运用监控开关模式占空比的方法诊断LED

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。 　　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或比较器，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。