ETC PT4107

PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
概述
特点
PT4107 是一款高压降压式 LED 驱动控制芯片，能适
独有的恒定平均电流控制
应从 18V 到 450V 的输入电压范围。PT4107 可以在
宽输入电压范围：从 18V 到 450V
25KHZ-300KHZ 的频率内，控制外部功率 MOS 管的导通，
支持毫安级至安培级输出电流的应用
以恒流的方式可靠地驱动 LED。频率可以通过外部电阻来
支持上百个 LED 的串并联驱动应用
设定。独有的峰值电流控制模式可以保证在很大的输入和
输出变化范围内，有效稳定 LED 的电流。通过选择恰当的
支持通过使能端进行可变占空比的数字脉冲调光功
能
支持线性调光功能
限流电阻，能够方便的设定流经 LED 的电流。
采用频率抖动减少辐射 EMI 干扰
可外部设定过温保护
PT4107 提供线性调光功能，在线性调光输入端施加电
压就可以方便的控制流过 LED 的电流，从而达到线性改变
LED 亮度的目的。此外，PT4107 也支持低频可变占空比
应用
的数字脉冲调光方式。
PT4107 通过频率抖动来降低 EMI 的干扰，并具有过
温检测功能。
DC/DC 或 AC/DC LED 驱动
RGB 背光 LED 驱动
LED 环境灯饰
订购信息
封装
温度范围
订购号
SOP-8
-40 oC to 85 oC
PT4107ESOH
包装
标识
Tape and Reel
PT4107
xxxxxX
2500 units
注:
xxxxxX
Assembly Factory Code
Lot Number
典型应用
D1
C3
1µF
R1
47KO
1N4004
D2
SBD
L1
2mH
1N4004
AC
C2
LD
VIN
GATE
PWMD
ROTP
1N4004
1N4004
NTC
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
SW
5K
PT4107
C1
400V
22µF
LED(s)
Q1
4N60
CS
GND
RT1
NTC
WWW.CRPOWTECH.COM
RI
R2
300KO
R3
0.71
O
Page1
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
引脚说明
引脚排列图
序号
引脚名称
1
GND
2
CS
LED 电流采样输入端
3
LD
线性调光输入端
4
RI
振荡电阻输入端
5
ROTP
过温保护设定端
6
PWMD
7
VIN
8
GATE
描述
芯片地
PWM 调光输入端，兼做使能端。
芯片内部有 100K 上拉电阻
芯片电源
驱动外部 MOSFET 栅极
最大极限值（标注 1，2，3）
符号
参数
额定值
单位
VIN
电源电压
-0.3~25
V
外部 MOSFET 栅电压
-0.3~20
V
其他引脚
-0.3~6
V
10
mA
内部限制
W
GATE
IVIN(MAX)
PDMAX
PTR1
TJ
TSTG
最大输入电流
功耗 (注 2)
热阻, SOP-8 θJA
105
极限结温
贮存温度
C /W
-40 to 125
o
-55 to 150
o
2
ESD 保护参数 (注 3)
o
C
C
kV
推荐工作范围
符号
参数
额定值
单位
VIN
电源电压
0 ~ 20
V
其他引脚
0~5
V
环境温度
-40 to +85
TOPT
o
C
标注 1：最大极限值是指超出该工作范围，芯片有可能损坏。推荐工作范围是指在该范围内，器件功能正常，但并不完全
保证满足个别性能指标。电气参数定义了器件在工作范围内并且在保证特定性能指标的测试条件下的直流和交流电参数
规范。对于未给定上下限值的参数，该规范不予保证其精度，但其典型值合理反映了器件性能。
标注 2：温度升高最大功耗一定会减小，
这也是由 TJMAX, θJA,和环境温度 TA 所决定的。最大允许功耗为 PDMAX = (TJMAX - TA)/
θJA 或是极限范围给出的数字中比较低的那个值。
标注 3：人体模型，100pF 电容通过 1.5kΩ 电阻放电
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
WWW.CRPOWTECH.COM
Page2
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
电气特性参数(注
4, 5)
电气规范：除非另有说明，否则所有测试条件均为 VIN=16V, TA=25 oC
符号
参数
IVIN_START
输入电流
IVIN_OPER
工作电流
VIN_clamp
最大输入电压
测试条件
最小值
VIN=15V, RI=300k
典型值
最大值
单位
3
10
µA
1
mA
VIN=15V, RI=300k,
GATE 悬空
20
V
UVLO (H)
欠压闭锁关断阈值
VIN 上升
15.5
16.5
17.5
V
UVLO (L)
欠压闭锁开启阈值
VIN 下降
9.5
10.5
12
V
VEN(lo)
PWM_D 端低电压
0.5
V
VEN(hi)
PWM_D 端高电压
2.4
REN
PWM_D 端上拉电阻
VCS
电流采样阈值电压
VCS 从 600mV 下降
VOL
输出低电压
VIN=16V, Io=-20mA
VOH
输出高电压
VIN =16V, Io=20mA
VG_clamp
V
100
250
275
kΩ
300
mV
0.3
V
11
输出高电平嵌位电压
V
18
V
T_r
输出上升时间
VIN =16V, CL=1nF
120
ns
T_f
输出下降时间
VIN =16V, CL=1nF
50
ns
FOSC
振荡频率
DMAX
最大占空比
RI=1.2M
20
25
30
RI=300k
90
100
110
90
kHZ
%
VLD
线性调光范围
RLD
线性调光端上拉电阻
100
kΩ
TBLK
电流采样滞后时间
400
ns
TDLY
0
500
CS 端到 GATE 端变为低电压的
传输延时
mV
450
ns
+3
%
ΔfOSC
频率调整范围于基频之比
fjittering
调制频率
RI=300k
32
Hz
IRTP
ROTP 端的输出电流
RI=300k
80
uA
VOTP
过温保护阈值电压
-3
0.8
1.0
1.2
V
标注 4：典型参数值为 25˚C 下测得的参数标准。
标注 5：规格书的最小、最大规范范围由设计、测试或统计分析保证
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
WWW.CRPOWTECH.COM
Page3
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
原理框图
LDO
VIN
Internal
supply
VDD
ROTP
RI
VDD
Vref_cs
C1
S
Q
GATE
R QB
LD
VDD
C2
CS
PWMD
GND
工作原理
PT4107 是一款高压降压式 LED 驱动控制器。通过外部电阻和内部的齐纳二极管，可以将经过整流的 110V 或 220V 交
流电压嵌位于 20V。当 VIN 上的电压超过欠压闭锁阈值后，芯片开始工作，按照峰值电流控制的模式来驱动外部的
MOSFET。在外部 MOSFET 的源端和地之间接入电流采样电阻。该电阻上的电压直接传递到 PT4107 芯片的 CS 端，当
CS 端电压超过内部的电流采样阈值电压后，GATE 端的驱动信号终止，外部 MOSFET 关断。阈值电压可以由内部设定，
或者通过在 LD 端施加电压来控制。如果要求软启动。可以在 LD 端并联电容，以得到需要的电压上升速度，并和 LED
电流上升速度相一致。
LED 电流控制
LED 的峰值电流通过 CS 端的采样电阻来设定。在不同的输入和输出电压条件下，峰值电流将自动改变以获得稳定
的平均电流。峰值电流
Ip* =
Vref × (1 + 0.8 × D) + [(VIN − V DD ) / R1 − I DD ]
Vref _ cs
+ Ipd =
+ Ipd
Rcs
Rcs
(1)
Vref=275mV，D=VOUT/VIN 是控制电路的占空比。VIN 是经过整流的 AC 电压，VDD=20V， R1 是连接在 VIN 和 VDD 之
间的启动电阻。IDD 是工作电流，电流大小由工作频率和外部的 MOSFET 共同决定。当工作频率和 MOSFET 栅电容增大
时，IDD 也会增加。如果使用 4N60 MOSFET、工作在 100KHZ 频率时，IDD 大约 2mA。
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
WWW.CRPOWTECH.COM
Page4
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
Ipd 是由于系统延迟所引起的额外电流，正常情况下的延迟大约 400nS
I pd =
(VIN − n × Vled ) × Td
L × RCS
(2)
改变峰值电流可以补偿在不同应用中电感纹波电流引起的 LED 平均电流变化，这使得平均电流在大的输入输出电压
变化时，得以稳定。在电感值、工作频率和启动电阻确定的情况下，通过补偿公式，LED 的平均电流可以很方便的设定。
I LED =
Vref 275mV
=
Rcs
Rcs
(3)
应用部分将提供更多信息来说明如何选择这些值。
调光
PT4107能够驱动多个串联LED或者多路并联LED。LED阵列可以通过并联和串联的方式连接。它调整稳定的平均电
流来保证LED的亮度和光谱，延长使用寿命。通过控制使能引脚(PWM_D)能够进行PWM调光。PT4107也可通过在LD引
脚接入电压的方式来调整LED的亮度(即线性调光)。
热保护
在 ROTP 端接入热敏电阻可以防止 LED 过热。内部电流 IROTP = 24000/ (RI [kΩ]) [μA]流出 ROTP 引脚。当 RI 电阻为
300K ohm 时，该电流大约 80μA 当 ROTP 端的电压小于 1V 时，控制器将立即关闭整个系统。直到过热的环境消失后，系
统将通过滞回电路自动恢复正常的工作模式。
利用频率抖动来改进电磁干扰
PT4107 拥有频率抖动功能(开关频率模式)。利用随机源来调制振荡频率，这样可以扩展音频能量谱。扩展后的能量
谱可以有效减小带内电磁干扰，降低系统级设计难度。
使能
PT4107可以通过将PWM_D引脚拉到地电位来关断整个芯片。当关断时，整个芯片仅仅流出小于500μA的静态电流
前沿消隐
在MOSFET的每次开关过程中，采样电阻上将不可避免的出现电流尖峰. 为避免这种情况发生，芯片内部设置了400nS
的采样延迟时间。因此，传统的RC滤波器可以被省去，在这段延迟时间内，比较器将失去作用，不能控制GATE引脚的
输出。
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
WWW.CRPOWTECH.COM
Page5
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
典型性能参数
Efficiency
400
95
360
90
VAC=110V
85
10LED
320
η(%)
ILED(mA)
Input Voltage vs. LED Current
280
80
15LED
75
240
FS=100KHZ L=1mH
FS=100KHZ L=1mH
CIN=22μF Rp=47KΩ
CIN=22uF Rp=47KΩ
200
88
70
99
110
121
132
5
6
7
VAC(V)
8
9
10
LED
Input Voltage vs. LED Current
Efficiency
80
400
360
10LED
320
η(%)
ILED(mA)
75
VAC=220V
70
280
15LED
65
240
FS=100KHZ L=2mH
FS=100KHZ L=2mH
CIN=22μF Rp=75kΩ
CIN=22μF Rp=75kΩ
200
180
200
220
240
60
10
260
11
12
VAC(V)
13
14
15
LED
Input Voltage vs. LED Current
Efficiency
800
95
10LED
760
90
720
85
η(%)
ILED(mA)
5LED
680
VAC=220V
80
640
75
FS=100KHZ L=1mH
FS=100kHZ L=1mH
CIN=22μF Rp=47kΩ
600
88
99
110
121
CIN=22μF Rp=75kΩ
132
70
10
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
11
12
13
14
15
LED
VAC(V)
WWW.CRPOWTECH.COM
Page6
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
典型性能参数（续）
Input Voltage vs. LED Current
Efficiency
800
95
90
750
85
η(%)
ILED(mA)
10LED
700
15LED
VAC=220V
80
650
75
FS=100KHZ L=1mH
FS=100kHZ L=1mH
CIN=22μF Rp=75kΩ
CIN=22μF Rp=75KΩ
600
180
200
220
240
70
10
260
11
12
13
14
15
LED
VAC(V)
PWM Dimming
PWM Dimming
320
80
280
70
ILED/ILED(AVE)(%)
ILED(mA)
240
200
FS=100KHZ L=2mH
60
FS=100KHZ L=2mH
CIN=22μF Rp=75KΩ
CIN=22μF Rp=75KΩ
VAC=220V DutyCycle=50%
VAC=220V DutyCycle=50%
160
FS=100KHZ L=2mH
80
20
50
CIN=22μF RP=75KΩ
120
VAC=220V FDIMM=500HZ
30
40
50
60
70
80
40
2
10
3
10
DutyCycle(%)
10
4
Frequency(HZ)
应用信息
通过实例说明如何利用PT4107设计降压离线式LED驱动
正常情况下，利用300K电阻将频率设定为100KHZ。如果
电路
输出少于5个LED串联，推荐使用更低的工作频率
例：
交流输入电压范围：Vnom,ac＝220V rms
rms Vmax,ac=264V rms
Vmin,ac=176V
频率=50Hz
最大输入电压决定了桥式整流二极管的额定电压值。
要求LED上电压: Vo,min＝30V Vo,max=70V
流过器件的最大平均电流决定了二极管的额定电流
要求LED电流: Io,max＝350mA
Vbridge = 1.5 ×
预估效率：η＝90％
工作频率和电阻(RI)
使用外部电阻RI，工作频率可以设定在25kHZ-300KHZ
之间。
FOSC = 30000/ (RI [kΩ]) [kHz]
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
输入二极管(D1)和热敏电阻(NTC)
I bridge =
(
2 × Vmax,ac
Vo ,max × I o ,max
Vmin × η
)
(4)
(5)
乘以系数1.5是为了保证50%的安全余量，在这个例子
WWW.CRPOWTECH.COM
Page7
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
是良好的选择.
中，可以选择400V，1A的桥式二极管。
使用热敏电阻和桥式整流电路串联可以有效防止在
二极管承受的峰值电压和FET相同，而流过的电流为：
电路启动过程中，对输入电容C1充电的电流过大。除了在
I diode = I o ,max = 350mA
启动过程中很短的时间之内起作用外，这个电阻在电路正
(12)
常工作时，造成了能量的消耗，所以应该尽可能的减小该
本例中, 可以选择600V/1A 的二极管. 推荐使用超快速回
电阻值。根据经验，在最大电压输入时，热敏电阻要防止
复二极管.
涌入电流超过正常工作电流的5倍。
Rcold =
启动电阻(R1) 和保持电容 (C3)
Vbridge
(6)
5 × I bridge
2Vac ,nom − VDD ,nom
R1 =
(13)
I IN
本例中，选择热敏电阻大约300ohm，平均电流超过0.2A
首先计算启动电阻上的功耗：
输入电容(C1和C2)
2
PR1 = I IN ,max × R1
首先要保证LED上的输出电压小于输入电压的一半，
这样可以避免使用复杂的环路补偿技术
典型应用中，对于220V交流电源，应该选择2W ，
56K-100K的启动电阻，110V应用，选择33k to 56k 1W 启
本例中，最小整流后电压为：
Vmin,dc = 2 × Vo ,max = 140V
(7)
输入滤波电容接在桥式整流二极管之后，就必须计算
经过整流的最小 AC 电压值。
动电阻本例中，使用75K/2W的功率电阻，1uF/30V的保持
电容。
热保护电阻 (RT1)
在ROTP引脚和地之间接入热敏电阻RT1，即有恒定电
最小电容值按下式计算：
C1 ≥
(2 × V
V o , max × I o , max
2
min, ac
(14)
)
2
− V min,
ac × η × freq
流从ROTP引脚流出。ROTP引脚的电压可以通过公式VRT =
(8)
IRT × RT1计算,当ROTP引脚的电压低于1V时。整个系统将被
关断
IRT = 24000/ (RI [kΩ]) [μA]
本例中, C1>12.8μF
为保证一定的安全工作区，电容的额定电压要求比输
入电压的峰值大10-12%，
选择电感(L1)
Vmax,cap ≥ 2 × Vmax,dc = 371V
(9)
内，LED的平均电路不会随纹波电流的变化而偏移。故而，
FET (Q1)和二极管 (D2)
可以选择更小的电感以节省成本。如果需要，可以选用旁
FET承受的峰值电压就是最大输入电压，如果要求
50%的安全工作区
(
2 × Vac ,nom
下，LED电流随纹波的减小而下降。为克服这个问题，
PT4107使用了特有的电流补偿技术。在很宽的输出范围
选择 22μF, 400V 铝电解电容.
V FET = 1.5 ×
电感值决定了LED电流的纹波。未经电流补偿的情况
)
路电容来减小纹波电流
表1所示为工作频率100KHZ时，电感和电压电路的对
(10)
应关系。
表 1
FET流过的最大平均电流由最大占空比决定。按最大占空
比为50%设计
FET的额定电流为：
I FET ≈ I o ,max × 2
(11)
本例中，选择600V 2-4A MOSFET。2N60 或者 4N60 都
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
电流
220V AC
110V AC
350mA
2000uH
1000uH
750mA
1000uH
560uH
1000mA
680uH
390uH
WWW.CRPOWTECH.COM
Page8
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
通常，电感值随工作频率和LED电流的增大而减小。不推
荐使用100KHZ以上的频率，因为这将加大开关损耗，降低
系统的效率
本例中,选择2mH/500mA 电感.。
采样电流采样电阻(R3)
采样电阻由下式给出：
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
R3 =
0.275
= 0.785Ω
I LED
(15)
计算电阻上的功率耗散:
2
PR 3 = I LED × R3 = 0.096W
(16)
本例中：选择0.125W/0.785ohm的电阻
WWW.CRPOWTECH.COM
Page9
PT4107
改善恒流和 EMI 特性的通用型高亮度 LED
驱动控制器
封装信息
SOP-8 Package
Symbol
Dimension in Millimeters
Dimension in Inches
Min
Max
Min
Max
A
1.350
1.750
0.053
0.069
A1
0.100
0.250
0.004
0.010
A2
1.350
1.550
0.053
0.061
b
0.330
0.510
0.013
0.020
c
0.170
0.250
0.006
0.010
D
4.700
5.100
0.185
0.200
E
3.800
4.000
0.150
0.157
E1
5.800
6.200
0.228
0.244
e
1.270(BSC)
0.050(BSC)
L
0.400
1.270
0.016
0.060
θ
0°
8°
0°
8°
华润矽威科技(上海)有限公司
PT4107_DS Rev CH_1.3
WWW.CRPOWTECH.COM
Page10