LED串保护，防止短路和开路

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LED串保护，防止短路和开路

在大范围的室内，室外和汽车固态照明应用中越来越多地使用的LED串的重点是需要注意，以确保可靠性和安全性。防止损害瞬变和过压/欠压条件是解决方案的一部分。另一个方面是设计的照明装置，这样，如果一个设备发生故障，并打开电路，系统可以补偿并保持令人满意的光输出。

虽然室外应用特别脆弱，在汽车领域的电路保护是一个安全关键的问题。最佳的解决方案将在很大程度上取决于所选择的拓扑结构，并且选择最适当的LED驱动器，其本身可以依赖于应用程序的性质。

本文将概述一些的许多设备和拓扑可供选择。它会进一步考虑由LED驱动器制造商生产的，其中包含了防止破坏性条件的功能和确保与开路和短路LED串继续安全运行的努力。

具体将参考了多项广泛德州仪器，凌特和安森美半导体提供的驱动程序。具体的部件包括TI的LM3431和LM3466线性电流控制器，线性的LT3795 / 6 DC / DC LED驱动器和安森美半导体的NCV7680电流控制器，针对汽车和通用照明。

最后，本文将重点介绍最新的来自Littelfuse的LED开路保护装置的PLED范围。

易受浪涌

固态照明的一个关键的吸引力是外形由LED灯容易，特别是连接多个LED串入的能力的灵活性。 LED串被广泛地用于一系列照明应用领域，从国内消费者通过零售，建筑和汽车。虽然比较坚固相比有些另类的照明技术，LED灯很容易受到静电放电，电磁干扰和雷电感应浪涌和瞬变。随着串联的LED，需要保护的整个设计是至关重要的，以避免不可接受的状况，其中一个开放式故障指示灯熄灭字符串中的所有指示灯。

通常情况下，设计人员选择的恒定电流，而不是恒定电压阵列，因为它是更有效的，特别是对串联连接的发光二极管。恒定电流的LED串确保亮度是沿着串相同，而不管输入电压或LED正向电压。

在这种情况下，一个恒定电流LED驱动器可以被指定，这是通过设计仅能够在特定范围内的驱动电压。选择合适的LED驱动器将取决于拓扑和应用的需求。

NCV7680由安森美半导体图像

图1：恒流，提高为基础的电流控制器，如NCV7680安森美半导体，用于驱动和保护在汽车后照明等车内应用的LED串。

如果，在说明书阶段，设计者是不知道什么电压的灯具需要，通用输入电压驱动器可以是溶液。既不所以经济也不一样有效，这样的解决方案提供了灵活性，因为它被设计，以适应这两个高输入电压和高输入电流的设计。

多个字符串，通常并联连接，一个多通道驱动器是必需的。一个真正的多通道驱动器将调节每个通道独立于其它输出(串)。设计的这个样式允许每个信道，其中包含其自己的电流调节和/或故障保护。此外，该能力组通道允许的LED切换到稍微错开，从而最大限度地减少开关瞬态和EMI。

升压是最好的

在许多应用中，包括汽车设计中，升压基于恒流驱动是优选的，和短路保护是特别重要的。日益，升压拓扑挑战传统SEPIC(单端初级电感转换器)的设计，其可以是昂贵的和复杂的。某些设备可以在多种模式然而来配置，提供额外的灵活性。高度集成化，现代化的驱动程序提供先进的功能，如频率控制和相控调光，以及提供卓越的保护，防止困难的情况。开关模式升压转换器可以与线性低压降(LDO)稳压器为每串LED的精确控制相结合。

一个有趣的例子是德州仪器LM3431 3通道线性电流控制器，结合一个升压切换控制器。这Q1汽车级器件非常适用于驱动多串LED背光源面板，如仪表盘，以及其他应用的空间是至关重要的。该器件驱动三个外部NPN晶体管或MOSFET能够提供高精度恒流三个LED串。输出电流进行调节来驱动弦超过200毫安。该装置可以被配置为驱动多达六个LED串。

升压控制器驱动5和36 V.其它保护功能之间的外部NFET开关升压调节从输入电压包括LED短路和开路保护，故障延迟/错误标记，逐周期电流限制和热关断为在IC和LED阵列。

对于通用的多串LED照明应用，TI公司的LM3466还支持恒定电流拓扑结构。具有宽输入电压范围内，它可以驱动多个20 LED串最多的的70V每串。该装置自动平衡每个活动LED串的电流，即使每个串的正向电压是不同的。如果有任何LED串操作过程中打开时，LM3466自动平衡的供电电流通过所有剩余活动的LED串。其结果是，照明系统的总体亮度被保持，即使一些LED串是操作期间打开。

驾驶员集成了70 V 1.5 A N沟道MOSFET的2.06 A的电流限制的模块化设计意味着额外的LED串可以通过简单地增加一个电阻和电容被添加。重要的是，该器件具有欠压锁定，故障申告，热锁断和热关断保护。作为一个纯粹的线性器件，电磁干扰最小化。

多模

凌力尔特的升压型驱动器架构的倡导者，特别是对串联的LED在汽车设计中使用的字符串，通常13.8 V或更低的额定电压。坚固的短路保护的规定是该公司的LT3795升压型DC / DC的一个关键特性的LED驱动器。该器件可在升压，降压 - 升压，SEPIC和降压模式架构进行配置。

保护功能包括可编程LED开路保护，“OPENLED'标志，短路保护，”SHORTLED'标志，和可编程欠压锁定与滞后。

该设备可以，实际上调节恒定电流或恒定电压。它具有输入电压范围为4.5至100V。在操作中，设备驱动从内部稳压7.7 V电源一个低端外部N沟道MOSFET。扩频频率调制可以被激活，以提高EMC。

另一部分在系列，以相同的LED电路保护特点，LT3796，提供了一个6到100伏的输入电压范围。一个单独的高侧放大是用两个电阻增益配置的，并且可以用于调节第二电流或电压。见图2所示。

凌力尔特的LT3796图的图像

图2：配置为升压转换器来驱动34 W精品LT3796 LED从一个宽输入范围的字符串。 LED电流降额在低输入电压，以防止外部电源部件过热。前端电流检测放大器监视输入电流通过转换输入电流的电压信号在CSOUT销。电阻网络的FB1引脚提供OPENLED保护，这限制了输出电压，并防止ISP引脚，ISN销和几个外部组件从超出其最大额定值。

汽车合格

安森美半导体提供多种控制器和LED串驱动器。新设备专为汽车应用的AEC-Q100资格NCV7691电流控制器和预驱动器。针对汽车后组合灯，中央高位刹车灯和日间行车灯，它驱动多串，并具有PWM和诊断能力，以及连接电池和负温度系数(NTC)输入。

开LED串和短路诊断功能确保操作的可靠性得到保持。由FLTS销连接在一起，多个设备的情况下可以检测到错误的被关闭。挫折功率限值降低了在过压条件下的驱动电流。该器件采用外部双极晶体管和反馈电阻，以精确地调节LED驱动电流。多达八个LED串可同时被驱动。

该NCV7680，同时，该公司现有的LED串驱动器，提供了类似的功能，并针对相同的应用程序。它由八个线性可编程恒流源，驱动输出高达每通道75毫安。 PWM是可选的。当没有外部FET使用该装置可用于低电流应用最有用的。

同时符合汽车行业标准，但更简单，更经济的解决方案，是NSI45025 45 V 25毫安，线性恒流稳压器。基于自偏置晶体管技术，它调节电流过电压范围宽，处理高达45 V的持续时间短。它被设计为具有负温度系数，以保护LED免受热失控在极端的电压和电流。

包含在热鲁棒包，恒流调节器立即接通，并在调节为25%，只有0.5V。它不需要外部元件，允许它被设计为高或低侧调节器。高阳极 - 阴极电压额定值可承受汽车，工业和商业标志应用中常见的电压浪涌。更大的输出电流和更严格的耐受电流版本也可提供。

替代方法

另一种方法在LED串提供开路保护是Littelfuse提供，其PLEDxUx单向系列LED开路保护器。 PLED设备连接在横过每个LED或在串联串每两个或三个LED平行。 PLEDxUx系列器件与1 W的LED兼容，名义上350毫安在3 V.

在操作中，PLED提供备用电流路径时在一个串中的任何单个LED失效为开路。而不是提供保护，防止浪涌和瞬态事件，它减轻了EF-fects单LED故障。它还提供了更高的LED可靠性反向电池/电源极性保护。

一个典型的恒流源用于驱动一个串具有最大(开路)输出特性伏年龄，称为“兼容电压”，将出现跨越任何失败打开串中的LED。这一事件三角函数 - 热尔相关的PLED设备打开，并通过LED串的其余部分保持CUR租金。用适当设计的LED串的lu-minaire，单个LED的失效并不严格，是很少甚至明显。

PLEDs非常适合于要求高可靠性和低维护户外应用。典型的应用包括街道，地铁，机场跑道和隧道照明，以及汽车前灯，路边的警示灯和标志。

在系列范围内的设备包括9 V(工作电压)，18 V(钳位电压)PLED9US单向指示灯保护和PLED13US，13 V(工作电压)，26 V(钳位电压)的应用程序。

结论

串联连接的LED是在宽范围的应用越来越普及，从荧光管替换，以大屏幕背光汽车的后部组合灯和仪表板仪表板。从开路或短路故障保护这些字符串是至关重要的。解决方案将取决于拓扑。本文示出了一些采用恒流控制器和提高系LED驱动器，以及独立的，离散的保护装置的方法。