故障安全多芯片 LED 模块驱动器

LED 的使用寿命取决于流过它的电流在所有可能的工作条件下如何有效地保持在指定的限制范围内。对于多芯片 LED 模块，紧密组合的 LED 排列成串，多个 LED 以串联、并联或串并联配置连接，共享一个公共恒流或电压源，并且每个 LED 串通常以稳定电流驱动这在所有 LED 串中基本相等。虽然灯串电流的微小不平衡不会导致亮度的明显差异，但复合正向电压（所有串联 LED 的 VF 之和）等参数及其对温度和流过它的正向电流 (IF) 大小的关键依赖性，以及其他与工艺相关的变化，使电流平衡成为一项长期的艰巨任务。此外，由于任何 LED、串的故障，或 LED 可能因热点形成而泄漏或效率低下，可能会进一步给这些 LED 带来更多负担，并导致寿命缩短和SSL 及其相关驱动源的终灾难性故障。

开发该驱动器背后的动机是提供一种高效且容错的主力，特别是用于包含串联或串并联配置的中高功率 LED 的集成 LED 模块。与由分立功率 LED 制成的固态灯不同，如果集成 LED 芯片由于其运行过程中遇到的电应力或热应力而开路、短路或漏电，则无法更换/维修任何有故障的 LED。该电路可处理此类事故并隔离故障串，而不会对功率预算造成任何损失或影响正常工作的其他串。

所提出的设计理念使用一种技术，通过将参考电流 (I B ) 注入 LED 串所连接的多个电流敏感开关，并相应地调整其幅度，从而使并联驱动的 LED 串在指定的调节电流范围内工作在其使用寿命期间可能发生的正常和预期的电气故障下，从而提供容错保护，防止在短路、漏电或开路情况下 LED 串中的电流不平衡。与其他电路不同，该电路的简单性、成本效益和效率除了独创性之外还有许多其他优势。

该电路由三个 LED 串 S1、S2 和 S3 组成，每个 LED 串具有三个串联连接的 3W 白色 LED，这些 LED 连接到基于 MOSFET/BJT 的恒流吸收器 (CCS)。流入每个串的电流 (IC1…IC3) 由恒定电流 I B决定，产生 V GS，同时施加到所有 MOSFET 的栅极。恒定电流 I B 将栅源电压 V GS 设置为 T4、T7 和 T10。一旦 R5 上的电势降接近 600mV，T3（我们只考虑字符串 1）就会限制通过吸收器的电流，从而减少栅极驱动。

通过将 T5 与 T3 并联布线，将另一个功能集成到每个电流吸收器中。通常 T5 保持关闭状态，直到漏极电压上升到接近Vcc，从而在 R6 上产生足够的电压以驱动 T5 进入饱和状态，从而通过将栅极接地使 MOSFET 断电。

R*的位置控制 围绕 T1、T2 和 (R1+R*) 配置的电压控制电流源 ( V CCS)中恒定电流 ( IB ) 的大小，并相应地生成适当的V GS 来驱动 MOSFET，但是此外，它还提供模拟电流调光功能。原理图中的Ref节点已作为紧急关断功能提供，通过施加接近Vcc 的 电压禁用所有串，将恒定电流 I B推 至零。I B 等于： 

             I B = (Vcc-Ve) /(R1+R*)

性能：对于给定的组件值，正常串电流已设置为 1A 左右。可以看出，坏情况下的电流通常保持在 1A 左右，除非串电流降至几 mA 或在极端漏电、短路或开路条件下变得可以忽略不计。对于给定的元件值，IB可以 在 0.4mA 到 1.4mA 之间变化。如果需要，可以通过适当减小检测电阻R5来增加串流电流。LED 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。

短路保护：如果特定灯串中的任何 LED 短路，SSL 将继续正常工作，但是，如果整个灯串短路，MOSFET 漏极的电位将升至 Vcc 并且在这种情况下，相应的 MOSFET 将被禁用，迫使漏极电流为零。

防止 LED 漏电：如果特定灯串中的任何 LED 漏电，它将继续正常工作，但是，如果整个灯串漏电，MOSFET 的漏极将升至 Vcc，在这种情况下，MOSFET 将禁用，强制漏极电流为零。