如何以单个电流环路驱动多串LED的方法

2万 · 2013-11-27 20:37

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。

中心议题：

* 自动检测LED串开路并作相应调整

解决方案：

* 在每串LED底部增加一个感测电阻，仅使用一个控制环路

* 用于开路的LED串的PNP及NPN晶体管自动关闭，从环路移除这串LED的反馈电压

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)。

图1 NCP3063框图

2万 · 2013-11-27 20:38

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)。

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。