在電器產品中，LED被越來越多地用于產生光，例如，在液晶電視背光應用中，LED替代了傳統的冷陰極熒光燈（CCFL）。在工業及通用照明應用中，它逐漸替代了白熾燈、緊湊型熒光燈（CFL）和高強度燈。LED提供的光強與流過LED的電流大小成正比；耗散的功率與電流及LED正向電壓成正比。

光源和功率耗散最好是使用多個小電流的LED來分攤，而不是使用可能需要更高成本的PCB和將增加系統總成本的附加散熱的少許大功率LED.例如，在液晶顯示器（LCD）背光應用中，白光LED均勻地分布在LCD的一側或幾側；在LED燈具中，為數眾多的LED提供了更加散射的照明和在PCB和散熱片上更好的散熱。基于這兩點理由，使用大量LED的方法便很常見了。

驅動一串LED而非并聯的多個LED，提供了固有的電流匹配及更少的互連端子。在單一串斷開連接的情況下，照明將會完全停止。因此，較好的措施是引入一些冗余，并且最少并聯兩串LED.由此帶來的結果是，偏置LED的陽極電壓降低--這將可以提升安全性。

另一方面，多串配置提供一致的光輸出要求電流匹配。不同串的正向電壓特性可能略有不同，從而需要予以監測，因為在使用線性驅動器時，這可能會導致過多的熱耗散。驅動器電路檢測LED開路和LED短路故障情況并持續工作至關重要。

帶升壓轉換器及線性驅動器的24V直流電源

傳統上，電視機包含一個提供24VDC的開關模式電源（SMPS）。相同的電源如今可以連接到DC-DC升壓轉換器，產生正向偏置長LED串所要求的高壓（范圍介于80V與200V之間）。升壓轉換器包含一個脈寬調制（PWM）控制器，例如安森美半導體公司的UC3843或NCP1252.然后，系統使用線性LED控制器，來對多串電流進行調節，并為升壓轉換器提供反饋，從而將陽極電壓自動調節到盡可能地低，以將線性LED驅動器的功率耗散降至最低（如圖1所示）。工作期間可能出現幾種故障，而需要由控制器來處理。常見的問題包括LED通道開路及LED通道短路。

圖1：帶線性LED驅動器的DC-DC升壓轉換器模塊圖。

LED開路保護

在過壓或LED串變為開路的情況下，升壓轉換器將增加陽極電壓（VOUT），因為它試圖調節流過LED通道的電流。峰值陽極電壓必須限制到一個安全值（即“LED開路電壓”），從而避免因超過額定電壓而造成升壓電路、其輸出電容或線性驅動器損壞的情況發生。

檢測LED開路故障的一種方法，是將陽極端子連到分壓電阻（Ra、Rb），并將中點連接到低壓比較器（OCA輸入），如圖1所示。一旦陽極電壓達到LED開路電壓，LED驅動器就可以通過檢測陰極被電流調節器電路下拉到地電位，識別出LED通道開路。然后，電源可以關閉并忽略開路的通道，直到系統復位或DC-DC升壓電路關閉。通過使用漏極開路輸出標志（OPEN），可將LED開路故障報告給系統（見圖2波形）。LED開路電壓可以設定為比與LED最大正向壓降（低環境溫度條件下）對應的最高陽極電壓高出10%或20%.

圖2:LED開路時的上電

LED短路保護

在某些異常情況下，某些LED可能短路，或者LED串的陰陽極端子可能會意外連到一起。這將導致陰極電壓升高（位于LEDx引腳），并可能導致驅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，直到短路狀態消失。LED正向壓降失配也可能觸發LED短路故障。判斷這一狀況的標準是一個升高的陰極電壓：一旦陰極電壓超過該極限，便會觸發故障。通過使用漏極開路輸出標志（SHORT），可將該故障報告給系統。驅動器電路的功率耗散（PD）可以這樣計算：PD=∑VLEDxxILEDx，其中，VLEDx是陰極電壓，ILEDx是各通道的LED電流。

調光方法

調光是令用戶可以通過改變LED電流來調節亮度或光通量的一項重要功能。有兩種調光方法：或是使用PWM，或是使用模擬輸入信號。PWM調光通過將LED通道反復打開和關閉，來調節LED電流，以致平均LED電流與占空比成正比。例如，100mA標稱電流的5%占空比相當于5mA平均電流。為了不引起可見閃爍，PWM頻率應最少為100Hz（通常約為300Hz）。較低的PWM頻率支持較高的調光分辨率，特別是在低占空比時。PWM調光的一項優勢是，它保持LED的色彩。模擬調光通過一個模擬電壓（ANLG輸入）控制調光，該模擬電壓設置電流值與其電壓成正比。若有需要，這兩種方法也可以同時使用。

解決方案

安森美半導體的CAT4026 6通道LED控制器，為調節多個高壓串和監控它們，并支持故障診斷，提供了一個集成的解決方案。每個LED通道通過一個外部雙極型功率晶體管（Q1至Q6）來調節（見圖3中的應用電路）。該晶體管通過一個串聯電阻接地，以便通過將其電壓（RSET引腳）調節至1V來控制電流。該晶體管也連接至LED陰極：LED陰極可能會經受高壓，應當能夠在LED短路故障的情況下，應對最大陽極電壓。該晶體管的額定電壓非常重要。粗略估計晶體管耗散功率的一種好的方法，是用集電極至發射極電壓乘以LED電流。在針對散熱選擇封裝類型和設計PCB版圖時，應當考慮最壞情況。

陽極電壓由LED控制器向DC-DC轉換器提供反饋的閉環系統自動確定。CAT4026通過VCS引腳，識別出最高正向壓降串或最低陰極電壓。一旦最低陰極電壓處于標稱凈空電壓，升壓轉換器就達到了正常工作狀態。由于所有通道都連接至相同的陽極電壓，其他串將遭受更高的陰極電壓，而導致晶體管耗散一些功率。所有工作的LED通道的電流，由外部電阻（R1到R6）單獨設定（如圖3所示），同時，ILEDx=1V/Rx.

圖3：帶有CAT4026 LED控制器的升壓轉換器。

CAT4026 VCS引腳通過二極管或網絡（LO-SENSE，為二極管壓降增加了0.6V），檢測最低陰極電壓。當OCA引腳電壓達到1V且開路通道陰極被下拉至地電位時，CAT4026便開始LED開路檢測。LED短路事件由SCA引腳通過二極管或網絡（HI-SENSE）檢測最高陰極電壓來檢測。齊納二極管（ZvSCA）支持LED短路閾值電壓調節。

CAT4026控制并確保多達6個LED串的緊密匹配。對于少于6串的應用而言，未使用的通道引腳保持為未連接狀態；對于多于6串的應用而言，可以并聯連接多顆CAT4026--一個主控制器向電源提供反饋。CAT4026采用SOIC 28引腳封裝，易于貼裝在單面PCB上。

本文小結

線性控制器為驅動多個LED串提供了靈活的解決方案，其中，功率將在分立晶體管中耗散，而不是在控制器IC中耗散。CAT4026控制器并不與施加在LED串上的高壓直接接觸，非常適合于電壓高達200V或更高、輸出功率達100W及以上的長LED串的應用。
來源；電子工程網