華潤矽威PT4115EE89E，50V/1.5A降壓型汽車燈LED驅動應用說明
PT4115E 中文應用說明.pdf
產品功能：50V/1.5A 降壓型，高亮度恒流驅動器
常規應用：DC輸入： 24V/48V、AC輸入：24VAC ，DC輸出：10V/1A
PwoTech華潤矽威PT4115EE89E，50V/1.5A降壓型汽車燈LED驅動產品概況
PT4115EE89E特點
●很寬的輸入電壓範圍：6V到50V
●效率高達97%
●3%的輸出電流精度
●復用DIM引腳進行LED開關、模擬調光與PWM調光
●RCS開路保護
●LED開路保護
●熱關斷保護
●SOT89-5封裝
PT4115EE89E概述
PT4115EE89E是壹款工作在連續電感電流導通模式的降壓型恒流驅動芯片，用於驅動壹顆或多顆串聯LED，輸出電流精度高達3%。PT4115EE89E輸入電壓範圍從6V到50V，輸出電流可調,最大可達1.5A。其采用高端電流采樣電阻設置LED平均電流，並通過DIM引腳進行模擬調光和PWM調光。
PT4115EE89E典型應用電
PT4115EE89E工作原理介紹
PT4115EE89E和電感（L）、電流采樣電阻（RS）形成壹個自振蕩的連續電感電流模式的降壓型恒流LED驅動器。 VIN上電時，電感（L）和電流采樣電阻（RS）的初始電流為零，LED輸出電流也為零。這時候，CS比較器的輸出為高，功率開關導通，電流通過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和功率開關從VIN流到地，電流上升的斜率由VIN、電感（L）和LED壓降決定，在RS上產生壹個壓差VCSN， 當(VIN-VCSN) > 230mV時，CS比較器的輸出變低，功率開關關斷，電流以另壹個斜率流過電感（L）、電流采樣電阻（RS）、LED和肖特基二極管（D），當(VIN-VCSN) < 170mV時，功率開關重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為
PwoTech華潤矽威PT4115EE89E關鍵元件參數設計
PT4115EE89E輸出電流的設置
上述等式成立的前提是DIM端懸空或外加DIM端電壓高於2.5V（但必須低於5V）。實際上，RS是設定了LED的最大輸出電流，通過DIM端，LED實際輸出電流能夠調小到任意值。
高端電流采樣結構使得外部元器件數量很少，采用1%精度的采樣電阻，LED輸出電流控制在±3%的精度。薄膜貼片電阻按照額定功率的70%降額使用，例如輸出電流1A，采樣電阻建議使用兩個1/4W、1206的0.33Ω與0.47Ω並聯。
PT4115EE89E外圍元器件續流二極管的選擇
為了保證最高的效率以及性能，二極管（D）應選擇快速恢復、低正向壓降、低寄生電容、低漏電的肖特基二極管，電流能力以及耐壓視具體的應用而定，但應保持30%的余量，有助於穩定可靠的工作。
另外值得註意的壹點是應考慮溫度高於85°C時肖特基的反向漏電流。過高的漏電會增加系統的功率耗散。
AC24V整流二極管（D）壹定要選用低壓降的肖特基二極管，以降低自身功率耗散。
PT4115EE89E外圍元器件輸入電容C1的選擇
輸入電容需要吸收輸入端的開關電流，要求承受充足的紋波電流有效值。輸入電容的紋波電流有效值IC1可按如下公式計算：
當輸入電壓是輸出電壓的2倍時，IC1最大，為IOUT/2。因此，推薦選擇紋波電流有效值大於輸出電流的1/2，典型耐壓值為50V，容值≥22μF，X7R或者更高等級的瓷片電容。
PT4115EE89E外圍電感L1的選擇
選擇電感時，需要考慮以下方面：
1. 選擇較低的電感值會提高開關頻率，增大開關損耗。大部分應用建議選擇開關頻率在100kHz至500kHz（典型值200KHz），建議紋波電流選取大約為開關電流峰值的30%，則對應的電感L1可通過以下公式計算：
其中fSW為開關頻率，ILED為LED輸出電流。
2. 輸出電流為IOUT時，選擇的電感的額定飽和電流值大於電感的峰值電流，至少留有30%的裕量即ISAT=1.3ILP。電感的峰值電流ILP可按如下公式計算：
IOUT為LED輸出電流。
3. 在開關頻率較高時，電感的DCR內阻和磁心損耗必須足夠低才能實現要求的效率指標。建議選擇壹個DCR內阻小於50 mΩ 電感來實現高的總效率。
PT4115EE89E芯片輸出電容C2的選擇
對應大部分應用，可不使用輸出電容。如果需要減少輸出電流紋波，壹個最有效的方法即在LED的兩端並聯壹個容2.2μF的電容可滿足大部分需求。適當的增大輸出電容可以抑制更多的紋波. 需要註意的是輸出電容不會影響系統的工作頻率和效率，但是會影響系統啟動延時以及調光頻率。
PT4115EE89E芯片模擬調光
DIM端可以外加壹個直流電壓(VDIM)調小LED輸出電流，最大LED輸出電流由（0.2/RS）設定。
LED平均輸出電流計算公式：
PT4115EE89E芯片PWM調光
LED的最大平均電流由連接在VIN和CSN兩端的電阻RS決定，通過在DIM管腳加入可變占空比的PWM信號可以調小輸出電流以實現調光，計算方法如下所示：
PT4115EE89E通過PWM調光，LED的輸出電流可以從0%到100%變化。LED的亮度是由PWM信號的占空比決定的。例如PWM信號25%占空比，LED的平均電流為(0.2/RS)的25%。建議設置PWM調光頻率在100Hz以上，以避免人的眼睛可以看到LED的閃爍。PWM調光比模擬調光的優勢在於不改變LED的色度。PT4115EE89E調光頻率最高可達20kHz。
PT4115EE89E芯片軟啟動
輸出電流很大且輸入電壓源輸出電流能力有限時,可通過在DIM接入壹個外部電容C6至GND，使得啟動時DIM端電壓緩慢上升，這樣LED的電流也緩慢上升，從而實現軟啟動同時可避免輸入電壓源被限流。建議電容值選取0.47µF的0805瓷片電容,在電容兩端加肖特基二極管到VIN加速電容放電可解決連續開關機IC無法正常啟動的情況。
PT4115EE89E IC過熱保護
PT4115EE89E內部設置了過溫保護功能（TSD）,以保證系統穩定可靠的工作。當IC芯片溫度超出150℃，IC即會進入TSD保護狀態並停止電流輸出，而當溫度低於130時，IC即會重新恢復至正常工作狀態。
PT4115EE89E PCB Layout註意事項
合理的PCB布局設計對實現芯片的穩定工作是至關重要的。
1. 當輸入電容離芯片的VIN引腳水平距離很遠時，寄生電感會較大，上電過程中較大di/dt在寄生電感上產生的噪聲會影響芯片的采樣，致IC工作出現異常。避免上述問題，需在靠近芯片VIN引腳至GND並聯壹個0.1µF的瓷片電容。 錯誤的PCB Layout示意圖1：
2.電流采樣電阻Rs盡可能靠近芯片VIN與CSN引腳以減小電流采樣誤差；
3.電流環路，包括輸入電容、采樣電阻、電感、肖特基二極管，應盡可能短；
4.為了有效地減小電流環路的噪聲，輸入旁路電容建議單點接地。輸入電容C1的地與MOS管Q1的地均為功率地，芯片U1的地為信號地，正確的做法是“MOS管Q1的地先與輸入電容C1的地連接然後再由輸入電容的單點地連接至芯片U1的地”。
5.MOS 管的DRAIN端是開關節點，走線盡可能短且遠離芯片，以減小電感的輻射。
PCB Layout參考圖
6. 散熱註意事項 當系統工作的環境溫度較高及驅動大電流負載時，必須要註意避免系統達到功率極限。在實際應用中，要求達到每25mm2的PCB 大約需要1oz 敷銅的電流密度以有利於散熱。若PCB板允許，請盡量多敷銅，並連接至電源的GND，以吸收電感的幹擾，也有利於散熱。
7. 應用註意事項
7.1 輸出負載使用電子負載的CV模式時，由於電子負載響應速度較慢，當無輸出電容或輸出電容較小時，PT4115E會出現工作異常。改善的措施：加大輸出電 容，延長啟動時間，當啟動時間大於電子負載響應時間時，PT4115E在CV模式下也能正常工作。
7.2 測試PT4115E開關機及動態性能時，輸出負載務必采用LED燈。
