颜重光 高工颜重光 高工 2008/9/16-18 杭州 绿色照明绿色照明LED灯具驱动技术灯具驱动技术 中国照明学会中国照明学会LED灯具设计技术高级培训班灯具设计技术高级培训班 LED绿色照明灯具绿色照明灯具 Green Lighting LED高节能高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超 低功耗（单管0.03瓦-1 瓦）电光功率转换接近100%，相 同照明效果比传统光源节能80%以上。 LED长寿命长寿命：LED光源被称为长寿灯。固体冷光源，环 氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发 光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5万到10 万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 LED利环保利环保：LED是一种绿色光源，环保效益更佳。光 谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射， 而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可 以安全触摸，属于典型的绿色照明光源绿色照明光源。 LED灯具驱动工作原理灯具驱动工作原理 AC/DCDC/DC-Buck- Constant AC/AC AC/DC Non-isolated / Isolation AC220V/100V ?AC12V/24V/36V ?DC12V/24V/36V AC220V/100V ?AC70V/100V/150V ?DC70V/100V/150V LEDLED LED LED 电压变换转换成恒流驱动源电压变换转换成恒流驱动源LED负载负载 LED工作原理工作原理 LED工作的主要参数是工作的主要参数是VF/IF，其它相关的是颜色，其它相关的是颜色/波长波长/亮 度 亮 度/发光角度发光角度/效率效率/功耗。功耗。 VF正向电压是为正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态。发光建立一个正常的工作状态。 IF正向电流是促使正向电流是促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正 比例。 发光，发光亮度与流过的电流成正 比例。 LED VF标称电压：标称电压：3.4V 0.2V 。 LED IF工作电流按应用需要选用，各挡不能混用。工作电流按应用需要选用，各挡不能混用。 LED Lamp用各档用各档LED电流：电流： 200-1400mA15-25mAIF工作电流 大功率 工作电流 大功率LED一般功率一般功率LEDWLED （VF=3.4V) 关于关于LED功率功率 LED灯具常用灯具常用WLED二极管二极管: 1）小功率小功率WLED：IF=15-25mA 如如 IF=20mA 草帽灯。草帽灯。 2）大功率）大功率WLED：IF=200-1000mA 如高亮功率如高亮功率WLED，1W/ IF=350mA， 3W/ IF=700mA ； 3）功率）功率LED管芯按特殊要求绑定的管芯按特殊要求绑定的WLED； 大功率照明用大功率照明用LED 大功率照明用大功率照明用LED 其封装从成品来看是单 颗芯片的，其实是用 其封装从成品来看是单 颗芯片的，其实是用N 颗颗LED管芯封装在一个 单位里的。它们的排列 组合是串并联，它们是 管芯封装在一个 单位里的。它们的排列 组合是串并联，它们是 N个串联，再个串联，再N个并联， 然后由二点联接电源。 个并联， 然后由二点联接电源。 LED灯具对低压驱动芯片的要求灯具对低压驱动芯片的要求 驱动芯片具备性能良好、高度集成的DC/DC-BuckConstant Current 功能。 驱动芯片的标称输入电压范围应当满足DC8-40V，以覆盖应用面的需 要，耐压如能大于45V更好； 驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2-1.5A，满足1W、3W照明用LED需 求的工作电流。LED照明灯具选用的驱动IC必需有足够的电流输出，设 计产品时必需使驱动IC工作在满负输出的70-90%的最佳工作区域。 驱动芯片的输出电流必需长久恒定，LED才能稳定发光，亮度不会闪 烁；同一批驱动芯片在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一 致，也就是离散性要小。 驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热。 驱动芯片本身的抗EMI、噪音、耐高压的能力也关系到整个LED灯具产 品能否顺利通过CE、UL、FCC等认证，因此驱动芯片本身在设计伊始 就要有优秀的拓朴结构和高压的生产工艺。 驱动芯片自身功耗要求小于0.5W，开关工作频率要求大于120Hz，以免 工频干扰而产生可见闪烁。 驱动芯片散热的物理技术驱动芯片散热的物理技术 驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热。如 将管芯（Die）直接绑定在铜板上，并有一Pin直接延伸 到封装外，便于直接焊接在PCB板的铜箔上迅速导热 （见图）。如在一个类似4X4mm的硅片管芯上，要长 时间通过300-1000mA的电流，必然有功耗，必然会发 热，芯片本身的物理散热结构也是至关重要的。 驱动IC剖面驱动IC俯视 常见常见LED驱动驱动IC LED驱动驱动IC的选用理念的选用理念 照明用照明用LED的的VF电压都很低，一般电压都很低，一般VF=2.75-3.8V，IF在在15-1400mA； 因此 ； 因此LED驱动驱动IC的输出电压是的输出电压是VFXN或或VFX1, IF恒流在恒流在15-1400mA。 随着大功率随着大功率LED普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用，功率型普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用，功率型LED驱 动显得越来越重要。用市电驱动大功率 驱 动显得越来越重要。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、需要解决降压、隔离、 PFC（功率因素校正）和恒流问题，还需有比较高的的转换效率，有 较小的体积，能长时间工作，易散热、较低的成本，抗电磁干扰，和 过温、过流、短路、开路保护等。 （功率因素校正）和恒流问题，还需有比较高的的转换效率，有 较小的体积，能长时间工作，易散热、较低的成本，抗电磁干扰，和 过温、过流、短路、开路保护等。 在在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择LED驱动驱动IC至 关重要，没有好的驱动 至 关重要，没有好的驱动IC的匹配，的匹配，LED照明的优势无法体现。照明的优势无法体现。 大功率大功率LED是低电压、大电流的驱动器件，其发光的强度由流过是低电压、大电流的驱动器件，其发光的强度由流过LED 的电流决定，电流过强会引起的电流决定，电流过强会引起LED的衰减，电流过弱会影响的衰减，电流过弱会影响LED的发 光强度，因此， 的发 光强度，因此，LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使 用的安全性，同时达到理想的发光强度。 使 用的安全性，同时达到理想的发光强度。 应用方案简洁的PT4115应用方案简洁的PT4115 PT4115 AC or DC 1224V CIN LED PT4115 PWM RS D1 D3D4 D2 VIN 1W3 L D5 GND DIM CSNSW PT4115的特性的特性 高度集成DC/DC-BuckConstant Current 功能。 采用抖频技术有效降低EMI。 频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI 问题的新方法。频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是 周期性地由窄带变为宽带的方式来降低 EMI，来减小电磁干扰的方法。 Vin=8-30V，击穿电压45V ；Iout=1.2A。 效率高达97。 DIM调光由高向低调光，安全可靠。 超低的关断电流。 5输出电流精度。 LED开路保护 采用SOT89-5封装，有利于驱动芯片管芯的快速散热。 周边应用电路简约，仅四个元器件，应用成本低。 应用：应用：MR11、MR16、水底灯、洗墙灯、泛光灯、应急灯、草坪灯、 路灯、隧道灯。 、水底灯、洗墙灯、泛光灯、应急灯、草坪灯、 路灯、隧道灯。 频率抖动改善频率抖动改善EMI 采用频率抖动技术 时，谐波幅值降低并且变 得平滑，高次谐波接近连 续响应。减小 采用频率抖动技术 时，谐波幅值降低并且变 得平滑，高次谐波接近连 续响应。减小EMI的效果 十分显著。 未采用频率抖动 技术时，各次谐波较 窄而且离散，幅值在 谐波频率处较高 的效果 十分显著。 未采用频率抖动 技术时，各次谐波较 窄而且离散，幅值在 谐波频率处较高,EMI 集中在峰尖。集中在峰尖。 动态温度调节动态温度调节 DIM端内部是一个1兆上拉电阻（Rup）接到内部5V电源。DIM 端的电压由Rup和NTC分压决定，利用模拟调光的原理以及温 度对LED电流的负反馈实现动态温度控制。 NTC也可以由二极管来实现，或者二极管串热敏电阻等方法。 PT4115 过温保护过温保护 PT4115PT4115 VINCSNSW DIM GND RSL CIN VIN D 0.1347uH 4.7uF NTC 如图所示可以实现过温保护，当灯杯或LED温度高于一定值时 关断LED电流，当温度降低后，重新开启 PT4115 电感越大，工作频率越低，恒流效果越好； 输出电流越大，需要电感值越小，电感选择方便； 输出电压越高，效率越高，3颗1W串联比1颗3W效率高； 系统损耗由RS损耗（0.1*Iout）、电感DCR损耗 （DCR*Iout2）、功率开关导通损耗（Rsw*Iout2）、功率开关开 关损耗（正比于开关频率）等主要部分组成； 通常电感越大，功率开关开关损耗越小，但是DCR会变大，对应 电感损耗变大； 反馈电压100mV，RS损耗业界最小，功率开关导通电阻Rsw为 0.6欧姆，也比较小，效率比一般产品高； 内部含有过温保护功能，外部可以设计过温保护，对LED有双重 保护； 采用SOT89-5封装，热阻仅为45/ W，散热特性很好。 PT4115芯片应用特点芯片应用特点 LED射灯射灯 AC/AC是将220V交流电压转换成12V交流电压。12V交流 电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，LED射灯可以在保 留现有交流12V的条件下进行设计，针对替代卤素灯的设 计。PT4115的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流 高达1.2A，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。 取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤 素灯相比有两大优势：(1)光源比较集中，1W照明所获得 的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2) LED灯的寿命比卤素灯长。 LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但 从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常 大的成本优势。 3颗1W串联比1颗3W的工作效率高。 向向MR16生产厂家提供可用于生产生产厂家提供可用于生产DEMO DEMO PCB版图版图 PT4115MR16 20080616.PCB PT4115 PT4115MR16 20080616.PCB 外部元器件选择外部元器件选择 正向压降尽可能低的肖特基二极管，可有效地降低系统功耗。 电流能力一定要满足应用，原则上大于1.5*Iout*Vout/(0.8*Vin)。 整流二极管整流二极管 DCR越小，效率越高。选用锰锌4000磁芯。 输出电流小于400mA68-100uH (饱和电流0.6A) 输出电流在400mA到800mA47-68uH (饱和电流1.2A) 输出电流在800mA到1200mA33-47uH (饱和电流1.8A) L L 导通压降低于0.30V的肖特基二极管，可以提高系统效率； 输出电流大于400mASS24 输出电流小于400mASS14 D D 有续流和滤波的功能，电容量不宜太小； 输出电流大于400mA100uF (工作电压50V) 输出电流小于400mA100uF (工作电压50V) CinCin RS=0.1/ILED，比如要输出350mA， 则RS=0.1/0.35=0.28