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LED串保護，防止短路和開路

在大范圍的室內，室外和汽車固態照明應用中越來越多地使用的LED串的重點是需要注意，以確保可靠性和安全性。防止損害瞬變和過壓/欠壓條件是解決方案的一部分。另一個方面是設計的照明裝置，這樣，如果一個設備發生故障，并打開電路，系統可以補償并保持令人滿意的光輸出。

雖然室外應用特別脆弱，在汽車領域的電路保護是一個安全關鍵的問題。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驅動器，其本身可以依賴于應用程序的性質。

本文將概述一些的許多設備和拓撲可供選擇。它會進一步考慮由LED驅動器制造商生產的，其中包含了防止破壞性條件的功能和確保與開路和短路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驅動器和安森美半導體的NCV7680電流控制器，針對汽車和通用照明。

最后，本文將重點介紹最新的來自Littelfuse的LED開路保護裝置的PLED范圍。

易受浪涌

固態照明的一個關鍵的吸引力是外形由LED燈容易，特別是連接多個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域，從國內消費者通過零售，建筑和汽車。雖然比較堅固相比有些另類的照明技術，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。隨著串聯的LED，需要保護的整個設計是至關重要的，以避免不可接受的狀況，其中一個開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，特別是對串聯連接的發光二極管。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，一個恒定電流LED驅動器可以被指定，這是通過設計僅能夠在特定范圍內的驅動電壓。選擇合適的LED驅動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，用于驅動和保護在汽車后照明等車內應用的LED串。

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

多個字符串，通常并聯連接，一個多通道驅動器是必需的。一個真正的多通道驅動器將調節每個通道獨立于其它輸出(串)。設計的這個樣式允許每個信道，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，從而最大限度地減少開關瞬態和EMI。

升壓是最好的

在許多應用中，包括汽車設計中，升壓基于恒流驅動是優選的，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配置，提供額外的靈活性。高度集成化，現代化的驅動程序提供先進的功能，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。開關模式升壓轉換器可以與線性低壓降(LDO)穩壓器為每串LED的精確控制相結合。

一個有趣的例子是德州儀器LM3431 3通道線性電流控制器，結合一個升壓切換控制器。這Q1汽車級器件非常適用于驅動多串LED背光源面板，如儀表盤，以及其他應用的空間是至關重要的。該器件驅動三個外部NPN晶體管或MOSFET能夠提供高精度恒流三個LED串。輸出電流進行調節來驅動弦超過200毫安。該裝置可以被配置為驅動多達六個LED串。

升壓控制器驅動5和36 V.其它保護功能之間的外部NFET開關升壓調節從輸入電壓包括LED短路和開路保護，故障延遲/錯誤標記，逐周期電流限制和熱關斷為在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，它可以驅動多個20 LED串最多的的70V每串。該裝置自動平衡每個活動LED串的電流，即使每個串的正向電壓是不同的。如果有任何LED串操作過程中打開時，LM3466自動平衡的供電電流通過所有剩余活動的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。

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額外的LED串可以通過簡單地增加一個電阻和電容被添加。重要的是，該器件具有欠壓鎖定，故障申告，熱鎖斷和熱關斷保護。作為一個純粹的線性器件，電磁干擾最小化。

多模

凌力爾特的升壓型驅動器架構的倡導者，特別是對串聯的LED在汽車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的一個關鍵特性的LED驅動器。該器件可在升壓，降壓 - 升壓，SEPIC和降壓模式架構進行配置。

保護功能包括可編程LED開路保護，“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，設備驅動從內部穩壓7.7 V電源一個低端外部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，LT3796，提供了一個6到100伏的輸入電壓范圍。一個單獨的高側放大是用兩個電阻增益配置的，并且可以用于調節第二電流或電壓。見圖2所示。

凌力爾特的LT3796圖的圖像

圖2：配置為升壓轉換器來驅動34 W精品LT3796 LED從一個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熱。前端電流檢測放大器監視輸入電流通過轉換輸入電流的電壓信號在CSOUT銷。電阻網絡的FB1引腳提供OPENLED保護，這限制了輸出電壓，并防止ISP引腳，ISN銷和幾個外部組件從超出其最大額定值。

汽車合格

安森美半導體提供多種控制器和LED串驅動器。新設備專為汽車應用的AEC-Q100資格NCV7691電流控制器和預驅動器。針對汽車后組合燈，中央高位剎車燈和日間行車燈，它驅動多串，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LED串和短路診斷功能確保操作的可靠性得到保持。由FLTS銷連接在一起，多個設備的情況下可以檢測到錯誤的被關閉。挫折功率限值降低了在過壓條件下的驅動電流。該器件采用外部雙極晶體管和反饋電阻，以精確地調節LED驅動電流。多達八個LED串可同時被驅動。

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

同時符合汽車行業標準，但更簡單，更經濟的解決方案，是NSI45025 45 V 25毫安，線性恒流穩壓器。基于自偏置晶體管技術，它調節電流過電壓范圍寬，處理高達45 V的持續時間短。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。高陽極 - 陰極電壓額定值可承受汽車，工業和商業標志應用中常見的電壓浪涌。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串提供開路保護是Littelfuse提供，其PLEDxUx單向系列LED開路保護器。 PLED設備連接在橫過每個LED或在串聯串每兩個或三個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在一個串中的任何單個LED失效為開路。而不是提供保護，防止浪涌和瞬態事件，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。

一個典型的恒流源用于驅動一個串具有最大(開路)輸出特性伏年齡，稱為“兼容電壓”，將出現跨越任何失敗打開串中的LED。這一事件三角函數 - 熱爾相關的PLED設備打開，并通過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外應用。典型的應用包括街道，地鐵，機場跑道和隧道照明，以及汽車前燈，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

串聯連接的LED是在寬范圍的應用越來越普及，從熒光管替換，以大屏幕背光汽車的后部組合燈和儀表板儀表板。從開路或短路故障保護這些字符串是至關重要的。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驅動器，以及獨立的，離散的保護裝置的方法。