HM4151 [HMSEMI]
55V step-down, high brightness LED constant current driver;
| 型号： | HM4151 |
| 厂家： | 
H&M Semiconductor |
| 描述： | 55V step-down, high brightness LED constant current driver |
| 文件： | 总9页 (文件大小：1116K) |
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HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
概述
特点
HM4151 是一款工作在电感电流连续模式下的降压型 LED
恒流驱动器。用于高效地驱动一颗或者多颗串联 LED。芯
片的输入电压范围为 6V~55V，外置功率管，输出电流外部
可调。
高达 95%的效率
自动温度补偿控制
宽输入电压范围：6V~55V
输出可调的恒流控制方法
DIM 脚可进行 PWM 和模拟调光
±3%输出电流精度
内置 LED 开路/短路保护
软启动时间可调
HM4151 采用高端电流检测方式，通过外部电阻可以设定
LED 输出的平均电流，并可以通过 DIM 引脚接收模拟调光
和很宽范围的 PWM 调光信号。当 DIM 的电压低于 0.33V
时，HM4151关断功率管，进入低功耗的待机模式。
采用 SOT23-6/SOP8 封装
HM4151内部集成了自动温度补偿控制电路，当芯片内部的
温度超过 130℃时，LED 输出电流会随着温度的上升而逐
渐减小，直到芯片内部的温度上升到 150℃时，LED 输出
电流最终会稳定在设定输出电流值的 40%。这就避免了传
统过温保护所引起的 LED 低频闪烁问题。
应用
低压 LED 射灯替代卤素灯
车载 LED 灯
低压工业 LED 照明
其它 LED 照明
典型应用电路
HM4151A
1
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
HM4151B
HM4151C
2
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
管脚
HM4151C
HM4151B
HM4151A
SOT23-6
SOT23-6
SOP8
管脚描述
管脚编号
HM4151A HM4151B HM4151C
管脚名称
描述
/
3
6
5
4
/
1
2
3
4
5
6
7
8
NTC
VDD
DRV
GND
DIM
VIN
输出电流衰减，温度调节引脚
6
5
4
3
1
2
/
内部 LDO 输出，连接 1uF 去耦电容到地
栅极驱动输出，将该引脚连接至外部功率管的栅极
信号地和功率地
芯片使能端脚，模拟调光和 PWM 调光的输入端
电源输入脚，必须紧靠引脚连接电容到地
输出电流采样脚，采样电阻连接在 VIN 与 CS 之间
无连接
1
2
/
CS
NC
极限参数（注 1）
参数
额定值
-0.3~+60
-1.0~+1.0
-0.3~+6
0.5
单位
V
V
VIN 到 GND 电压
CS 到 VIN 电压
DIM，NTC，DRV，VDD 到 GND 电压
功率损耗 SOT23-6（注 2）
功率损耗 SOP8（注 2）
工作结温范围
V
W
W
℃
℃
V
0.6
-40~150
-50~150
2000
储存温度范围
ESD 水平(HBM)
ESD 水平(MM)
200
V
推荐工作范围
参数
符号
VIN
TOP
工作条件
推荐值
单位
V
℃
电源电压
工作温度
正常工作
正常工作
6~55
-40~85
3
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
注 1: 最大极限值是指超出该工作范围芯片可能会损坏。推荐工作范围是指在该范围内芯片工作正常，但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气参数规范。对于未给定的上下
限参数，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：环境温度升高最大功耗会减小，这是由 TJMAX，ѲJA 和环境温度 TA 所决定的。最大允许功耗为 PDMAX=(TJMAX-TA)/ ѲJA 或是极限参
数范围给出的数字中比较低的那个值。
电气参数（注 3）
(无特殊说明，Ta=25℃，VIN=24V)
符号
输入电压
VIN
VDD
IOP
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
6
55
V
V
uA
V
输入电压
5
内部 LDO 输出电压
工作电流
150
4.3
4.5
VIN=VCS=24V
VIN 下降
VIN 上升
VUVLO
VUVLO,HYS
欠压保护
V
欠压保护滞回
电流采样
VCS
平均采样电压
采样电压迟滞
CS 引脚输入电流
VIN–VCS
200
±15
8
mV
%
VCS,HYS
ICS
VIN–VCS=50mV
μA
工作频率
FSW
最大工作频率
1
MHz
DIM 输入
VDIM
RDIM
VDIM_H
VDIM_L
DIM 浮空电压
DIM 上拉电阻
DIM 输入高电平
DIM 输入低电平
DIM 浮空
5
V
KΩ
V
200
0.33
0.27
V
DIM 调光
VDIM_DC
fDIM
0.5
模拟调光电压范围
2.5
20
V
KHz
fosc=500KHz
最大 PWM 调光频率
功率管驱动
I_PULLP_MAX
I_PULLD_MAX
栅极最大上拉电流
栅极最大下拉电流
VGS=5V
VGS=5V
450
620
mA
mA
温度控制
VST
VHD
输出电流开始衰减电压
输出电流衰减保持电压
输出电流衰减保持比例
0.42
0.36
40
V
V
IHOLD%
相对设定的输出电流值
%
uA
℃
℃
%
INTC
TST
TSD
IHOLD%
NTC 上拉电流
42
输出电流开始衰减温度
输出电流衰减保持温度
输出电流衰减保持比例
NTC 浮空
NTC 浮空
NTC 浮空
130
150
40
注 3：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。
4
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
内部框图
应用说明
HM4151和电感 L1，电流采样电阻 RCS，功率管 Q1 共同
组成一个自振荡的电感电流连续模式的的降压型 LED 恒
流驱动器。
光，DIM 管脚电压低于 0.33V 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。当 PWM 信号的高电平在 0.5V 到 2.5V 之间，
可以进行调光，具体的应用细节详见后面说明。
工作原理
DIM 脚也可以通过外加直流电压来实现模拟调光。最大
的LED电流由采样电阻RCS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，并由采样电阻RCS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200K欧姆）接在VDD上,DIM脚的
电压由内部和外部的电阻分压决定。
VIN 上电时，电感 L1 和电阻 RCS 的初始电流为零，此时
VIN 与 CS 之间没有电压差，CS 比较器输出为高电平，
这个信号传递到 PWM 比较器的负输入端，PWM 比较器
的输出为高电平，功率管 Q1 导通，此时电流从 VIN 输
入，经过电阻采样电阻 RCS、LED、电感 L1 和功率管
Q1 流到 GND，电流上升斜率由 VIN、L1 和 LED 压降共
同决定，在 RCS上产生一个压降 VRCS，当 VRCS＞230mV，
CS 比较器的输出转变为低电平，功率管 Q1 关断，电流
DIM脚在正常工作时可以浮空。当加在DIM上的电压低
于0.33V时，功率管关断，LED电流也降为零。
以另一个斜率流过电感 L1、肖特基二极管 D1、RCS
和
LED，电流在 RCS 上产生下降电压斜坡，当 VRCS＜170mV，
CS 比较器的输出转换为高电平，功率管 Q1 重新导通。
HM4151会周期性地重复这一过程。 所以 LED 上的平均
电流为
LED 平均电流设定
LED的平均电流由连接在VIN和CS两端的电阻RCS决
定：
170mV+230mV
2×Rcs
200mV
Rcs
Iout =
=
200mV
Iout =
Rcs
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 输出电流精度可以控制在±3%以内。
HM4151 可以在 DIM 管脚输入 PWM 信号进行 PWM 调
上述等式成立的前提是DIM端浮空或外加DIM端电压大
于2.5V并且小于5V。实际上，RCS是设定了LED的最大输
5
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
出电流，通过设定DIM的电压，LED的实际输出电流能够
调小到任意值。
ꢒꢓ为输出电流开始衰减时热敏电阻的电阻值
ꢔꢕ为输出电流衰减保持时热敏电阻的电阻值
ꢍ 为输出电流开始衰减时电压（典型值 0.42V）
ꢒꢓ
ꢍ
ꢔꢕ为输出电流衰减保持时电压（典型值 0.36V）
模拟调光
DIM脚可以外加一个直流电压(VDIM)来进行模拟调光，以
建议使用 NTC 热敏电阻 100KΩ@25℃，精度±1%
调整LED的输出电流，如典型应用电路图所示：
关断模式
此时输出电流可以由以下两式表示：
通过在DIM端接入0.33V以下的电压，实现系统关断，此
时芯片处于待机模式。通常情况下，芯片的待机电流典
型值为100μA左右。
200mV VDIM
Iout =
×
2.5V
Rcs
(0.5V ≤VDIM≤2.5V)
200mV
Rcs
Iout =
(2.5V ≤VDIM≤5.0V)
软启动模式
通过在DIM脚外接入一个电容，使得系统启动时DIM脚的
电压缓慢上升，这样LED的输出电流也缓慢上升，从而实
现软启动。通常情况下，软启动时间和外接电容的大小
关系大约100us/nF。
PWM 调光
HM4151 可以在 DIM 脚输入 PWM 信号来进行 PWM 调
光，以调整 LED 的输出电流，如典型应用电路图所示：
输出电流与 PWM 信号占空比成正比，输出平均电流可以
由以下两式表示：
LED 开路保护
HM4151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，负载重新连接后则进入正
常的工作状态。
200mV
Iout =
Iout =
× D
Rcs
(0≤D≤100%，2.5V≤VPULSE≤5V)
200mV
Rcs
VPULSE
× D ×
2.5V
(0≤D≤100%,0.5≤VPULSE≤2.5V)
电感选择
其中，VPULSE 为 PWM 信号的高电平幅值。
选择较低的电感值会提高开关频率，增大开关损耗。推
荐使用的电感参数范围为 47uH～100uH。电感的饱和电
流必须要比 LED 输出电流高 30%到 50%。
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信号的占空比所决定。例如PWM信
号的占空比为25%，则 LED的输出平均电流为所设定电流
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的色温。HM4151调光频率最高可达
到20kHz。
二极管选择
为了保证最大的效率及性能，二极管(D1)应选择快速恢复、
低正向压降、低寄生电容、低漏电的肖特基二极管。电
流能力以及耐压视具体的应用而定，但应保持 30%的余
量，有助于稳定可靠的工作。另外值得注意的一点是应
考虑温度高于 85℃时肖特基的反向漏电流。过高的漏电
会导致系统功耗的增加。
自动温度补偿控制
HM4151内部集成了自动温度补偿控制电路，当芯片内部
的温度超过 130℃时，LED 输出电流会随着温度的上升
而逐渐减小，直到芯片内部的温度上升到 150℃时，LED
输出电流最终会稳定在设定输出电流值的 40%。这就避
免了传统过温保护所引起的 LED 低频闪烁问题。
降低输出纹波
如果需要减少 LED 输出电流纹波，可以在 LED 输出的两
端并联一个电容来实现。1uF 的输出电容可以使 LED 输
出电流纹波减少大约 1/3。适当的增大输出电容可以抑制
更多的纹波。需要注意的是输出电容不会影响系统的工
作频率和效率，但是会影响系统启动延时以及 PWM 调光
频率。
外部设置电流衰减温度
HM4151B/HM4151C有一输入引脚 NTC 可外部连接 NTC
热敏电阻去监测环境或灯珠温度。可设置输出电流开始
衰减温度及衰减保持温度。如典型应用电路图所示，可
通过改变 Rt1 和 Rt2 电阻值去实现。Rt1 和 Rt2 的值可
通过以下公式计算：
负载电流的热补偿
高亮度 LED 有时需要提供输出电流温度补偿以保证可靠
稳定的工作，HM4151可以通过 DIM/NTC 脚外接热敏电
阻(NTC)或者负温度系数的二极管到 LED 附近，检测
LED 灯的温度从而调整 LED 负载的输出电流。
ꢍꢄꢅ ꢌ ꢍ
ꢇꢈ
ꢃ ꢄꢅ ꢆ ꢉ √{ ꢄꢅ ꢆ ꢊ ꢃ ꢋ [ ꢌ ꢇꢈ ꢆ
ꢌ
ꢇꢈ ꢃ
(
)
(
)
(
)
]}
ꢄꢅ
ꢇꢈ
ꢇꢈ
ꢄꢅ
(
)
ꢍꢄꢅ ꢃ ꢍ ꢌ ꢎꢏꢈꢐ
ꢇꢈ
ꢂ
ꢂ
ꢀꢁ
ꢀꢊ
ꢑ
( )
ꢌ ꢄꢅ ꢆ
ꢀꢁ
( )
ꢌ ꢄꢅ ꢆ ꢃ ꢍꢄꢅ
ꢀꢁ
ꢍꢄꢅ
ꢎꢏꢈꢐ
6
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
PCB 布局中，电感尽量远离芯片，以减小电感对芯片的
干扰。如果 PCB 大小允许，尽量多铺铜，并连接到电源
的 GND 或 VIN 脚，以吸收电感产生的干扰。电流采样电
阻 RCS 两端走线越短越好，以减少走线的寄生电感，保
证电流采样的精度。旁路电容尽可能靠近芯片的VIN脚，
并做到走线短而粗。
PCB 布局
合理的 PCB 布局 对于最大程度保证系统稳定性以及低
噪声来说很重要。使用多层 PCB 板是避免噪声干扰的
一种很有效的办法。为了有效减小电流回路的噪声，输
入旁路电容应当另行接地。
旁路电容、电感、电流采样电阻
7
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
封装形式
SOT23-6L
毫米
符号
最小值
标准值
-
最大值
1.45
0.15
1.30
0.50
0.22
A
A1
A2
b
1.00
0.00
0.90
0.31
0.08
-
-
-
c
-
D
E
E1
e
e1
L
2.90 BSC
2.80BSC
1.60BSC
0.95BSC
1.90BSC
0.45
0.30
0°
0.60
8°
-
8
HM4151/A/B/C
55V 降压型、高亮度 LED 恒流驱动器
SOP8L
毫米
标准值
1.60
0.15
1.40
-
符号
最小值
1.35
0.08
1.20
0.33
0.17
4.70
5.80
3.70
最大值
1.77
0.28
1.65
0.51
0.26
5.10
6.20
4.10
A
A1
A2
b
c
D
E
E1
e
L
-
4.90
6.00
3.90
1.27BSC.
0.60
-
0.38
0
1.27
8
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9
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