CN102612209A

CN102612209A - 升压led驱动电源的可恢复型保护电路及设计方法

Info

Publication number: CN102612209A
Application number: CN2012100193683A
Authority: CN
Inventors: 董硕; 张涛; 陈苏广; 刘石神; 袁士东
Original assignee: CHANGZHOU INSTITUTE OF OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY; Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: CHANGZHOU INSTITUTE OF OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY; Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102612209B

Abstract

本发明公开了一种升压LED驱动电源的可恢复型保护电路及设计方法，可实现短路保护和开路保护，保护电路包括采样控制模块和延时开关模块。本发明直接以升压LED驱动电源的输出端的电压为触发信号，可以准确地响应电路的开路和短路状况。本发明的保护电路通过控制输入电压与LED驱动电源输入端之间的连接，来达到在LED驱动电源输出端开路或短路时快速关断输入电压与LED驱动电源输入端之间的连接，并阻止LED驱动电源重新启动的目的，因而该保护电路无需保险丝，在排除故障后可重新工作；同时本发明还具有结构简单，调试方便，功耗小，成本低等特点。

Description

升压LED驱动电源的可恢复型保护电路及设计方法

技术领域

本发明涉及一种保护电路。具体涉及一种升压LED驱动电源的保护电路及设计方法。

背景技术

随着LED照明的应用越来越广泛，用户对LED照明灯具的寿命要求越来越高，对LED驱动电源电源也提出了较高的可靠性要求。而这就要求LED驱动电源在各种异常情况下，能够保护自身及负载设备的安全。其中，升压电路作为一种简单实用的LED驱动电源电路得到了广泛的应用，短路保护和开路保护也是其不可或缺的保护功能。当升压LED驱动电源的输出端短路时，输入电压直接接至输出端，输出电流急剧升高；当升压LED驱动电源的输出端开路时，输出电压会急剧升高。这两种情况都有可能损坏该LED驱动电源电路。

升压LED驱动电源常用的短路保护方法是在输入端接入保险丝，一旦输出端短路，输出电流迅速上升，输入端电流也会急剧增加，当超过保险丝的最大电流时使保险丝熔断，从而断开电源供电，需解除短路故障并更换保险丝后才能重新正常工作。此种方法虽然简单易行，但是保险丝更换麻烦，对于不宜拆卸的LED驱动电源并不适用。

升压LED驱动电源常用的开路保护方法是检测输出电压，一旦输出端开路，输出电压会迅速上升，当电压值达到设定的保护电压值后立即使主控制芯片停止输出，使输出电压下降。但是电压一旦下降到设定的保护电压值以下，电路又重新工作，输出电压重新升高，如此反复，不仅消耗能量，而且容易造成电路损坏。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有升压LED驱动电源短路保护电路和开路保护电路的技术缺陷，特别是解决短路保护电路中需要更换损坏的保险丝的问题以及开路保护电路中电路反复启动的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种升压LED驱动电源的可恢复型保护电路及设计方法，该保护电路同时具有开路和短路保护功能，通过直接测量输出端电压变化，一旦输出端出现短路或者开路故障，便直接断开LED驱动电源与输入电压之间的连接，从而达到保护的目的，可以用在大多数升压LED驱动电源方案中。

本发明所述升压LED驱动电源的保护电路包括以下具体的采样控制模块和延时开关模块，如附图1所示。

所述的采样控制模块由电阻R2、电阻R3、电阻R4、P沟道场效应管Q2和N沟道场效应管Q3组成，电阻R2的一端与升压LED驱动电源输出电压正端相连；电阻R2、电阻R3、电阻R4串联连接，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与升压LED驱动电源的地端相连；场效应管Q2的栅极与电阻R3与电阻R4的相连端相连，场效应管Q2的漏极与场效应管Q3的漏极相连；场效应管Q3的栅极与电阻R3与电阻R2的相连端相连，场效应管Q3的源极和电阻R4与升压LED驱动电源的地端相连的一端相连；

所述延时开关模块由电阻R1、电容C1和P沟道场效应管Q1组成：电阻R1的一端与采样控制模块中的场效应管Q2的源极和场效应管Q1的栅极相连；电容C1的正极与场效应管Q1的栅极相连，电容C1的负极与场效应管Q3的源极相连；场效应管Q1串联接入升压LED驱动电源电源的输入电压与输入端之间，场效应管Q1的源极与升压LED驱动电源的输入电压相连，场效应管Q1的漏极与升压LED驱动电源的输入端相连。

本发明所述升压LED驱动电源的保护电路的工作原理如下：

在开启输入电压Vin时，输入电压Vin通过电阻R1给电容C1充电，使得电容C1上的电压缓慢上升，此时场效应管Q1的栅极电压小于源极电压，场效应管Q1导通，输入电压Vin接入LED驱动电源的输入端Vcc，LED驱动电源电源开始工作，输出电压Vo达到正常的输出电压。电源正常工作时，LED驱动电源的输出电压Vo通过电阻R2、电阻R3、电阻R4串联分压，产生两组控制电压分别控制场效应管Q2和场效应管Q3导通和关断。通过合理配置电阻R2、电阻R3、电阻R4的阻值，使得场效应管Q2和场效应管Q3均导通，使得场效应管Q1的栅极电压较低，维持场效应管Q1的漏源两极导通。一旦LED驱动电源输出端Vo出现短路故障，输出电压Vo降低，电阻R3上端电压降低，使场效应管Q3关断，电源输入电压通过电阻R1给电容C1充电，C1正端电压上升，使场效应管Q1关断，切断输入电压与电源输入端之间的连接，电源停止工作；一旦LED驱动电源输出端Vo出现开路故障，输出电压Vo升高，电阻R3上端电压上升，使得场效应管Q2关断，电源输入电压Vin通过电阻R1给电容C1充电，C1正端电压上升，使场效应管Q1关断，切断输入电压Vin与LED驱动电源输入端Vcc之间的连接，使LED驱动电源停止工作。当出现故障，保护电路使LED驱动电源停止工作，输出电压Vo降低为0V，此时电阻R5上电压为0V，场效应管保持关断，输入电压Vin通过电阻R1给电容C1充电，维持C1上的电压，使场效应管Q1关断，保证了LED驱动电源保持停止工作状态，不会出现重启动。

当关闭输入电压Vin，并解除故障后，电容C1通过电阻R1放电，电压降为0V。重新打开输入电压Vin后，LED驱动电源恢复正常工作。

附图1的电路原理图中各元件参数的选定方法：

下文公式中各参数表示：V_in为LED驱动电源的输入电压值，V_o为LED驱动电源电路工作正常时的输出电压值，V_max为设定的输出电压的最大值。V_thp1为场效应管Q1导通时栅源极电压的的开启电压绝对值，V_thp2为场效应管Q2导通时栅源极电压的的开启电压绝对值，V_thn为场效应管Q3导通时栅源极的开启电压绝对值。r₁表示电阻R1的阻值，r₂表示电阻R2的阻值，r₃表示电阻R3的阻值，r₄表示电阻R4的阻值，c₁表示C1的值。各元件参数的选择应满足如下规则：

规则1.场效应管Q1应选择导通电阻小，饱和漏极电流大于LED驱动电源最大输入电流的P沟道型场效应管。场效应管Q2应选择导通电阻小，击穿电压大于最大输出电压的P沟道型场效应管。场效应管Q3应选择导通电阻小，击穿电压大于最大输出电压的N沟道型场效应管。

规则2.在输出电压为V_o时，应使场效应管Q1导通，则场效应管Q2和场效应管Q3均需导通。则相应的参数关系应当如公式(1)和公式(2)所示。

\frac{r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{o} < V_{in} - V_{thp 1} - V_{thp 2} - - - (1)

\frac{r_{3} + r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{o} > V_{thn}

V_thp1+V_thp2＜V_in (2)

规则3.在输出端短路时，输出电压近似为输入电压。为了保证场效应管Q3和场效应管Q1能够关断，相应的参数关系应当如公式(3)所示。

\frac{r_{3} + r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{in} < V_{thn} - - - (3)

规则4.在输出端开路时，输出电压上升，当达到设定的最大电压值时，为了保证场效应管Q2和场效应管Q1关断，相应的参数关系应当如公式(4)所示。

\frac{r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{\max} > V_{in} - V_{thp 1} - V_{thp 2} - - - (4)

规则5.电容值c₁、r₁的选择，应保证延时开关模块的充电时间大于电源的启动时间与电源输出建立时间之和。

本发明提供的升压LED驱动电源的可恢复型保护电路同时实现了开路保护和短路保护，并在出现开路或短路故障时，迅速切断输入电压与电源输入端之间的连接，有效的保护了电源；另外，本发明提供的升压LED驱动电源的可恢复型保护电路没有使用保险丝，排除故障后，重新启动即可，不需更换器件，可以方便地应用于各种不宜拆卸的LED升压驱动电源中。另外，本发明的短路保护电路还具有功耗小，调试方便，电子元件数目少，结构简单，成本低等优点。

本发明提供的升压LED驱动电源的可恢复型保护电路的缺点是，对输入电压有一定要求，不能超过场效应管的栅源极电压的最大值，不能低于场效应管的的栅源极开启电压。

附图说明

图1为本发明提供的LED驱动电源的可恢复型保护电路的电路原理图。

图2为图1所示电路的实施例的电路原理图。

具体实施方式

附图2展示了本发明所提供的保护电路的实施例的电路原理图。需要注意的是，为了简要起见，图2中只标示了升压LED驱动电源的主要部分。

附图2中除了本发明的短路保护电路部分，其余部分各元器件为：U1为电源控制芯片，L1为电感，Q4为功率开关管，D1为输出整流二极管，C2为输出电容，Rs为电流采样电阻。

附图2中升压LED驱动电源电源输入电压为7V，输出电压10V，输出电流为350mA。

电感L1的值为L₂＝15uH，电容C2的电容值为c₂＝100uF，电阻Rs的阻值为r_s＝0.15Ω。输出电压的最大值电压V_max＝12V。选择P沟道场效应管Q1和Q2为IRF4905，开启电压均为2.5V。选择N沟道场效应管Q3为IRF1010，开启电压约为3V。

根据发明内容中所述的电路工作原理和参数设定规则，得具体的电路各元件的参数选择如下：

标号	型号或者参数
		R1	510KΩ
R2	100KΩ
		R3	25KΩ
R4	30KΩ
		C1	10uF
Q1	IRF4905
		Q2	IRF4905
Q3	IRF1010

Claims

1.一种升压LED驱动电源的可恢复型保护电路，它由采样控制模块和延时开关模块组成，其特征在于：

2.一种如权利要求1所述电路的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)场效应管Q1选择导通电阻小，饱和漏极电流大于LED驱动电源最大输入电流的P沟道型场效应管；场效应管Q2选择导通电阻小，击穿电压大于最大输出电压的P沟道型场效应管；场效应管Q3应选择导通电阻小，击穿电压大于最大输出电压的N沟道型场效应管；

2)电阻R2、R3和R4的阻值选择应满足：

\frac{r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{o} < V_{in} - V_{thp 1} - V_{thp 2} - - - (1)

\frac{r_{3} + r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{o} > V_{thn}

V_thp1+V_thp2＜V_in (2)

\frac{r_{3} + r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{in} < V_{thn} - - - (3)

\frac{r_{4}}{r_{2} + r_{3} + r_{4}} \cdot V_{\max} > V_{in} - V_{thp 1} - V_{thp 2} - - - (4)

式中：V_in为LED驱动电源的输入电压值，V_o为LED驱动电源电路工作正常时的输出电压值，V_max为设定的输出电压的最大值，V_thp1为场效应管Q1导通时栅源极电压的的开启电压绝对值，V_thp2为场效应管Q2导通时栅源极电压的的开启电压绝对值，V_thn为场效应管Q3导通时栅源极的开启电压绝对值，r₂表示电阻R2的阻值，r₃表示电阻R3的阻值，r₄表示电阻R4的阻值；

3)电容C1的电容值c₁、电阻R1的阻值r₁的选择，应保证延时开关模块的充电时间大于电源的启动时间与电源输出建立时间之和。