LED串保護(hù)，防止短路和開(kāi)路

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LED串保護(hù)，防止短路和開(kāi)路

在大范圍的室內(nèi)，室外和汽車(chē)固態(tài)照明應(yīng)用中越來(lái)越多地使用的LED串的重點(diǎn)是需要注意，以確保可靠性和安全性。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(shè)計(jì)的照明裝置，這樣，如果一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，并打開(kāi)電路，系統(tǒng)可以補(bǔ)償并保持令人滿(mǎn)意的光輸出。

雖然室外應(yīng)用特別脆弱，在汽車(chē)領(lǐng)域的電路保護(hù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且選擇最適當(dāng)?shù)腖ED驅(qū)動(dòng)器，其本身可以依賴(lài)于應(yīng)用程序的性質(zhì)。

本文將概述一些的許多設(shè)備和拓?fù)淇晒┻x擇。它會(huì)進(jìn)一步考慮由LED驅(qū)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(xù)安全運(yùn)行的努力。

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

最后，本文將重點(diǎn)介紹最新的來(lái)自Littelfuse的LED開(kāi)路保護(hù)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(yīng)用領(lǐng)域，從國(guó)內(nèi)消費(fèi)者通過(guò)零售，建筑和汽車(chē)。雖然比較堅(jiān)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(yīng)浪涌和瞬變。隨著串聯(lián)的LED，需要保護(hù)的整個(gè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員選擇的恒定電流，而不是恒定電壓陣列，因?yàn)樗歉行У模貏e是對(duì)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(qū)動(dòng)器可以被指定，這是通過(guò)設(shè)計(jì)僅能夠在特定范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電壓。選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)器將取決于拓?fù)浜蛻?yīng)用的需求。

NCV7680由安森美半導(dǎo)體圖像

圖1：恒流，提高為基礎(chǔ)的電流控制器，如NCV7680安森美半導(dǎo)體，用于驅(qū)動(dòng)和保護(hù)在汽車(chē)后照明等車(chē)內(nèi)應(yīng)用的LED串。

如果，在說(shuō)明書(shū)階段，設(shè)計(jì)者是不知道什么電壓的燈具需要，通用輸入電壓驅(qū)動(dòng)器可以是溶液。既不所以經(jīng)濟(jì)也不一樣有效，這樣的解決方案提供了靈活性，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)，以適應(yīng)這兩個(gè)高輸入電壓和高輸入電流的設(shè)計(jì)。

多個(gè)字符串，通常并聯(lián)連接，一個(gè)多通道驅(qū)動(dòng)器是必需的。一個(gè)真正的多通道驅(qū)動(dòng)器將調(diào)節(jié)每個(gè)通道獨(dú)立于其它輸出(串)。設(shè)計(jì)的這個(gè)樣式允許每個(gè)信道，其中包含其自己的電流調(diào)節(jié)和/或故障保護(hù)。此外，該能力組通道允許的LED切換到稍微錯(cuò)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(yīng)用中，包括汽車(chē)設(shè)計(jì)中，升壓基于恒流驅(qū)動(dòng)是優(yōu)選的，和短路保護(hù)是特別重要的。日益，升壓拓?fù)涮魬?zhàn)傳統(tǒng)SEPIC(單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器)的設(shè)計(jì)，其可以是昂貴的和復(fù)雜的。某些設(shè)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(xiàn)代化的驅(qū)動(dòng)程序提供先進(jìn)的功能，如頻率控制和相控調(diào)光，以及提供卓越的保護(hù)，防止困難的情況。開(kāi)關(guān)模式升壓轉(zhuǎn)換器可以與線性低壓降(LDO)穩(wěn)壓器為每串LED的精確控制相結(jié)合。

一個(gè)有趣的例子是德州儀器LM3431 3通道線性電流控制器，結(jié)合一個(gè)升壓切換控制器。這Q1汽車(chē)級(jí)器件非常適用于驅(qū)動(dòng)多串LED背光源面板，如儀表盤(pán)，以及其他應(yīng)用的空間是至關(guān)重要的。該器件驅(qū)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(diào)節(jié)來(lái)驅(qū)動(dòng)弦超過(guò)200毫安。該裝置可以被配置為驅(qū)動(dòng)多達(dá)六個(gè)LED串。

升壓控制器驅(qū)動(dòng)5和36 V.其它保護(hù)功能之間的外部NFET開(kāi)關(guān)升壓調(diào)節(jié)從輸入電壓包括LED短路和開(kāi)路保護(hù)，故障延遲/錯(cuò)誤標(biāo)記，逐周期電流限制和熱關(guān)斷為在IC和LED陣列。

對(duì)于通用的多串LED照明應(yīng)用，TI公司的LM3466還支持恒定電流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具有寬輸入電壓范圍內(nèi)，它可以驅(qū)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(jié)果是，照明系統(tǒng)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(shè)計(jì)意味著額外的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(hù)。作為一個(gè)純粹的線性器件，電磁干擾最小化。

多模

凌力爾特的升壓型驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)的倡導(dǎo)者，特別是對(duì)串聯(lián)的LED在汽車(chē)設(shè)計(jì)中使用的字符串，通常13.8 V或更低的額定電壓。堅(jiān)固的短路保護(hù)的規(guī)定是該公司的LT3795升壓型DC / DC的一個(gè)關(guān)鍵特性的LED驅(qū)動(dòng)器。該器件可在升壓，降壓 - 升壓，SEPIC和降壓模式架構(gòu)進(jìn)行配置。

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

該設(shè)備可以，實(shí)際上調(diào)節(jié)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(shè)備驅(qū)動(dòng)從內(nèi)部穩(wěn)壓7.7 V電源一個(gè)低端外部N溝道MOSFET。擴(kuò)頻頻率調(diào)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(hù)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(dú)的高側(cè)放大是用兩個(gè)電阻增益配置的，并且可以用于調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)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(cè)放大器監(jiān)視輸入電流通過(guò)轉(zhuǎn)換輸入電流的電壓信號(hào)在CSOUT銷(xiāo)。電阻網(wǎng)絡(luò)的FB1引腳提供OPENLED保護(hù)，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(dǎo)體提供多種控制器和LED串驅(qū)動(dòng)器。新設(shè)備專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用的AEC-Q100資格NCV7691電流控制器和預(yù)驅(qū)動(dòng)器。針對(duì)汽車(chē)后組合燈，中央高位剎車(chē)燈和日間行車(chē)燈，它驅(qū)動(dòng)多串，并具有PWM和診斷能力，以及連接電池和負(fù)溫度系數(shù)(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(shè)備的情況下可以檢測(cè)到錯(cuò)誤的被關(guān)閉。挫折功率限值降低了在過(guò)壓條件下的驅(qū)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(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流。多達(dá)八個(gè)LED串可同時(shí)被驅(qū)動(dòng)。

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

同時(shí)符合汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但更簡(jiǎn)單，更經(jīng)濟(jì)的解決方案，是NSI45025 45 V 25毫安，線性恒流穩(wěn)壓器。基于自偏置晶體管技術(shù)，它調(diào)節(jié)電流過(guò)電壓范圍寬，處理高達(dá)45 V的持續(xù)時(shí)間短。它被設(shè)計(jì)為具有負(fù)溫度系數(shù)，以保護(hù)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(diào)節(jié)器立即接通，并在調(diào)節(jié)為25%，只有0.5V。它不需要外部元件，允許它被設(shè)計(jì)為高或低側(cè)調(diào)節(jié)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(biāo)志應(yīng)用中常見(jiàn)的電壓浪涌。更大的輸出電流和更嚴(yán)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(hù)是Littelfuse提供，其PLEDxUx單向系列LED開(kāi)路保護(hù)器。 PLED設(shè)備連接在橫過(guò)每個(gè)LED或在串聯(lián)串每?jī)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(hù)，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(hù)。

一個(gè)典型的恒流源用于驅(qū)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(xiàn)跨越任何失敗打開(kāi)串中的LED。這一事件三角函數(shù) - 熱爾相關(guān)的PLED設(shè)備打開(kāi)，并通過(guò)LED串的其余部分保持CUR租金。用適當(dāng)設(shè)計(jì)的LED串的lu-minaire，單個(gè)LED的失效并不嚴(yán)格，是很少甚至明顯。

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

在系列范圍內(nèi)的設(shè)備包括9 V(工作電壓)，18 V(鉗位電壓)PLED9US單向指示燈保護(hù)和PLED13US，13 V(工作電壓)，26 V(鉗位電壓)的應(yīng)用程序。

結(jié)論

串聯(lián)連接的LED是在寬范圍的應(yīng)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(hù)這些字符串是至關(guān)重要的。解決方案將取決于拓?fù)?。本文示出了一些采用恒流控制器和提高系LED驅(qū)動(dòng)器，以及獨(dú)立的，離散的保護(hù)裝置的方法。