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作者：Reinhardt Wagner，ADI公司杰出工程師 摘要 本文介紹了一種簡(jiǎn)單小巧的解決方案，用于驅動(dòng)LED來(lái)在系統通電/斷電的情況下提供視覺(jué)反饋。該電路由電阻和小型芯片組成，盡管該芯片原本并非用于此目的，但它取代了傳統解決方案中的眾多元器件。該電路不僅獨立運行且功耗低，同時(shí)具備出色的抗誤接線(xiàn)穩定性，非常適合用于工業(yè)及類(lèi)似系統。 簡(jiǎn)介 工業(yè)控制系統普遍采用24 V DC作為現場(chǎng)電源電壓，通常由設備（例如控制器主機以及I/O和通信模塊）上的LED信號指示電源電壓的有無(wú)。對于可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(DCS)控制器、電源單元、傳感器和執行器等工業(yè)系統/子系統而言，LED電源指示燈有助于縮短安裝、維護和停機時(shí)間。當滿(mǎn)足規定的條件時(shí)，例如電壓處于所需的工作電源電壓范圍內，電源LED應該亮起。盡管概念上很簡(jiǎn)單，但實(shí)際實(shí)現卻頗具挑戰。電源LED需要帶有滯回的電壓比較器，能夠自供電，并且可以持續驅動(dòng)LED。 此類(lèi)電路的其他要求包括： • 低功耗 • 當電源電壓低于最低工作電壓時(shí)，LED燈必須關(guān)閉 • 光強度應與電源電壓無(wú)關(guān) • 電路應能承受過(guò)電壓 • 抗誤接線(xiàn)穩定性出色，例如可以應對極性接反情況下遇到的負電壓 電路雖然簡(jiǎn)單，但其性能往往會(huì )受到元器件特性、溫度變化以及電壓波動(dòng)的顯著(zhù)影響。 背景知識 該LED驅動(dòng)電路基于對一款工業(yè)數字輸入芯片的重新利用，實(shí)現了與其最初預期應用不同的功能。工業(yè)輸入常見(jiàn)于工業(yè)控制系統中，基于24 V邏輯，具有明確規定的輸入電流/電壓特性和定義的輸入閾值電壓。對于常見(jiàn)的3型工業(yè)輸入，在最大輸入高閾值電壓11 V時(shí)，灌電流輸入（有時(shí)也稱(chēng)為p型輸入）的下拉電流要求大于2.0 mA。為了盡量降低功耗，如今的數字輸入電路會(huì )限制輸入電流，將其嚴格調節到略高于2.0 mA限值的水平。 構想 注意到2.0 mA與常見(jiàn)的LED驅動(dòng)電流一致，并且工業(yè)數字輸入具有明確定義的開(kāi)關(guān)閾值，我們不禁要問(wèn)：像MAX22191這樣的單通道數字輸入芯片是否適合電源監控和LED驅動(dòng)應用？這款工業(yè)輸入器件設計用于通過(guò)其OUT引腳驅動(dòng)光電隔離器。圖1為建議的應用電路。REXT是一個(gè)電流設置電阻，能夠在2.0 mA至2.6 mA范圍內調節OUT電流。 
圖1.電源監控LED驅動(dòng)器 內部電流源的容差為±12.5％（涵蓋溫度、輸入電壓和器件間的差異），從而確保了低功耗特性，并且光強度隨電源電壓的變化幾乎可以忽略不計。電流源額定OUT輸出順從電壓為5.5 V，因此能驅動(dòng)大多數現代LED。該器件的電源電流為110 μA（典型值），進(jìn)一步保證了整體解決方案的低功耗表現。 如圖2所示，LED電流在9 V（典型值）時(shí)迅速導通，在8 V（典型值）時(shí)關(guān)斷，兩者之間存在1 V的滯回電壓。具體的最大導通和最小關(guān)斷閾值電壓，請參閱MAX22191數據手冊。如果需要更高的閾值電壓，可以將一個(gè)電阻RIN與IN輸入串聯(lián)，如圖3所示。RIN值的計算公式為：RIN = (閾值電壓增量)/IIN。 如圖2所示，在導通狀態(tài)下，LED電流不隨輸入電壓的變化而變化。這與使用簡(jiǎn)單的雙極/MOS晶體管驅動(dòng)LED形成對比，由于晶體管的厄利電壓，其電流-電壓依賴(lài)性明顯更大。
圖2.LED電流與電源電壓的關(guān)系 LED控制 針對需要在邏輯控制下打開(kāi)/關(guān)閉LED的應用場(chǎng)景，可以方便地使用TEST輸入，如圖3所示。此電路支持實(shí)現一些輔助功能，例如上電延遲、閃爍或其他狀態(tài)反饋。
圖3.具有開(kāi)/關(guān)控制和更高閾值電壓的電路 穩健性 該解決方案的額定工作溫度范圍為-40℃至+125℃。IN電源電壓能夠耐受-70 V至+60 V的寬電壓范圍，這為浪涌保護和應對誤接線(xiàn)提供了充足的余地。在反向連接的情況下，如果輸入電壓為負，電路的輸入電流將降低至1 μA。 結論 MAX22191簡(jiǎn)化了LED電源指示應用的設計，其SOT23封裝和低功耗電流設置進(jìn)一步縮小了電阻解決方案的尺寸。 作者簡(jiǎn)介 Reinhardt Wagner是ADI公司的杰出工程師，工作地點(diǎn)在德國慕尼黑。他最初就職于Maxim Integrated，現在就職于A(yíng)DI公司的工業(yè)自動(dòng)化部門(mén)。在過(guò)去的21年里，他主要負責通信和輸入/輸出器件領(lǐng)域的新型工業(yè)芯片產(chǎn)品定義工作，涉及IO-Link、快速數字I/O、Beyond-the Rails™模擬開(kāi)關(guān)和數字隔離等產(chǎn)品。 |
