1、PT4201 控制芯片的離線式LED 射燈設計技術室內照明最普遍的燈具確實是 E27、 GU10、PAR3 0、PAR38 等 AC220V 高壓直截了當輸入的 LED 射燈。 E27、Gu10 LED 射燈需要 AC 直截了當變換成 DC 的 LED 恒流源，才能驅動高亮度 LED 光源發光。目前還不能提供單個 SoC 的集成電路產品，大多數是采納原邊或副邊反饋的開關電源方案。然而原邊反饋的方案存在輸出電流精度不高的咨詢題，一樣都在 +-5%左右。而采納副邊反饋的反激式恒流驅動方案，輸出電流精度可達 +-2%。可用于副邊反饋的反激式恒流驅動方案的驅動 IC 專門多，本文將詳細介紹基于 PT4

2、201 操縱芯片的離線式 LED 射燈設計技術。1W-30W 離線式高亮度 LED 驅動操縱器 PT4201 PT4201 是一款工作于電流模式、可驅動 1W 至 30W 照明或射燈的高亮度 LED 驅動操縱器，適用于 1W 至 30W 的各種 LED 照明和射燈應用，包括 E27、PAR30、PAR38 等。基于 PT4201 的隔離式光耦反饋的高亮度 LED 驅動系統具有恒流精度高、外圍電路簡單、無閃耀和EMI 輻射低的明顯優點。在正常工作狀態下操縱器的振蕩頻率能夠通過外部電阻精確設定。同時， PT4201 的前側消隱電路關心克服外部功率器件開啟瞬時的電壓毛刺，能有效幸免操縱器的誤動作造成

3、的LED 燈閃耀。內部集成的電流斜率補償功能提升了系統穩固性。PT4201 提供完善的愛護功能以提升LED照明系統的可靠性，包括逐周期過流愛護（OCP）、VDD過壓愛護（OVP）以及VDD欠壓愛護（UVLO ）等。 OUT輸出脈沖高電壓被嵌制在18V愛護外部功率MOS。短路愛護功能防止LED負載短路時損壞系統。PT4201 提供 SOT-23-6 封裝，引腳排列見圖1。圖 1：PT4201 引腳排列PT4201 差不多功能描述PT4201 集成了多種增強功能，并以其極低的啟動和工作電流、多重愛護功能為小功率 LED 照明驅動提供性能優良可靠的低成本解決方案。啟動及 UVLO ：PT4201 通

4、過一個連接到高壓線上的電阻Rstart 對連接在 Vdd 腳上的電容 Chold 充電實現啟動。 在上電之初， Chold 電容上的電壓為 0，PT4201 處于關斷狀態，從 Rstart 上流下的電流對 Chold 進行充電從而使 Vdd 電壓升高，當 Vdd 腳電壓達到芯片啟動電壓 VDD-ON 之后 PT 4201 開始工作，工作之后流進 Vdd 電流增加，由輔助繞組開始對芯片進行供電。優化設計的啟動電路使 PT4201啟動之前 VDD 只消耗極低的電流，如此能夠選用比較大的啟動電阻 Rstart 從而改善整機效率。關于一樣的通用輸入范疇的應用，一個 2Mohm，1/8W 的電阻和一個

5、10uF/50V 的電容能夠組成一個簡單可靠的啟動電路（圖2）。圖 2：PT4201 啟動電路PT4201 采納光耦檢測輸出LED 串的電流并通過改變輸出脈沖占空比達到輸出電流操縱目的。如圖 3 所示，當 LED 電流達到設定值時，LED 電流在采樣電阻 R2 上的壓降達到光耦發光管導通電壓， 發光管導通使 FB 電壓下降，PT4201 按照 FB 電壓的大小改變輸出脈沖占空比實現恒定電流輸出。圖 3：光耦電路LED開路：R2LED 負載開路時，流過穩壓管的電流在電阻上產生一個壓降使光耦發光管被打開，使PT4201 的 FB 降低。當R1 FB和降低到一定程度時 PT4201 進入突發模式，整

6、個系統進入低功耗模式。因此 L ED 燈開路是安全的。LED 短路及采樣電阻短路愛護：當 LED 負載發生短路時，光耦發光管兩端電壓等于輸出電壓，由于輸出功率專門小因此整個系統工作是安全的。當采樣電阻發生短路時，由于光耦發光管兩端電壓為零， 發光管不導通導致 FB 電壓快速爬升到愛護閾值。在 Rosc 為 100Kohm 情形下，過 32mS 后 PT4201 將自動關閉。工作頻率設定：PT4201 的 Rosc 引腳為設定 PWM 頻率提供了方便 ,用一個電阻接在 Rosc 引腳和 GND 之間能夠對 PWM 頻率進行設定（圖 4）。 PWM 頻率與設定電阻之間的關系遵循以下關系 :Fosc

7、=6500/Rosc。FOSC 單位 KHz ，Rosc 單位 Kohm 。PT4201 在正常工作時會周期性地改變 PWM 工作頻率進行頻率抖動，周期性改變的頻率把 EMI 傳導干擾擴展到更寬的頻譜范疇內從而降低了傳導段的 EMI 干擾。圖 4：工作頻率設定電流采樣以及前沿消隱 :PT4201 的 CS 引腳的功能之一是采樣外部 MOSFET電流進行電流斜率補償 ,二是提供逐周期的 MOSFET 過流愛護功能。 PT420 1 通過采樣與功率 MOSFET 串聯的采樣電阻來采樣流過 MOSFET 的電流，流過 MOSFET 的電流在采樣電阻 Rcs上轉換成電壓信號， CS 上電壓和 FB 電

8、壓共同決定了 PWM 脈沖占空比。在 PWM 每個導通周期當CS 引腳的電壓超過內部門限電壓時MOSFET 將趕忙被關掉防止過流對器件的損害。過流門限電壓與MOSFET的電流可由以下關系確定：IOC=Voc/Rcs其中 IOC 為 MOSFET 電流， Voc 為過流門限電壓， Rcs 為采樣電阻大小。內部過流的門限值與PWM 占空比大小有關，當PWM占空比為 0 時，過流門限值為0.80V。由于變壓器副繞組整流電路反向復原時刻以及初級繞組寄生電容等因素阻礙， 在每一個 PWM 周期開啟瞬時會在采樣電阻上產生一個連續時刻專門短的尖峰電壓。為此 PT4201 會在 MOSFET 開啟后屏蔽 CS

9、 采樣輸入一段時刻 TBLK ，在這段時刻內，過流愛護被關閉可不能關掉外部 MOSFET。如此能夠幸免 MOSFET 開啟瞬時在采樣電阻上產生的電壓毛刺而造成誤動作。 PT4201 提供的這種功能能夠省去電流采樣電路所需的 RC 濾波器 (圖 5)。圖 5：省略 RC 濾波器VDD 過壓愛護當系統發生嚴峻故障時，例如關于光耦開路或者反饋開路的情形，光耦輸出電流接近零致使 FB 端電壓上升。 FB 電壓上升將會使 PT4201 工作在過流愛護狀態， 因為有余外的電流供給負載， 如果超出了負載所需電流大小會使輸出電壓迅速爬升。由于輔助繞組的電壓與輸出電壓成一定的比例， 輸出電壓升高引起輔助繞組電壓

10、升高進而使 VDD 電壓升高，當 PT4201 檢測到 VDD 引腳電壓達到過壓愛護點時會關閉 PWM 。當 OVP 被觸發時由于沒有能量供給負載及輔助繞組， VDD 電壓和輸出電壓下降，當降低到 OVP 解除電壓時將重新開啟正常工作。這時如果故障解除則正常工作，如果故障依舊存在將重新進入 OVP 愛護狀態（圖 6）。圖 6：VDD 過壓愛護OUT 輸出驅動：PT4201 的 OUT 腳用來驅動功率 MOSFET 的柵極。優化設計圖騰柱形式輸出的驅動能力使驅動強度和 EMI 得到良好的折衷。同時， OUT 的輸出高電位被限制到了 18V，從而能夠愛護由于 VDD 升高可能對 MOSFET 造成

11、的損害。內部 OUT 和 GND 之間有一個電阻 ,能夠在芯片不工作時將外部 MOSFET 的柵極可靠置為 0 電位。基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案圖 7：基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案基于 PT4201 的 E27 3W 離線式射燈方案應用線路是典型的反激式的拓撲結構，采納副邊反饋（即光耦反饋） ，以提升輸出電流精度。相比于原邊反饋電路電流精度 +-5，副邊反饋的電路精度在 +-2%以內，成本只增加了 0.3RMB ，但卻給大批量生產時提供了便利。3W E27 的應用一樣負載接 3 顆 1W 的 LED ，每顆 L ED 的 VF 在 3.4V+-

12、0.2V 左右。一樣電流為 300mA-350mA 。工作原理如圖7 所示， AC85V-265V 交流電輸入，通過 L1（相當于一個保險絲，抗浪涌）后接入整流橋，從整流橋出來的電壓大約為 1.4XVin ，電流 1A 左右。 C1 是一個濾波電容， 電容值的選擇大約是負載功率的 1-3 倍即可，此處 3W 的應用采納 4.7uF 的電容，如選擇太小的會導致紋波大， 選擇太大的空間又不承諾。 PT4201 的 VDD 端一開始由 R4 降壓后供電， 18V 啟動，啟動之后就通過變壓器輔助繞組供電，電壓在 9-27V 之間。R1、C3 和 D2 是一個 RCD 吸取回路，用來吸取 Q1 開關時產

13、生的尖峰。減小 R1，能夠提升吸取成效，然而會導致系統效率降低，建議采納折衷的方式。 PT4201 的 RI 端所接電阻 R7 是用來設定開關頻率的， 此處把頻率設定在 65kHz。PT4201 的 CS 端連接采樣電阻 R8、R9，設置電流。變壓器是一個重要的部件，采納反激式的拓撲結構，當 Q1 關斷時，變壓器 5，6 斷導通， D1 的耐壓為變壓器輸入電壓 /匝數比 +變壓器輸出電壓。當 Q1 開時，變壓器 1，2 端有電流， 3，4，5，6 端截止，D1 的耐壓為變壓器輸出電壓X 匝數比 +變壓器輸入電壓。 D1，T1，Q1 是阻礙效率的關鍵， D1 反向耐壓與 T1 匝數比互相牽制。電

14、路右邊SR1100是一個肖特基二極管或者可采納快復原二極管整流。當空載時，R3是一個限流電阻，限制這條支路上的電流在10mA，D4在那個地點選用12V 穩壓管，起到一個整流限壓的作用，在空載時才工作，R2是一個分流電阻， R2 上流過的電流為 10mA，R2 左端的電壓為 1V。帶負載時， R6 兩端的電壓為 1V 左右，通過選擇電阻值不同調劑輸出電流， 這是 1X3W 的應用，工作電流設定在 300mA 左右。 U2 是光耦，當 R6 上的電流變大時，發光二極管上的電流變大，光敏電阻感應到之后，反饋電流到PT4201FB 端， FB端電壓變小， PT4201 通過調整占空比來使能量降低，隨之降低R6 上的電流。由因此從輸出端采樣電流反饋到芯片，如此的副邊反饋，實時對電流進行微調，提升了輸出電流的精度。圖 8：3W E27 方案的照片，體積專門