基于PT4201的离线式LED射灯设计方案

LED照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。国内许多地方已经有应用于功能性照明领域的成功案例。我国半导体照明应用技术渐渐走在了世界的前列，随着国家和地方政府的政策鼓励，许多地方在室外照明如：路灯、景观照明等；室内照明如：地铁、地下车库、博物馆；特殊场合照明：如低温照明、矿灯照明、汽车灯等方面被应用广泛。一些传统照明企业开始投资转型LED灯具。LED室内照明和应用技术上正在突飞猛进。室内照明无疑是个巨大的市场，市场前景毋庸置疑。相信在2010年会在家居照明中占据较大的市场份额。

室内照明最普遍的灯具就是E27、GU10、PAR30、PAR38等AC220V高压直接输入的LED射灯。E27、Gu10 LED射灯需要AC直接变换成DC的LED恒流源，才能驱动高亮度LED光源发光。目前还不能提供单个SoC的集成电路产品，大多数是采用原边或副边反馈的开关电源方案。但是原边反馈的方案存在输出电流精度不高的问题，一般都在+-5%左右。而采用副边反馈的反激式恒流驱动方案，输出电流精度可达+-2%.

可用于副边反馈的反激式恒流驱动方案的驱动IC很多，本文将详细介绍基于PT4201控制芯片的离线式LED射灯设计技术。

1W-30W离线式高亮度LED驱动控制器PT4201

PT4201是一款工作于电流模式、可驱动1W至30W照明或射灯的高亮度LED驱动控制器，适用于1W至30W的各种LED照明和射灯应用，包括E27、PAR30、PAR38等。基于PT4201的隔离式光耦反馈的高亮度LED驱动系统具有恒流精度高、外围电路简单、无闪烁和EMI辐射低的显著优点。在正常工作状态下控制器的振荡频率可以通过外部电阻精确设定。同时，PT4201的前侧消隐电路帮助克服外部功率器件开启瞬间的电压毛刺，能有效避免控制器的误动作造成的LED灯闪烁。内部集成的电流斜率补偿功能提高了系统稳定性。

PT4201提供完善的保护功能以提高LED照明系统的可靠性，包括逐周期过流保护（OCP）、VDD过压保护（OVP）以及VDD欠压保护（UVLO）等。OUT输出脉冲高电压被嵌制在18V保护外部功率MOS.短路保护功能防止LED负载短路时损坏系统。

PT4201提供SOT-23-6封装，引脚排列见图1.

图1 PT4201引脚排列

PT4201基本功能描述

PT4201集成了多种增强功能，并以其极低的启动和工作电流、多重保护功能为小功率LED照明驱动提供性能优良可靠的低成本解决方案。

启动及UVLO：

PT4201通过一个连接到高压线上的电阻Rstart对连接在Vdd脚上的电容Chold充电实现启动。在上电之初，Chold电容上的电压为0，PT4201处于关断状态，从Rstart上流下的电流对Chold进行充电从而使Vdd电压升高，当Vdd脚电压达到芯片启动电压VDD-ON之后PT4201开始工作，工作之后流进Vdd电流增加，由辅助绕组开始对芯片进行供电。

优化设计的启动电路使PT4201启动之前VDD只消耗极低的电流，这样可以选用比较大的启动电阻Rstart从而改善整机效率。对于一般的通用输入范围的应用，一个2Mohm，1/8W的电阻和一个10uF/50V的电容可以组成一个简单可靠的启动电路（图2）。

图2 PT4201启动电路

电流反馈及PWM控制：

PT4201采用光耦检测输出LED串的电流并通过改变输出脉冲占空比达到输出电流控制目的。如图3所示，当LED电流达到设定值时，LED电流在采样电阻R2上的压降达到光耦发光管导通电压，发光管导通使FB电压下降，PT4201根据FB电压的大小改变输出脉冲占空比实现恒定电流输出。

图3光耦电路

LED开路：

LED负载开路时，流过稳压管的电流在电阻R1和R2上产生一个压降使光耦发光管被打开，使PT4201的FB降低。当FB降低到一定程度时PT4201进入突发模式，整个系统进入低功耗模式。因此LED灯开路是安全的。

LED短路及采样电阻短路保护：

当LED负载发生短路时，光耦发光管两端电压等于输出电压，由于输出功率很小因此整个系统工作是安全的。当采样电阻发生短路时，由于光耦发光管两端电压为零，发光管不导通导致FB电压快速爬升到保护阈值。在Rosc为100Kohm情况下，过32mS后PT4201将自动关闭。

工作频率设定：

PT4201的Rosc引脚为设定PWM频率提供了方便，用一个电阻接在Rosc引脚和GND之间可以对PWM频率进行设定（图4）。PWM频率与设定电阻之间的关系遵循以下关系：Fosc=6500/Rosc.FOSC单位KHz，Rosc单位Kohm.

图4工作频率设定

PT4201在正常工作时会周期性地改变PWM工作频率进行频率抖动，周期性改变的频率把EMI传导干扰扩展到更宽的频谱范围内从而降低了传导段的EMI干扰。

电流采样以及前沿消隐：

PT4201的CS引脚的功能之一是采样外部MOSFET电流进行电流斜率补偿；二是提供逐周期的MOSFET过流保护功能。PT4201通过采样与功率MOSFET串联的采样电阻来采样流过MOSFET的电流，流过MOSFET的电流在采样电阻Rcs上转换成电压信号，CS上电压和FB电压共同决定了PWM脉冲占空比。

在PWM每个导通周期当CS引脚的电压超过内部门限电压时MOSFET将立即被关掉防止过流对器件的损伤。过流门限电压与MOSFET的电流可由以下关系确定：IOC=Voc/Rcs

其中IOC为MOSFET电流，Voc为过流门限电压，Rcs为采样电阻大小。内部过流的门限值与PWM占空比大小有关，当PWM占空比为0时，过流门限值为0.80V.