CN101616520B - 一种低成本高可靠性led开路保护电路 - Google Patents

Abstract

一种低成本高可靠性LED开路保护电路，包括：相互并联连接的LED和输出电容器Cout，LED的正极连接到电源Vin；电感L1，其一端与LED的负极相连；第一MOS晶体管M1，其漏极与电感L1的另一端相连，源极经由第一电阻器R1接地；续流二极管D1，其正极连接到第一MOS晶体管M1的漏极，负极连接到LED的正极；控制芯片，具有使能端en和输出端口gate、cs，输出端口gate连接到第一MOS晶体管M1的栅极，而输出端口cs与第一MOS晶体管M1的源极相连；晶体管负反馈控制模块，该模块对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到控制芯片的使能端en的输出信号，以控制第一MOS晶体管M1的通断。

Description

一种低成本高可靠性LED开路保护电路

技术领域

本发明涉及一种LED开路保护电路，更具体地讲，涉及一种低成本高可靠性LED开路保护电路。

背景技术

图1是传统的LED开路保护电路的示意图。如图1所示，在电源Vin与地之间连接有去藕电容器Cin；电阻器R2一端接电源Vin，另一端接稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极接光耦12的正输入端，光耦12的负输入端与LED的负极、电容器Cout的负极以及电感L1的一端相连接，LED的正极和电容器Cout的正极连接接到电源Vin以及续流二极管D1的负极，续流二极管D1的正极连接到电感L1的另一端以及MOS晶体管M1的漏极；MOS晶体管M1的栅极连接到控制芯片11的gate输出端，MOS晶体管M1的源极连接到电阻器R1以及控制芯片11的cs端；电阻器R1的另一端接地；控制芯片11的使能端en接光耦12输出端的正极；光耦12输出端的负极接地。

当MOS晶体管M1导通时，电感L1电流增加，节点cs处电压增加，直到节点cs处电压升高到某一参考电压时，关断MOS晶体管M1；电感L1通过续流二极管D1、负载LED放电，电流降低；控制芯片11再通过一定方式重新开启MOS晶体管M1，形成一个周期。当输出LED开路时，导通电流为0，从而M1常通，输出电压Vout会升高，当其值高达一定值时，稳压管Z1击穿，产生光耦12输入电流，从而光耦12输出产生下拉电流将en端拉低，控制芯片11关断MOS晶体管M1，从而维持输出电压在一个较合理的值。这样就有效地防止在LED开路时输出产生高压，从而有效防止LED在接通瞬间被烧坏。

上述传统的开路保护电路中，存在如下两个缺点：第一，开路时通过稳压管检测输出电压，当电压升到高于稳压管额定电压时产生电流流向光耦，从而将控制芯片11的en端拉低，相应地关断MOS晶体管M1，此检测方式采用了光耦，因而成本较高；第二，由于驱动光耦需要毫安级别的电流，如此电流级别的高压稳压管较少，而采用TVS管代替稳压管又会降低保护电路的可靠性。

可见，传统的LED开路保护电路成本高、可靠性低。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的上述问题，提供一种低成本高可靠性LED开路保护电路，以提高整体系统的性价比。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低成本高可靠性LED开路保护电路，包括：相互并联连接的LED和输出电容器Cout，LED的正极连接到电源Vin；电感L1，其一端与LED的负极相连接；第一MOS晶体管M1，其漏极与电感L1的另一端相连接，源极经由第一电阻器R1接地；续流二极管D1，其正极连接到第一MOS晶体管M1的漏极，负极连接到LED的正极；控制第一MOS晶体管M1通断的控制芯片，该控制芯片具有使能端en和输出端口gate、cs，其中输出端口gate连接到第一MOS晶体管M1的栅极，而输出端口cs与第一MOS晶体管M1的源极相连接；其特征在于，进一步包括晶体管负反馈控制模块，该控制模块对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到所述控制芯片的使能端en的输出信号，以控制第一MOS晶体管M1的通断。

根据本发明的一实施例，晶体管负反馈控制模块包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第二电阻器R2和第三电阻器R3，其中第一双极型晶体管Q1的发射极经由第二电阻器R2连接到所述LED的正极，第一双极型晶体管Q1的基极连接到所述LED负极，第一双极型晶体管Q1的集电极连接到第二双极型晶体管Q2的基极和第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端与第二双极型晶体管Q2的发射极共接到地，第二双极型晶体管Q2的集电极连接到所述控制芯片的使能端en。其中，第一双极型晶体管Q1可以为PNP型晶体管，第二双极型晶体管Q2可以为NPN型晶体管。

根据本发明的另一实施例，晶体管负反馈控制模块包括第二MOS晶体管M2、第三MOS晶体管M3、第二电阻器R2和第三电阻器R3，其中第二MOS晶体管M2的源极经由第二电阻器R2连接到所述LED的正极，第二MOS晶体管M2的栅极连接到所述LED负极，第二MOS晶体管M2的漏极连接到第三MOS晶体管M3的栅极和第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端与第三MOS晶体管M3的源极共接到地，第三MOS晶体管M3的漏极连接到所述控制芯片的使能端en。其中第二MOS晶体管M2可以为PMOS晶体管，第三MOS晶体管M3可以为NMOS晶体管。

本发明采用晶体管和电阻构成的电路模块代替现有技术中的稳压管和光耦，不仅实现了开路保护功能，而且由于晶体管和电阻技术成熟、成本低且可靠性高，从而使得根据本发明的开路保护电路成本低且可靠性高。

附图说明

图1是传统的LED开路保护电路的示意图；

图2是根据本发明一实施例的低成本高可靠性LED开路保护电路的示意图；

图3是根据本发明另一实施例的低成本高可靠性LED开路保护电路的示意图。

具体实施方式

下面，结合附图详细描述根据本发明的优选实施例。

首先，相对于如图1所示的现有的开路保护电路而言，本发明的技术方案采用晶体管负反馈控制模块代替传统的稳压管和光耦构成的控制网络，通过对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到控制芯片的使能端en的输出信号，来控制第一MOS晶体管M1的通断，实现开路保护功能。

具体地，如图2所示，LED和输出电容器Cout相互并联连接，LED的正极连接到电源Vin，电感L1的一端与LED的负极相连接，电感L1的另一端与第一MOS晶体管M1的漏极相连接，第一MOS晶体管M1的源极经由第一电阻器R1接地，续流二极管D1的正极连接到第一MOS晶体管M1的漏极，续流二极管D1的负极连接到LED的正极，控制芯片21控制第一MOS晶体管M1的通断，控制芯片21的输出端口gate连接到第一MOS晶体管M1的栅极，而输出端口cs与第一MOS晶体管M1的源极相连接，去耦电容器Cin连接在电源Vin和地之间。

晶体管负反馈控制模块包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第二电阻器R2和第三电阻器R3。第一双极型晶体管Q1的发射极经由第二电阻器R2连接到LED的正极，第一双极型晶体管Q1的基极连接到LED的负极，第一双极型晶体管Q1的集电极连接到第二双极型晶体管Q2的基极和第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端与第二双极型晶体管Q2的发射极共接到地，第二双极型晶体管Q2的集电极连接到控制芯片的使能端en。在该优选实施例中，第一双极型晶体管Q1为PNP型晶体管，第二双极型晶体管Q2为NPN型晶体管。

该实施例中，通过射极负反馈的共射放大器放大输出电压Vout，并用以驱动下拉网络，将控制芯片21的使能端en拉低，从而控制第一MOS晶体管M1的关断。具体而言，通过第二电阻器R2和第一双极型晶体管Q1将输出电压Vout转换为电流，该电流流入第二电阻器R2产生电压，该电压控制第二双极型晶体管Q2的基极，从而产生下拉电流将控制芯片21的使能端en拉低，从而通过控制芯片21关断第一MOS晶体管M1，因而限制了输出电压。输出电压满足如下不等式：

$V_{\mathrm{out}}\≤V_{\mathrm{be}1}+\frac{R1*V_{\mathrm{be}2}}{R2}\≈\frac{R1}{R2}*0.7V$

通过设计使得实际需要输出的电压约小于上式限制的电压，则灯突然接上时(接通瞬间)就不会因为高压产生的冲击电流而烧坏，而该保护电路在正常工作时也不会触发影响系统的正常功能。

图3示出了根据本发明的另一优选实施例，其与图2所示的优选实施例的区别仅在于，采用第二MOS晶体管M2和第三MOS晶体管M3分别代替第一双极型晶体管Q1和第二双极型晶体管Q2。相应地，采用第二MOS晶体管M2和第二电阻器R2将输出电压Vout转化为电流并在第二电阻器R2上形成电压，用以控制第三MOS晶体管M3的导通，从而将控制芯片31的使能端en拉低来关断第一MOS晶体管M1，使得开路时输出电压得以限制。

应该理解，本发明的技术方案采用射极(源级)负反馈的方式将输出电压转化为电流，并在电阻上产生相应的电压控制晶体管导通，从而将控制芯片的使能端拉低，相应地关断输出开关管，限制输出电压，从而实现开路保护，这种保护方式采用成熟的低成本的晶体管及电阻来实现，从而可靠性高且成本低。

本说明书中所描述的只是本发明的优选具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在如权利要求所界定的本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种低成本高可靠性LED开路保护电路，包括：相互并联连接的LED和输出电容器Cout，LED的正极连接到电源Vin；电感L1，其一端与LED的负极相连接；第一MOS晶体管M1，其漏极与电感L1的另一端相连接，源极经由第一电阻器R1接地；续流二极管D1，其正极连接到第一MOS晶体管M1的漏极，负极连接到LED的正极；控制第一MOS晶体管M1通断的控制芯片，该控制芯片具有使能端en和输出端口gate、cs，其中输出端口gate连接到第一MOS晶体管M1的栅极，而输出端口cs与第一MOS晶体管M1的源极相连接；其特征在于，进一步包括晶体管负反馈控制模块，所述晶体管负反馈控制模块包括第一双极型晶体管Q1、第二双极型晶体管Q2、第二电阻器R2和第三电阻器R3，其中第一双极型晶体管Q1的发射极经由第二电阻器R2连接到所述LED的正极，第一双极型晶体管Q1的基极连接到所述LED负极，第一双极型晶体管Q1的集电极连接到第二双极型晶体管Q2的基极和第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端与第二双极型晶体管Q2的发射极共接到地，第二双极型晶体管Q2的集电极连接到所述控制芯片的使能端en；该控制模块对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到所述控制芯片的使能端en的输出信号，以控制第一MOS晶体管M1的通断。

2.如权利要求1所述的低成本高可靠性LED开路保护电路，其特征在于，所述第一双极型晶体管Q1为PNP型晶体管，所述第二双极型晶体管Q2为NPN型晶体管。

3.一种低成本高可靠性LED开路保护电路，包括：相互并联连接的LED和输出电容器Cout，LED的正极连接到电源Vin；电感L1，其一端与LED的负极相连接；第一MOS晶体管M1，其漏极与电感L1的另一端相连接，源极经由第一电阻器R1接地；续流二极管D1，其正极连接到第一MOS晶体管M1的漏极，负极连接到LED的正极；控制第一MOS晶体管M1通断的控制芯片，该控制芯片具有使能端en和输出端口gate、cs，其中输出端口gate连接到第一MOS晶体管M1的栅极，而输出端口cs与第一MOS晶体管M1的源极相连接；其特征在于，进一步包括晶体管负反馈控制模块，所述晶体管负反馈控制模块包括第二MOS晶体管M2、第三MOS晶体管M3、第二电阻器R2和第三电阻器R3，其中第二MOS晶体管M2的源极经由第二电阻器R2连接到所述LED的正极，第二MOS晶体管M2的栅极连接到所述LED负极，第二MOS晶体管M2的漏极连接到第三MOS晶体管M3的栅极和第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端与第三MOS晶体管M3的源极共接到地，第三MOS晶体管M3的漏极连接到所述控制芯片的使能端en；该控制模块对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到所述控制芯片的使能端en的输出信号，以控制第一MOS晶体管M1的通断。

4.如权利要求3所述的低成本高可靠性LED开路保护电路，其特征在于，所述第二MOS晶体管M2为PMOS晶体管，所述第三MOS晶体管M3为NMOS晶体管。

5.如权利要求1-4中任一项所述的低成本高可靠性LED开路保护电路，其特征在于，进一步包括连接在电源Vin和地之间的去耦电容器Cin。

Images