LED照明以其高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的特點成為大家廣為關注的焦點。國內(nèi)很多處所已經(jīng)有利用于功效性照明范疇的成功案例。我國半導體照明利用技巧漸漸走在了世界的前列，隨著國家和處所政府的政策鼓勵，很多處所在室外照明如：路燈、景觀照明等；室內(nèi)照明如：地鐵、地下車庫、博物館；特別場合照明：如低溫照明、礦燈照明、汽車燈等方面被利用廣泛。一些傳統(tǒng)照明企業(yè)開端投資轉(zhuǎn)型LED燈具。 LED室內(nèi)照明和利用技巧上正在突飛猛進。室內(nèi)照明無疑是個宏大的市場，市場前景毋庸置疑。信任在2010年會在家居照明中盤踞較大的市場份額。
室內(nèi)照明最廣泛的燈具就是E27、GU10、PAR30、PAR38等AC220V高壓直接輸進的LED射燈。E27、Gu10 LED射燈需要AC直接變換成DC的LED恒流源，才干驅(qū)動高亮度LED光源發(fā)光。目前還不能供給單個SoC的集成電路產(chǎn)品，大多數(shù)是采用原邊或副邊反饋的開關電源計劃。但是原邊反饋的計劃存在輸出電流精度不高的標題，一般都在+-5％左右。而采用副邊反饋的反激式恒流驅(qū)動計劃，輸出電流精度可達+-2％。
可用于副邊反饋的反激式恒流驅(qū)動計劃的驅(qū)動IC很多，本文將具體先容基于PT4201把持芯片的離線式LED射燈設計技巧。
1W-30W離線式高亮度LED驅(qū)動把持器PT4201
PT4201是一款工作于電流模式、可驅(qū)動1W至30W照明或射燈的高亮度LED驅(qū)動把持器，實用于1W至30W的各種LED照明和射燈利用，包含E27、PAR30、PAR38等?；赑T4201的隔離式光耦反饋的高亮度LED驅(qū)動系統(tǒng)具有恒流精度高、外圍電路簡略、無閃耀和EMI輻射低的明顯長處。在正常工作狀態(tài)下把持器的振蕩頻率可以通過外部電阻準確設定。同時，PT4201的前側(cè)消隱電路幫助克服外部功率器件開啟瞬間的電壓毛刺，能有效避免把持器的誤動作造成的LED燈閃耀。內(nèi)部集成的電流斜率補償功效提高了系統(tǒng)穩(wěn)固性。
PT4201供給完善的保護功效以提高LED照明系統(tǒng)的可靠性，包含逐周期過流保護（OCP）、VDD過壓保護（OVP）以及VDD欠壓保護（UVLO）等。OUT輸出脈沖高電壓被嵌制在18V保護外部功率MOS。短路保護功效防止LED負載短路時損壞系統(tǒng)。
PT4201供給SOT-23-6封裝，引腳排列見圖1。








電流反饋及PWM把持：
PT4201采用光耦檢測輸出LED串的電流并通過轉(zhuǎn)變輸出脈沖占空比達到輸出電流把持目標。如圖3所示，當LED電流達到設定值時，LED電流在采樣電阻R2上的壓降達到光耦發(fā)光管導通電壓，發(fā)光管導通使FB電壓降落，PT4201根據(jù)FB電壓的大小轉(zhuǎn)變輸出脈沖占空比實現(xiàn)恒定電流輸出。


LED開路：
LED負載開路時，流過穩(wěn)壓管的電流在電阻R1和R2上產(chǎn)生一個壓降使光耦發(fā)光管被打開，使PT4201的FB下降。當FB下降到必定程度時PT4201進進突發(fā)模式，全部系統(tǒng)進進低功耗模式。因此LED燈開路是安全的。
LED短路及采樣電阻短路保護：
當LED負載產(chǎn)生短路時，光耦發(fā)光管兩端電壓即是輸出電壓，由于輸出功率很小因此全部系統(tǒng)工作是安全的。當采樣電阻產(chǎn)生短路時，由于光耦發(fā)光管兩端電壓為零，發(fā)光管不導通導致FB電壓快速爬升到保護閾值。在Rosc為100Kohm情況下，過32mS后PT4201將主動封閉。
工作頻率設定：
PT4201的Rosc引腳為設定PWM頻率供給了方便,用一個電阻接在Rosc引腳和GND之間可以對PWM頻率進行設定（圖4）。PWM頻率與設定電阻之間的關系遵守以下關系:Fosc=6500/Rosc。FOSC單位KHz，Rosc單位Kohm。
PT4201在正常工作時會周期性地轉(zhuǎn)變PWM工作頻率進行頻率抖動，周期性轉(zhuǎn)變的頻率把EMI傳導干擾擴大到更寬的頻譜范疇內(nèi)從而下降了傳導段的EMI干擾。


電流采樣以及前沿消隱:
PT4201的CS引腳的功效之一是采樣外部MOSFET電流進行電流斜率補償,二是供給逐周期的MOSFET過流保護功效。PT4201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，CS上電壓和FB電壓共同決定了PWM脈沖占空比。
在PWM每個導通周期當CS引腳的電壓超過內(nèi)部分限電壓時MOSFET將立即被關掉防止過流對器件的損傷。過流門限電壓與MOSFET的電流可由以下關系斷定：
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，當PWM占空比為0時，過流門限值為0.80V。
由于變壓器副繞組整流電路反向恢復時間以及低級繞組寄生電容等因素影響，在每一個PWM周期開啟瞬間會在采樣電阻上產(chǎn)生一個持續(xù)時間很短的尖峰電壓。為此PT4201會在MOSFET開啟后屏蔽CS采樣輸進一段時間TBLK，在這段時間內(nèi)，過流保護被封閉不會關掉外部MOSFET。這樣可以避免MOSFET開啟瞬間在采樣電阻上產(chǎn)生的電壓毛刺而造成誤動作。PT4201供給的這種功效可以省往電流采樣電路所需的RC濾波器(圖5)。






OUT輸出驅(qū)動：
PT4201的OUT腳用來驅(qū)動功率MOSFET的柵極。優(yōu)化設計圖騰柱情勢輸出的驅(qū)動才能使驅(qū)動強度和EMI得到良好的調(diào)和。同時，OUT的輸出高電位被限制到了18V，從而可以保護由于VDD升高可能對MOSFET造成的損傷。內(nèi)部OUT和GND之間有一個電阻,可以在芯片不工作時將外部MOSFET的柵極可靠置為0電位。
基于PT4201的E27 3W離線式射燈計劃


基于PT4201的E27 3W離線式射燈計劃利用線路是典范的反激式的拓撲結(jié)構(gòu)，采用副邊反饋（即光耦反饋），以提高輸出電流精度。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)，本錢只增加了0.3RMB，但卻給大批量生產(chǎn)時供給了方便。
3W E27的利用一般負載接3顆1W的LED，每顆LED的VF在3.4V+-0.2V左右。一般電流為300mA-350mA。工作原理如圖7所示，AC85V-265V交換電輸進，通過L1（相當于一個保險絲，抗浪涌）后接進整流橋，從整流橋出來的電壓大約為1.4XVin，電流1A左右。C1是一個濾波電容，電容值的選擇大約是負載功率的1-3倍即可，此處3W的利用采用4.7uF的電容，如選擇太小的會導致紋波大，選擇太大的空間又不答應。PT4201的VDD端一開端由R4降壓后供電，18V啟動，啟動之后就通過變壓器幫助繞組供電，電壓在9-27V之間。R1、C3和D2是一個RCD接收回路，用來接收Q1開關時產(chǎn)生的尖峰。減小R1，可以提高接收后果，但是會導致系統(tǒng)效率下降，建議采用調(diào)和的方法。PT4201的RI端所接電阻R7是用來設定開關頻率的，此處把頻率設定在65kHz。PT4201的CS端連接采樣電阻R8、R9，設置電流。變壓器是一個重要的部件，采用反激式的拓撲結(jié)構(gòu)，當Q1關斷時，變壓器5，6斷導通，D1的耐壓為變壓器輸進電壓/匝數(shù)比+變壓器輸出電壓。當Q1開時，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+變壓器輸進電壓。D1，T1，Q1是影響效率的關鍵，D1反向耐壓與T1匝數(shù)比互相牽制。電路右邊SR1100是一個肖特基二極管或者可采用快恢復二極管整流。當空載時，R3是一個限流電阻，限制這條支路上的電流在10mA，D4在這里選用12V穩(wěn)壓管，起到一個整流限壓的作用，在空載時才工作，R2是一個分流電阻，R2上流過的電流為10mA，R2左真?zhèn)€電壓為1V。帶負載時，R6兩真?zhèn)€電壓為1V左右，通過選擇電阻值不同調(diào)節(jié)輸出電流，這是1X3W的利用，工作電流設定在300mA左右。U2是光耦，當R6上的電流變大時，發(fā)光二極管上的電流變大，光敏電阻感應到之后，反饋電流到PT4201FB端，F(xiàn)B端電壓變小，PT4201通過調(diào)劑占空比來使能量下降，隨之下降R6上的電流。由于是從輸出端采樣電流反饋到芯片，這樣的副邊反饋，實時對電流進行微調(diào)，提高了輸出電流的精度。


轉(zhuǎn)變這個計劃的部分設計數(shù)據(jù)，可以設計5W、7W、12W的各種計劃，工作原理雷同。由于5W-12W的利用空間較大，所以答應在3W的基礎上加上一些幫助電路。如增加抗雷擊器件、可以提高EMC的共軛電感、PFC、∏濾波器等等，以提高全部電途經(jīng)EMC的才能、工作效率、PFC。