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故障防護型多晶片LED模組驅動器

2014年10月03日  | Subodh Johri

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LED指示燈的使用壽命取決於各種運行條件下其電流保持在一定範圍內的能力。對於多晶片LED模組,緊密連接的LED燈組成燈串,多個LED指示燈按照串聯、並聯或串並聯的配置方式連接,共用同樣的恆定電流或電壓電源,各LED燈串通常由調節過的電流所驅動,所有LED燈串的驅動電流大致都相同。儘管燈串電流出現小幅不均衡不會導致指示燈亮度的明顯不同,但除一些過程變數 外,複合正向電壓(所有串聯LED指示燈的正向電壓總和)等參數及其對溫度和流經正向電流強度的依賴也使長期保持電流平衡成為一項艱鉅的任務。此外,如有任何LED指示燈或燈串發生故障,或LED指示燈出現漏電或由於形成熱點(hot spot)而影響了效率的可能性,都可能會造成更多負擔,導致LED指示燈的使用壽命縮短,最終導致固態照明(SSL)及其相關驅動源發生災難性故障。


開發此一驅動旨在提供一款高效容錯設備,尤其適用於採用串聯或串並聯配置方式的中高功率LED指示燈所組成的整合式LED模組。與不同功率LED指示燈組成的SLL不同,整合式LED晶片如果在運行過程中,由於電力或熱應力導致開路、短路或漏電,其中的故障LED指示燈將無法替換/修復。本電路可應對這樣的事故,隔離故障燈串,同時不會影響功率分配,亦不會影響其他正常運行的LED燈串。


本文所使用的技術可精確地向多個LED燈串連接的電流敏感開關輸入參考電流(IB),相應地調節LED使用壽命期間可能出現的正常和預期電子故障下的電流強度,從而在發生短路、漏電或開路時,為LED燈串的電流不平衡問題提供容錯保護,確保並聯LED燈串能夠在特定調節電流範圍內正常運行。不同於其他電路,除設計新穎巧妙外,該電路還具有簡單、成本效率高和高效的優勢,從而使該電路具備更多其他優勢。


圖1 為LED燈串電流不平衡問題提供容錯保護以確保並聯LED燈串能夠在特定調節電流範圍內正常運行的電路示意圖。
圖1 為LED燈串電流不平衡問題提供容錯保護以確保並聯LED燈串能夠在特定調節電流範圍內正常運行的電路示意圖。


該電路由三個LED燈串組成:S1、S2和S3。每個LED燈串都擁有三個連接至以MOSFET/BJT為基礎的流入式?流槽 (constant current sink,CCS)的串聯3W白光LED指示燈。流入各LED燈串的電流(IC1...IC3)由?定電流IB決定,產生的電壓VGS被同時施加到所有MOSFET的柵極。?定電流IB將柵源電壓VGS設定為T4、T7及T10。當通過R5的電位降至600mV,T3(僅考慮第一個LED燈串)會限制流經電流槽的電流,從而降低柵極驅動。


將T5並聯至T3即可讓各?流槽具備另一功能。通常,在漏極電壓上升至接近Vcc之前,T5會保持斷開狀態,從而產生足夠的電壓,通過R6推動T5進入飽和狀態,然後通過柵極接地切斷MOSFET電源。


R*的位置控制T1、T2以及(R1+R*)周圍配置的壓控電流源(VCCS)中的?定電流(IB)強度,進而產生適當的VGS來驅動MOSFETS,同時還具備類比電流調光功能。圖中的Ref節點作為緊急關斷裝置,藉由施加接近Vcc的電壓來禁用所有LED燈串,從而使?定電流IB為零。


IB = (Vcc-Ve)/(R1+R*)


性能:基於既定的元件值,正常的燈串電流一般設定在1A左右。可以看到,最糟糕情況下的電流通常也在1A左右,除非在發生嚴重漏電、短路或開路時,燈串電流降至幾毫安培或可忽略不計的程度。基於既定的元件值,IB的取值範圍為0.4~1.4mA。如果需要,可通過適當降低檢測電阻R5來提升燈串電流。LED指示燈和功率MOSFET必須安裝在合適的散熱器/金屬芯PCB上,以避免熱失控。


防止短路:如果燈串中任意LED指示燈發生短路,SSL仍可繼續正常運行,但如果整個燈串發生短路,MOSFET漏極電位可能增至Vcc,在這種情況下,相應的MOSFET將被禁用,迫使漏極電流降為零。


防止LED漏電:如果燈串中任意LED指示燈發生漏電,SSL仍可繼續正常運行,但如果整個燈串發生漏電,MOSFET漏極電位可能增至Vcc,在這種情況下,相應的MOSFET將被禁用,迫使漏極電流降為零。





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