LED串保護，防止短路和開(kāi)路

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LED串保護，防止短路和開(kāi)路

在大范圍的室內，室外和汽車(chē)固態(tài)照明應用中越來(lái)越多地使用的LED串的重點(diǎn)是需要注意，以確?？煽啃院桶踩?。防止損害瞬變和過(guò)壓/欠壓條件是解決方案的一部分。另一個(gè)方面是設計的照明裝置，這樣，如果一個(gè)設備發(fā)生故障，并打開(kāi)電路，系統可以補償并保持令人滿(mǎn)意的光輸出。

雖然室外應用特別脆弱，在汽車(chē)領(lǐng)域的電路保護是一個(gè)安全關(guān)鍵的問(wèn)題。最佳的解決方案將在很大程度上取決于所選擇的拓撲結構，并且選擇最適當的LED驅動(dòng)器，其本身可以依賴(lài)于應用程序的性質(zhì)。

本文將概述一些的許多設備和拓撲可供選擇。它會(huì )進(jìn)一步考慮由LED驅動(dòng)器制造商生產(chǎn)的，其中包含了防止破壞性條件的功能和確保與開(kāi)路和短路LED串繼續安全運行的努力。

具體將參考了多項廣泛德州儀器，凌特和安森美半導體提供的驅動(dòng)程序。具體的部件包括TI的LM3431和LM3466線(xiàn)性電流控制器，線(xiàn)性的LT3795 / 6 DC / DC LED驅動(dòng)器和安森美半導體的NCV7680電流控制器，針對汽車(chē)和通用照明。

最后，本文將重點(diǎn)介紹最新的來(lái)自L(fǎng)ittelfuse的LED開(kāi)路保護裝置的PLED范圍。

易受浪涌

固態(tài)照明的一個(gè)關(guān)鍵的吸引力是外形由LED燈容易，特別是連接多個(gè)LED串入的能力的靈活性。 LED串被廣泛地用于一系列照明應用領(lǐng)域，從國內消費者通過(guò)零售，建筑和汽車(chē)。雖然比較堅固相比有些另類(lèi)的照明技術(shù)，LED燈很容易受到靜電放電，電磁干擾和雷電感應浪涌和瞬變。隨著(zhù)串聯(lián)的LED，需要保護的整個(gè)設計是至關(guān)重要的，以避免不可接受的狀況，其中一個(gè)開(kāi)放式故障指示燈熄滅字符串中的所有指示燈。

通常情況下，設計人員選擇的恒定電流，而不是恒定電壓陣列，因為它是更有效的，特別是對串聯(lián)連接的發(fā)光二極管。恒定電流的LED串確保亮度是沿著(zhù)串相同，而不管輸入電壓或LED正向電壓。

在這種情況下，一個(gè)恒定電流LED驅動(dòng)器可以被指定，這是通過(guò)設計僅能夠在特定范圍內的驅動(dòng)電壓。選擇合適的LED驅動(dòng)器將取決于拓撲和應用的需求。

NCV7680由安森美半導體圖像

圖1：恒流，提高為基礎的電流控制器，如NCV7680安森美半導體，用于驅動(dòng)和保護在汽車(chē)后照明等車(chē)內應用的LED串。

如果，在說(shuō)明書(shū)階段，設計者是不知道什么電壓的燈具需要，通用輸入電壓驅動(dòng)器可以是溶液。既不所以經(jīng)濟也不一樣有效，這樣的解決方案提供了靈活性，因為它被設計，以適應這兩個(gè)高輸入電壓和高輸入電流的設計。

多個(gè)字符串，通常并聯(lián)連接，一個(gè)多通道驅動(dòng)器是必需的。一個(gè)真正的多通道驅動(dòng)器將調節每個(gè)通道獨立于其它輸出(串)。設計的這個(gè)樣式允許每個(gè)信道，其中包含其自己的電流調節和/或故障保護。此外，該能力組通道允許的LED切換到稍微錯開(kāi)，從而最大限度地減少開(kāi)關(guān)瞬態(tài)和EMI。

升壓是最好的

在許多應用中，包括汽車(chē)設計中，升壓基于恒流驅動(dòng)是優(yōu)選的，和短路保護是特別重要的。日益，升壓拓撲挑戰傳統SEPIC(單端初級電感轉換器)的設計，其可以是昂貴的和復雜的。某些設備可以在多種模式然而來(lái)配置，提供額外的靈活性。高度集成化，現代化的驅動(dòng)程序提供先進(jìn)的功能，如頻率控制和相控調光，以及提供卓越的保護，防止困難的情況。開(kāi)關(guān)模式升壓轉換器可以與線(xiàn)性低壓降(LDO)穩壓器為每串LED的精確控制相結合。

一個(gè)有趣的例子是德州儀器LM3431 3通道線(xiàn)性電流控制器，結合一個(gè)升壓切換控制器。這Q1汽車(chē)級器件非常適用于驅動(dòng)多串LED背光源面板，如儀表盤(pán)，以及其他應用的空間是至關(guān)重要的。該器件驅動(dòng)三個(gè)外部NPN晶體管或MOSFET能夠提供高精度恒流三個(gè)LED串。輸出電流進(jìn)行調節來(lái)驅動(dòng)弦超過(guò)200毫安。該裝置可以被配置為驅動(dòng)多達六個(gè)LED串。

升壓控制器驅動(dòng)5和36 V.其它保護功能之間的外部NFET開(kāi)關(guān)升壓調節從輸入電壓包括LED短路和開(kāi)路保護，故障延遲/錯誤標記，逐周期電流限制和熱關(guān)斷為在IC和LED陣列。

對于通用的多串LED照明應用，TI公司的LM3466還支持恒定電流拓撲結構。具有寬輸入電壓范圍內，它可以驅動(dòng)多個(gè)20 LED串最多的的70V每串。該裝置自動(dòng)平衡每個(gè)活動(dòng)LED串的電流，即使每個(gè)串的正向電壓是不同的。如果有任何LED串操作過(guò)程中打開(kāi)時(shí)，LM3466自動(dòng)平衡的供電電流通過(guò)所有剩余活動(dòng)的LED串。其結果是，照明系統的總體亮度被保持，即使一些LED串是操作期間打開(kāi)。

駕駛員集成了70 V 1.5 A N溝道MOSFET的2.06 A的電流限制的模塊化設計意味著(zhù)額外的LED串可以通過(guò)簡(jiǎn)單地增加一個(gè)電阻和電容被添加。重要的是，該器件具有欠壓鎖定，故障申告，熱鎖斷和熱關(guān)斷保護。作為一個(gè)純粹的線(xiàn)性器件，電磁干擾最小化。

多模

凌力爾特的升壓型驅動(dòng)器架構的倡導者，特別是對串聯(lián)的LED在汽車(chē)設計中使用的字符串，通常13.8 V或更低的額定電壓。堅固的短路保護的規定是該公司的LT3795升壓型DC / DC的一個(gè)關(guān)鍵特性的LED驅動(dòng)器。該器件可在升壓，降壓 - 升壓，SEPIC和降壓模式架構進(jìn)行配置。

保護功能包括可編程LED開(kāi)路保護，“OPENLED'標志，短路保護，”SHORTLED'標志，和可編程欠壓鎖定與滯后。

該設備可以，實(shí)際上調節恒定電流或恒定電壓。它具有輸入電壓范圍為4.5至100V。在操作中，設備驅動(dòng)從內部穩壓7.7 V電源一個(gè)低端外部N溝道MOSFET。擴頻頻率調制可以被激活，以提高EMC。

另一部分在系列，以相同的LED電路保護特點(diǎn)，LT3796，提供了一個(gè)6到100伏的輸入電壓范圍。一個(gè)單獨的高側放大是用兩個(gè)電阻增益配置的，并且可以用于調節第二電流或電壓。見(jiàn)圖2所示。

凌力爾特的LT3796圖的圖像

圖2：配置為升壓轉換器來(lái)驅動(dòng)34 W精品LT3796 LED從一個(gè)寬輸入范圍的字符串。 LED電流降額在低輸入電壓，以防止外部電源部件過(guò)熱。前端電流檢測放大器監視輸入電流通過(guò)轉換輸入電流的電壓信號在CSOUT銷(xiāo)。電阻網(wǎng)絡(luò )的FB1引腳提供OPENLED保護，這限制了輸出電壓，并防止ISP引腳，ISN銷(xiāo)和幾個(gè)外部組件從超出其最大額定值。

汽車(chē)合格

安森美半導體提供多種控制器和LED串驅動(dòng)器。新設備專(zhuān)為汽車(chē)應用的AEC-Q100資格NCV7691電流控制器和預驅動(dòng)器。針對汽車(chē)后組合燈，中央高位剎車(chē)燈和日間行車(chē)燈，它驅動(dòng)多串，并具有PWM和診斷能力，以及連接電池和負溫度系數(NTC)輸入。

開(kāi)LED串和短路診斷功能確保操作的可靠性得到保持。由FLTS銷(xiāo)連接在一起，多個(gè)設備的情況下可以檢測到錯誤的被關(guān)閉。挫折功率限值降低了在過(guò)壓條件下的驅動(dòng)電流。該器件采用外部雙極晶體管和反饋電阻，以精確地調節LED驅動(dòng)電流。多達八個(gè)LED串可同時(shí)被驅動(dòng)。

該NCV7680，同時(shí)，該公司現有的LED串驅動(dòng)器，提供了類(lèi)似的功能，并針對相同的應用程序。它由八個(gè)線(xiàn)性可編程恒流源，驅動(dòng)輸出高達每通道75毫安。 PWM是可選的。當沒(méi)有外部FET使用該裝置可用于低電流應用最有用的。

同時(shí)符合汽車(chē)行業(yè)標準，但更簡(jiǎn)單，更經(jīng)濟的解決方案，是NSI45025 45 V 25毫安，線(xiàn)性恒流穩壓器?；谧云镁w管技術(shù)，它調節電流過(guò)電壓范圍寬，處理高達45 V的持續時(shí)間短。它被設計為具有負溫度系數，以保護LED免受熱失控在極端的電壓和電流。

包含在熱魯棒包，恒流調節器立即接通，并在調節為25%，只有0.5V。它不需要外部元件，允許它被設計為高或低側調節器。高陽(yáng)極 - 陰極電壓額定值可承受汽車(chē)，工業(yè)和商業(yè)標志應用中常見(jiàn)的電壓浪涌。更大的輸出電流和更嚴格的耐受電流版本也可提供。

替代方法

另一種方法在LED串提供開(kāi)路保護是Littelfuse提供，其PLEDxUx單向系列LED開(kāi)路保護器。 PLED設備連接在橫過(guò)每個(gè)LED或在串聯(lián)串每?jì)蓚€(gè)或三個(gè)LED平行。 PLEDxUx系列器件與1 W的LED兼容，名義上350毫安在3 V.

在操作中，PLED提供備用電流路徑時(shí)在一個(gè)串中的任何單個(gè)LED失效為開(kāi)路。而不是提供保護，防止浪涌和瞬態(tài)事件，它減輕了EF-fects單LED故障。它還提供了更高的LED可靠性反向電池/電源極性保護。

一個(gè)典型的恒流源用于驅動(dòng)一個(gè)串具有最大(開(kāi)路)輸出特性伏年齡，稱(chēng)為“兼容電壓”，將出現跨越任何失敗打開(kāi)串中的LED。這一事件三角函數 - 熱爾相關(guān)的PLED設備打開(kāi)，并通過(guò)LED串的其余部分保持CUR租金。用適當設計的LED串的lu-minaire，單個(gè)LED的失效并不嚴格，是很少甚至明顯。

PLEDs非常適合于要求高可靠性和低維護戶(hù)外應用。典型的應用包括街道，地鐵，機場(chǎng)跑道和隧道照明，以及汽車(chē)前燈，路邊的警示燈和標志。

在系列范圍內的設備包括9 V(工作電壓)，18 V(鉗位電壓)PLED9US單向指示燈保護和PLED13US，13 V(工作電壓)，26 V(鉗位電壓)的應用程序。

結論

串聯(lián)連接的LED是在寬范圍的應用越來(lái)越普及，從熒光管替換，以大屏幕背光汽車(chē)的后部組合燈和儀表板儀表板。從開(kāi)路或短路故障保護這些字符串是至關(guān)重要的。解決方案將取決于拓撲。本文示出了一些采用恒流控制器和提高系LED驅動(dòng)器，以及獨立的，離散的保護裝置的方法。