基于異常零件溫度上升的單串升壓式LED控制IC應(yīng)用

隨著環(huán)保意識(shí)的抬頭及日益嚴(yán)苛的節(jié)能要求，在消費(fèi)型產(chǎn)品Notebook，Monitor 以及TV…等等的背光源應(yīng)用，LED 已逐漸取代冷陰極燈管CCFL的應(yīng)用。因?yàn)長(zhǎng)ED具有發(fā)光效率高耗電量少，壽命長(zhǎng)，環(huán)保無(wú)汞，導(dǎo)通電壓低安全性高.. 等等優(yōu)點(diǎn)。在照明方面，高亮度發(fā)光二極管(LED)的功效提升已經(jīng)超過(guò)白熾燈，并且能夠與線性熒光燈相媲美，且LED多彩化和可以調(diào)光的特性，可為照明空間營(yíng)造特殊氛圍，因而備受市場(chǎng)喜愛(ài)，LED取代熒光燈管已是未來(lái)的趨勢(shì)。在消費(fèi)型產(chǎn)品面板的背光源方面，面板依產(chǎn)品的應(yīng)用不同，面板尺寸也不一樣，不同的面板尺寸所需要的LED顆數(shù)都不相同，所以面板的背光源線路的設(shè)計(jì)會(huì)隨著LED電壓電流的大小，LED顆數(shù)的不同及LED燈條的結(jié)構(gòu)，而有所不同。然而最終的目的都是希望能以最精簡(jiǎn)的線路，最低價(jià)格，有最佳的特性。LED面板據(jù)燈條數(shù)目的不同，LED燈條電壓電流的不同，需要選擇最適當(dāng)?shù)腖ED 控制器應(yīng)用電路，才能達(dá)到最佳的性能。面板背光源以4個(gè)燈條為比較常用的規(guī)格，所以用一顆SOP 16 包裝4通道升壓式LED 控制IC來(lái)驅(qū)動(dòng)4個(gè)燈條看起來(lái)應(yīng)該是不錯(cuò)的解決方案，如果考慮燈條彼此LED順向?qū)妷旱牟町?，所?dǎo)致的消耗功率所產(chǎn)生熱的問(wèn)題，或者在LED顆粒損壞短路，造成燈條彼此LED兩端電壓的不同，所以有損壞的燈條所需的順向?qū)妷簳?huì)變低，因而會(huì)造成異常的零件溫度上升，如果希望能解決因?yàn)楸舜藷魲l順向?qū)妷翰煌a(chǎn)生溫度的問(wèn)題，SOP 8 包裝1通道升壓式LED 控制IC的設(shè)計(jì)，可以有效解決這一類的問(wèn)題。本文將探討一些多通道并聯(lián)應(yīng)用的特性，并介紹更易于使用、所需外部組件更少、特性更好、成本更低且具有更高效率的代替方案。

下圖是一個(gè)DC-DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)直流的輸出電壓提供給4信道LED燈條的線路應(yīng)用，每一個(gè)LED燈條都連接到IC 內(nèi)部MOS的Drain 端，為了降低開(kāi)關(guān)本身功率的損耗，Drain端的電壓準(zhǔn)位越小越好。LED 順向?qū)妷阂话銥?.8V ~ 3.4V，若每條LED燈條為10顆LED串接時(shí)，每條LED燈條電壓的范圍為28V ~34V，再加上MOS Drain端對(duì)地的電壓為0.5V，所以每一個(gè)LED燈條的輸出總電壓范圍為28.5V ~34.5V，為了要讓每一個(gè)LED燈條都能夠?qū)ǎ珼C-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓勢(shì)必要輸出一個(gè)最大電壓34.5V，才能確保每一個(gè)LED燈條都能導(dǎo)通，對(duì)于導(dǎo)通電壓只需28.5V的燈條而言，多出來(lái)的電壓為34.5V減掉28.5V，所以會(huì)有多出來(lái)的6V的電壓反應(yīng)在MOS的Drain端，以100mA LED 電流來(lái)計(jì)算，就有0.6W的功率損耗反應(yīng)在這顆MOS組件上，就要去處理功耗所導(dǎo)致熱的問(wèn)題。

圖一: 4通道升壓式LED 控制IC線路架構(gòu)另外一個(gè)需要注意的是，當(dāng)其中一串LED燈條中如果有LED因?yàn)槔匣蚱渌驅(qū)е翷ED損壞短路的話，則該串LED燈條的LED導(dǎo)通電壓變低，而DC-DC 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的直流輸出電壓因?yàn)槠渌鸏ED燈條的導(dǎo)通電壓不變，所以有損壞的LED燈條，會(huì)在MOS的Drain端有較多的跨壓在上面。如圖二所示，2顆LED短路發(fā)生時(shí)，有2個(gè)LED順向?qū)妷航档碾妷悍磻?yīng)在MOS的Drain端，就會(huì)有多余功率損耗反應(yīng)在MOS組件上，導(dǎo)致MOS組件熱的問(wèn)題。

圖二: 4通道升壓式LED 控制發(fā)生2顆LED短路的線路架構(gòu)

下圖是LED電流、順向?qū)妷旱臏囟忍匦郧€。LED的順向?qū)妷篤F跟流過(guò)LED的電流成正比，LED電流越大，LED的順向?qū)妷篤F就越大。LED的順向?qū)妷篤F跟溫度成反比，LED溫度越高，LED的順向?qū)妷篤F反而越小。所以以LED燈條當(dāng)作輸出的背光源及照明應(yīng)用，都需要考慮到此一LED的特性，特別是輸出過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)，因?yàn)長(zhǎng)ED燈條輸出不是一個(gè)固定電壓，所以需要特別小心，不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致在某些條件造成無(wú)法開(kāi)機(jī)的問(wèn)題。

圖三、溫度特性曲線鑒于LED多串并聯(lián)應(yīng)用，須考慮到每一串LED順向?qū)妷篤F的分布問(wèn)題，所以LD5861提供另一種選擇方案，單串LED升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。單串LED應(yīng)用，輸出電壓會(huì)隨著LED顆數(shù)增加，LED的總輸出電壓也會(huì)增加。LD5861是一異步電流偵測(cè)模式的升壓控制器，9V到28V寬廣的輸入電壓范圍，IC可以工作的責(zé)任周期(duty cycle)可達(dá)90%左右，可以符合LED照明應(yīng)用跟LED背光應(yīng)用的需求。由于是一組升壓轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)一組LED燈條輸出，所以不用考慮因?yàn)長(zhǎng)ED燈條彼此順向?qū)妷旱牟町愃斐蓽囟鹊膯?wèn)題，LED電流的設(shè)定為從FB腳位連接一個(gè)電阻到地，F(xiàn)B 電壓為0.3V±2%，若電阻為1奧姆，則LED電流范圍為294mA ~ 306mA，電流精確度高?？紤]到單串高壓LED的應(yīng)用，LD5861在DRV pin 產(chǎn)生一個(gè)14V用來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS的匝極電壓，可以有效地降低MOS的零件溫度。圖四為一單串LED升壓轉(zhuǎn)換器在照明應(yīng)用不需要PWM調(diào)光的簡(jiǎn)單應(yīng)用線路，同時(shí)集合所有LED應(yīng)用的保護(hù)線路在一個(gè)SOP 8的包裝里提供一個(gè)最精簡(jiǎn)的應(yīng)用線路。