Диагностика светодиодов посредством мониторинга коэффициента заполнения последовательности импульсов

Измерение прямого падения напряжения только когда светодиод включен.

Инженеры часто отслеживают прямое падение напряжения (VF) сверхярких светодиодов (high-brightness light-emitting diodes) для увеличения срока их службы. Большие изменения в прямом падении напряжения могут указывать на ухудшение параметров, или даже полный выход из строя одного из светодиодов в цепочке. Для некоторых цепочек светодиодов, сумма их прямых падений напряжений может достигать значения 40 В или даже больше, и, если это напряжение отсчитывается не от общего провода, требуется дифференциальное измерение.

В дополнение к бросающему вызов высокому напряжению и дифференциальным измерениям, сверхяркие светодиоды часто недоступны для отбора при использовании ШИМ (широтно-импульсной модуляции). В таком случае, невозможно измерить прямое падение напряжения. Для гистерезисного понижающего источника питания светодиодов, управляющего цепочкой из трех светодиодов (рис. 1), необходимо измерять напряжение на катодах и анодах светодиодов цепочки, когда вывод Dim находится в состоянии высокого логического уровня.

Рис_1

Чтобы предотвратить необходимость дифференциальных высоковольтных измерений, можно провести приблизительное косвенное измерение коэффициента заполнения последовательности импульсов на выводе буфера, DRV. Для данного драйвера светодиодов, в первом порядке приближения, прямое падение напряжения на цепочке светодиодов определяется как VF=D×VIN, где D – внутренний коэффициент заполнения импульсов, выдаваемых импульсным преобразователем ИС; не путайте этот коэффициент заполнения с коэффициентом заполнения на выводе Dim. Максимальное напряжение сигнала с драйвера относительно общего провода ограниченно его напряжением питания, VCC, значением в 5 В. Это условие позволяет использовать низковольтные АЦП или компараторы, которые для выходного напряжения VCC питания светодиодов могут обеспечить максимальный ток нагрузки 10 мА.

Рис. 2 показывает, как обнаружить короткозамкнутый светодиод с помощью компаратора. Фильтр R1C1 ШИМ сигнал с драйвера в напряжение постоянного тока, VD, пропорциональное D×VCC. Выборку напряжения VD следует производить в момент, когда его значение превышает 90% от установившегося значения; при таких условиях выборки требуется период, как минимум 2.3R1C1.

Рис_2

Поскольку вывод LE (подключение выхода) подключает выход, когда на выводе LE присутствует сигнал низкого логического уровня, сигнал на выводе LE должен переводиться в активный уровень не ранее чем через время равное 2.3R1C1 после того, как вывод Dim перешел в состояние высокого логического уровня. Значения R2, C2, и вентиль D2 гарантируют, что вывод LE перейдет в неактивное состояние немедленно после того, как на выводе Dim появится сигнал низкого логического уровня. Постоянная времени R2C2 больше, чем постоянная времени R1C1, поэтому компаратор оказывается включенным, когда входной сигнал достигает значения большего, чем 90% от установившегося значения. Вентиль D2 немедленно разрядит конденсатор C2, после того, как на выводе Dim появится сигнал низкого логического уровня, который отключит выход, как только погаснут светодиоды.

Поскольку значение образцового меньше, чем величина D×VIN, на выходе компаратора в нормальном состоянии присутствует сигнал низкого логического уровня. При закорачивании светодиода, прямое падение напряжения на нем снижается, что, в свою очередь, приводит к уменьшению коэффициента заполнения выходного импульсного сигнала драйвера. После этого, напряжение VD падает ниже образцового значения, вызывая переход выхода компоратора в состояние с высоким логическим уровнем, указывая на то, что один из светодиодов закорочен. Поскольку при низком логическом уровне на выводе Dim выход компаратора включен, сигнал ошибки остается активным даже при погашенных светодиодах. На рис. 3 показан фильтр на выводе Dim и сигнал драйвера при номальной работе и при условии закорачивания одного из светодиодов.

Рис_3

Для системы с входным напряжением 12 В и цепочки из трех светодиодов, в которой прямое падение напряжения на каждом светодиоде составляет примерно 3 В (рис. 3a), отфильтрованный сигнал драйвера (зеленая осциллограмма) стабилизируется на уровне примерно в D×VCC=(9 В/12 В)5 В=3.75 В. Компаратор включается, когда отфильтрованный сигнал с вывода Dim (желтая осциллограмма) становится меньше, чем 2.5 В, таким образом, что компаратор начнет сравнивать отфильтрованный сигнал после, примерно, 100 мкс. Ясно, что уровень напряжения VD выше, чем уровень порогового напряжения (красная осциллограмма), когда компаратор активен. После того, как один из светодиодов оказывается закороченным (рис. 3b), напряжение VD стабилизируется на уровне примерно в (6 В/12 В) 5 В=2.5 В и больше не превышает пороговое значение. Эти условия вызывают переход выхода компаратора в состояние высокого логического уровня, указывая на то, что один из светодиодов находится в состоянии короткого замыкания.

Выбор постоянных времени фильтров R1C1 и R2C2R2C2 зависит от нескольких параметров. Частота среза должна быть достаточно низкой, чтобы достаточно хорошо фильтровался сигнал драйвера, но, в тоже время, позволяющей отфильтрованному сигналу стабилизироваться до постоянного значения за как можно меньшее количество периодов импульсного сигнала. Данную схему можно легко модифицировать для определения обрыва в цепочке светодиодов. Когда один из светодиодов выходит из строя и через цепочку перестает течь ток, коэффициент заполнения импульсного напряжения драйвера становится близким к 100% при напряжении высокого логического уровня на выводе Dim. Если при этом поменять местами выводы компаратора и выбрать значение образцового напряжение немного ниже VCC, то выход компаратора будет переходить в состояние высокого логического уровня при обрыве в цепочке светодиодов.

Терраэлектроника

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя