一種led恆流源短路保護電路的製作方法
2023-07-23 03:49:26
專利名稱：一種led恆流源短路保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及led恆流源驅動電路，具體地說是一種基於boost電路led恆流源的負載短路保護電路。
背景技術：
Boost電路即升壓轉換器，是一種常見的DC TO DC電路，如圖1，只能輸出比輸入電壓高的平均電壓。在升壓轉換器中，電感L與輸入電壓源VIN串聯放置。輸入電壓源通過電感和二極體Dl將電壓饋送到輸出。穩態運行時，功率開關Ql的導通時間為TON，輸入電源將向電感提供能量。在TON內，電感電流IL流經功率開關且輸入電壓VIN正向加在電感兩端，因此，電感電流將從當前值ILl線性上升到IL2 ；在該TON期間，輸出負載電流IOUT 由輸出電容CO提供。輸出電容值應足夠大，這樣才可保證在TON時間內提供相應的負載電流，同時使輸出電壓跌落的程度為所規定的最小值。在TOFF期間，功率開關關斷，電感電流繼續憑藉電感儲能維持原來的電流方向而輸入電壓源VIN向負載提供能量。在Ql關斷期間T0FF、二極體Dl與輸出電容構成了電感電流迴路。在TOFF時間內，電感電流流經二極體，VIN和VOUT之間的壓差反向加在電感兩端，因此，電感電流將從當前值IL2減少到IL1。 VOUT電壓為VIN加上VL，所以使得輸出電壓高於輸入電壓。常見的boost恆流電流如圖2所示，RSl和RS2為電流採樣電阻，RSl為LED電流採樣電阻，RS2為電感線圈電流採樣電阻。當LED負載端發生短路時，輸出電壓直接加在RSl 和Q20上，導致迴路瞬間產生很大的電流，燒毀RSl或是Q20，同時電感飽和，在Q19開通期間電感電流迅速上升，燒毀主開關管Q19或是RS2。傳統的短路保護方案1是給led負載串聯保險絲，當發生短路時，保險絲迅速燒掉，斷開負載迴路，保護RSl或是Q20不被損壞。改方式存在的問題，一旦發生短路，就要更換保險絲，使用不方便。如果做成防水密封的電源，這種方式更不可取，如果發生短路，燒毀元器件，整個電源將報廢。傳統的短路保護方案2是給led負載串聯PTC，根據PTC隨溫度升高阻值變大的原理來達到保護的目的。當led負載短路時，短路電流瞬間變大，流過PTC 的電流急速上升，PTC的溫度也上升，導致其阻值變大，迴路電流逐漸變小。等短路解除後， PTC溫度恢復正常，負載又可正常工作。該方案存在的問題1、保護不及時，因為PTC需要一個反應過程，當電流變大時，PTC還來不及反應， RSl或是Q20已經燒掉了。2、因為PTC存在內阻，使得整個電源的轉換效率比較低。 發明內容本實用新型的目的是提供一種可以快速保護器件，同時不影響效率，短路解除後立即自動恢復的LED恆流源驅動的短路保護電路。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現。[0010]一種led恆流源短路保護電路，其特徵在於所述led恆流源短路保護電路包括比較電路、供電電路和輸出電路，比較電路的兩輸入端連接在負載LED電路的兩端，比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端與串接在負載LED上的PWM調光MOS 管Q6的控制端連接，負載LED電路短路時，比較電路負飽和輸出0V，關斷PWM調光MOS管， 負載LED主迴路被關斷，PWM調光失效；負載LED電路沒有短路時，輸出電路的輸入端電壓等於比較電路的正飽和輸出電壓，PWM信號輸出控制MOS管Q6的驅動電壓進行PWM調光。其中比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端之間連接有緩衝電路，緩衝電路用於提高電路的抗幹擾性，緩衝電路由穩壓二極體D3、電阻R6、二極體D5、三極體Q5和充電電容 C4構成，二極體D5連接在三極體Q5之集電極與基極之間，穩壓二極體D3串接在三極體Q5 之集電極上，二極體D5的正極與基極連接且與電阻R6串接，充電電容C4並接在三極體Q5 之集電極上，電阻R6用於限流，LED沒有短路時，Q5截止，電阻R6限流充電電容C4慢充電， 充電電容C4充電至相應電壓時，穩壓二極體D3和輸出電路導通，當LED短路，二極體D5截止，三極體Q5導通，充電電容C4快速放電，穩壓二極體D3和輸出電路迅速截止。其中比較電路由放大器及其外圍器件組成，外圍器件包括有二極體D4和二極體 D6，二極體D4反接在放大器的正輸入端，二極體D6連接在放大器的負輸入端與放大器的輸出端之間，二極體D6的正極與放大器的輸出端連接。所述PWM調光MOS管連接在負載LED的負極性端。所述輸出電路包括三極體Q2和三極體Q3，三極體Q3的基極與三極體Q2集電極連接，在三極體Q2和三極體Q3的集電極上分別串接有電阻R4、R5，三極體Q2的基極為輸出電路的輸入端，三極體Q3的集電極輸出電路的輸出端，三極體Q2和電阻R4用於邏輯電平轉換作用，三極體Q3和電阻R5引入了控制MOS管Q6的驅動電壓且在7V-15V之間。在三極體Q3的集電極端並接有電容C3。本實用新型與現有技術相比具有如下優點本實用新型用於包括比較電路、供電電路和輸出電路，比較電路的兩輸入端連接在負載LED電路的兩端，比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端與串接在負載LED上的PWM調光MOS管Q6的控制端連接，負載LED電路短路時，比較電路負飽和輸出0V，關斷PWM調光MOS管，負載LED主迴路被關斷，PWM調光失效；負載LED電路沒有短路時，輸出電路的輸入端電壓等於比較電路的正飽和輸出電壓，PWM信號輸出控制 MOS管Q6的驅動電壓進行PWM調光，這樣可以將本實用新型連接在負載LED的的兩端，通過比較電路的輸出電壓來控制PWM調光MOS管Q6的控制端電壓繼而控制MOS管Q6的通斷而實現負載LED的短路保護，從而實現對LED短路的實時保護和持續保護，並且短路故障消失後能立即自動解除保護。
圖1是Boost電路即升壓轉換器原理圖；圖2是現有的boost恆流電流原理圖；圖3是本實用新型涉led恆流源短路保護電路原理圖。
具體實施方式
[0021]本實用新型led恆流源短路保護電路工作原理如圖3，該電路共分為5個部分，A部分為BOOST主電路，包括電感，主開關管，二極體，負載和PWM調光MOS管和LED負載。B部分為核心的比較電路，使用運放搭建的一個比較器。C部分為整個保護電路的供電電路。D部分為緩衝電路，可以調高整個電路的穩定性。E部分為輸出電路，PWMOUT是Q6的驅動電壓，一般在7V到15V之間均可。其中A部分Boost主電路，Ll為升壓電感，Q4為主開關管，Dl為升壓二極體，Q6 為PWM調光MOS管。當電路正常工作時，Q4快速開斷，Q6導通；當LED短路時，Q4關斷，Q6 關斷，保護電路元件不燒毀。B部分為整個控制電路的核心部分，他由放大器及其外圍器件組成一個比較器，其中外圍器件包括有二極體D4和二極體D6，二極體D4反接在放大器的正輸入端，二極體D6 連接在放大器的負輸入端與放大器的輸出端之間，二極體D6的正極與放大器的輸出端連接。其工作過程如下1、當LED沒有短路時情形一 b00st電路工作中。Va大於boost電路的輸入電壓，小於等於輸出限壓電壓，Vb = OV(Q6導通)。D4截止，D6導通，V+ > V-, Vo等於放大器正飽和輸出電壓。情形二 b00st電路沒有工作，負載開路。Va略小於boost電路的輸入電壓，D4截止，Va > V+ > Vo ；由於Q6關斷，Vb = V- = Vo0所以V+ > V-, Vo等於放大器的正飽和輸出電壓。情形三b00st電路沒有工作，已接入LED負載。Va略小於boost電路的輸入電壓，D4截止，Va > V+ > Vo ；由於Q6關斷，LED未導通時的等效電阻很大，仍可近似看作Vb =V- = Vo。所以V+ > V-, Vo等於放大器的正飽和輸出電壓。正飽和輸出電壓Vo經過R6和D5、D3開通Q2，於是Q3處於截止狀態，Q6是否導通取決於驅動電壓PWM0UT。MCU可輸出PWM信號來控制驅動電壓PWM0UT，達到調光的目的。2、當LED短路時，LED負載兩端的電壓差等於零。情形一 b00st電路沒有工作，Q6關斷，放大器正飽和輸出。若LED短路，Va = Vb =12V/MV，二極體D4和D6截止，V+ < V-，放大器轉入負飽和輸出OV，Q2截止，Q3導通， 繼而關斷Q6，主迴路被關斷，防止燒毀元件。情形二 b00st電路正常工作，Q6導通，放大器正飽和輸出。若LED短路，Va = Vb 並且接近0V，二極體D4和D6由於放大器的正飽和電壓而正偏導通，同樣有V+ < V-，放大器轉入負飽和輸出OV，Q2截止，Q3導通，繼而關斷Q6，主迴路停止工作，電路工作進入情形一所述的狀態。C圖部分為整個控制電路的供電部分，D2為12V穩壓二極體，Ql為NPN型三極體， 發射極電壓約為11. 4V，它是整個保護電路的供電電源。UC904的正飽和輸出電壓低於電源電壓1.5V，也就是9. 9V左右。D部分是緩衝部分。緩衝電路由穩壓二極體D3、電阻R6、二極體D5、三極體Q5和充電電容C4構成，R6用於限流，D3是5.6V穩壓二極體。當放大器正飽和輸出時(LED沒有短路)，三極體Q5截止，充電電容C4的充電因R6的限流而很慢，充電電容C4充電至6. 2V 時，穩壓二極體D3和Q2才能導通。當放大器負飽和輸出時(LED短路)，二極體D5截止，三極體Q5導通，充電電容C4放電很快，穩壓二極體D3和三極體Q2迅速截止。緩衝電路具體連接如下二極體D5連接在三極體Q5之集電極與基極之間，穩壓二極體D3串接在三極體 Q5之集電極上，二極體D5的正極與基極連接且與電阻R6串接，充電電容C4並接在三極體 Q5之集電極上，電阻R6用於限流，LED沒有短路時，三極體Q5截止，電阻R6限流充電電容 C4慢充電，充電電容C4充電至相應電壓時，穩壓二極體D3和輸出電路導通，當LED短路，二極體D5截止，三極體Q5導通，充電電容C4快速放電，穩壓二極體D3和輸出電路迅速截止。E部分是輸出電路。輸出電路包括三極體Q2和三極體Q3，三極體Q3的基極與三極體Q2集電極連接，在三極體Q2和三極體Q3的集電極上分別串接有電阻R4、R5，三極體Q2 的基極為輸出電路的輸入端，三極體Q3的集電極輸出電路的輸出端。三極體Q2和R4是邏輯電平轉換作用；三極體Q3和R5引入了驅動電壓PWM0UT，一般在7V到15V之間均可。在三極體Q3的集電極端並接有電容C3，但電容C3是可選元件。本電路應用LED負載的開斷控制管在它的負端；LED串聯數目不大於30串(總電壓不大於100V)；如果有，建議與LED並聯的電阻不小於10K。
權利要求1.一種led恆流源短路保護電路，其特徵在於所述led恆流源短路保護電路包括比較電路、供電電路和輸出電路，比較電路的兩輸入端連接在負載LED電路的兩端，比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端與串接在負載LED上的PWM調光MOS 管Q6的控制端連接，負載LED電路短路時，比較電路負飽和輸出0V，關斷PWM調光MOS管， 負載LED主迴路被關斷，PWM調光失效；負載LED電路沒有短路時，輸出電路的輸入端電壓等於比較電路的正飽和輸出電壓，PWM信號輸出控制MOS管Q6的驅動電壓進行PWM調光。
2.根據權利要求1所述的led恆流源短路保護電路，其特徵在於比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端之間連接有緩衝電路，緩衝電路用於提高電路的抗幹擾性，緩衝電路由穩壓二極體D3、電阻R6、二極體D5、三極體Q5和充電電容C4構成，二極體D5連接在三極體Q5之集電極與基極之間，穩壓二極體D3串接在三極體Q5之集電極上，二極體D5的正極與基極連接且與電阻R6串接，充電電容C4並接在三極體Q5之集電極上，電阻R6用於限流，LED沒有短路時，Q5截止，電阻R6限流充電電容C4慢充電，充電電容C4充電至相應電壓時，穩壓二極體D3和輸出電路導通，當LED短路，二極體D5截止，三極體Q5導通，充電電容C4快速放電，穩壓二極體D3和輸出電路迅速截止。
3.根據權利要求2所述的led恆流源短路保護電路，其特徵在於比較電路由放大器及其外圍器件組成，外圍器件包括有二極體D4和二極體D6，二極體D4反接在放大器的正輸入端，二極體D6連接在放大器的負輸入端與放大器的輸出端之間，二極體D6的正極與放大器的輸出端連接。
4.根據權利要求3所述的led恆流源短路保護電路，其特徵在於PWM調光MOS管連接在負載LED的負極性端。
5.根據權利要求1所述的led恆流源短路保護電路，其特徵在於輸出電路包括三極體Q2和三極體Q3，三極體Q3的基極與三極體Q2集電極連接，在三極體Q2和三極體Q3的集電極上分別串接有電阻R4、R5，三極體Q2的基極為輸出電路的輸入端，三極體Q3的集電極輸出電路的輸出端，三極體Q2和電阻R4用於邏輯電平轉換作用，三極體Q3和電阻R5弓丨入了控制MOS管Q6的驅動電壓且在7V-15V之間。
6.根據權利要求5所述的led恆流源短路保護電路，其特徵在於三極體Q3的集電極端並接有電容C3。
專利摘要本實用新型公開了一種led恆流源短路保護電路，其特徵在於所述led恆流源短路保護電路包括比較電路、供電電路和輸出電路，比較電路的兩輸入端連接在負載LED電路的兩端，比較電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端與串接在負載LED上的PWM調光MOS管Q6的控制端連接，負載LED電路短路時，比較電路負飽和輸出0V，關斷PWM調光MOS管，負載LED主迴路被關斷，PWM調光失效；負載LED電路沒有短路時，輸出電路的輸入端電壓等於比較電路的正飽和輸出電壓，PWM信號輸出控制MOS管Q6的驅動電壓進行PWM調光。本實用新型可以快速保護器件，同時不影響效率，短路解除後立即自動恢復的LED恆流源驅動的短路保護電路。
文檔編號H05B37/02GK202014080SQ20112005055
公開日2011年10月19日 申請日期2011年2月28日 優先權日2011年2月28日
發明者陳勇 申請人:深圳碩日新能源科技有限公司