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1、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
2、。 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
3、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
4、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
5、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，
6、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120
7、Hz，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；
8、 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，
9、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
10、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
11、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，
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
