故障防护多芯片LED模组驱动器

        LED灯的工作寿命取决于各种工作条件下其电流保持在额定范围内的能力。对于多芯片LED模组，紧密放置的LED灯组成灯串，多个LED灯按照串联、并联或串并联结合的配置方式连接，共享同一个恒流或恒压源，各LED灯串通常由稳定电流驱动，该电流在所有LED灯串中大致相同。尽管灯串电流出现小幅不均衡不会导致亮度的明显不同，但是复合正向电压(所有串联LED的正向电压总和)及其对温度和流经的正向电流强度的严重依赖，以及其他工艺相关变量等参数的影响，使长期保持电流平衡成为一项艰难的任务。此外，如有任何LED灯或灯串发生故障，或LED灯出现漏电或因热点形成而影响效率，都有可能使其造成更多负担，导致使用寿命缩短，最终导致固态照明(SSL)及其相关驱动源发生灾难性故障。
开发这一驱动旨在提供一款高效容错设备，尤其适用于采用串联或串并联结合配置方式的中大功率LED灯组成的集成式LED模块。与分立式功率型LED灯组成的SLL不同，集成式LED芯片如果在工作过程中由于电气或热应力导致开路、短路或漏电，任何故障LED都将无法替换/修复。本电路(图)可应对这样的事故，隔离故障灯串，同时不会影响功率预算，亦不会影响其他正常运行的LED灯串。


图：驱动电路，适用于采用串联或串并联结合配置方式的中大功率LED灯组成的集成式LED模块。

本设计实例使用的技术可精确地向多个LED灯串连接的电流敏感开关输入参考电流(IB)，相应地调节LED寿命期间可能出现的正常和预期电气故障下的电流强度，进而在发生短路、漏电或开路时，为LED灯串的电流不平衡问题提供容差保护，从而确保并联LED灯串能够在额定调节电流范围内正常运行。不同于其他电路，除设计新颖巧妙外，该电路还具有简单、性价比高和效率高的优势，从而使该电路具备更多其他优势。
该电路由S1、S2和S3三个LED灯串组成，每个灯串都拥有三个与基于MOSFET/BJT的流入式恒流源(constantcurrent sink，CCS)相连的串联3W白光LED灯。流入各LED灯串的电流(IC1～IC3)由恒定电流IB决定，产生的电压VGS被同时施加到所有MOSFET的栅极。恒定电流IB将栅源电压VGS设置到T4、T7及T10。一旦R5两端的电位降(仅考虑第一个LED灯串)接近600mV，T3会限制流经恒流源的电流，从而降低栅极驱动。
将T5并联至T3即可让各电流源具备另一功能。通常，T5保持在关断状态，直到漏极电压上升至接近Vcc时，R6两端将产生足够的电压，驱动T5进入饱和状态，通过将栅极接地断开MOSFET。
R*的位置控制T1、T2及(R1+R*)配置的压控恒流源(VCCS)中的恒定电流(IB)的强度，进而产生适当的VGS来驱动MOSFET，同时它还具备模拟电流调光功能。原理图中的Ref节点提供紧急关断功能，通过施加接近Vcc的电压，使恒定电流IB为零，所有LED灯串停止工作。IB的值为：



对于给定的元件值，正常的灯串电流设定在1A左右。可以看到，最糟糕情况下的电流通常也在1A左右，除非在发生严重漏电、短路或开路时，灯串电流会降至几毫安或可以忽略不计。对于给定的元件值，IB可以在0.4mA～1.4mA之间变动。如果需要，可以通过适当降低检测电阻R5来提升灯串电流。LED灯和功率MOSFET必须安装在合适的散热器/金属芯PCB上，以避免热失控。
如果特定灯串中任意LED灯发生短路，SSL仍可继续正常运行，但如果整个灯串发生短路，MOSFET漏极电位将增至Vcc，在这种情况下，相应的MOSFET将停止工作，迫使漏极电流变为零。
如果特定灯串中任意LED灯发生漏电，其仍可继续正常运行，但如果整个灯串发生漏电，MOSFET漏极电位将增至Vcc，在这种情况下，相应的MOSFET将停止工作，迫使漏极电流变为零。