适用于MR16射灯应用的高效率高调光比LED驱动芯片PT4115

维普资讯 http://www.cqvip.com 射灯应用的高效率　遁用于Ｍ　ｉ　ｌ　ｌ　６　驱动芯片　ＰＴ４　１　１　５　高调光比ＬＥ　Ｄ　胡黎强　华润矽威科技（上海）有限公司　ＬＥＤ照明作为一种全新的照明技术，得到了全　世界的关注，被誉为人类照明史上的第三次革命。　相对传统的卤素低压照明，采用高亮度的ＬＥＤ作为　一是通过调节电流检测电阻大小实现调节电流；二　电流检测电阻）；三是脉冲宽度调光（ＰＷＭ）。然而，　是通过改变基准电压（ＬＥＤ电流等于基准电压除以　ＥＤ亮度的时候无　室内装饰灯、景观照明、车载照明具有很多好处。高　前两种方法（模拟调光）在改变Ｌ亮度ＬＥＤ能以更小的功率消耗提供更大的亮度，具　法保证ＬＥＤ的色度，如绿光ＬＥＤ的色度偏差随着　有节能、环保、抗震、使用寿命长和快速接通的特点。　电流变化的关系如图ｌ所示。　模拟鹚怒　Ｉ趣色度变化　１　ＬＥＤ亮度控制技术　ＬＥＤ的亮度由流过的电流决定，然而对于不同　５３２　５３０　、　５２８　重　、５２６　５２４　、　的ＬＥＤ，相同的电流对应的正向电压却不相同，表１　列出了针对一个高亮度ＬＥＤ的典型正向电压和驱　动电流的相互关系。　表１高亮度ＬＥＤ的典型正向电压和驱动电流的相互关系　电流（ｍＡ）　：３５０　７００　１０００　、ｋ　■Ｕ　豢　１、　　．装５２２　５２０　５１８　¨　０ｔ　ｊＵ　｝５０　２００　、　■　２６０　３００　５０　４００　Ｖｒ　ｌ　（Ｖ）　２．７９　３。Ｏ５　３　ｊ６　Ｖｒ　１　Ｉ　（Ｖ）　３．４２　３。７６　３．９５　３．９９　４。４７　４．８８　Ｅｊ司电流／ｍＡ　图１模拟调光引起的色度偏差　为了避免电流变化引起的色度偏差，脉冲宽度　调光（ＰＷＭ）是一种有效的方法，ＰＷＭ调光是保持正　由于在不同的应用环境电源电压不同，以及　ＥＤ正向电压的不同，为了确保ＬＥＤ最佳的性能和　Ｌ长久的工作寿命，就需要一个有效的恒流驱动电路，　而不是传统ＡＣ／ＤＣ或ＤＣ／ＤＣ的恒压控制来实现，　通常采用一个电流检测电阻反馈ＬＥＤ电流实现其　恒流控制。在很多应用中，都需要对ＬＥＤ的亮度　（输出电流）进行调节，调节亮度一般有三种方法，　向导通电流不变，而是控制电流导通和关断的比例，　从０到１００％的范围来调节亮度。比如，要控制ＬＥＤ　亮度为３３％，则在每个周期电流开通３３％，模拟调　光和ＰＷＭ调光如图２所示。　为了避免眼睛能够看到ＬＥＤ的导通和关断，　ＰＷＭ调光的频率要高于１００Ｈｚ。高于１００Ｈｚ，眼睛　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｌ一应用　７５０　５００　＜　２５　嫣　０　Ｌｘ．２　７５◇　５００　２５０　图２模拟调光和ＰＷＭ调光对比　就会对导通和关断时间进行平均，仅仅看到由ＰＷＭ　占空比决定的有效亮度。ＰＷＭ调光的优势是ＬＥＤ　正向导通的电流一直是恒定的，ＬＥＤ的色度就不会　像模拟调光一样会变化。ＰＷＭ调光可以精确控制　ＬＥＤ的亮度的同时，也保证ＬＥＤ发光的色度。对于　一定频率的ＰＷＭ调光，调光的范围取决于ＬＥＤ电　流从关断到达到设定值的时间。比如，ＬＥＤ电流从　关断到设定值的时间为２０　Ｓ，对于１００Ｈｚ的ＰＷＭ　调光比计算如下：　ｆ￣ｗＭ＝１００Ｈｚ，ｔｏ，，ｊｅ＝２０　ｓ　调光范围＝——　ｉＰｗＭＸｔｓ础　１００Ｈｚ的ＰＷＭ调光最小占空比为０．２％，调光　比为５００：１（０．２％～１００％），假如ＰＷＭ调光频率为　ｌｋＨｚ，则调光比为５０：１（２％～１００％）。　２高亮度ＬＥＤ照明系统的应用　高亮度ＬＥＤ的通用照明系统和汽车灯光系统　无疑是应用热点之一，预计未来几年这方面的市场　需求将会有可观的增长。通用照明成为当前热门话　题，其中的一个推动因素是高亮度（ＨＢ）ＬＥＤ技术　的发展。例如每瓦１００流明的高效率ＬＥＤ，已于　２００７年末开始出货。同时，单裸片高亮度ＬＥＤ也已　上市了。这些ＬＥＤ满足许多通用照明应用的需求，　可以代替白炽灯泡和紧凑型荧光灯。亮度、能效和长　寿命，使得ＬＥＤ成为通用照明的理想光源。ＭＲ１６　ＥＬＤ替换灯泡２００７年开始成为热门应用，即ＬＥＤ　取代广泛用于商业与家庭环境的传统卤钨灯。除了　ＭＲ１６，ＬＥＤ路灯也开始在市场上出现。有些新款轿　车采用了ＬＥＤ前灯。实际上，ＬＥＤ应用是无限的。　环保是ＭＲ１６兼容式ＬＥＤ射灯的另一个重要　因素。ＬＥＤ灯的寿命一般比其他卤素灯长五倍，同　时能够节省电能，还可减少家用和商用楼宇中的温　室气体排放量。若取代传统的卤素灯，每个ＬＥＤ灯　在其生命周期中能够减少一吨的温室气体排放量。　由于ＬＥＤ应用市场巨大，大量的模拟和电源管　理芯片涌入这一市场。如何为不同的应用选择最恰　当的ＬＥＤ驱动器呢？多家受访的ＬＥＤ供应商表示，　成本、集成度和效率关键的几点中效率是最重要的。　国内知名的模拟信号处理及功率管理解决方案　供应商华润矽威科技（上海）有限公司，开发出为　ＭＲ１６兼容式ＬＥＤ射灯而设计的崭新专用芯片　ＦＦ４１　１５和可用于量产的参考设计板。该芯片能够把　现有解决方案的元件数目减少多达５０％，大幅减少　灯颈部分印刷电路板的尺寸和重量，并且降低电灯　设备的整体生产成本。ＰＴ４１１５输入电压高达４０Ｖ，　最大输出电流达１．５Ａ，外部只需要一颗电流采样电　阻、一个电感、一个整流二极管和一个输入旁路电容　４个器件，在输入３０Ｖ以上时，最大输出功率超过　３０Ｗ，最高效率可达９７％。　这块高集成度的ＭＲ１６参考设计板可以提供所　有相关的功率整流、ＬＥＤ电流控制和保护功能。　ＭＲ１６是卤素反射灯的标准格式，目前在各种家居、　零售或办公室环境中的方向性照明应用中得到了广　泛采用。以ＬＥＤ制成的不同类型电灯设备，不论在　效率和可靠性方面皆得到显著改善。这块经过优化　并且高度稳健耐用的参考设计板，完全迎合ＭＲ　１６　应用的需要，也是华润矽威科技（上海）有限公司在　通用照明领域的又一力作。客户常常向我们反映，市　场上的ＭＲ１６　ＬＥＤ射灯在效率方面未臻完善，生产　起来也不容易。因此我们决定采取由上而下的定制　维普资讯 http://www.cqvip.com

式策略，开发出能够满足客户真正需求的可用于量　产的参考设计板。　电阻的压降仅为１００ｍＹ，以及内部０．４１）的导通电　阻，降低了芯片和系统的功耗，大幅提升了ＬＥＤ照　明系统的效率，达到省电的效果。同时ＰＴ４１１５输出　３高效率ＭＲ１　６射灯ＬＥＤ驱动方案　ＬＥＤ的电流精度达±５％。　Ｌ＝４７　ｕ　Ｈ　ｌ￣ｓ＝０．１３ｏｈｍ　随着高亮度ＬＥＤ技术的飞速发展，发光效率不　断提高，以及成本不断降低，高亮度ＬＥＤ在景观照　曩　蚤　嘲　咱　明和交通信号灯、室内照明和装饰灯、汽车用照明等　艮　领域迅速推广。美国市场调研公司Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　Ｕｎ—　ｌｉｍｉｔｅｄ预计，到２０１０年，高亮度ＬＥＤ市场将达到　』　，　●　●　８３亿美元。国内ＬＥＤ驱动领先的华润矽威科技（上　Ｔ——　海）有限公司新推出了一个高亮度ＬＥＤ驱动芯片，　８　１０　１２　ｉ４　ｌ６　１８　２０　２２　２４　２６　２８　３０　应用方案如图３所示，以及参考设计板如图４所示，　电源电压／Ｖ　：—一．一Ｈ　ＥＤ—缸３ＬＥＤｓ　７１　ＥＤｓ　极大优化了ＭＲ１６射灯的性能。　图５　ＰＴ４１１５效率曲线　为了方便用户有效的调光，ＰＴ４１１５可以接受　ＰＷＭ和模拟调光，特别需要指出的，ＰＴ４１１５极为快　速的电流响应时间使得在１００Ｈｚ　ＰＷＭ调光时的调　光比高达５０００：１（０．０２％一１００％）。图６、图７给出了　ＰＷＭ和模拟调光的特性曲线。　５Ｏ０　图３　ＭＲ１６　ＬＥＤ驱动应用方案　｛４０ｏ　媛　３ｏ０　簿　２Ｏ。　ｌ０Ｏ　囊　０．２　０．４　０．６　０　８　１　调光占空比　——◆一１０（）ｌｔｚ—麟～２０ｋｌ　５０ｋＨｚ　图６不同频率ＰＷＭ调光输出电流和占空比关系　ＰＴ４１１５极高的调光比如图８所示，ＰＴ４１１５电　流设定时间仅为２Ｉｘ　Ｓ。ＦＦ４１１５很宽的ＰＷＭ调光频　图４　ＭＲ１６　ＬＥＤ驱动参考设计板　率范围使客户可以灵活的选择以减小对系统的影　ＦＦ４１１５可以驱动多达７个串联的３Ｗ的ＬＥＤ，　响，比如选择大于２０ｋＨｚ的ＰＷＭ调光频率就避开　最高效率达９７％，如图５所示。由于外部电流检测　了对音频的干扰。　ｈｔｔｎ．，＾＾＾＾＾＾，，、；，、ｍ…ｎｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com ８。Ｏ　触　。　★　ｆ鳓　－Ｂ，００　７。Ｏ　．＿　——穆——＿螭　—脚辔—　∞０　差训　》　州　？　盆　３。”　２０Ｏ　／厂　譬　静　一一　一《ｓ　ｌ。Ｏ　攀　ｆＤＩＭ－５０ｋＨｚ　Ｄ＝　Ｏ％　ＩＬＥＤ．２ＯＯｍＡ／ｄｉｖ　０　０　ｌ　０　０　≤争；　２００尊　州５．Ｏ０；Ｊｓ　电压　＿　ｉ　叠　Ｉ　ｊｊ事ｊ鲢　：：薅　１－Ａｐｔ－０８　１４：５８　图７模拟调光输出电流和控制电压的关系　图８　５０ｋＨｚ　５０％占空比ＰＷＭ调光　ＰＴ４１１５内部的过温保护以及通过ＤＩＭ管脚外　战有：第一，以大调光比高效率对ＬＥＤ调光，保证　接热敏电阻（ＮＴＣ）检测ＬＥＤ温度实现对ＬＥＤ的双　高、低亮度色度不变的同时，降低对系统的干扰和　重的过温保护，在ＭＲ１６灯杯散热不是很理想的环　ＥＭＩ；第二，配合系统设计，对ＬＥＤ温度进行有效的　境下非常必要。另外，ＰＴ４１１５采用了抖动频率技术　检测和控制，保证ＬＥＤ可靠的工作，体现其寿命长　降低ＥＭＩ。　和使用成本的优势。四　４高亮度ＬＥＤ驱动技术的挑战　作者简介　胡黎强，华润矽威科技（上海）有限公司设计经理。　ＬＥＤ驱动市场前景可观，但目前面临的主要挑　上接第６４页　共同对填充过程产生影响，因此除了改进加速剂、抑　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳ－　制剂和整平剂的各个单项性能表现外，还需要确定　ＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ＤＥＶＩＣＥＳ，ＶＯＬ．４６，ＮＯ．６，　几种添加剂同时存在时各浓度的恰当值，使三者之　ＪＵＮＥ　１９９９　间互相平衡，才能最终达到良好的综合性能，得到低　］Ｔａｎｔａｖｉｃｈｅｔ　Ｎ，Ｐｒｉｔｚｋｅｒ　Ｍ，Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｌａｔｉｎｇ　ｍｏｄｅ，　电阻率、结构致密和表面粗糙度小的铜镀层。此外，　ｔｈｉｏｕｒｅａ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｄｅ－　采用先进的电镀方法（例如脉冲电镀），选取恰当的　ｐｏｓｉｔｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ａｃｉｄｉｃ　ｓｕｌｐｈａｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃ—　电镀参数也是改进铜互连线性能的一个研究方向。四　ｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２００５，５０：１　８４９—１　８６　１　［５］Ｉｂａｎｅｚ　Ａ，Ｆａｔａｓ　Ｅ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｒｏｐ—　参考文献　ｅ￣ｉｅｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　［１］陈文录，丁万春，穆敦发．酸性脉冲电镀铜中脉　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］：Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｔｉｎｇｓ　冲参数的作用研究　印刷电路信息，２００３　Ｎｏ．３：　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，１９１：７—１６　５９—６５　［２］苏培涛，梁维元．脉冲电镀最佳参数之探索和优　作者简介　化　印刷电路信息，２００３　Ｎｏ．１１：３２—３５　徐赛生，微电子硕士，研究方向为Ｉｃ互连材料，介质　［３］Ｒｙｕ　Ｃ，Ｋｗｏｎ　Ｋ　Ｗ，Ｗｏｎｇ　Ｓ　Ｓ，ｅｔｃ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　材料。