用監(jiān)控開關(guān)模式占空比的方法診斷LED

工程師們一般通過監(jiān)控HB LED（高亮度發(fā)光二極管）的正向電壓VF來判斷LED的好壞。正向電壓的大幅變化可能表明一只或一串LED有品質(zhì)退化，或完全損壞。對于多只串聯(lián)的LED，其正向電壓之和可以達(dá)到40V以上，如果電壓不是以地為基準(zhǔn)，則需要差動測量。除了大電壓和差動測量的挑戰(zhàn)以外，HB LED經(jīng)常采用PWM（脈沖寬度調(diào)制）作調(diào)光。如果這樣，就不能在低PWM占空比期間測出正向電壓，因為此時LED不發(fā)光，不存在正向電壓。對于一個驅(qū)動三只串聯(lián)LED的遲滯降壓LED驅(qū)動器，必須在Dim腳為高時，測量連接串的正負(fù)極間電壓。

圖1對于驅(qū)動三支串聯(lián)LED的遲滯降壓LED驅(qū)動器必須測量當(dāng)Dim腳為高時的正負(fù)極電壓。

為避免差動高電壓測量的要求，可以采取在DRV腳直接測量占空比的方法。對此款LED驅(qū)動器，對LED串正向電壓的一階估算為VF=D×VIN，其中D是IC開關(guān)模式部分產(chǎn)生的內(nèi)部占空比；不要將此占空比與Dim腳相混淆。將驅(qū)動信號參考到大地，并將其限制在5V供電電壓VCC。這種情況允許采用低壓ADC或比較器，此時LED驅(qū)動器的VCC輸出（最大10 mA）可為之提供電能。

圖2在圖1電路中增加這個比較器電路可以檢測出短路的LED。

圖2表示如何用一支比較器幫助檢測一個短路LED。濾波器R1C1將驅(qū)動器的交流PWM信號轉(zhuǎn)換為一個直流電壓VD，它與D×VCC成正比。應(yīng)在VD值大于90%的可能穩(wěn)定值時對其采樣；這個采樣需要至少2.3R1C1的周期。由于比較器LE（鎖存使能）為低時鎖存輸出，LE的生效不應(yīng)早于Dim腳變高以后的2.3R1C1時間。R2、C2和D2確保LE在Dim變?yōu)榈蜁r立即失效。
R2C2的值大于R1C1值，因此當(dāng)輸入信號達(dá)到其至少90%的穩(wěn)態(tài)值時，比較器使能。Dim腳為低后，D2立即使C2放電，LED一旦熄滅就鎖存輸出。


圖3，對于一個12V輸入電壓和三支串聯(lián)LED的系統(tǒng)，LED正向電壓大約為3V（a），過濾的驅(qū)動信號（綠色）穩(wěn)定在大約D×VCC=(9V/12V)5V=3.75V。當(dāng)過濾的Dim信號（黃色）低于2.5V時比較器鎖存，于是比較器在約100μs后開始解析過濾的驅(qū)動器信號。顯然，當(dāng)比較器有效時，VD高于閾值基準(zhǔn)電壓（紅色）。當(dāng)一支LED出現(xiàn)短路后（b），VD穩(wěn)定在大約(6V/12V)5V=2.5V，不再大于閾值電壓。

由于基準(zhǔn)電壓低于D×VIN，比較器輸出一般為低。如果一支LED因故障而短路，則其正向電壓下跌，造成驅(qū)動器的占空比下降。于是VD跌至低于基準(zhǔn)電壓，使比較器輸出為高，表示有一個短路的LED。由于當(dāng)Dim腳為低時輸出被鎖存，即使LED斷電，故障信號也能一直維持。圖3是正常工作情況與有一只短路LED情況下，過濾Dim腳與驅(qū)動器的信號。

對于一個12V輸入電壓和三只LED串聯(lián)的系統(tǒng)，LED的正向電壓大約為3V（圖3a），過濾的驅(qū)動器信號（綠色）穩(wěn)定在大約D×VCC=(9V/12V)5V=3.75V。當(dāng)過濾的Dim信號（黃色）低于2.5V時比較器鎖存，因此比較器在大約100μs后開始解析過濾的驅(qū)動器信號。顯然，當(dāng)比較器激活時，VD高于閾值基準(zhǔn)電壓（紅色）。當(dāng)一支LED短路后（圖3b），VD穩(wěn)定在大約(6V/12V)5V=2.5V，不再高出閾值電壓。這種情況使比較器輸出為高，表示有一支LED已短路。

濾波器常數(shù)的選擇取決于多個參數(shù)。截止頻率應(yīng)足夠低，以正確地過濾已足夠小的驅(qū)動器信號，使過濾后的信號能穩(wěn)定在接近于最短調(diào)光脈沖內(nèi)可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)值。此電路可以方便地調(diào)整用于檢測開路LED。當(dāng)一支LED損壞并停止傳導(dǎo)電流時，Dim腳為高時驅(qū)動器占空比達(dá)到100%。那么，如果交換比較器的輸入連接，使基準(zhǔn)電壓略低于VCC，則LED開路時比較器的輸出為高。