在各種室內(nèi)，室外和汽車固態(tài)照明應用中越來越多地使用LED燈串，正在關注確保可靠性和安全性的需求。防止瞬變和過壓/欠壓條件造成的損壞是解決方案的一部分。另一個方面是設計燈具，使得如果一個設備發(fā)生故障并打開電路，系統(tǒng)可以補償并保持令人滿意的光輸出。

雖然戶外應用特別容易受到影響，但在汽車領域的電路保護是一個安全關鍵問題。最佳解決方案在很大程度上取決于所選擇的拓撲結構，以及最合適的LED驅(qū)動器的選擇，其本身可能取決于應用的性質(zhì)。

本文將概述一些可用的設備和拓撲選項。它將進一步考慮LED驅(qū)動器制造商所做的努力，以結合防止破壞性條件的功能，并確保使用開路和短路LED串繼續(xù)安全操作。

將特別參考德州儀器（TI），凌力爾特公司和安森美半導體提供的眾多驅(qū)動器。具體部件包括TI的LM3431和LM3466線性電流控制器，Linear的LT3795/6 DC/DC LED驅(qū)動器和ON Semi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Littelfuse開放式LED保護設備的最新產(chǎn)品。

易受浪涌影響

固態(tài)照明的一個關鍵吸引力在于LED促進了外形尺寸的靈活性，尤其是將多個LED連接成串的能力。 LED燈串廣泛用于各種照明應用領域，從家庭消費者到零售，建筑和汽車。雖然與一些替代照明技術相比相對堅固，但LED易受ESD，EMI和閃電引起的浪涌和瞬變的影響。由于LED串聯(lián)連接，保護整個設計的需要是至關重要的，以避免一個開路故障LED關閉燈串中所有LED的不可接受的情況。

通常，設計人員選擇恒定電流而不是而不是恒定電壓陣列，因為它更有效，特別是對于串聯(lián)連接的LED。無論輸入電壓或LED正向電壓如何，恒流LED串確保沿著串的亮度相同。

在這種情況下，可以指定恒流LED驅(qū)動器，其設計僅能夠驅(qū)動特定范圍內(nèi)的電壓。選擇正確的LED驅(qū)動器取決于應用的拓撲和要求。

圖1：恒流，基于升壓的電流控制器，如安森美半導體的NCV7680，用于驅(qū)動和保護汽車后照燈和其他車載應用中的LED燈串。

如果在規(guī)格階段，設計人員不確定燈具需要什么電壓，通用輸入電壓驅(qū)動器可能是解決方案。既不經(jīng)濟也不高效，這種解決方案提供了靈活性，因為它設計適合高輸入電壓和高輸入電流設計。

對于通常并行連接的多個字符串，需要一個多通道驅(qū)動程序。真正的多通道驅(qū)動器將獨立于其他輸出調(diào)節(jié)每個通道（串）。這種設計風格允許每個通道結合其自身的電流調(diào)節(jié)和/或故障保護。此外，對通道進行分組的能力允許LED開關略微交錯，從而最大限度地減少開關瞬態(tài)和EMI。

Boost最佳

在許多應用中，包括汽車設計，提升基于恒定電流的驅(qū)動器是優(yōu)選的，并且防止短路特別重要。越來越多的升壓拓撲結構正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的SEPIC（單端初級電感轉(zhuǎn)換器）設計，這種設計既昂貴又復雜。但是，某些設備可以配置為多種模式，從而提供額外的靈活性。高度集成的現(xiàn)代驅(qū)動器提供頻率控制和分階段調(diào)光等復雜功能，并提供針對惡劣條件的卓越保護。開關模式升壓轉(zhuǎn)換器可與線性低壓差（LDO）穩(wěn)壓器結合使用，以精確控制每個LED串。

一個有趣的例子是德州儀器（TI）LM3431 3通道線性電流控制器，結合升壓開關控制器。這款符合Q1標準的汽車級設備非常適合驅(qū)動多串LED背光板，例如儀表板和其他空間至關重要的應用。該器件驅(qū)動三個外部NPN晶體管或MOSFET，為三個LED串提供高精度恒定電流。輸出電流可調(diào)，以驅(qū)動超過200 mA的串。該器件可配置為驅(qū)動多達六個LED串。

升壓控制器驅(qū)動一個外部NFET開關，用于從5到36 V之間的輸入電壓進行升壓調(diào)節(jié)。其他保護功能包括LED短路和開路保護，故障延遲/錯誤標記，逐周期IC和LED陣列的電流限制和熱關斷。

對于通用多串LED照明應用，TI的LM3466還支持恒流拓撲。憑借寬輸入電壓范圍，它可以驅(qū)動多個20個LED串，最高可達每串70 V.即使每個串的正向電壓不同，器件也會自動平衡每個有效LED串的電流。如果在運行期間任何LED燈串打開，LM3466會自動平衡通過所有剩余有效LED燈串的電源電流。因此，即使某些LED燈串在運行期間打開，照明系統(tǒng)的整體亮度也會保持不變。

驅(qū)動器集成了70 V 1.5 A N溝道MOSFET，電流限制為2.06 A.模塊化設計意味著只需添加一個電阻和電容即可添加額外的LED燈串。重要的是，該器件具有欠壓鎖定，故障報告，熱閂鎖和熱關斷保護功能。作為純粹的線性器件，EMI被最小化。

多模式

凌力爾特公司是基于升壓的驅(qū)動器架構的倡導者，特別是用于汽車設計的串聯(lián)LED串，通常標稱電壓為13.8 V或降低。提供強大的短路保護是該公司LT3795升壓型DC/DC LED驅(qū)動器的關鍵特性。該器件可配置為升壓，降壓 - 升壓，SEPIC和降壓模式架構。

保護功能包括帶有'OpenLED'標志的可編程開路LED保護，帶有'ShortLED'標志的短路保護，以及帶滯后的可編程欠壓鎖定。

該設備實際上可以調(diào)節(jié)一個常數(shù)電流或恒定電壓。它的輸入電壓范圍為4.5至100 V.工作時，器件采用內(nèi)部穩(wěn)壓7.7 V電源驅(qū)動低端外部N溝道MOSFET。可以激活擴頻調(diào)頻以改善EMC。

該系列的另一部分LT3796具有相同的LED電路保護功能，可提供6至100 V的輸入電壓范圍。單獨的高端放大器可通過兩個電阻進行增益配置，并可用于調(diào)節(jié)第二個電流或電壓。請參見下面的圖2.

圖2：LT3796配置為升壓轉(zhuǎn)換器，可在寬輸入范圍內(nèi)驅(qū)動34 W LED串。 LED電流在低輸入電壓時降低，以防止外部電源組件過熱。前端電流檢測放大器通過將輸入電流轉(zhuǎn)換為CSOUT引腳上的電壓信號來監(jiān)控輸入電流。 FB1引腳上的電阻網(wǎng)絡提供OpenLED保護，可以限制輸出電壓，防止ISP引腳，ISN引腳和多個外部元件超過其最大額定值。

符合汽車標準的

安森美半導體提供各種LED燈串控制器和驅(qū)動器。專門針對汽車應用的新器件是符合AEC-Q100標準的NCV7691電流控制器或預驅(qū)動器。針對汽車后組合燈，中央高位剎車燈和日間行車燈，它可以驅(qū)動多個琴弦，具有PWM和診斷功能，以及電池連接和負溫度系數(shù)（NTC）輸入。

開路LED串和短路診斷功能可確保維持運行可靠性。通過將FLTS引腳連接在一起，可以在檢測到錯誤時關閉多個設備。在過壓條件下，回退功率限制會降低驅(qū)動電流。該器件使用外部雙極晶體管和反饋電阻來精確調(diào)節(jié)LED驅(qū)動器電流。最多可同時驅(qū)動八個LED燈串。

與此同時，NCV7680是該公司現(xiàn)有的LED串驅(qū)動器，具有類似的功能，針對相同的應用。它由8個線性可編程恒流源組成，每通道驅(qū)動輸出高達75 mA。 PWM是可選的。當不使用外部FET時，該器件對低電流應用非常有用。

NSI45025 45 V，25 mA線性恒流穩(wěn)壓器也是汽車級認證的，但更簡單，更經(jīng)濟的解決方案。它基于自偏置晶體管技術，可在很寬的電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電流，可在短時間內(nèi)處理高達45 V的電壓。它采用負溫度系數(shù)設計，可在極端電壓和電流下保護LED免受熱失控。

恒定電流調(diào)節(jié)器包含在一個耐熱的封裝中，可立即開啟，僅為0.5 V時調(diào)節(jié)率為25％。它不需要外部元件，可以設計為高或低旁邊的監(jiān)管機構。高陽極 - 陰極額定電壓可承受汽車，工業(yè)和商業(yè)標牌應用中常見的浪涌。此外，還提供更高的輸出電流和更嚴格的電流容差版本。

替代方法

Littelfuse提供了一種在LED串中提供開路保護的替代方法，其PLEDxUx單向串聯(lián)開路LED保護器。 PLED設備并聯(lián)連接在每個LED上，或者每兩個或三個LED串聯(lián)連接。 PLEDxUx系列器件與1 W LED兼容，標稱值為3 V時350 mA。

在工作時，PLED在串中的任何單個LED作為開路故障時提供備用電流路徑。它不是提供對浪涌和瞬態(tài)事件的保護，而是減輕單LED故障的影響。它還提供反向電池/電源極性保護，以實現(xiàn)更高的LED可靠性。

用于驅(qū)動串的典型恒流源具有最大（開路）輸出特性電壓，稱為“順從電壓”，將出現(xiàn)在串中未能打開的任何LED上。該事件觸發(fā)相關的PLED設備打開并保持通過LED串的其余部分的電流。通過設計合理的LED燈串，單個LED的故障并不重要，甚至很少引人注意。

PLED非常適合要求高可靠性和低維護的戶外應用。典型應用包括街道，地鐵，跑道和隧道照明，以及汽車前燈，路邊警示燈和標牌。

系列中的設備包括9 V（工作電壓），18 V（鉗位電壓）PLED9US單向LED保護器和PLED13US，用于13 V（工作電壓），26 V（鉗位電壓）應用。

結論

串聯(lián)的LED越來越受歡迎廣泛的應用，從熒光燈管替換到大屏幕背光，到汽車后組合燈和儀表板儀表板。保護這些串不受開路或短路故障的影響至關重要。解決方案取決于拓撲結構。本文介紹了許多使用恒流控制器和基于升壓的LED驅(qū)動器以及獨立的分立保護器件的方法。