【導讀】工業控製係統普遍采用24 V DC作為現場電源電壓，通常由設備（例如控製器主機以及I/O和通信模塊）上的LED信號指示電源電壓的有無。對於可編程邏輯控製器(PLC)、分布式控製係統(DCS)控製器、電源單元、傳感器和執行器等工業係統/子係統而言，LED電源指示燈有助於縮短安裝、維護和停機時間。當滿足規定的條件時
，例如電壓處於所需的工作電源電壓範圍內，電源LED應該亮起。盡管概念上很簡單

，但實際實現卻頗具挑戰。電源LED需要帶有滯回的電壓比較器，能夠自供電
，並且可以持續驅動LED。

摘要

本文介紹了一種簡單小巧的解決方案，用於驅動LED來在係統通電/斷duan電dian的de情qing況kuang下xia提ti供gong視shi覺jiao反fan饋kui。該gai電dian路lu由you電dian阻zu和he小xiao型xing芯xin片pian組zu成cheng
，盡jin管guan該gai芯xin片pian原yuan本ben並bing非fei用yong於yu此ci目mu的de，但dan它ta取qu代dai了le傳chuan統tong解jie決jue方fang案an中zhong的de眾zhong多duo元yuan器qi件jian。該gai電dian路lu不bu僅jin獨du立li運yun行xing且qie功gong耗hao低di，同tong時shi具ju備bei出chu色se的de抗kang誤wu接jie線xian穩wen定ding性xing，非fei常chang適shi合he用yong於yu工gong業ye及ji類lei似si係xi統tong。

簡介

工業控製係統普遍采用24 V DC作為現場電源電壓，通常由設備（例如控製器主機以及I/O和通信模塊）上的LED信號指示電源電壓的有無。對於可編程邏輯控製器(PLC)、分布式控製係統(DCS)控製器、電源單元、傳感器和執行器等工業係統/子係統而言
，LED電源指示燈有助於縮短安裝、維護和停機時間。當滿足規定的條件時
，例如電壓處於所需的工作電源電壓範圍內，電源LED應該亮起。盡管概念上很簡單，但實際實現卻頗具挑戰。電源LED需要帶有滯回的電壓比較器，能夠自供電，並且可以持續驅動LED。

此類電路的其他要求包括：

•   低功耗
•   當電源電壓低於最低工作電壓時，LED燈必須關閉
•   光強度應與電源電壓無關
•   電路應能承受過電壓
•   抗誤接線穩定性出色
，例如可以應對極性接反情況下遇到的負電壓

電路雖然簡單
，但其性能往往會受到元器件特性


、溫度變化以及電壓波動的顯著影響。

背景知識

該LED驅動電路基於對一款工業數字輸入芯片的重新利用，實現了與其最初預期應用不同的功能。工業輸入常見於工業控製係統中，基於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。對於常見的3型工業輸入，在最大輸入高閾值電壓11 V時，灌電流輸入（有時也稱為p型輸入）的下拉電流要求大於2.0 mA。為了盡量降低功耗

，如今的數字輸入電路會限製輸入電流，將其嚴格調節到略高於2.0 mA限值的水平。

構想

注意到2.0 mA與常見的LED驅動電流一致，並且工業數字輸入具有明確定義的開關閾值，我們不禁要問：像MAX22191這樣的單通道數字輸入芯片是否適合電源監控和LED驅動應用？這款工業輸入器件設計用於通過其OUT引腳驅動光電隔離器。圖1為建議的應用電路。REXT是一個電流設置電阻



，能夠在2.0 mA至2.6 mA範圍內調節OUT電流。

圖1.電源監控LED驅動器

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，並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，因此能驅動大多數現代LED。該器件的電源電流為110 µA（典型值）
，進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）時迅速導通

，在8 V（典型值）時關斷，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，可以將一個電阻RIN與IN輸入串聯，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

，在導通狀態下，LED電流不隨輸入電壓的變化而變化。這與使用簡單的雙極/MOS晶體管驅動LED形成對比，由於晶體管的厄利電壓，其電流-電壓依賴性明顯更大。

圖2.LED電流與電源電壓的關係

LED控製

針對需要在邏輯控製下打開/關閉LED的應用場景，可以方便地使用TEST輸入，如圖3所示。此電路支持實現一些輔助功能，例如上電延遲、閃爍或其他狀態反饋。

圖3.具有開/關控製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範圍為-40℃至+125℃。IN電源電壓能夠耐受-70 V至+60 V的寬電壓範圍
，這為浪湧保護和應對誤接線提供了充足的餘地。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一步縮小了電阻解決方案的尺寸。

（作者：Reinhardt Wagner，傑出工程師）

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