亮度 LED 光源發(fā)光。目前還不能提供單個(gè) SoC 的集成電路產(chǎn)品，大多數(shù)是采納原邊或副邊反饋的開關(guān)電源方案。然而原邊反饋的方案存在輸出電流精度不高的咨詢題，一樣都在 +-5%左右。而采納副邊反饋的反激式恒流驅(qū)動(dòng)方案，輸出電流精度可達(dá) +-2%。可用于副邊反饋的反激式恒流驅(qū)動(dòng)方案的驅(qū)動(dòng) IC 專門多，本文將詳細(xì)介紹基于 PT4

2、201 操縱芯片的離線式 LED 射燈設(shè)計(jì)技術(shù)。1W-30W 離線式高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)操縱器 PT4201 PT4201 是一款工作于電流模式、可驅(qū)動(dòng) 1W 至 30W 照明或射燈的高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)操縱器，適用于 1W 至 30W 的各種 LED 照明和射燈應(yīng)用，包括 E27、PAR30、PAR38 等。基于 PT4201 的隔離式光耦反饋的高亮度 LED 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有恒流精度高、外圍電路簡(jiǎn)單、無閃耀和EMI 輻射低的明顯優(yōu)點(diǎn)。在正常工作狀態(tài)下操縱器的振蕩頻率能夠通過外部電阻精確設(shè)定。同時(shí)， PT4201 的前側(cè)消隱電路關(guān)心克服外部功率器件開啟瞬時(shí)的電壓毛刺，能有效幸免操縱器的誤動(dòng)作造成

3、的LED 燈閃耀。內(nèi)部集成的電流斜率補(bǔ)償功能提升了系統(tǒng)穩(wěn)固性。PT4201 提供完善的愛護(hù)功能以提升LED照明系統(tǒng)的可靠性，包括逐周期過流愛護(hù)（OCP）、VDD過壓愛護(hù)（OVP）以及VDD欠壓愛護(hù)（UVLO ）等。 OUT輸出脈沖高電壓被嵌制在18V愛護(hù)外部功率MOS。短路愛護(hù)功能防止LED負(fù)載短路時(shí)損壞系統(tǒng)。PT4201 提供 SOT-23-6 封裝，引腳排列見圖1。圖 1：PT4201 引腳排列PT4201 差不多功能描述PT4201 集成了多種增強(qiáng)功能，并以其極低的啟動(dòng)和工作電流、多重愛護(hù)功能為小功率 LED 照明驅(qū)動(dòng)提供性能優(yōu)良可靠的低成本解決方案。啟動(dòng)及 UVLO ：PT4201 通

4、過一個(gè)連接到高壓線上的電阻Rstart 對(duì)連接在 Vdd 腳上的電容 Chold 充電實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。 在上電之初， Chold 電容上的電壓為 0，PT4201 處于關(guān)斷狀態(tài)，從 Rstart 上流下的電流對(duì) Chold 進(jìn)行充電從而使 Vdd 電壓升高，當(dāng) Vdd 腳電壓達(dá)到芯片啟動(dòng)電壓 VDD-ON 之后 PT 4201 開始工作，工作之后流進(jìn) Vdd 電流增加，由輔助繞組開始對(duì)芯片進(jìn)行供電。優(yōu)化設(shè)計(jì)的啟動(dòng)電路使 PT4201啟動(dòng)之前 VDD 只消耗極低的電流，如此能夠選用比較大的啟動(dòng)電阻 Rstart 從而改善整機(jī)效率。關(guān)于一樣的通用輸入范疇的應(yīng)用，一個(gè) 2Mohm，1/8W 的電阻和一個(gè)

5、10uF/50V 的電容能夠組成一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的啟動(dòng)電路（圖2）。圖 2：PT4201 啟動(dòng)電路PT4201 采納光耦檢測(cè)輸出LED 串的電流并通過改變輸出脈沖占空比達(dá)到輸出電流操縱目的。如圖 3 所示，當(dāng) LED 電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，LED 電流在采樣電阻 R2 上的壓降達(dá)到光耦發(fā)光管導(dǎo)通電壓， 發(fā)光管導(dǎo)通使 FB 電壓下降，PT4201 按照 FB 電壓的大小改變輸出脈沖占空比實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出。圖 3：光耦電路LED開路：R2LED 負(fù)載開路時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流在電阻上產(chǎn)生一個(gè)壓降使光耦發(fā)光管被打開，使PT4201 的 FB 降低。當(dāng)R1 FB和降低到一定程度時(shí) PT4201 進(jìn)入突發(fā)模式，整

6、個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式。因此 L ED 燈開路是安全的。LED 短路及采樣電阻短路愛護(hù)：當(dāng) LED 負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，光耦發(fā)光管兩端電壓等于輸出電壓，由于輸出功率專門小因此整個(gè)系統(tǒng)工作是安全的。當(dāng)采樣電阻發(fā)生短路時(shí)，由于光耦發(fā)光管兩端電壓為零， 發(fā)光管不導(dǎo)通導(dǎo)致 FB 電壓快速爬升到愛護(hù)閾值。在 Rosc 為 100Kohm 情形下，過 32mS 后 PT4201 將自動(dòng)關(guān)閉。工作頻率設(shè)定：PT4201 的 Rosc 引腳為設(shè)定 PWM 頻率提供了方便 ,用一個(gè)電阻接在 Rosc 引腳和 GND 之間能夠?qū)?PWM 頻率進(jìn)行設(shè)定（圖 4）。 PWM 頻率與設(shè)定電阻之間的關(guān)系遵循以下關(guān)系 :Fosc

7、=6500/Rosc。FOSC 單位 KHz ，Rosc 單位 Kohm 。PT4201 在正常工作時(shí)會(huì)周期性地改變 PWM 工作頻率進(jìn)行頻率抖動(dòng)，周期性改變的頻率把 EMI 傳導(dǎo)干擾擴(kuò)展到更寬的頻譜范疇內(nèi)從而降低了傳導(dǎo)段的 EMI 干擾。圖 4：工作頻率設(shè)定電流采樣以及前沿消隱 :PT4201 的 CS 引腳的功能之一是采樣外部 MOSFET電流進(jìn)行電流斜率補(bǔ)償 ,二是提供逐周期的 MOSFET 過流愛護(hù)功能。 PT420 1 通過采樣與功率 MOSFET 串聯(lián)的采樣電阻來采樣流過 MOSFET 的電流，流過 MOSFET 的電流在采樣電阻 Rcs上轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， CS 上電壓和 FB 電

8、壓共同決定了 PWM 脈沖占空比。在 PWM 每個(gè)導(dǎo)通周期當(dāng)CS 引腳的電壓超過內(nèi)部門限電壓時(shí)MOSFET 將趕忙被關(guān)掉防止過流對(duì)器件的損害。過流門限電壓與MOSFET的電流可由以下關(guān)系確定：IOC=Voc/Rcs其中 IOC 為 MOSFET 電流， Voc 為過流門限電壓， Rcs 為采樣電阻大小。內(nèi)部過流的門限值與PWM 占空比大小有關(guān)，當(dāng)PWM占空比為 0 時(shí)，過流門限值為0.80V。由于變壓器副繞組整流電路反向復(fù)原時(shí)刻以及初級(jí)繞組寄生電容等因素阻礙， 在每一個(gè) PWM 周期開啟瞬時(shí)會(huì)在采樣電阻上產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)時(shí)刻專門短的尖峰電壓。為此 PT4201 會(huì)在 MOSFET 開啟后屏蔽 CS

9、 采樣輸入一段時(shí)刻 TBLK ，在這段時(shí)刻內(nèi)，過流愛護(hù)被關(guān)閉可不能關(guān)掉外部 MOSFET。如此能夠幸免 MOSFET 開啟瞬時(shí)在采樣電阻上產(chǎn)生的電壓毛刺而造成誤動(dòng)作。 PT4201 提供的這種功能能夠省去電流采樣電路所需的 RC 濾波器 (圖 5)。圖 5：省略 RC 濾波器VDD 過壓愛護(hù)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)峻故障時(shí)，例如關(guān)于光耦開路或者反饋開路的情形，光耦輸出電流接近零致使 FB 端電壓上升。 FB 電壓上升將會(huì)使 PT4201 工作在過流愛護(hù)狀態(tài)， 因?yàn)橛杏嗤獾碾娏鞴┙o負(fù)載， 如果超出了負(fù)載所需電流大小會(huì)使輸出電壓迅速爬升。由于輔助繞組的電壓與輸出電壓成一定的比例， 輸出電壓升高引起輔助繞組電壓

10、升高進(jìn)而使 VDD 電壓升高，當(dāng) PT4201 檢測(cè)到 VDD 引腳電壓達(dá)到過壓愛護(hù)點(diǎn)時(shí)會(huì)關(guān)閉 PWM 。當(dāng) OVP 被觸發(fā)時(shí)由于沒有能量供給負(fù)載及輔助繞組， VDD 電壓和輸出電壓下降，當(dāng)降低到 OVP 解除電壓時(shí)將重新開啟正常工作。這時(shí)如果故障解除則正常工作，如果故障依舊存在將重新進(jìn)入 OVP 愛護(hù)狀態(tài)（圖 6）。圖 6：VDD 過壓愛護(hù)OUT 輸出驅(qū)動(dòng)：PT4201 的 OUT 腳用來驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的柵極。優(yōu)化設(shè)計(jì)圖騰柱形式輸出的驅(qū)動(dòng)能力使驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度和 EMI 得到良好的折衷。同時(shí)， OUT 的輸出高電位被限制到了 18V，從而能夠愛護(hù)由于 VDD 升高可能對(duì) MOSFET 造成

11、的損害。內(nèi)部 OUT 和 GND 之間有一個(gè)電阻 ,能夠在芯片不工作時(shí)將外部 MOSFET 的柵極可靠置為 0 電位。基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案圖 7：基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案應(yīng)用線路是典型的反激式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采納副邊反饋（即光耦反饋） ，以提升輸出電流精度。相比于原邊反饋電路電流精度 +-5，副邊反饋的電路精度在 +-2%以內(nèi)，成本只增加了 0.3RMB ，但卻給大批量生產(chǎn)時(shí)提供了便利。3W E27 的應(yīng)用一樣負(fù)載接 3 顆 1W 的 LED ，每顆 L ED 的 VF 在 3.4V+-

12、0.2V 左右。一樣電流為 300mA-350mA 。工作原理如圖7 所示， AC85V-265V 交流電輸入，通過 L1（相當(dāng)于一個(gè)保險(xiǎn)絲，抗浪涌）后接入整流橋，從整流橋出來的電壓大約為 1.4XVin ，電流 1A 左右。 C1 是一個(gè)濾波電容， 電容值的選擇大約是負(fù)載功率的 1-3 倍即可，此處 3W 的應(yīng)用采納 4.7uF 的電容，如選擇太小的會(huì)導(dǎo)致紋波大， 選擇太大的空間又不承諾。 PT4201 的 VDD 端一開始由 R4 降壓后供電， 18V 啟動(dòng)，啟動(dòng)之后就通過變壓器輔助繞組供電，電壓在 9-27V 之間。R1、C3 和 D2 是一個(gè) RCD 吸取回路，用來吸取 Q1 開關(guān)時(shí)產(chǎn)

13、生的尖峰。減小 R1，能夠提升吸取成效，然而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低，建議采納折衷的方式。 PT4201 的 RI 端所接電阻 R7 是用來設(shè)定開關(guān)頻率的， 此處把頻率設(shè)定在 65kHz。PT4201 的 CS 端連接采樣電阻 R8、R9，設(shè)置電流。變壓器是一個(gè)重要的部件，采納反激式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng) Q1 關(guān)斷時(shí)，變壓器 5，6 斷導(dǎo)通， D1 的耐壓為變壓器輸入電壓 /匝數(shù)比 +變壓器輸出電壓。當(dāng) Q1 開時(shí)，變壓器 1，2 端有電流， 3，4，5，6 端截止，D1 的耐壓為變壓器輸出電壓X 匝數(shù)比 +變壓器輸入電壓。 D1，T1，Q1 是阻礙效率的關(guān)鍵， D1 反向耐壓與 T1 匝數(shù)比互相牽制。電

14、路右邊SR1100是一個(gè)肖特基二極管或者可采納快復(fù)原二極管整流。當(dāng)空載時(shí)，R3是一個(gè)限流電阻，限制這條支路上的電流在10mA，D4在那個(gè)地點(diǎn)選用12V 穩(wěn)壓管，起到一個(gè)整流限壓的作用，在空載時(shí)才工作，R2是一個(gè)分流電阻， R2 上流過的電流為 10mA，R2 左端的電壓為 1V。帶負(fù)載時(shí)， R6 兩端的電壓為 1V 左右，通過選擇電阻值不同調(diào)劑輸出電流， 這是 1X3W 的應(yīng)用，工作電流設(shè)定在 300mA 左右。 U2 是光耦，當(dāng) R6 上的電流變大時(shí)，發(fā)光二極管上的電流變大，光敏電阻感應(yīng)到之后，反饋電流到PT4201FB 端， FB端電壓變小， PT4201 通過調(diào)整占空比來使能量降低，隨之降低R6 上的電流。由因此從輸出端采樣電流反饋到芯片，如此的副邊反饋，實(shí)時(shí)對(duì)電流進(jìn)行微調(diào)，提升了輸出電流的精度。圖 8：3W E27 方案的照片，體積專門