基于异常零件温度上升的单串升压式LED控制IC应用

随着环保意识的抬头及日益严苛的节能要求，在消费型产品Notebook，Monitor 以及TV…等等的背光源应用，LED 已逐渐取代冷阴极灯管CCFL的应用。因为LED具有发光效率高耗电量少，寿命长，环保无汞，导通电压低安全性高.. 等等优点。在照明方面，高亮度发光二极管(LED)的功效提升已经超过白炽灯，并且能够与线性荧光灯相媲美，且LED多彩化和可以调光的特性，可为照明空间营造特殊氛围，因而备受市场喜爱，LED取代荧光灯管已是未来的趋势。在消费型产品面板的背光源方面，面板依产品的应用不同，面板尺寸也不一样，不同的面板尺寸所需要的LED颗数都不相同，所以面板的背光源线路的设计会随着LED电压电流的大小，LED颗数的不同及LED灯条的结构，而有所不同。然而最终的目的都是希望能以最精简的线路，最低价格，有最佳的特性。LED面板据灯条数目的不同，LED灯条电压电流的不同，需要选择最适当的LED 控制器应用电路，才能达到最佳的性能。面板背光源以4个灯条为比较常用的规格，所以用一颗SOP 16 包装4通道升压式LED 控制IC来驱动4个灯条看起来应该是不错的解决方案，如果考虑灯条彼此LED顺向导通电压的差异，所导致的消耗功率所产生热的问题，或者在LED颗粒损坏短路，造成灯条彼此LED两端电压的不同，所以有损坏的灯条所需的顺向导通电压会变低，因而会造成异常的零件温度上升，如果希望能解决因为彼此灯条顺向导通电压不同所产生温度的问题，SOP 8 包装1通道升压式LED 控制IC的设计，可以有效解决这一类的问题。本文将探讨一些多通道并联应用的特性，并介绍更易于使用、所需外部组件更少、特性更好、成本更低且具有更高效率的代替方案。

下图是一个DC-DC 转换器产生一个直流的输出电压提供给4信道LED灯条的线路应用，每一个LED灯条都连接到IC 内部MOS的Drain 端，为了降低开关本身功率的损耗，Drain端的电压准位越小越好。LED 顺向导通电压一般为2.8V ~ 3.4V，若每条LED灯条为10颗LED串接时，每条LED灯条电压的范围为28V ~34V，再加上MOS Drain端对地的电压为0.5V，所以每一个LED灯条的输出总电压范围为28.5V ~34.5V，为了要让每一个LED灯条都能够导通，DC-DC转换器的输出电压势必要输出一个最大电压34.5V，才能确保每一个LED灯条都能导通，对于导通电压只需28.5V的灯条而言，多出来的电压为34.5V减掉28.5V，所以会有多出来的6V的电压反应在MOS的Drain端，以100mA LED 电流来计算，就有0.6W的功率损耗反应在这颗MOS组件上，就要去处理功耗所导致热的问题。

图一: 4通道升压式LED 控制IC线路架构另外一个需要注意的是，当其中一串LED灯条中如果有LED因为老化或其他原因导致LED损坏短路的话，则该串LED灯条的LED导通电压变低，而DC-DC 转换器产生的直流输出电压因为其他LED灯条的导通电压不变，所以有损坏的LED灯条，会在MOS的Drain端有较多的跨压在上面。如图二所示，2颗LED短路发生时，有2个LED顺向导通电压降的电压反应在MOS的Drain端，就会有多余功率损耗反应在MOS组件上，导致MOS组件热的问题。

图二: 4通道升压式LED 控制发生2颗LED短路的线路架构

下图是LED电流、顺向导通电压的温度特性曲线。LED的顺向导通电压VF跟流过LED的电流成正比，LED电流越大，LED的顺向导通电压VF就越大。LED的顺向导通电压VF跟温度成反比，LED温度越高，LED的顺向导通电压VF反而越小。所以以LED灯条当作输出的背光源及照明应用，都需要考虑到此一LED的特性，特别是输出过电压保护的设计，因为LED灯条输出不是一个固定电压，所以需要特别小心，不当的设计会导致在某些条件造成无法开机的问题。

图三、温度特性曲线鉴于LED多串并联应用，须考虑到每一串LED顺向导通电压VF的分布问题，所以LD5861提供另一种选择方案，单串LED升压转换器应用。单串LED应用，输出电压会随着LED颗数增加，LED的总输出电压也会增加。LD5861是一异步电流侦测模式的升压控制器，9V到28V宽广的输入电压范围，IC可以工作的责任周期(duty cycle)可达90%左右，可以符合LED照明应用跟LED背光应用的需求。由于是一组升压转换器驱动一组LED灯条输出，所以不用考虑因为LED灯条彼此顺向导通电压的差异所造成温度的问题，LED电流的设定为从FB脚位连接一个电阻到地，FB 电压为0.3V±2%，若电阻为1奥姆，则LED电流范围为294mA ~ 306mA，电流精确度高。考虑到单串高压LED的应用，LD5861在DRV pin 产生一个14V用来驱动MOS的匝极电压，可以有效地降低MOS的零件温度。图四为一单串LED升压转换器在照明应用不需要PWM调光的简单应用线路，同时集合所有LED应用的保护线路在一个SOP 8的包装里提供一个最精简的应用线路。