在電器產(chǎn)品中LED越來越多地用于產(chǎn)生光，如用于液晶電視背光，替代傳統(tǒng)的冷陰極螢光燈(CCFL)。在工業(yè)及一般照明應(yīng)用中，它們逐漸替代白熾燈、緊湊型熒光燈(CFL)及高強(qiáng)度氣體放電燈。LED提供的光強(qiáng)度與流過LED的電流大小成正比;耗散的功率與電流及LED正向壓降成正比。

　　光源及功率耗散最好使用數(shù)量多、電流小的LED來分?jǐn)?，而非使用要求使用更高成本印製電路板(PCB)及額外散熱故而增加系統(tǒng)總成本的少數(shù)大功率LED。例如，在液晶顯示器(LCD)背光應(yīng)用中，白光LED均衡地分佈在LCD的一側(cè)或不同側(cè)。而在LED燈具中，為數(shù)眾多的LED提供更加散射的照明，并在PCB和散熱片上提供更佳的散熱?；诖藘身椑碛?，使用大量LED的途徑就很常見了。

　　驅(qū)動一串LED而非并列的多顆LED，提供固有的電流匹配及更少的互連端子。在某串LED斷開連接的情況下，整串LED的照明將完全停止。因此，更佳的舉措是引入某些冗余，并且最少包含并聯(lián)的兩串LED。由此帶來的效應(yīng)是偏置LED的陽極電壓降低，可以提升安全性。

　　另一方面，多串配置提供一致的光輸出要求電流匹配。不同LED串的正向壓降特性可能略有不同，需要予以監(jiān)測，因為在使用線性驅(qū)動器時可能會導(dǎo)致過多的熱耗散。驅(qū)動器電路檢測LED開路及LED短路故障條件并持續(xù)工作至關(guān)重要。

　　帶升壓轉(zhuǎn)換器及線性驅(qū)動器的24V DC電源

　　傳統(tǒng)上電視機(jī)包含提供24 VDC的開關(guān)電源(SMPS)。相同的電源如今可以連接至直流-直流(DC-DC)升壓轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生正向偏置長LED串所要求的高壓，範(fàn)圍介于80 V與200 V之間。升壓轉(zhuǎn)換器包含脈波寬度調(diào)變(PWM)控制器，如安森美半導(dǎo)體的UC3843或NCP1252。然后，使用線性LED控制器來對多串LED電流進(jìn)行穩(wěn)流，并為升壓轉(zhuǎn)換器提供回饋，從而將陽極電壓自動調(diào)節(jié)至盡可能地低，以將線性LED驅(qū)動器的功率耗散降至最低(如圖1所示)。工作期間可能出現(xiàn)幾種故障，需要由控制器來處理。常見問題包括LED通道開路及LED通道短路。

　　LED開路保護(hù)

　　在過壓或LED串變?yōu)殚_路的情況下，升壓轉(zhuǎn)換器將增加陽極電壓(VOUT)，此時陽極電壓在試圖為流過LED通道的電流穩(wěn)流。峰值陽極電壓必須限制為安全值，即「LED開路電壓」，從而避免因超過定格電壓而損壞升壓電路及其輸出電容或線性驅(qū)動器。

　　檢測LED開路故障的一種方式是將陽極端子連至分壓電阻(Ra, Rb)，并將中點連接至低壓比較器(OCA輸入)，如圖1所示。一旦陽極電壓達(dá)到LED開路電壓，LED驅(qū)動器就可以通過檢測出陰極被穩(wěn)流器電路下拉至地電平，識別出LED通道開路。然后，電源可以關(guān)閉及忽略開路的通道，直到系統(tǒng)重啟或DC-DC升壓電路關(guān)閉。通過使用開漏極輸出標(biāo)記(OPEN)，LED開路故障被報告給系統(tǒng)(見圖2波形)。LED開路電壓可以設(shè)定為比跟LED最大正向壓降(低環(huán)境溫度條件下)對應(yīng)的最大陽極電壓高10%或20%。

　　LED短路保護(hù)

　　在某些異常情況下，某些LED可能短路，或者LED串陽極-陰極端子可能碰巧連至一起，這導(dǎo)致陰極電壓升高(位于LEDx接腳)，可能導(dǎo)致驅(qū)動器電路中耗散過多熱量。為了減少功率耗散，一種選擇是減小LED電流，直到短路狀況消失。LED正向壓降不匹配也可能觸發(fā)LED短路故障。出現(xiàn)這種狀況的條件是陰極電壓上升，一旦陰極電壓超過極限，即觸發(fā)故障?？梢允褂瞄_漏極輸出標(biāo)記(SHORT)來將此故障報告給系統(tǒng)。驅(qū)動器電路的功率耗散(PD)可以這樣計算：PD =ΣVLEDx x ILEDx，其中，VLEDx是陰極電壓，ILEDx是各通道的LED電流。

　　調(diào)光方法

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　　調(diào)光方法

　　調(diào)光是一項重要功能，令使用者可以透過改變LED電流來調(diào)節(jié)亮度或發(fā)光率。有兩種調(diào)光方法：或是使用脈波寬度調(diào)變(PWM)，或是類比輸入訊號。PWM調(diào)光透過將LED通道反復(fù)導(dǎo)通或關(guān)閉來調(diào)節(jié)LED電流，使平均LED電流與工作週期(duty cycle) 成正比。例如，100 mA額定電流5%的工作週期相當(dāng)于5 mA平均電流。為了不滋生視覺閃爍，PWM頻率應(yīng)當(dāng)最少為100 Hz，通常為約300 Hz。較低的PWM頻率支持更高的調(diào)光解析度，特別是在工作週期較低時。PWM調(diào)光的一項優(yōu)勢是它維持LED色彩。類比調(diào)光基于類比電壓(ANLG輸入)控制調(diào)光;類比電壓確定了與電壓直接成正比的電流值。若有需要，這兩種方法可以同時使用。

　　解決方案

　　安森美半導(dǎo)體的CAT4026 6通道LED控制器提供了整合方案，不僅為多個高壓LED串穩(wěn)流，同時還監(jiān)控這些LED串，且支援故障診斷。每個LED通道採用外部雙極功率電晶體(Q1至Q6)來穩(wěn)流(參見圖3中的應(yīng)用電路)。電晶體經(jīng)由串列電阻接地，從而透過將其電壓(RSET接腳)調(diào)節(jié)至1 V來控制電流。電晶體也連接至LED陰極，可能會經(jīng)受高電壓，應(yīng)當(dāng)能夠在LED短路故障情況下應(yīng)對最大陽極電壓。電晶體定格電壓非常重要。粗略估計電晶體功率耗散的一種好方法是用LED電流乘以電晶體集電極至發(fā)射極電壓。在選擇封裝類型及進(jìn)行顧及到散熱的印製電路板(PCB)布線設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮到最壞情況。

　　陽極電壓由LED控制器提供回饋給DC-DC轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)系統(tǒng)自動確定。CAT4026透過VCS接腳識別出最高正向壓降的LED串或是最低陰極電壓。一旦最低陰極電壓處于額定裕量(headroom)電壓範(fàn)圍，升壓轉(zhuǎn)換器就抵達(dá)正常工作。由于所有LED通道都連接至相同的陽極電壓，如果某一串LED開路或斷開連接，其它串將遭受更高的陰極電壓，導(dǎo)致電晶體耗散一些功率。所有工作的LED通道的電流由外部電阻單獨設(shè)定(如圖3所示)，相應(yīng)地ILEDx = 1V / Rx。

　　CAT4026 VCS接腳透過二極體-或(diode-OR)網(wǎng)路感測最低陰極電壓(LO-SENSE)，增加了0.6 V的二極體壓降。當(dāng)OCA接腳電壓到達(dá)1 V時，就開始LED開路檢測，然后開路的通道陰極下拉至地電平。LED短路事件透過SCA接腳來檢測，其方式是透過diode-OR網(wǎng)路來感測最高陰極電壓(HI-SENSE)。齊納二極體(ZvSCA)支持調(diào)節(jié)LED短路閾值電壓。

　　CAT4026控制及確保多達(dá)6個LED串的緊密匹配。對于少于6串的應(yīng)用而言，未使用的通道接腳保持為不連接狀態(tài)。對于超過6串的應(yīng)用而言，可以并列連接多顆CAT4026;其中一個主控制器提供回饋給電源。CAT4026採用SOIC 28接腳封裝，易于貼裝在單面PCB上。

　　結(jié)論

　　線性控制器為驅(qū)動多串LED提供了彈性的方案，功率耗散在離散電晶體而非在控制器IC之中。CAT4026控制器并不直接連接施加在LED串上的高壓，非常適合電壓高達(dá)200 V甚至更高、輸出功率達(dá)100 W或以上的長LED串應(yīng)用。