用監控開關模式占空比的方法診斷LED

工程師們一般通過監控HB LED（高亮度發光二極管）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有品質退化，或完全損壞。對于多只串聯的LED，其正向電壓之和可以達到40V以上，如果電壓不是以地為基準，則需要差動測量。除了大電壓和差動測量的挑戰以外，HB LED經常采用PWM（脈沖寬度調制）作調光。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不發光，不存在正向電壓。對于一個驅動三只串聯LED的遲滯降壓LED驅動器，必須在Dim腳為高時，測量連接串的正負極間電壓。

圖1對于驅動三支串聯LED的遲滯降壓LED驅動器必須測量當Dim腳為高時的正負極電壓。

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開關模式部分產生的內部占空比；不要將此占空比與Dim腳相混淆。將驅動信號參考到大地，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將驅動器的交流PWM信號轉換為一個直流電壓VD，它與D×VCC成正比。應在VD值大于90%的可能穩定值時對其采樣；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的生效不應早于Dim腳變高以后的2.3R1C1時間。R2、C2和D2確保LE在Dim變為低時立即失效。
R2C2的值大于R1C1值，因此當輸入信號達到其至少90%的穩態值時，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LED的系統，LED正向電壓大約為3V（a），過濾的驅動信號（綠色）穩定在大約D×VCC=(9V/12V)5V=3.75V。當過濾的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動器信號。顯然，當比較器有效時，VD高于閾值基準電壓（紅色）。當一支LED出現短路后（b），VD穩定在大約(6V/12V)5V=2.5V，不再大于閾值電壓。

由于基準電壓低于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，造成驅動器的占空比下降。于是VD跌至低于基準電壓，使比較器輸出為高，表示有一個短路的LED。由于當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腳與驅動器的信號。

對于一個12V輸入電壓和三只LED串聯的系統，LED的正向電壓大約為3V（圖3a），過濾的驅動器信號（綠色）穩定在大約D×VCC=(9V/12V)5V=3.75V。當過濾的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動器信號。顯然，當比較器激活時，VD高于閾值基準電壓（紅色）。當一支LED短路后（圖3b），VD穩定在大約(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。

濾波器常數的選擇取決于多個參數。截止頻率應足夠低，以正確地過濾已足夠小的驅動器信號，使過濾后的信號能穩定在接近于最短調光脈沖內可實現的穩態值。此電路可以方便地調整用于檢測開路LED。當一支LED損壞并停止傳導電流時，Dim腳為高時驅動器占空比達到100%。那么，如果交換比較器的輸入連接，使基準電壓略低于VCC，則LED開路時比較器的輸出為高。