如何通过简单电路设计防止开放式LED故障

如何通过简单电路设计防止开放式LED故障

要想保证LED串的亮度稳定，首先须使其驱动电流稳定。人们通常使用升压转换器(boost converter)将电压升压来使LED偏置并导通。调节LED串电流的典型方法，是增加一个与LED串联的检测电阻器并将其两端的电压作为脉冲宽度调节器(PWM)控制器的回馈输入。如果串联LED中的某个LED或是某段导线发生故障，则电路就会呈断路负载的状况。

在这种情况下，电流检测电阻两端的电压下降到零，当透过增加 PWM 导通时间来提升输出电压失败的时候，控制电路响应将尝试增加 LED 电流。在大多数的案例中输出电压会急剧飙升，直到输出电容、二极管和/或功率 FET 超过所能负荷而被损毁。使用图1所示简单的过压保护电路就可以避免出现这种情况。

该升压电路通过电阻 R14 测量 LED 电流并实施电流模式控制。该电路把输出电压提升到 30V 以上，以 0.35A 的调节电流驱动 10个 LED。设计人员常常会添加串联电阻R9 ，利用它来测量并验证回馈环路的稳定性。在实际应用中，可能会用零欧姆电阻替代这个电阻。图1中给出的断路保护电路采用了R9，它与齐纳二极管(Zener diode) D2 一起提供了更多的功能。

图1.一个简单的 LED 驱动器过压保护电路

在正常工作情况中，LED 电流取决于 0.26V 的 PWM 控制器内部参考电压除以 R14 电阻的值。由于 R14 两端的压降在正常工作条件下将一直保持在 0.26V，因此在 R5 和 R9 串联电阻的两端没有压降。R5 与 R9 之和将用来设定环路增益而不影响输出电流调整点。D2 这时没有导通，因为它被特意设置为比正常输出电压高 20%。

当断路 LED 发生故障时，D2、R9 和 R14 成为输出两端的负载。控制器会迫使输出电压升高，直到输出电压达到约 36V 为止。D2 开始导通，使电流通过 R9 和 R14 流向接地，从而把 TP1 上的感应电压提升到 0.26V。如此一来，这就向控制器提供了一个必不可少的回馈电压。

当输出调整到 36V 左右，源电流等于 0.26V除以 51 欧姆(约等于 5mA)，这使 D2 上的功率降至最低。如果将 D2 直接接到 LED 串的两端，在断路期间的总输出电流将流经 D2，如果 D2 无力承受这样大的功率则会立即被烧毁。

图2显示了断路测试时的 LED 电流和升压转换器的输出电压。LED 电流立即从 0.35A 下降到 0A，继而输出电压升高。齐纳二极管一旦达到 36V 的钳位电压，齐纳电流随即产生，调节过程也重新确立，输出电压将保持在 36V。由于控制回路的响应时间问题，在转换期间输出电压会出现轻微的过冲。

图2.开放式 LED 测试提供了一个受控的输出电压