CN102355778A - 一种旁路电路及旁路方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旁路电路及旁路方法。该旁路电路包括：检测电路，耦接至目标电路，检测所述目标电路两端的电压以判定目标电路是否开路，并产生反映该开路状态的输出信号；开关管，并联耦接至目标电路，所述开关管的控制端与检测电路耦接以接收检测电路的输出信号，所述开关管根据检测电路的输出信号选择性地导通以旁路目标电路。该旁路方法包括：检测目标电路两端的电压；根据目标电路两端的电压来判定目标电路是否开路；当检测到目标电路开路时，导通与目标电路并联耦接的开关管以旁路该目标电路。根据本发明的旁路电路或旁路方法，采用开关管来实现旁路，可降低旁路电路的功率损耗。

Description

一种旁路电路及旁路方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子电路，特别地，涉及一种旁路电路及旁路方法。
背景技术
通常，当串联支路上的某一器件损坏或者其他故障造成部分电路开路时，整个串联支路就不能继续工作。例如，在液晶电视背光的应用中，发光二极管(LED)以多条灯串的阵列形式提供背光。这种串联形式的LED灯串具有每个LED灯电流相同的优点，因此，亮度稳定，并且驱动效率高。但同时LED灯串也具有缺点，那就是当LED灯串中的一个LED开路时，整条灯串都会熄灭。
为了防止这个问题的发生，通常采用旁路电路与每个LED并联。当其中的一个LED开路时，电流将从旁路电路中流过。传统的旁路电路采用稳压二极管(例如，齐纳二极管)，如图1所示，其中每个稳压二极管和一个LED并联。当LED灯串中的某一个LED开路时，驱动电压(Vsup+Vsup-)直接加载到与之并联的稳压二极管上，稳压二极管反向击穿并将LED两端的电压钳制在稳定电压上。这样，整条LED灯串中除开路的LED外其余LED又能正常工作了。为了保证电路的运行，稳压二极管的反向击穿电压需大于LED正常工作状态下的正向电压。因此，当LED正常工作时，稳压二极管不导通，不会影响LED的正常工作。当LED开路而触发稳压二极管导通时，电流从稳压二极管中流过。
然而，该旁路电路存在两大缺点。第一，稳压二极管的功耗较高。例如，稳压二极管稳定电压的典型值为5V，且该稳定电压受半导体工艺、运行温度和导通电流的影响较大。其次，当稳压二极管被误触发时，例如当供电电压不稳定而产生“尖刺”时或LED开通瞬间电流出现浪涌(surge)时，灯串中的一个或多个稳压二极管将反向导通而旁路相应的一个或多个LED，从而在背光中留下“黑点”。当该误触发状态消除后，稳压二极管不能自动恢复，除非灯串重新上电启动，然而很多场合不方便经常重新启动。
发明内容
根据本发明一实施例的旁路电路，包括：检测电路，耦接至目标电路，检测所述目标电路两端的电压以判定目标电路是否处于开路状态，并产生反映该开路状态的输出信号；开关管，并联耦接至目标电路，所述开关管的控制端与检测电路耦接以接收检测电路的输出信号，所述开关管根据检测电路的输出信号选择性地导通以旁路目标电路。
根据本发明一实施例的旁路方法，包括：检测目标电路两端的电压；根据目标电路两端的电压来判定目标电路是否处于开路状态；当检测到目标电路处于开路状态时，导通与目标电路并联耦接的开关管以旁路该目标电路。
根据本发明实施例的旁路电路或旁路方法，采用开关管来实现旁路，可降低旁路电路的功率损耗。
附图说明
图1是现有技术的采用稳压二极管的LED旁路电路；
图2是根据本发明一实施例的LED旁路电路的框图；
图3是根据本发明一实施例的LED旁路电路的电路图；
图4是根据本发明一实施例的图3所示LED旁路电路的波形图；
图5是根据本发明一实施例的LED旁路方法的流程图。
具体实施方式
下面详细说明本发明各个示范实施例。在接下来的说明中，本技术领域的技术人员应理解，本发明的描述只针对几个典型的实施例，并不仅局限于实施例描述的范围，还可以用其他的实施例来实现。此外，本文所称“耦接”的含义为直接连接，或通过其他电路元件，间接连接。
本发明的实施例提供一种旁路电路，包括检测电路和开关管。检测电路耦接至目标电路，检测目标电路两端的电压以判定目标电路是否开路，并产生反映该开路状态的输出信号。开关管并联耦接至目标电路，开关管的控制端与检测电路耦接以接收检测电路的输出信号，开关管根据检测电路的输出信号选择性地导通以旁路目标电路。该开关管可为金属氧化物场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)、结型场效应管(JFET)或其它类型的可控半导体器件。在一个实施例中，目标电路是指串联支路中的部分电路。在另一个实施例中，目标电路可以是一条LED灯串上的某个或某几个LED。在一个实施例中，检测电路在检测到目标电路开路时，将开关管导通。和现有技术中的稳压二极管相比，开关管的导通压降很低，因此，采用开关管来旁路目标电路可降低功耗。
在一个实施例中，开关管根据检测电路的输出信号周期性地关断。在另一个实施例中，检测电路在检测到目标电路开路时，将开关管导通预设时长，并在预设时长结束后将开关管关断。这样使得在开关管关断时，检测电路可再次检测目标电路两端的电压以判断目标电路是否仍开路。若目标电路仍开路，则检测电路再次将开关管导通。若目标电路不再开路，则检测电路保持开关管关断而使目标电路恢复正常工作。
图2是根据本发明一实施例的LED旁路电路20的框图。旁路电路20并联耦接于LED A的两端，检测到LED A为开路状态时对其进行旁路。尽管图2中仅给出了有限的元器件装置，但在一些实施例中，旁路电路可进一步包括诸如开关管，晶体管和/或其他适用的元器件。在本实施例中，LED A为目标LED。
在一些实施例中，目标LED与一个或多个其他LED串联组成LED串，由功率电源给LED串供电。图2中仅给出了单个并联有旁路电路的目标LED A，实际上，在其它实施例中，目标电路可以是某几个LED、发光器件、和/或其它照明器件。这些器件可能是单个的，也可能是以串、排或者其它排列方式组成的多个器件。在其它实施例中，LED A也可以以其它排列方式与多个LED连接。
如图2所示，旁路电路20包括检测电路21和开关管M。检测电路21的输入端耦接至LED A的两端，用于检测LED A的状态。在一个实施例中，检测电路21耦接至LED A的阳极LED+和阴极LED-，通过检测LED A的正向电压VA(VLED+-VLED-)来判定其是否处于开路状态。在其他实施例中，检测电路21也可通过检测流过LED A的电流、电流变化率和/或LED A两端的电压变化率来判定其状态。
开关管M并联耦接于LED A的两端，其控制端耦接于检测电路21的输出端以接收检测电路21的输出信号，开关管M根据检测电路21的输出信号选择性地导通。当检测电路21控制开关管M导通时，LED A被旁路，电流流过开关管M。在一个实施例中，开关管M可为金属氧化物场效应管(MOSFET)、双极型晶体管(BJT)、结型场效应管(JFET)或其它类型的开关管。该开关管M可以是N型的，也可以为P型的。和稳压二极管相比，开关管M的导通压降很低，因此，采用开关管M来旁路LED所消耗的功耗较低。在一个实施例中，当开关管M为MOSFET管时，其导通压降VON为50mV。
当LED A发生故障处于开路状态时，供给整条LED灯串的电压加载在开路的LED A上，其正向电压VA上升。检测电路21检测到开路状态后控制开关管M导通以旁路开路LED。在一个实施例中，检测电路21通过比较正向电压VA和阈值电压的大小来判定LED A的状态。当正向电压VA大于阈值电压时，判定为LED A开路，开关管M导通。
开关管M受检测电路21的输出信号控制，在LED A开路时周期性关断以便检测电路21重复检测开路状态是否仍然存在。若LED A仍然处于开路状态，开关管M关断后正向电压VA会再次上升并超过阈值电压，从而导通开关管M并周期性检测LED A的状态。若LED A恢复到正常工作状态，例如，故障触发情况消除或者故障LED用新的LED更换，开关管M关断后正向电压VA会低于阈值电压，开关管M将保持关断，旁路电路20不影响LED A的正常工作。
图3为根据本发明一实施例的LED旁路电路30的框图。旁路电路30包括：检测电路31、开关管M及稳压二极管ZD。检测电路31包括比较器U1和保持电路32。比较器U1的同相输入端耦接至LED A的阳极，其反相输入端耦接至阈值电压源VREF。阈值电压源VREF的正极与比较器U1的反相输入端连接，负极耦接至目标LED A的阴极。这样，比较器U1耦接至目标LED A的VLED+与VLED-两端，用于比较正向电压VA和阈值电压VREF的大小。在一个实施例中，阈值电压VREF由旁路电路30产生。在另一个实施例中，VREF由外部信号提供。在一个实施例中，阈值电压VREF的值是可调的。
保持电路32耦接于比较器U1与开关管M之间，具有输入端和输出端。保持电路32的输入端耦接至比较器U1的输出端以接收比较器U1的输出信号VCMP。保持电路32的输出端作为检测电路31的输出端耦接至开关管M的控制端，并提供检测电路31的输出信号VG。当目标LED的正向电压VA大于阈值电压VREF时，比较器U1的输出信号VCMP为逻辑高电平，检测电路31的输出信号VG也为高电平，此时开关管M导通。在一个实施例中，保持电路32保持开关管M导通预设时长，当预设时长结束时，保持电路32将开关管M关断。在另一个实施例中，检测电路31可保持开关管M一直导通，直到旁路电路30被重启。
开关管M与目标LED A并联耦接。如图3所示，在一个实施例中，开关管M为NMOS。开关管M的漏极耦接至LED A的阳极，源极耦接至LED A的阴极，栅极连接至检测电路31的输出端。当VG为高电平时，开关管M导通，电流流过开关管M，LED A被旁路，灯串中的其他LED(未画出)可正常发光。在一个实施例中，开关管MOSFET是与检测电路集成在同一个半导体衬底上的横向扩散MOSFET。
稳压二极管ZD与LED A并联耦接，稳压二极管ZD的阴极耦接至LED A的阳极，阳极耦接至LED A的阴极。稳压二极管ZD的反向击穿电压和稳定电压VCP均高于LED A正常工作状态下的正向电压VA。因此在LED A正常工作期间，稳压二极管ZD不会影响LED A的工作。只有当LED A发生开路时，正向电压VA上升直至稳压二极管ZD快速导通并钳制VA至稳定电压VCP。阈值电压VREF的值设定在LED A正常工作状态下的正向电压VA和稳压二极管ZD的稳定电压VCP之间。在一个实施例中，稳压二极管ZD的稳定电压VCP大约为7V，LED A在正常工作状态下的正向电压VA为4V，而阈值电压VREF设定为5V。在一些实施例中，稳压二极管ZD可以省略。
图4是根据本发明一实施例的图3所示的LED旁路电路的波形图。下面根据图4中给出的四个波形进一步描述旁路电路30的工作方式。如图4所示，信号ST用来表示LED A的状态：ST为低表示LED A正常工作；ST为高表示LEDA处于开路或者误触发状态。第二个波形为LED A正向电压VA的波形。第三个波形为比较器U1的输出信号VCMP。最后一个波形为检测电路31的输出信号VG，用于控制开关管M的导通与关断。
t0时刻之前，ST为低，LED A正常工作，且正向电压VA为正常值VA0。电压信号VCMP和VG均保持低电平状态，此期间开关管M处于关断状态。在t0时刻时，LED A发生开路(ST为高)。LED灯串的供电电压加在开路LED A的两端使稳压二极管ZD反向击穿，正向电压VA上升至稳压二极管ZD的稳定电压VCP。经过短暂的内部延时，比较器U1的输出信号VCMP在t1时刻变高，保持电路32被触发并产生高电平信号VG以控制开关管M导通。t0到t1的这段延时由电路的内部参数决定，例如，寄生电容引起的延时。在其它实施例中，浪涌电压也可能误触发开关管M导通。
一旦开关管M导通，正向电压VA下降至开关管M的导通电压VON。保持电路32将信号VG的高电平保持预设时长T。经过预设时长T后，保持电路32在时刻t2输出低电平信号VG以关断开关管M。此时，由于LED A仍处于开路状态，ST仍然为高，VA再次上升进入下一个周期，并导通开关管M。在每一个周期内，开关管M在预设时长T后被关断，分别如图4所示的t2，t3，t4和t6时刻。这样，开关管M由保持电路32周期性地关断，以使得开路故障消除时，LED A能自动恢复到正常工作状态。若LED A仍然保持开路状态，上述情况重复进行。
LED A处于开路时，VG的占空比D由两部分时长来决定：低电平的内部延时时长(例如t0与t1之间的时间间隔)和高电平的预设时长T。其中内部延时时长相比于预设时长T可能很短，因此VG的占空比在LED A开路状态下是非常高的，这使得LED A的正向电压VA的平均电压很低，约为D*VON+(1-D)*VCP。
若LED A的开路故障消除，ST变为低电平，开关管M将保持关断使得排除开路故障的LED A进入正常工作。如图4所示，在t5时刻，LED A恢复到正常状态或者误触发消除。一旦开关管M在t6时刻关断，即信号VG的下降沿，正向电压VA上升至正常工作状态下的正向电压VA0。由于VA0小于阈值电压VREF，开关管M将保持关断状态，这时LED A恢复正常工作。
应当指出的是，逻辑信号的“高”或“低”用相反的逻辑电平替换也可能产生同样的效果。例如，当VA高于阈值电压VREF时，在VCMP和VG信号为“低”时也可以使得开关管M导通。
本发明的实施例还提供一种旁路方法，包括：检测目标电路两端的电压；根据目标电路两端的电压来判定目标电路是否开路；以及当检测到目标电路开路时，导通与目标电路并联耦接的开关管以旁路该目标电路。在一个实施例中，该方法进一步包括：当检测到目标电路开路时，周期性地关断开关管，并重复检测目标电路两端的电压以判断目标电路是否仍开路。
图5是根据本发明一实施例的LED旁路方法的流程图，包括步骤501～506。
在步骤501，将开关管与目标LED并联耦接。
在步骤502，通过检测目标LED两端的电压来判断目标LED是否处于开路状态，并根据判断结果选择进入步骤503或者506。在一个实施例中，通过比较目标LED的正向电压和预设的阈值电压来检测目标LED的状态。如果目标LED的正向电压高于阈值电压，则表示目标LED开路，进入步骤503；否则进入步骤506。
在步骤503，将开关管导通以旁路目标LED，使得LED灯串中的其它LED仍能正常工作。
在步骤504，保持开关管导通预设时长。
在步骤505，在预设时长结束后关断开关管，然后返回步骤502以再次根据目标LED电路的状态选择进入步骤503或者506。
在步骤506，保持开关管关断，使LED处于正常工作状态。其后返回步骤502。
在检测到目标LED处于开路状态时，将开关管导通预设时长，然后关断开关管，并重复上述导通关断动作以周期性地检测开关管是否仍然处于开路状态，直至开路状态消除。若检测到开路状态消除，则关断开关管使得目标LED恢复正常工作。
上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明进行了说明，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (11)

1.一种旁路电路，包括：
检测电路，耦接至目标电路，检测所述目标电路两端的电压以判定目标电路是否处于开路状态，并产生反映该开路状态的输出信号；以及
开关管，并联耦接至目标电路，所述开关管的控制端与检测电路耦接以接收检测电路的输出信号，所述开关管根据检测电路的输出信号选择性地导通以旁路目标电路。
2.如权利要求1所述的旁路电路，其中所述开关管根据检测电路的输出信号周期性地关断。
3.如权利要求1所述的旁路电路，其中检测电路在检测到目标电路处于开路状态时，将开关管导通。
4.如权利要求2所述的旁路电路，其中检测电路在检测到目标电路处于开路状态时，将开关管导通预设时长，并在预设时长结束后将开关管关断。
5.如权利要求1所述的旁路电路，其中所述目标电路是发光二极管(LED)，该LED与一个或多个其他LED串联组成LED串。
6.如权利要求5所述的旁路电路，其中所述检测电路包括：
比较器，比较该LED的正向电压与阈值电压；其中
当该LED的正向电压高于阈值电压时，开关管导通。
7.如权利要求6所述的旁路电路，其中检测电路进一步包括：
保持电路，具有输入端与输出端；
其中保持电路的输入端耦接至比较器的输出端，保持电路的输出端耦接至开关管的控制端，当该LED的正向电压高于阈值电压时，保持电路使开关管导通预设时长，当预设时长结束时，保持电路使开关管关断。
8.如权利要求1所述的旁路电路，其中所述开关管是与检测电路集成在同一个半导体衬底上的横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管。
9.如权利要求5所述的旁路电路，进一步包括：
稳压二极管，具有阴极和阳极；
其中所述稳压二极管的阳极耦接至该LED的阴极，稳压二极管的阴极耦接至该LED的阳极，该稳压二极管的稳定电压高于该LED正常工作状态下的正向电压。
10.一种旁路方法，包括：
检测目标电路两端的电压；
根据目标电路两端的电压来判定目标电路是否处于开路状态；以及
当检测到目标电路处于开路状态时，导通与目标电路并联耦接的开关管以旁路该目标电路。
11.如权利要求10所述的旁路方法，进一步包括：
当检测到目标电路开路时，周期性地关断开关管，重复检测目标电路两端的电压以判定目标电路是否仍开路。
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