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当一款用于通用照明的非隔离降压式LED驱动

发布时间:2021-09-14 21:17:16 阅读: 来源:纸箱包装厂家
当一款用于通用照明的非隔离降压式LED驱动

一款用于通用照明的非隔离降压式LED驱动器

随着人们生活水平提高,能源消耗越来越大,节能环保已成为全球可持续发展的重要话题。据世界能源组织统计,通用照明用电占全球用电总量的19%,而且比率还在增加。解决这种电能需求而又保证节能环保的最好办法就是提高能效。LED具有高能效(>120流明/瓦特),长寿命(超过50,000小时的工作寿命),利环保(无辐射,不含汞)等特点,伴随着LED生产成本的下降,LED进入通用照明的日子越来越近。

LED的驱动方式和传统的卤素灯,荧光灯不同,需要保持恒定电流驱动,所以需要专门的驱动电路。作为通用照明,由于多数为高压市电输入,输出有SELV(安全特低电压)限制,所以多采用降压结构,Buck拓扑结构具有结构简单,效率高,电流纹波小等特点,常被采用。PT4207正是基于Buck拓扑结构设计的一款LED驱动芯片。

PT4207芯片结构特点

PT4207采用革新的架构,可保证系统在交流输入整流后,8V到450V的直流电压下可靠工作,内置350mA/20V的MOSFET,可提供350mA的LED输出电流,另外配备外部MOSFET开关驱动端口,可实现高达1A的LED输出电流并稳定工作。系统效率可达96%,电流精度可达±5%(包含输入电压调整率和元器件差异)。通过多功能调光DIM管脚,可使用电阻或直流电压进行线性调节LED电流,也可以采用数字脉冲信号就选PWM调光。此外,该芯片还具有软启动功能,负载短路保护和过温保护功能。PT4207的内部结构框图如图1所示。

图1 PT4207内部结构框图

恒流工作原理:PT4207采用固定关断时间模式控制输出电流。内部MOSFET开启后,电流流经负载,电感,MOSFET和采样电阻,随时间线性攀升,在CS管脚产生电压,当该电压到达内部基准值后,芯片内部控制电路关断MOSFET,进入关断周期。关断时间通过外部电阻设定,是固定不变的,经过后,MOSFET重新打开,进入下一个工作周期。Buck结构的方式如图2。

图2 Buck结构的两种形式

在MOSFET关断周期,电感L中的能量通过续流二极管D释放到负载LED中,形成回路,如图3。

图3 Buck结构关断周期电流回路

由电感公式可得

,其中VL是电感两端电压,L是电感量,Toff是可设置的固定关断时间,ΔIL是电感中变化的电流量。

图4 CCM下电感电流波形

如果系统工作在CCM(连续工作模式),电感中电流波形如图4。其中ILED为LED平均电流,IPEAK为电感中峰值电流即通过MOSFET或续流二极管的峰值电流,得到ILED=IPEAK-0.5*ΔIL ,代入电感公式,得出

IPEAK可通过采样电阻设定。所以,一旦输出LED方案确定,输出电流与输入电压无关,从而实现恒流控制。

短路保护原理:芯片对CS管脚电压在每个开通周期进行检测,一旦检测到CS电压上升过快芯片会关断MOSFET,过一段时间再打开,从而实现短路保护。

过温保护原理:芯片内置过热保护功能,当芯片结温超过135℃时将自动降低输出电流以阻止温度进一步上升,如果温度超过150℃,输出电流降为0,在有效保护芯片的同时避免闪烁问题。如需对LED进行过温保护,可在DIM管脚和GND管脚间接负温度系数热敏电阻,当环境温度升高时,DIM电压会下降,同时降低内部CS管脚基准电压甚至关断,从而实现过温保护功能。

软启动功能:芯片内置4ms的软启动时间,启动时逐步增加电流,使负载电流逐渐达到设定值,有效减小启动浪涌电流。

图5 PT4207典型应用电路(输出:24串LED阵列,250mA) (print)

图6 PT4207典型应用电路的效率和恒流特性

图7 PT4207大电流应用(输出12串LED阵列,1000mA)

图5是PT4207的典型应用电路。PT4207典型应用电路的效率和恒流特性如图6所示。PT4207其他应用方案如图7、图8所示。其中,图7是PT4207的大电流应用(输出12串LED阵列,1000mA);图8是PT4207直流低压应用(输出1颗3WLED,700mA)。

图8 PT4207直流低压应用(输出1颗3WLED,700mA)

系统参数设计

参考图5典型应用电路。输出电流的确定:可依据公式

选取合适的R4,R5,R6和L,具体计算步骤可参考PT4207数据表。

输入电容选择:输入电容为系统提供稳定的供电电压,可根据输出功率,电容量按uF/W选择。照明应用都是在高温环境中,所以电容耐温建议在105℃以上。

MOSFET选择:漏-源极耐压Vds根据实际输入情况选择,漏极电流Id选择4倍以上的ILED。

输出电容选择:与LED并联的电容可以吸收LED纹波电流。理想情况下,电感纹波电流完国内3元正极材料企业技术仍有差距全被输出电容吸收,一定程度上延产业是解决就业的载体长LED寿命。通常选择uF。

续流二极管选择:建议选择肖特基二极管或超快速恢复二极管,反向恢复时间Trr建议小于100ns,电流能力应大于IPEAK。

电感选择:可选择工字电感或闭合磁路的变压器电感。工字电感一般价格低廉,工艺简单,但磁路开放,在金属密闭空间内容易造成磁力线缺失而使系统工作异常,所以一般用于非金属外壳的灯具中。无论采用哪种电感,电感的饱和电流要求大于1.2倍的ILED,磁芯材料的居里温度建议大于150℃。

Layout设计要点

参考图5典型应用电路。其中,滤波电容C3,C4,C5,以及电阻R4应尽量靠近芯片管脚。输入电容C1,负载,电感L4,MOSFET,芯片S管脚,采样电阻R5,你知道混凝土压力实验机怎样安装及操作吗R6是大电流路径,走线尽量粗短,所包围的面积尽量小。采样电阻R5,R6所连接的是高频大电流地,属于干扰源,应通过最短的路径连接到输入滤波电容C1负极。芯片第3脚,以及C3,C4,C5,R4的地需要稳定的基准地,可以从C1单独引出。

本文小结

以上介绍了PT4207芯片基本结构,工作原理,典型应用方案,以及设计注意事项。该芯片以其宽电压输入范围,较高的恒流精度和可靠性,在日光灯,射灯,筒灯等通用如发现有松动照明,以及路灯,汽车设备等领域均有广泛应用前景。(end)

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