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

guangfufadianxingyezuoweiyizhongxinxingxingye，qifazhanjuyoutufeimengjindequshi。guangfuzhaomingshiguangfuchanyezhongdezhizhuchanye。youyuguangfudianchisuofachulaidedianruguobujingguoyicibianhuandehuashizhiliudian
，yinci，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。

yaojinxinghengliukongzhijiuyaozaizhanboshuchuduanchuanlianyigexiaodianzu，caiyangqiduididianya，ranhouduiqijinxingfangdabingfankuidaohengyakongzhiduan，yijinxinghengliukongzhi。youyucaiyangdianzuchuanlianzaishuchuhuiluli，yaojiangdiluozaidianzushangdegonghao，jiuyaojinliangjianxiaodianzudezuzhi，tongchangxuan0. 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） ,cunzaiyixiejuxianxing。qizhongyixiejuxianyinsushikaiguansunhaohecilusheji。weilejiangshengyadianganjinkenengdebaochijiaoxiao，bingjiangkaiguansunhaobaochizaikekongfanweinei

，pinlvdoudongyingbuchaoguojibenpinlvde20 %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。