LED电源驱动与控制电源驱动与控制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2008/7/15-17颜重光颜重光 Alec Yan 高工高工 Staff EngineerGreen LightingLED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。大功率大功率LED寿命优势寿命优势LED照明系统照明系统电 源电 源电压变换电压变换驱动驱动ICLEDAC/DC12VAC220/110VAC220/110V桥式整流桥式整流桥式整流桥式整流中压中压降压恒流降压恒流高压高压降压恒流降压恒流串联串联 LED串并联串并联 LED串并联串并联LEDAC220/110V阻容降压整流阻容降压整流串联串联 LEDDC/AC/DC （隔离）恒流（隔离）恒流EMI+整流整流 +PFCLED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：300-1400mA15-20mAIF工作电流大功率工作电流大功率LED一般功率一般功率LEDLED （VF=3.4V)CIE(Commission Internationale de lEclairage) 国际照明委员会色度图国际照明委员会色度图LED光源几乎 完全涵盖了位 于光源几乎 完全涵盖了位 于CIE色度曲 线内部的飽和 颜色，色度曲 线内部的飽和 颜色，LED与 荧光组合可以 产生各种需要 的颜色。与 荧光组合可以 产生各种需要 的颜色。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驱动驱动ICLED驱动器的选用理念驱动器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驱动器至 关重要，没有好的驱动器驱动器至 关重要，没有好的驱动器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。DC-DC降压恒流式降压恒流式LED驱动器驱动器 特点：特点： 输入范围从8V到30V，击穿电压45V 输出电流高达1.2A，内置大功率MOFET 效率高达97 超低的关断电流 5输出电流精度 LED开路保护 模拟/PWM调光功能选择，高达5000:1的PWM调光比 内部含有抖频特性抖频特性，有效地改善了EMI 应用：应用：MR16射灯、 LED装饰照明、汽车的辅助照明灯PT4115特点和应用PT4115特点和应用频率抖动改善频率抖动改善EMI原理原理 开关电源采用脉宽调制开关电源采用脉宽调制(PWM)控制方式，开关频率不断提 高，其高频开关波形含有大量谐波成分，通过传输线和空 间电磁场向外传播，造成传导和辐射干扰。控制方式，开关频率不断提 高，其高频开关波形含有大量谐波成分，通过传输线和空 间电磁场向外传播，造成传导和辐射干扰。频率抖动技术频率抖动技术 (Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决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。，来减小电磁干扰的方法。 频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱的方式降低了窄带频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱的方式降低了窄带 EMI。对于可以抖动多少的振荡器频率。对于可以抖动多少的振荡器频率 (fS)，存在一些局 限性。其中一些局限因素是开关损耗和磁路设计。为了将 升压电感尽可能的保持较小，并将开关损耗保持在可控范 围内，频率抖动应不超过基本频率的，存在一些局 限性。其中一些局限因素是开关损耗和磁路设计。为了将 升压电感尽可能的保持较小，并将开关损耗保持在可控范 围内，频率抖动应不超过基本频率的 20% 至至 30%。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。直流输入方案直流输入方案输入电压范围：输入电压范围：8-30V输出电流高达输出电流高达1.2A外部元器件少外部元器件少调光特性好，调光特性好，PWM/模 拟调模 拟调光光PT4115直流输入应用方案PT4115直流输入应用方案PT4115PT4115VINCSNSWDIMGNDRSLCINVIND(SS14)47uH10uFDC8-30V0.27LED 1W12-18VAC 应用方案12-18VAC 应用方案PT4115PT4115VINCSNSWDIMGNDRSLCINVIND47uH100uFAC12-18VDC8-30V0.13 3WLEDPT4115系统效率和输出电流系统效率和输出电流8101214161820222426283075%80%85%90%95%100%EfficiencySupply Voltage Vin(V)Efficiency1,3 and 7 LEDsL=47uH Rs=0.13ohm1LED3 LEDs7LEDs510152025307107207307407507607707807908007LEDs3LEDs5LEDs2LEDs6LEDs4LEDsOutput Current(mA)Supply Voltage Vin(V)Output Current L=47uH Rcs=0.13ohm1LED3W LED输出效率输出效率3W LED输出电流输出电流PT4115LED电流随LED颗数与输入电压关系LED电流随LED颗数与输入电压关系510152025301.101.121.141.161.181.201.221.247LEDs6LEDs 5LEDs4LEDs3LEDs2LEDsOutput CurrentSupply Voltage(V)Output Current L=27uH Rcs=0.0825ohm 1LED510152025302802852902953003053103153203257LEDs6LEDs5LEDs4LEDs1LED 2LEDs 3LEDsOutput CurrentSupply Voltage (V)Output Current L=100uH Rcs=0.33ohm1.2A输出电流输出电流300mA输出电流输出电流PT4115PWM调光PWM调光0.00.20.40.60.81.00100200300400500600Output Current(uA)Dim Duty CycleOutput Current vs Dim Duty Cycle50KHz20KHz100HzPWM 调光，从调光，从100%到到0%)55 . 2%,1000(1 . 0VVVDRsDIpulseOUT0.6A)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正向压降尽可能低的肖特基二极管，可以提高效率输出电流大于800mASS24输出电流小于800mASS14D D直流电压输入，输入电容可以小一点输出电流大于400mA100uF (工作电压30V)输出电流小于400mA100uF (工作电压30V)CINCINRS=0.1/ILED，比如要输出350mA， 则RS=0.1/0.35=0.2857 OHM精度大于1%RSRSPT4115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 PCB铜箔与PT4115的Exposed PAD和 GND 的接触面积面积要尽可能大，以利散热。 AC12V整流管和续流二极管D一定要选用低 压降的肖特基二极管，以降低自身功耗。 电感的饱和电流必须大于输出电流1.5倍。PT4115应用注意事项应用注意事项PT4115与