XN2115 40V 1.5A高调光比LED恒流驱动器

XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第1页 XN2115 40V/1.5A高调光比 LED恒流驱动器 概述 XN2115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流 源，用于驱动一颗或多颗串联LED。XN2115 输入电 压范围从8 伏到40 伏，输出电流可调，最大可达 1.5 安培。根据不同的输入电压和外部器件，XN2115 可以驱动高达数十瓦的LED。XN2115 内置功率开关， 采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引 脚可以接受模拟调光和很宽范围PWM调光。当DIM的 电压低于0.3伏时，功率开关关断，XN2115进入极 低工作电流的待机状态。 XN2115 采用SOT89-5封装。 特点 ■ 极少的外部元器件 ■ 很宽的输入电压范围：从8V到40V ■ 1.5A的恒流驱动能力 ■ 独立的过流保护 ■ 过温保护 ■ 复用DIM引脚进行LED开关、模拟调光和PWM 调光 ■ 5%的输出电流精度 ■ LED开路保护 ■ 高达97%的效率 ■ 输出可调的恒流控制方法 应用 ■ MR16 LED射灯 ■ 车载LED灯 ■ LED建筑物照明 ■ LED路灯 典型应用 XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第2页 封装形式 引脚功能说明 电路内部结构图 引脚 符号 功能说明 1 SW 功率开关的漏端 2 GND 信号和功率地 3 DIM 开关使能、模拟和PWM调光端 4 CSN 电流采样端，采样电阻接在 CSN 和 VIN 端之间 5 VIN 电源输入端，必须就近接旁路电容 - Exposed PAD 散热端，内部接地，贴在 PCB 板上减少热阻 XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第3页 极限参数(注1) 符号 参数 范围 单位 VIN 电源电压 -0.3~45 V SW 功率开关漏端 -0.3~45 V CSN 电流采样端（相对 VIN） 0.3~-6.0 V DIM 开关使能、模拟和 PWM 调光端 -0.3~6.0 V Isw 功率开关输出电流 1.8 A PDMAX 功耗（注 2） 1.5 W PTR 热阻，SOT89-5（θJA） 45 ℃/W TJ 工作结温范围 -40 to 150 ℃ TSTG 储存温度范围 -55 to 150 ℃ ESD（注 3） 4 kV 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。 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。 注 3：人体模型，100pF 电容通过 1.5kΩ 电阻放电。 电气参数（注4，5） 条件：VIN=12V,T=25℃.(除非特别注明) 符号 参数 条件 最小 典型 最大 单位 VIN 输入电压 - 8 40 V VUVLO 欠压保护 VIN下降 6.8 V VUVLO,HYS 欠压保护迟滞 VIN上升 500 mV FSW 最大工作频率 1 MHz 电流采样 VCSN 平均采样电压 VIN-VCSN 95 100 105 mV VCSN_hys 采样电压迟滞 ±10 % ICSN CSN管脚输入电流 VIN-VCSN=50mV 8 uA 关断电流 IOFF 关断电流 VDIM<0.3V 50 uA DIM 输入 VDIM 内部电路工作电压 DIM 浮空 5 V VDIM_H DIM输入高电平 2.5 V VDIM_L DIM输入低电平 0.3 V VDIM_DC 模拟调光电压范围 0.5 2.5 V fDIM 最大PWM调光频率 fOSC=500kHz 50 kHz 低频PWM调光占空比范围 fDIM =100Hz 0.02% 1 DPWM_LF 低频PWM调光比 5000:1 高频PWM调光占空比范围 fDIM =20KHz 4% 1 DPWM_HF 低频PWM调光比 25:1 XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第4页 电气参数（续）（注4，5） 符号 参数 条件 最小 典型 最大 单位 RDIM DIM对内部工作电压上拉电阻 1.2 MΩ IDIM_L DIM接地漏电流 VDIM= 0 4.2 uA 功率开关 VIN =24V 0.4 RSW SW导通电阻 VIN =12V 0.6 Ω ISWmean SW连续电流 1.5 A ILEAK SW漏电流 0.5 5 uA 过热保护 TSD 过热保护温度 160 ℃ TSD_hys 过热保护迟滞 20 ℃ 注4：典型参数值为25°C下测得的参数 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 注5：规格书的最小、最大规范范围由测试保证，典型值由设计、测试或统计分析保证。 工作原理描述 XN2115和电感（L）、电流采样电阻（RS）形成一 个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流LED控 制器。VIN上电时，电感（L）和电流采样电阻（RS） 的初始电流为零，LED输出电流也为零，这时CS比 较器的输出为高，内部功率开关导通，SW的电位为 低。电流通过电感（L）、电流采样电阻（RS）、 LED和内部功率开关从VIN流到地，电流上升的斜率 由VIN、电感（L）和LED压降决定，在RS上产生一 个压差VCSN， 当(VIN-VCSN) >115mV时，CS比较器的 输出变低，内部功率开关关断，电流以另一个斜率 流过电感（L）、电流采样电阻（RS）、LED和肖特 基二极管（D），当(VIN-VCSN) < 85mV时，功率开 关重新打开，这样使得在LED上的平均电流为： RsRs Iout 1.0 2 115.0085.0 =× += 高端电流采样结构使得外部元器件数量很少，采用 1%精度的采样电阻，LED输出电流控制在±5%的精 度。XN2115 可以在DIM管脚加PWM信号进行调光， DIM管脚电压低于0.3V关断LED电流，高于2.5V全部 打开LED电流，PWM调光的频率范围从100Hz 到20KHz 以上。当高电平在0.5V到2.5V之间，也可以调光， 具体应用细节见后面应用说明。 DIM管脚也可以通过外加直流电压(VDIM) 调小LED 电流（模拟调光），最大LED电流由采样电阻RS决 定。直流电压(VDIM)的有效的调光范围是0.5V到 2.5V。当直流电压(VDIM)高于2.5V，输出LED电流 保持恒定，并由(0.1/RS)设定。LED电流还可以通 过DIM到地之间接一个电阻到进行调节，内部有一 个上拉电阻（典型1.2 兆欧姆）接在内部稳压电压 5V 上，DIM管脚的电压由内部和外部的电阻分压决 定。DIM管脚在正常工作时可以浮空。当加在DIM上 的电压低于0.3V时，内部功率开关关断，LED电流 也降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作， 静态电流仅为60uA。此外，为了保证可靠性，XN2115 内部包含过热保护功能（TSD），封装含有散热PAD。 过热保护功能在芯片过热（160℃）时保护芯片和 系统，外部的散热PAD增强了芯片功耗，于是， XN2115能够安全地输出较大电流。XN2115还可以通 过DIM管脚外接热敏电阻（NTC）到LED附近，检测 温度动态调节LED电流保护LED，详见后面应用说 明。 XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第5页 应用说明 通过外部电流采样电阻RS设定LED平均电流 LED的平均电流由连接在VIN和CSN两端的电阻RS决 定： RsIout 1.0= )082.0( Ω≥Rs 上述等式成立的前提是DIM端浮空或外加DIM端电 压高于2.5V（但必须低于5V）。实际上，RS是设定 了LED的最大输出电流，通过DIM端，LED实际输出 电流能够调小到任意值。 通过直流电压实现模拟调光 DIM端可以外加一个直流电压(VDIM)调小LED输出 电流，最大LED输出电流由（0.1/Rs）设定，如图 所示： LED平均输出电流计算公式： S DIM OUT R VI × ×= 5.2 1.0 （ VVV DIM 5.25.0 ≤≤ ） VDIM在（ ）范围内LED保持100% 电流等于 VVV DIM 55.2 ≤≤ RsIOUT /1.0= 通过PWM信号实现调光 LED的最大平均电流由连接在VIN和CSN两端的电阻 Rs决定，通过在DIM管脚加入可变占空比的PWM信号 可以调小输出电流以实现调光，计算方法如下所 示： S OUT R DI ×= 1.0 （ VVVD pulse 55.2%,1000 <<≤≤ ） 如果高电平小于2.5V，则 S pulse OUT R DV I × ××= 5.2 1.0 （ VVVD pulse 55.2%,1000 <<≤≤ ） 通过PWM调光，LED的输出电流可以从0%到100%变 化。LED的亮度是由PWM信号的占空比决定的。例如 PWM信号25%占空比，LED的平均电流为(0.1/RS)的 25%。建议设置PWM调光频率在100Hz以上， 以 避免人的眼睛可以看到LED的闪烁。PWM调光比模拟 调光的优势在于不改变LED的色度。XN2115调光频 率最高可超过20kHz。 关断模式 通过在DIM端接入0.3V以下的电压，实现系统关断， 通常情况下，系统的静态电流保持在60μA以下。 软启动模式： XN2115 40V/1.5A高调光比LED恒流驱动器 ◎西安英洛华微电子有限公司 2009 年 12 月 DS.XN2115V1.0 第6页 通过在DIM接入一个外部电容，使得启动时DIM端电 压缓慢上升，这样LED的电流也缓慢上升，从而实 现软启动。通常情况下，软启动时间和外接电容的 关系大约为0.8ms/nF。 LED开路保护 XN2115具有输出开路保护功能，负载一旦开路，芯 片将被设置于安全的低功耗模式，需要重新上电后 才能进入正常工作模式。批量生产恒流源板时，需 先接负载后再上电进行流水线测试。 旁路电容 在电源输入必须就近接一个低等效串联电阻（ESR） 的旁路电容，ESR越大，效率损失会变大。该旁路 电容要能承受较大的峰值电流，并能使电源的输入 电流平均，减小对输入电源的冲击。直流输入时， 该旁路电容的最小值为4.7uF，在交流输入或低电 压输入，旁路电容需要100uF的钽电容或类似电容。 该旁路电容尽可能靠近芯片的输入管脚。 选取电感 XN2115推荐使用的电感参数范围为27uH～100uH。 电感的饱和电流必须要比输出电流高30%到50%。 LED输出电流越小，建议采用的电感值越大。在电 流能力满足要求的前提下，希望电感取得大一些， 采样恒流的效果会更好一些。电感器在布板时请尽 量靠近VIN和SW，以避免寄生电阻所造成的效率损 失。 下表给出电感选择建议: 输出电流 电感值 饱和电流 Iout>1A 27～33uH 0.8A