Светодиодный драйвер PT4115

Светодиоды питаются не напряжением, а током, их нельзя напрямую подключить к привычному источнику питания в виде простого блока питания или набора аккумуляторов: светодиод будет светить, но очень быстро деградирует. Для их включения нужно использовать токоограничивающие драйверы.
Самый простой токоограничитель — резистор включенный последовательно со светодиодом, вариант получше — линейный стабилизатор LM317 включенный в режиме генератора тока. Но линейные стабилизаторы при использовании мощных светодиодов применять не рекомендуется, т.к. они будут все излишки входного напряжения преобразовывать в тепло. С мощными светодиодами нужно применять специальные импульсные драйверы.

Светодиодный драйвер PT4115
Светодиодный драйвер PT4115

В статье пойдёт речь об одном таком распространённом китайском импульсном драйвере светодиодов PT4115. Напряжением до 30В и током до 1,2А.

Микросхемы и готовые собранные модули на китайских интернет площадках достаточно распространены. Применяют их во всевозможной светодиодной технике средней мощности: светодиодные лампы, небольшие прожекторы, световые установки…
Стоимость одной микросхемы примерно 5р, стоимость готового драйвера на основе данной микросхемы примерно 50р (данные актуальны на 4 января 2018, курс доллара примерно 58р).

Характеристики:

Тип понижающий
(step-down)
Напряжение питания 6-30В
Выходной ток до 1,2А
Максимальная частота 1МГц
Падение напряжения 500мВ
Погрешность стабилизации тока 5%
Высокая эффективность до 97%
Рабочая температура -40 ÷ +85 °С
Тепловая защита 160 °С
Защита от обрыва нагрузки

Драйвер оснащен входом управления
При использовании димирования:

Напряжение на входе диммирования до 5В
Порог 1 2,5В
Порог 0 0,3В
Максимальная частота управляющего сигнала 50КГц

Драйвер имеет простую схему включения, это вызвано тем, что силовой ключ уже интегрирован в корпус микросхемы. Минимальная обвязка для включения 4 элемента не считая самого драйвера и светодиода.

Схема 1
Схема 1

Ток задается резисторами R1 и R2. Задание тока двумя резисторами выполнено для увеличение точности, т.к. разнообразие номиналов резисторов ограничено, особенно низко омных. Если получилось подобрать нужный номинал одним резистором то второй устанавливать не нужно. Тепловая мощность выделяемая на одном резисторе при максимальном токе в 1,2А будет примерно 0,12Вт, что меньше 0,25Вт для резисторов типоразмера 1206.

Без использования входа димирования формула расчёта протекающего через светодиод тока будет выглядеть следующем образом:

I=0.1/Rs

из которой можем рассчитать сопротивление токозадающего резистора/резисторов.

Rs=0.1/I

Напомню, что при параллельном включении резисторов одинакового номинала их сопротивление делиться пополам, а при использовании разных номиналов:

R=(R1*R2)/(R1+R2)

Примеры расчёта резисторов:

Ток (мА) R1 (Ом) R2 (Ом)
100 1
200 1 1
294 0,68 0,68
343 0,51 0,68
489 0,43 0,51
740 0,27 0,27
1000 0,1
1180 0,18 0,16

Расчёт тока драйвера:
R1 = Ом  R2 = Ом   I= мА

В зависимости от тока индуктивность катушки:

Ток Индуктивность
1А< Iout 27-47uH
0,8А< Iout ≤1А 33-82uH
0,4А< Iout ≤0,8А 47-100uH
Iout ≤0,4А 68-220uH

Яркостью подключенного светодиода можно управлять несколькими способами используя вход DIMM:

1. Изменением напряжения от 0.3 до 2.5В
Формула расчета тока будет выглядеть следующим образом:

I=(0.1*Vdim)/(2.5*Rs)

где Vdim лежит в диапазоне от 0.5 до 2.5В (во время теста светодиод начал светиться в районе 0.3В), что соответствует 0% и 100% яркости. В диапазоне от 2.5 до 5В яркость будет 100%.

2. Используя переменный резистор сопротивлением примерно до 120 ~ 150 кОм
Регулируя сопротивление до 120кОм можно менять яркость от 0 до 100%.

3. ШИМ
На вход димирования можно подать ШИМ сигнал напряжением логической единицы от 2.5В до 5В частотой до 50кГц, изменяя скважность которого можно изменять яркость от 0 до 100%.
Формула расчёта будет:

I=(Vpulse*0.1*D)/(2.5*Rs)

где Vpulse напряжение ШИМ сигнала от 0,5 до 2.5В, а D скважность о 0% до 100%.

Схемы управления
Схемы управления

Если вывод оставить висеть в воздухе (как на схеме 1) то у подключенного светодиода будет максимальная яркость, а на выводе будет примерно 5В, т.е. его специально подтягивать не нужно. Коммутируя вывод к общему проводу светодиод можно выключать.

Для сборки предлагаю небольшую печатную плату размером 25х16мм. Плата соответствует схеме 1.

Печатная плата
Печатная плата

Основой выступает светодиодный драйвер PT4115 в корпусе SOT89-5. Резисторы R1 и R2 типоразмером 1206 сопротивлением по 0.68 Ом задают ток протекающий через светодиод 294мА, ток подбирался под 350мА светодиоды с запасом. 2 амперный диод D1 SS24 был изначально подобран на максимальный рабочий ток драйвера 1.2А, т.к. драйвер работает на значительно меньшем токе его можно заменить на SS14 с током 1А. Индуктивность L1 68мкГн с током 0,9А VLS5045EX-680M размером 5х5х4,5мм, была в наличии. Конденсатор по входу C1 на 100мкФ 35В рассчитан на питание схемы от батарейного или иного другого постоянного выпрямленного и уже сглаженного источника питания напряжением до 30В (максимальное рабочее напряжение драйвера). Что бы питать от переменного источника напряжения (если нужно будет) по входу понадобится поставить диодный мост и добавить ёмкость около 1000мкФ. Вход и выход выполнены PLS2 контактами.

3D вид платы светодиодного драйвера PT4115
3D вид платы светодиодного драйвера PT4115

Плата светодиодного драйвера PT4115
Плата светодиодного драйвера PT4115

Подтеки на плате — это один слой защитного лака plastik.

Сборочный чертеж
Сборочный чертеж

Это не классический сборочный чертеж выполненный по ГОСТ’у с прилагаемой к нему спецификацией, в таком виде мне удобнее собирать по нему печатные платы для себя, прикрепляю, что бы и Вам было удобнее. Лучше с ним, чем без него. На сборочном рисунке сопротивление токозадающих резисторов отличается от схемы.

Скачать файлы печатной платы для ЛУТ и производства

Содержимое архива:
altium — PCB файл для альтиум (v17.1)
cam — CAM файлы для производства печатной платы
  CAM_drill.Cam — сверловка
  CAM_gerber.Cam — проводники и контур платы
gerber — gerber файлы для производства печатной платы
  PCB1.GKO — контур платы
  PCB1.GTL — проводники
  PCB1.TXT — сверловка
LUT.PDF — PDF файл для ЛУТ

Статья обновлена 29.08.2018

20 комментариев на « Светодиодный драйвер PT4115»

  1. Серж пишет 29.06.2018 в 02:12 #

    Автор я могу паралельно подключить светодиоды с потреблением по 50 мА *6 шт= 300 мА
    Тоесть создав ограничитель тока на 300 мА подключить лёд 6 шт.?

  2. Alex_EXE пишет 17.08.2018 в 03:11 #

    Паралельное подключение светодиодов без балансирующих резисторов делать нельзя. Некоторые так делают, но очень велик риск, что они очень быстро деградирут и погарят, если даже будут из одной партии. Лучше последовательно с каждым подключить хотя бы небольшой резистор.

    Комментарий отредактирован 29.08.2018

  3. Серж пишет 28.08.2018 в 01:39 #

    А смысл тогда этого стабилизатор тока если через резистора что то ничего не понимаю!

  4. Alex_EXE пишет 28.08.2018 в 11:01 #

    Данная микросхема — импульсный LED драйвер, т.е. КПД будет выше. Ну и стабильность выходного тока независящая от напряжения.
    Если смотреть только падение напряжения и выделяемую мощность только на резисторе.
    С данной микросхемой падение напряжение на резисторе будет 0.1В. Если без микросхемы, то будет падать вся разница между напряжением питания и падением на светодиоде.
    Например напряжение питания 23В, ток 1 ампер, падение на светодиоде 3В.
    С данной микросхемой получаем R=0.1/I=0.1/1=0.1Ом.
    Выделяемая мощность: P=R*I^2=0.1*1^2=0.1Вт.
    Без микросхемы: R=(Uпит-Uled)/I=(23-3)/1=20Ом.
    Выделяемая мощность: P=R*I^2=20*1^2=20Вт.

    Резистор у данной микросхемы выполняет только токозадающею функцию, хоть через него и течет весь ток.

  5. Владимир пишет 28.08.2018 в 16:55 #

    >to Серж (комент 1)
    — можно, но будьте готовы, что скоро из светодиодов выйдет волшебный дым и они перестанут светить совсем 🙁
    Все светодиоды даже из одной партии имеют чуть-чуть но разное внутреннее сопротивление, при подключении их параллельно токи через них пойдут тоже разные. если знаешь закон Ома нетрудно сообразить, что зависимость будет обратная: меньше сопротивление — больше ток -> больше мощность рассеивается (больше нагрев) — быстрее деградация кристалла. Если теплоотвод недостаточен (все почему-то экономят на радиаторах), а в твоем примере 50мА т.е. теплоотвод идет через ноги — тепловой пробой и цепная реакция — сдыхают все остальные. Впрочем, может и повезти — один из дохляков закоротит цепь и остальные выживут.
    Да, данная микруха имеет защиту от КЗ и от перегрева (самой себя).
    >to Серж (комент 3)
    — чтобы понять смысл надо еще раз перечитать статью — автор все понятно написал, + погугли другие ресурсы в чем фишка питания светиков, зачем нужны драйвера.
    >to Alex_EXE (комент 2)
    — не вводи читателей в блудняк — нельзя цеплять светики параллельно, особенно если делаешь для себя любимого 🙂

    Для всех отмечу (автор не отразил, а может я не заметил):
    энта микросхемка Step-Down т.е. может только понижать напряжение поэтому нельзя подцепить 6 батареек (9В) и питать светик у которого по паспорту 10В
    и подцепив к автоаккуму (12в) нельзя питать цепочку из 5 светиков, а только 3
    как то так…

  6. Alex_EXE пишет 29.08.2018 в 08:30 #

    В некоторых изделиях паралельон включение светодидов встречается, что вызывает большое разочарование в этих изделиях, правда в том включении может быть особый смысл, например заплонированное уменьшение срока службы. Комментрий выше ужесточил.
    Про то, что драйвер понижающий прямо не указал, была только строчка, про падение в 500мВ. Информацию добавил.

  7. MaksFree пишет 06.08.2019 в 08:54 #

    Здравствуйте, извините за возможно глупый вопрос(в электронике только начинаю разбираться), но как рассчитывается номинал диода Шоттки.

  8. Alex_EXE пишет 06.08.2019 в 16:01 #

    Что подразумеваете под номиналом диода?
    Основные параметры:
    *Максимальное обратное напряжение
    *Максимальный ток
    Для стабилизаторов эти параметры обычно соответствуют максимальным характеристикам схем + рекомендуется адекватный запас. Обычно с увеличением обратного напряжения растет падение напряжения, см. далее.

    *Падение напряжения
    Кардинально в основном зависит от типа самого диода: у обычных около 1.1В, у шоттки 0.5В. Обычно чем меньше — тем лучше.
    В импульсных стабилизаторах обычно используются шоттки.

    В более узких задачах становится важно быстродействие.

    Ещё 3 параметра:
    *корпус
    *рассеиваемая мощность и теплоотвод
    если через диод протекает большой ток умножаем его на падение напряжение на нём = рассеиваемая мощность. Диод должен справляться с ней. Для малых диодов для улучшения их жизни можно увеличить контактные площадки, некоторые диоды нужно вешать на радиатор. Ещё может помочь активное охлаждение.
    *цена
    Чем у диода лучше параметры тем он будет лучше справляться со своей задачей, но тем будет больше у него цена.

  9. MaksFree пишет 12.08.2019 в 19:52 #

    Alex_EXE, спасибо большое, более менее понятно стало. Вы мне не поможете разобраться с одной дилеммой.
    Я собираю люстру в аквариум, т.к. мои познания в электронике скудны, изначально в качестве драйвера хотел использовать сборку XL4015E1(для регулировки тока) + МОСФЕТ IRF520(для диммирования ШИМ сигналом с ардуино) в обвязке. Все это есть на али и собирается последовательно как конструктор, но есть ряд недостатков: слишком много модулей, количество проводов, занимает много места.
    Посоветовали собрать драйвер на основе PT4115. В радиотоварах купил комплектующие(подбирал +/- согласно даташита) собственно вот перечень:

    Конденсатор танталовый 100µF 35V D 7343
    Диод SMD SS14 (1A 40V) DO-214AC (SMA)
    Резистор MF-25 0,25W 0,15Ω 1%
    Микросхема PT4115B89E SOT-89-5
    Индуктивность RLB0608-470KL 47µH

    По итогу драйвер работает, ток ограничивает, СД светят. НО! диммирование не работает, подаю на 3 ногу PT4115 ШИМ сигнал с ардуино, но ничего не происходит. Хотя в связке XL4015E1 + IRF520 вижу что диммирование происходит.

    Случайно не подскажите почему может не работать диммирование?
    Ссылка на фотографию собранной платы(на качеством сборки не смейтесь)
    https://drive.google.com/file/d/1YGwHVNhos1ZuVJ2M7cL1rRAN_ZzDplDM/view?usp=sharing

  10. Alex_EXE пишет 13.08.2019 в 04:56 #

    *Наличие ШИМ, точнее изменение заполнения, без осциллографа можно проверить с помощью светодиода (с токоограничением естественно, для 5В 470 Ом хватит).
    *общим проводом (GND вход) плата драйвера с ардуиной соединена? Соеденина только по питанию или идёт прямой проводок от драйвера к МК паралельно сигнальному?
    *драйвер без диммирования точно работает? при изменении входного напряжения — ток на светодиодах не меняется и он в пределах нормы?
    *Под индуктивностью КЗ нет?
    *Попробуйте проверить регулировку яркости драйвера с помощью переменного резистора.

    Сейчас нашел и проверил свой драйвер на этой имс (не помню, проверял ли во время написания статьи), на 1КГц 4.6В ТТЛ сигналом диммируется.

  11. MaksFree пишет 13.08.2019 в 06:34 #

    2*)плата с ардуино соединена только по шим каналу(т.е. 9 выход ардуино UNO с 3 ногой PT4115), общей земли нет. На драйвер с БП приходит питание: красный, коричневый провода слева, и справа красный, черный уходят на СД, желтый в ардуино.
    3*) он точно ограничивает ток в 600мА, зависимость работы от напряжения сегодня проверю.
    4*)КЗ под иднуктивностью точно нет, переживал по этому поводу и после пайки прозвонил этот участок.
    5*)как это лучше сделать, подать 5в на 3 ногу микросхемы драйвера и постепенно уменьшать напряжение?

  12. Alex_EXE пишет 13.08.2019 в 06:55 #

    * попробуйте прокинуть общий прямо с входа gnd драйвера на gnd ардуин.
    * в статье есть пример схемы: переменный резистор на ~150К между 3 ножкой и общим (gnd).
    3 пунктом проверяем, что драйвер работает/живой, а не просто повезло с падением напряжения на нем.

    Если первый пункт не помог, а на втором положительная реакция:
    * в каком режиме работает вывод, который генерирует ШИМ? Подтяжка к vdd, gnd, открытый сток…?
    * и какое напряжение логического 0?

  13. MaksFree пишет 13.08.2019 в 18:57 #

    Пока пытался проверить выходной ток на драйвере, СД внезапно погасли(ЛБП у меня нет, только XL4015E1 с дешёвеньким мультиметром, типа — кирпич). Начал проверять все дорожки, обнаружил, что на 3ей ноге драйвера есть напряжение в 7В примерно(не знаю с чем это может быть связанно). Перепаял полностью эту же плату(на всякий случай), и попробовал, по второй схеме, переменным резистором на 150КОм через 3 ногу и gnd, СД диммировались. И наконец прочитал ваш коментарий.

    Итог: 3 нога драйвера в ШИМ ардуино, gnd драйвера на gnd ардуино, и СД начали диммироваться. Но с 3 ногой в воздухе они не светятся. Спасибо большое за помощь.

    Можно былобы сказать и так сойдет(для моих целей этого хавтает), но хочется понять, почему драйвер начал работать иначе.

  14. Kirin пишет 16.11.2019 в 07:22 #

    To Alex_EXE
    Здравствуйте. Подскажите пожалуйста, если таким драйвером питать стандартную светодиодную ленту на которой есть токоограничивающие резисторы (15 параллельных цепочек по 3 светодиода, ток на светодиодах значительно меньше номинального) . Эти резисторы будут играть роль балансирующих для каждой параллельной цепочки? Или лучше токоограничивающие резисторы (120 Ом каждый) заменить на нулевые перемычки? Как лучше для светодиодов? Понятно что лучше последовательно, но такой возможности нет.
    Спрашиваю потому, что часто встречаю информацию о том что нельзя импульсными драйверами питать нагрузку с токоограничивающими резисторами, типа это нарушает схему стабилизации. И тут у вас увидел рекомендацию про балансирующие резисторы при параллельном включении, что в принципе и получается при питании светодиодной ленты.

  15. Alex_EXE пишет 16.11.2019 в 23:24 #

    1. Нельзя включать резисторы параллельно без балансирующих резисторов! Ток будет протекать по пути наименьшего сопротивления. Допустим пара светодиодов подключены параллельно и у них почти! одинаковые параметры. Ток будет протекать через оба светодиода почти! равномерно.
    Почти, т.е. через один светодиод будет протекать чуть больше. Он будет чуть ярче светить, чуть сильнее нагреваться, из-за нагрева у него чуток упадёт сопротивление, из-за чего ещё чуть подрастёт ток и процесс ещё чуток усугубится. И этот светодиод будет быстрее деградировать. А если учесть, что светодиоды включают обычно на максимальном режиме или около него, то через него может протекать ток больше максимального для него, что во много раз сократит его жизнь. Когда светодиод помрет то возможно несколько вариантов: он просто перестанет светить (что имеет наименьшею вероятность), коротнёт цепь или перестанет проводить ток. В последнем случае уже весь ток потечёт через второй светодиод и он в скором времени повторит судьбу первого.
    2. Когда используете светодиодную ленту, то все светодиоды, точнее цепочки из них, уже снабжены токоограничивающими резисторами. И такую ленту уже нужно питать не источником тока, а источником напряжения. Лента рассчитана на 12В, вот и питайте её этим напряжением, или меньшим в ущерб яркости, но продлевая ей срок службы. Источник напряжения найти и сделать часто проще, чем источник тока.
    3. Если светодиоды расположены не далеко, находятся в равных условиях по напряжению и току то можно было бы уменьшить сопротивление токоограничивающих резисторов и превратить их в балансирующие, запитав линейку от источника тока, НО к светодиодным лентам это не подходит. Ленты обычно имеют большую длину и на начальных сегментах напряжение будет больше, чем на конечных (на некоторых 5 метрах лентах разница на концах может быть несколько вольт), следовательно через начальные потечет больший ток и см. пункт 1.
    4. На счёт того, что нельзя использовать токоограничивающие резисторы с импульсными драйверами. Такой информации не встречал, но её и не искал! Посмотрю как-нибудь эту тему. Или может кто-нибудь здесь потом ответит.
    Что могу сказать сейчас. С одной стороны драйверу всё равно кто у него потребитель, светодиод или резистор. Если мы дополнительно ограничим ток, то драйвер поднимет напряжение, резистор начнёт пропускать больший ток.
    Негативной стороной может быть то, что в случае большого токоограничения, драйвер начнёт прокачивать максимальное напряжение, в попытке достигнуть заданного тока. Некоторые драйверы (в особенности повышающие) в попытке поднять напряжения выше максимума, если они это могут и не имеют соответствующих защит, могут выйти из строя или вывести из строя компоненты, которые проектировщик заложил на другое более низкое рабочее напряжение. Так же к некоторым драйверам (не обязательно светодиодным) встречал рекомендации, что не рекомендуется их включать без нагрузки, т.к. они будут пытаться выдать бесконечное напряжение или сколько смогут… Такое поведение справедливо для импульсной технике.
    В случае светодиодов нужно подобрать такое сопротивление, что бы и сбалансировать цепочки по току и что бы драйвер всё ещё выполнял функцию источника тока.

    Нужно смотреть и всё рассчитывать, какие условия, какие компоненты.

  16. Kirin пишет 17.11.2019 в 15:20 #

    То Alex_EXE
    Огромное вам спасибо за такой развернутый ответ! Если не затруднит подскажите как рассчитать бансирующие резисторы на примере для следующей схемы:
    Драйвер на основе РТ4115, индуктивность 47uH, токозадающий резистор 0,24 Ом
    питает три параллельные цепочки, в каждой по три светодиода Lumileds (ток типичный 120mA, ток максимальный 240mA, Напряжение 3В)
    Входящее напряжение 13,8 Вольт, на выходе получаем около 9Вольт и ток 290mA который делится на три параллельные цепочки по 96,7mA в каждой.
    Какое сопротивление будет оптимальным чтобы включить его в каждую из этих трех параллельных цепочек в качестве балансирующего?

  17. Alex_EXE пишет 21.11.2019 в 02:07 #

    Хм… тут, если честно, мой опыт и заканчивается, т.к. с таким включением не сталкивался. Попробуем прикинуть.
    Входное напряжение 13.8В — 0.5В падение на драйвере = 13.3В
    Падение на диодах 9В. Имеем разницу 13.3-9=4.3В. Это максимальное напряжение, которое мы можем погасить на балансирующих резисторах.
    Нюансы:
    1. При его полном гашении (всех 4.3В), смысл импульсного драйвера, при стабильном источнике питания будет теряться. Чем меньше будем гасить, тем больше сохраним КПД, чем больше, тем лучше будет диодам.
    2. Так же не стоит не оставлять непогашенного интервала напряжения для работы драйвера, что бы он мог корректно работать в своём режиме источника тока. Иначе могут начаться дополнительные негативные эффекты, переключения драйвера и доп. его возбуждения… если он на это не рассчитан.
    Далее нужно посмотреть в документации, какая разница минимального и максимального прямого напряжения будет у светодиода, вот её в идеале и нужно компенсировать балансирующим резистором. Например мин. 2.5В — макс. 3.5В, разница 1В * 3шт получим 3В.
    3В / 0.0967А ~=27 Ом. В этом случае дополнительные потери мощности будут ~1Вт на 3-х резисторах.
    Дополнительная оптимизация + дополнительный риск. Если светодиоды работаю не на максимальном режиме, то максимальное напряжение можно попробовать заменить текущем. Но здесь начинается тонкая грань, теория отличается от практики, если сильно уменьшить сопротивление резисторов они перестанут выполнять свою роль.

    Сейчас могу предложить такой расклад. Могу ошибаться. В будущем этот пробел в своих знаниях восполню, пока могу подсказать только это.

  18. Kirin пишет 21.11.2019 в 04:18 #

    Спасибо вам! Буду пробовать.

  19. Игорь пишет 10.01.2020 в 13:36 #

    alex_exe, добрый день. У меня есть пару вопросов.
    1. Если нужно сделать 4 канала для светодиодов, конденсатор С1 нужно ставить на каждый канал, или достаточно одного на все 4 канала? Насколько я понимаю, то это конденсатор по питанию микросхемы.
    2. Можно ли включать две линейки светодиодов параллельно (каждая из 8 светодиодов) или нужно на каждую линейку свой драйвер?
    3. При каком напряжении DIM происходит максимальное димирование, (хватит ли ШИМа от СТМ32, там вроде макс 3,3В)?

  20. Alex_EXE пишет 12.01.2020 в 18:05 #

    1. Можно попробовать поставить один, но он должен располагаться максимально близко ко всем входам драйверов. Но рекомендуется ставить, как можно ближе ко входам, конденсаторы к каждой микросхеме. При этом конденсатор должен быть с низким ESR, емкостью от 4.7мкФ, для постоянного напряжения.
    Могу порекомендовать заменить электролиты на более компактную керамику в корпусе 1206 на 10-22мкФ.
    2. Параллельное включение светодиодов сильно сокращает их ресурс. Включить можете, но на свой страх и риск.
    3. Порог логической 1 для входа диммирования 2.5В, т.е. от 3.3В диммировать можно.

Комментарии RSS

Оставьте отзыв