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以单个电流环路驱动多串LED

Mark Scholten?? 安森美半导体高级应用工程师?? 2011年03月15日 ?? 收藏0

  众所周知,LED最好以恒流源来驱动。就要求较小电流的LED应用而言,线性驱动方案用起来就不错。但在LED要求更大电流时,就需要开关电源设计了。如果应用中仅有一个LED串工作,控制就很简单直接。但如果有多串LED,控制就变得复杂。例如,需要顾及的一项因素是:如果多串LED中的某串LED开路该怎么办。如果使用电流模式控制,那么一般情况下,原本流经开路的那串LED的电流这时就被迫分流到余下的LED串中,增大了这些LED串的电流,并缩短其使用寿命,而这种状况并非好事。本篇设计注释将介绍一种自动检测LED串开路并作相应调整的方法。

  通常以恒流模式使用开关稳压器时,LED串底部的小感测电阻会测量得电流,然后这感测电阻的电压反馈至稳压器的控制环路。但如果有多串LED,那么设计人员该如何控制环路呢?某些设计人员在所有LED串的底部使用一颗感测电阻,但这样就产生前面提到的LED串开路问题。其它设计人员则为每个LED配设齐纳箝位器件,这种方法当然有效,但成本高昂,因为每个LED都需要一个齐纳器件。还有些设计人员为每串LED使用单独的开关稳压器及控制环路,这种方法也使成本变得高昂。

  不同于为各串LED使用多个控制环路,我们可以通过在每串LED底部增加一个感测电阻,仅使用一个控制环路。然后给感测电阻增设一些PNP晶体管,而这些PNP晶体管的集电极连接在一起,进而传送至控制环路。还增加单独的NPN晶体管来与PNP晶体管的基极串联,从而 在PNP晶体管处于反向偏置时断开电流通道。在LED串开路时,会出现这种反向偏置工作;而 PNP晶体管的集电极上有反馈电压时,其射极结会被拉至地电平(图1)。

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图1

????????? 图1,NCP3063框图。

  当电流流过LED串时,NPN晶体管导通,相应地将PNP晶体管的基极电阻拉至地电平,使其导通。这些PNP晶体管的输出连在一起,并传送至开关稳压器的反馈。如果两个PNP晶体管都导通,两个感测电阻基本上就是并联,提示环路它需要足够的电流来驱动两个LED串(图2)。

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????????????????????????图2,基于NCP3063单个电流环路驱动多串LED。

  这种方案的妙处在于:如果某LED串因某些原因而开路,流过余下LED串的电流仍然保持恒定。用于开路的LED串的PNP及NPN晶体管自动关闭,从环路移除了这串LED的反馈电压。开关稳压器的总输出电流将下降,但余下LED串的电流仍将保持恒定。

  这种方案的优势是:实际上没有限制在并联上可以增加LED串的数量。多串LED之间的电流差异将主要取决于LED本身的正向压降。但即使存在正向压降差异,统计显示,随着LED串长度增加,这些差异将迅速地向平均正向压降收敛(converge)。其它差异因素包括感测电阻容限及PNP晶体管饱和电压。但在实际的实验室测量中,这些因素已经被证明很轻微,而且人眼肯定不会感测到。


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恒流源? LED串? NCP3060?

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