用监控开关模式占空比的方法诊断LED

2009年08月10日 10:08    贾延安
关键词: LED , 开关 , 模式 , 诊断
工程师们一般通过监控HB LED(高亮度发光二极管)的正向电压VF来判断LED的好坏。正向电压的大幅变化可能表明一只或一串LED有品质退化,或完全损坏。对于多只串联的LED,其正向电压之和可以达到40V以上,如果电压不是以地为基准,则需要差动测量。除了大电压和差动测量的挑战以外,HB LED经常采用PWM(脉冲宽度调制)作调光。如果这样,就不能在低PWM占空比期间测出正向电压,因为此时LED不发光,不存在正向电压。对于一个驱动三只串联LED的迟滞降压LED驱动器,必须在Dim脚为高时,测量连接串的正负极间电压。



图1对于驱动三支串联LED的迟滞降压LED驱动器必须测量当Dim脚为高时的正负极电压。


  为避免差动高电压测量的要求,可以采取在DRV脚直接测量占空比的方法。对此款LED驱动器,对LED串正向电压的一阶估算为 VF=D×VIN,其中D是IC开关模式部分产生的内部占空比;不要将此占空比与Dim脚相混淆。将驱动信号参考到大地,并将其限制在5V供电电压 VCC。这种情况允许采用低压ADC比较器,此时LED驱动器的VCC输出(最大10 mA)可为之提供电能。



图2在图1电路中增加这个比较器电路可以检测出短路的LED。


  图2表示如何用一支比较器帮助检测一个短路LED。滤波器R1C1 将驱动器的交流PWM信号转换为一个直流电压VD,它与D×VCC成正比。应在VD值大于90%的可能稳定值时对其采样;这个采样需要至少2.3R1C1 的周期。由于比较器LE(锁存使能)为低时锁存输出,LE的生效不应早于Dim脚变高以后的2.3R1C1时间。R2、C2和D2确保LE在Dim变为低时立即失效。
R2C2的值大于R1C1值,因此当输入信号达到其至少90%的稳态值时,比较器使能。Dim脚为低后,D2立即使C2放电,LED一旦熄灭就锁存输出。



图 3,对于一个12V输入电压和三支串联LED的系统,LED正向电压大约为3V(a),过滤的驱动信号(绿色)稳定在大约D×VCC= (9V/12V)5V=3.75V。当过滤的Dim信号(黄色)低于2.5V时比较器锁存,于是比较器在约100μs后开始解析过滤的驱动器信号。显然,当比较器有效时,VD高于阈值基准电压(红色)。当一支LED出现短路后(b),VD稳定在大约(6V/12V)5V=2.5V,不再大于阈值电压。

  由于基准电压低于D×VIN,比较器输出一般为低。如果一支LED因故障而短路,则其正向电压下跌,造成驱动器的占空比下降。于是VD 跌至低于基准电压,使比较器输出为高,表示有一个短路的LED。由于当Dim脚为低时输出被锁存,即使LED断电,故障信号也能一直维持。图3是正常工作情况与有一只短路LED情况下,过滤Dim脚与驱动器的信号。

  对于一个12V输入电压和三只LED串联的系统,LED的正向电压大约为3V(图3a),过滤的驱动器信号(绿色)稳定在大约D×VCC=(9V/12V)5V=3.75V。当过滤的Dim信号(黄色)低于2.5V时比较器锁存,因此比较器在大约100μs后开始解析过滤的驱动器信号。显然,当比较器激活时,VD高于阈值基准电压(红色)。当一支LED短路后(图 3b),VD稳定在大约(6V/12V)5V=2.5V,不再高出阈值电压。这种情况使比较器输出为高,表示有一支LED已短路。

  滤波器常数的选择取决于多个参数。截止频率应足够低,以正确地过滤已足够小的驱动器信号,使过滤后的信号能稳定在接近于最短调光脉冲内可实现的稳态值。此电路可以方便地调整用于检测开路LED。当一支LED损坏并停止传导电流时,Dim脚为高时驱动器占空比达到100%。那么,如果交换比较器的输入连接,使基准电压略低于VCC,则LED开路时比较器的输出为高。
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