中心議題：

• 大功率LED恒流驅動設計方案
• LED工作特性
• LED 常用驅動技術比較研究

解決方案：

• 基於PT4115 的恒流驅動設計

本文對LED 常用驅動技術進行了比較研究
，得出大功率LED 采用恒流驅動的合理性。並對采用PT4115 的大功率LED 恒流驅動的設計原理進行了詳細的介紹。該恒流驅動具有驅動原理簡單
、成本低
、恒流效果好等優點。並且，該恒流源相對於其也恒流源具有輸入電壓範圍寬泛、效率高的優點。對大功率LED 在太陽能行業上的應用具有很好的工程實用價值。

0  引言

光guang伏fu發fa電dian行xing業ye作zuo為wei一yi種zhong新xin興xing行xing業ye，其qi發fa展zhan具ju有you突tu飛fei猛meng進jin的de趨qu勢shi。光guang伏fu照zhao明ming是shi光guang伏fu產chan業ye中zhong的de支zhi柱zhu產chan業ye。由you於yu光guang伏fu電dian池chi所suo發fa出chu來lai的de電dian如ru果guo不bu經jing過guo一yi次ci變bian換huan的de話hua是shi直zhi流liu電dian
，因yin此ci，LED 光源作為一種直流電光源，尤其適合光伏照明產業。但是，LED 的高效節能的優點要想保證的話，其驅動具有尤為重要的作用。本文對大功率LED 和小功率LED 適合的驅動進行了比較研究。並且提出一種基於PT4115 的高效率的大功率LED 恒流驅動解決方案。該種驅動電路簡單、高效、成本低，適合當今太陽能產品的市場化發展。

1  LED 工作特性

LED 具有對電壓敏感的特性，當LED 兩端電壓超過其導通電壓後。可近似的認為其正向電壓VF和正向電流IF 成比例關係。因此，電壓的變化會引起電流的變化。

圖1 　LED 的VF 和IF 特性曲線線

從圖1 可以看出電壓的微小變化會引起電流的極大變化。由此，可以得出對於LED 應該采用恒流驅動
，防止流過LED 電流的極大波動

，影響LED 的使用壽命。因此，不管是交流恒流驅動還是直流恒流驅動，其輸出端LED 兩端電壓的峰峰值最好控製電流在幾十毫安。

2  LED 常用驅動技術比較研究

2. 1  電阻鎮流驅動

圖2  采用鎮流電阻驅動的原理圖

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從圖2 中可見
，采用電阻鎮流的驅動方式就是在LED 燈串上串聯上鎮流電阻。通過鎮流電阻降低在LED 燈串上的電壓
，防止LED 過(guo)壓(ya)被(bei)擊(ji)穿(chuan)。鎮(zhen)流(liu)電(dian)阻(zu)的(de)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)通(tong)常(chang)所(suo)說(shuo)的(de)恒(heng)壓(ya)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)。該(gai)種(zhong)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)雖(sui)然(ran)簡(jian)單(dan)，但(dan)是(shi)在(zai)鎮(zhen)流(liu)電(dian)阻(zu)上(shang)會(hui)有(you)損(sun)耗(hao)，並(bing)且(qie)，損(sun)耗(hao)會(hui)隨(sui)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)大(da)。因(yin)此(ci)，該(gai)種(zhong)技(ji)術(shu)作(zuo)為(wei)最(zui)早(zao)的(de)驅(qu)動(dong)技(ji)術(shu)
，已(yi)經(jing)隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)
，逐(zhu)漸(jian)被(bei)取(qu)代(dai)。

2. 2  PWM恒壓驅動方式
眾所周之
，PWM驅動方式本身具有驅動效率高的優點。因此，采用PWM 恒壓驅動方式具有效率高，驅動電路簡單的優勢。但是，鎮流電阻這種恒驅動方式，已經不適合當今光伏照明的簡潔
、高效的趨勢。因此，PWM恒壓IC 隨之出現。

圖3  恒壓驅動原理

對於采用恒壓驅動（見圖3） ,因輸出到LED 負載兩端的壓降不變，如果其中一路的某顆LED 發生短路故障，則這個輸出的恒壓壓降將全部降在其它LED 兩端
，則剩餘的每顆LED 承受的電壓可能超過電壓額定值，而將其燒毀。

LED 因其VF 值特性原因做不到相同
，隨著溫度及電流大小也有些VF 值也會發生變化
，一般不適合並聯設計。但是有些情況又不得不並聯解決多顆LED 驅動成本問題，就像小功率LED 如果每一路采用一個恒流源會大大增加驅動成本，因此，就必須采用多組LED 燈串並聯，而采用恒壓驅動的方式進行驅動。

因此
， 即使采用恒壓驅動的方式， 也要選擇PWM恒壓驅動IC ,提高驅動效率。

迫於小功率LED 要想實現和大功率相同的照度，所需數量大，如果每路驅動使用一個恒流驅動，將大大增加驅動成本，鑒於此問題，小功率LED 適合采用恒壓驅動方式。

2. 3  恒流驅動技術
對於恒流驅動實際上很大程度上是結合PWM恒壓驅動高效率的特點，對其進行改造以最簡單的方法實現恒流。

對於PWM恒壓IC 內置一個基準電壓
，通過采樣反饋端FB 端電壓和內置電壓比較


，以控製PWM輸出占空比，以實現恒壓驅動。

要(yao)進(jin)行(xing)恒(heng)流(liu)控(kong)製(zhi)就(jiu)要(yao)在(zai)斬(zhan)波(bo)輸(shu)出(chu)端(duan)串(chuan)聯(lian)一(yi)個(ge)小(xiao)電(dian)阻(zu)，采(cai)樣(yang)其(qi)對(dui)地(di)電(dian)壓(ya)，然(ran)後(hou)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)放(fang)大(da)並(bing)反(fan)饋(kui)到(dao)恒(heng)壓(ya)控(kong)製(zhi)端(duan)，以(yi)進(jin)行(xing)恒(heng)流(liu)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)串(chuan)聯(lian)在(zai)輸(shu)出(chu)回(hui)路(lu)裏(li)，要(yao)降(jiang)低(di)落(luo)在(zai)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)功(gong)耗(hao)
，就(jiu)要(yao)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)，通(tong)常(chang)選(xuan)0. 1 Ω電阻。

采用恒流驅動，必須每一路LED 燈串有一個恒流源驅動。當燈串中單顆LED 發生短路故障時，由於輸出電流不變，因此
，並不影響其它LED 的光效
，采用恒流驅動能大大提高LED 的使用壽命。

3  基於PT4115 的恒流驅動技術

3. 1  PT4115 芯片簡介
1） 極少的外部原件
2） 很寬的電壓輸入範圍：從8 V 到30 V
3） 最大輸出1. 2 A 電流
4） 複用DIM 引腳進行LED 開關
、模擬調光
、PWM調光
5） 5 %的輸出電流精度
6） LED 開路保護
7） 高達97 %的效率
8） 輸出可調的恒流控製方法
9） 內部含有抖頻特性，極大的改善EMI

3. 2  典型應用電路

圖4  PT4114 典型應用電路

對於PT4115 （見圖4） 即可以應用於12~18 V 的交流，也可應用在8 V~30 V 的直流。因此

，應用範圍更加廣泛。並且
，驅動電路簡單，所需元器件均價格低廉。適合批量
、市場化。
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3. 3  PT4115 恒流原理
保持采樣端（CSN） 輸入電壓值為IC 內部設定值相對於VIN 電壓值不變即可實現恒流。因為：

式中：ILED ---流過L ED 的電流

；VCSN ---電壓檢測端電壓
；RS ---電流采樣電阻。

從式（1） 可見
，隻要保證采樣端電壓相對於輸入端電壓不變，就能使流過LED 的電流恒定。

3. 4  PT4115 調光措施
PT4115 采用PWM 調光措施，當DIM 引腳電壓低於0. 3 V 時關斷LED 電流，高於2. 5 V 時開啟LED 電流。

PWM調光措施相對於傳統的線性調光，不影響LED 的光效。PWM 調光的基本原理是保持LED 正向導通電流恒定，而通過控製電流導通和關斷的時間比例，即控製每個周期電流導通的時間。PWM 調光的優勢是LED 正向導通的電流一直是恒定的
，LED的色度就不會像模擬調光一樣會變化。PWM調光可以在精確控製LED 的亮度的同時，也保證LED 發光的色度。

線性調光是通過改變流過LED 的電流來調整光效的
，流過LED 的電流的變化必然會影響LED 的色度。

因此，PWM調光相對傳統的線性調光具有很大的進步。

3. 5  PT4115 頻抖改善EMI 的原理
頻率抖動技術（Frequency Jitter） 是一種從分散諧波幹擾能量著手解決EMI 問題的新方法。頻率抖動技術是指開關電源的工作頻率並非固定不變
，而是周期性地由窄帶變為寬帶的方式來降低EMI ,來減小電磁幹擾的方法。

頻率抖動技術通過擴展電源噪聲頻譜的方式降低了窄帶EMI.對於可以抖動多少的振蕩器頻（fs） ,存cun在zai一yi些xie局ju限xian性xing。其qi中zhong一yi些xie局ju限xian因yin素su是shi開kai關guan損sun耗hao和he磁ci路lu設she計ji。為wei了le將jiang升sheng壓ya電dian感gan盡jin可ke能neng的de保bao持chi較jiao小xiao，並bing將jiang開kai關guan損sun耗hao保bao持chi在zai可ke控kong範fan圍wei內nei，頻pin率lv抖dou動dong應ying不bu超chao過guo基ji本ben頻pin率lv的de20 %至30 %.

3. 6  PT4115 的動態溫度調節和過溫保護
對於PT4115 具有動態溫度調節的功能，並且
，可以在此功能的基礎上實現過溫保護。

3. 6. 1  動態溫度調節。

圖5  動態溫度調節原理圖

從圖5 中可見，DIM 端內部是一個1MΩ 的上拉電阻
，連接到內部5V 電源上。DIM 端電壓由內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PT4115 的動態溫度調節。
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3. 6. 2  過溫保護的實現。
從圖6 中可見，相對於圖5 多了一個三極管，當溫度升高時，NTC 電阻的阻值減小，其上的分壓也減小
，則相應的其下麵電阻上的分壓升高
，當超過三極管的開通電壓時， 三極管導通，DIM 端接地， 關斷LED電流， 當溫度降低時， IC 重啟， 因此， 實現了PT4115 的過溫保護。

圖6 　過溫保護的實現原理圖

3. 7  PT4115 工程應用中的經驗
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
，功率開關的開關損耗越小，但相應的電感的損耗會增大；
4） PT4115 內部自帶過溫保護功能

，外部過溫保護可設，對LED 實現雙重保護
；
5） PCB 布線要盡可能的將銅箔與PT4115 的Ex2posed PAD 和GND 的接觸麵積增大
，以利散熱；
6） 交流12V 整流管和續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，現以輸出為3 顆LED 串聯負載為例，其結果見表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，相對於當前市場上的恒流源，是一款效率高的產品。並且，單路可以實現驅動最多7 顆1W的LED 串聯。由於

，外圍電路簡單， IC 封裝體積小
，可以將恒流驅動和LED 負載整合在一塊鋁基板上，實現驅動、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，恒流驅動損耗小。

5  小結

本文通過對各種常用驅動技術進行比較，得出大功率LED 應采用恒流驅動的結論。並且，詳細介紹了基於PT4115 的大功率LED 恒流驅動的原理
、優點、及其電路實現。同時， 也詳細敘述了在采用PT4115 實現恒流驅動過程中的經驗總結。最後對其實驗結果進行了描述

，證明了該驅動的合理性、高效性
、簡潔性等突出優點。該恒流驅動具有很強的工程實用性。