CN102685969B - 发光二极管驱动电路及短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管驱动电路及短路保护电路。该发光二极管驱动电路，用以驱动一发光二极管模组。发光二极管驱动电路包含一转换电路、一转换控制电路以及一短路保护电路。转换电路耦接一输入电源以将输入电源的一电力转换成一输出电流用以驱动发光二极管模组，且转换电路包含一电容耦接发光二极管模组。转换控制电路根据流经发光二极管模组的一电流控制转换电路，以使发光二极管模组的电流稳定于一预定电流值。短路保护电路耦接发光二极管模组，于判断发光二极管模组的电流超过一电流保护值时，截止发光二极管模组的电流。

Description

发光二极管驱动电路及短路保护电路

技术领域

本发明涉及一种短路保护电路及发光二极管驱动电路。

背景技术

请参见图1，为传统的直流转直流升压转换电路的电路示意图。直流转直流升压转换电路包含一电感L、一二极管D、一电容C、一切换开关SW及一控制器Con，用以接一输入电源Vin的电力转换成一输出电压Vout，以驱动一发光二极管模组Ld发光。控制器Con为了使发光二极管模组Ld稳定发光，会通过一电压检测电路VD检测输出电压Vout的高低所产生一电压反馈信号VFB，来控制切换开关SW的工作周期，使输出电压Vout稳定，藉此使得发光二极管模组Ld稳定发光。

发光二极管模组Ld为了使其中的每一个发光二极管都能流经相同的电流而产生相同的亮度，一般会以串联的形式来连接发光二极管。而当发光二极管模组内的任一发光二极管烧毁短路，则会使剩余的发光二极管分担多出来的跨压而电流上升。如此会造成剩余的发光二极管的使用寿命缩减。当发光二极管模组安装不当或使用过程的任何问题造成直流转直流升压转换电路的输出端直接接地。此时将使输入电源Vin的电压持续跨压于电感L，而使电感L及二极管D有毁损之虞。

发明内容

鉴于现有技术中的发光二极管或转换电路输出端短路造成的电路毁损问题，本发明检测短路所造成的电流不正常上升的现象，并据此进行输出电流分流或停止而达到保护电路作用。另外，也可以避免短路时转换电路输出端的电压直接施加于控制器而毁损控制器。

为达上述目的，本发明提供了一种短路保护电路，用以检测一负载以进行一保护程序，其中一转换电路提供一输出电流以驱动负载且一电容与负载并联，一控制器根据一电流反馈信号稳定流经负载的一电流于一预定电流值。短路保护电路包含一电流检测单元及一保护检测单元。电流检测单元耦接负载，以根据流经负载的一电流产生电流反馈信号。保护检测单元耦接转换电路，根据电流检测单元的检测结果判断流经负载的电流是否超过一电流保护值，若是则调整输出电流。

本发明也提供了另一种短路保护电路，用以检测一负载以进行一保护程序，其中一转换控制器根据一电流反馈信号控制一转换电路以驱动负载且转换电路包含与负载并联的一电容。短路保护电路包含一电流检测单元、一晶体管开关以及一保护检测单元。电流检测单元耦接负载，以根据流经负载的一电流产生电流反馈信号。晶体管开关耦接负载以导通或截止电流。保护检测单元，耦接转换电路，于判断流经负载的电流超过一电流保护值，控制晶体管开关以截止电流。

本发明另外提供了一种发光二极管驱动电路，用以驱动一发光二极管模组。发光二极管驱动电路包含一转换电路、一转换控制电路以及一短路保护电路。转换电路耦接一输入电源以将输入电源的一电力转换成一输出电流用以驱动发光二极管模组，且转换电路包含一电容耦接发光二极管模组。转换控制电路根据流经发光二极管模组的一电流控制转换电路，以使发光二极管模组的电流稳定于一预定电流值。短路保护电路耦接发光二极管模组，于判断发光二极管模组的电流超过一电流保护值时，截止发光二极管模组的电流。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图所示加以阐述。

附图说明

图1为传统的直流转直流升压转换电路的电路示意图。

图2为根据本发明的一第一较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图3为根据本发明的一第二较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图4为根据本发明的一第三较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

主要元件符号说明：

电感L

二极管D

电容C

切换开关SW

控制器Con

输入电源Vin

输出电压Vout

发光二极管模组Ld

电压检测电路VD

电压反馈信号VFB

转换控制器100、200、300

转换电路110、210、310

保护检测单元120、220、320

保护通知电路125、225、M5

比较器322

拴锁电路325

稳流电路330

输入电源Vin

输出电压Vout

负载Ld

电感L

切换开关SW

二极管D

电容C、C1、CP

电流检测单元Rs

电流反馈信号IFB

金氧半场效晶体管M1、M2、

晶体管开关MP1、MP2、M4

电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、RD、RP1、RP2

双载子晶体管M3、BD

电压源VCC

齐纳二极管Z

硅控整流器SCR

保护信号Fault

启动脚位EN

调光脚位DIM

电压检测电路VD

电压反馈信号VFB

保护参考信号Vr

具体实施方式

请参见图2，为根据本发明的一第一较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一转换控制器100、一转换电路110及一短路保护电路，用以将一输入电源Vin的一电力转换成一输出电压Vout，以驱动一负载Ld，其中转换电路110包含一电容C以稳定输出电压Vout。在本实施例中，转换电路可以是交流转直流转换电路或直流转直流转换电路，例如是：全桥式转换电路(Full-Bridge Converter)、半桥式转换电路(Half-Bridge Converter)、反驰式转换电路(Flyback Converter)、顺向式转换电路(Forward Converter)、升压转换电路(Step-UpConverter)、降压转换电路(Step-Down Converter)等。一电流检测单元Rs耦接负载Ld以根据负载Ld的电流产生一电流反馈信号IFB。转换控制器100接收电流反馈信号IFB，并据此控制转换电路110调整输出电压Vout，以提供稳定于一预定电流值的一输出电流流经负载Ld。

短路保护电路包含电流检测单元Rs以及一保护检测单元120，耦接负载Ld，于判断负载Ld的电流超过一电流保护值时进行一保护程序，在本实施例为分流输出电流，以抑制流经负载Ld的电流的上升。保护检测单元120包含一电阻RD及一双载子晶体管BD，电阻RD耦接转换电路110的输出端及双载子晶体管BD的集极。双载子晶体管BD的基极耦接负载Ld及电流检测单元Rs的连接点，而射极接地。在此，负载Ld以发光二极管模组来说明短路保护电路的运作。当任一发光二极管短路，此时因电容C稳压的作用，输出电压Vout不会立即下降，这会造成发光二极管模组的电流突然上升。当电流过大超过电流保护值而造成电流检测单元Rs的跨压足以导通双载子晶体管BD时，保护检测单元120开始分流，使电流检测单元Rs的跨压维持在略高于双载子晶体管BD的顺向偏压，即发光二极管模组的电流被箝制在一电流保护值附近(即约略大于：双载子晶体管BD的顺向偏压/电流检测单元Rs的阻值)。藉由适当的设定上述的电流保护值，可避免突然过大的电流造成发光二极管的使用寿命缩减，甚至是毁损的风险。

另外，本实施例可额外增加一保护通知电路125，用以判断短路保护电路是否持续分流，若是则产生一保护信号Fault，通知转换控制电路100停止转换电路110的操作。保护通知电路125包含两晶体管开关MP1、MP2、两电阻RP1、RP2以及电容CP。晶体管开关MP1为一P型金氧半场效晶体管，源极耦接转换电路110的输出端，漏极耦接电阻RP1的一端，而栅极耦接保护检测单元120中电阻RD及双载子晶体管BD的连接点。电阻RP2及电容CP并联于电阻RP1的另一端及地(Ground)之间。晶体管开关MP2为一N型金氧半场效晶体管，漏极耦接转换控制器100，源极接地，而栅极耦接电阻RP1、RP2的连接点。在一般操作时，晶体管开关MP1的栅极与源极等电位而截止。一般当单一发光二极管发生短路时，短路保护电路进行分流，此时晶体管开关MP1的栅极电压下降而导通，以对电容CP充电。然而经由转换控制器100的反馈控制，输出电压Vout很快的下降使发光二极管模组的电流回到预定电流值。短路保护电路随即停止分流，晶体管开关MP1再度截止。此时，电容CP的电压不足以导通晶体管开关MP2。也就是一般短暂的电流上升并不会触发保护通知电路125产生保护信号Fault。但是若短路保护电路持续分流超过一预定时间长度，致使电容CP的电压足以导通晶体管开关MP2而产生保护信号Fault。转换控制器100可以通过启动脚位EN或调光脚位DIM接收保护信号Fault，并据此停止转换电路110的运作而停止继续接收输入电源Vin的电力至输出端。另外，虽然上述实施例将保护通知电路125和转换控制器100分开说明，而实际上上述的保护通知电路125和转换控制器100可以视为一转换控制电路，而积体电路化成单一积体电路，甚至也可以短路保护电路一并积体电路化。另外，保护信号Fault也可以传送至其他电路，例如产生输入电源Vin的电源供应电路，使其他电路可以同时进行保护动作。

请参见图3，为根据本发明的一第二较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一转换控制器200、一转换电路210及一短路保护电路，用以将一输入电源Vin的一电力转换成一输出电压Vout，以驱动一负载Ld，其中转换电路210为一直流转直流升压转换电路，包含一电感L、一切换开关SW、一二极管D以及一电容C。一电流检测单元Rs耦接负载Ld以根据负载Ld的电流产生一电流反馈信号IFB。转换控制器200接收电流反馈信号IFB，并据此控制转换电路210调整输出电压Vout，以提供稳定于一预定电流值的一输出电流流经负载Ld。

短路保护电路包含电流检测单元Rs以及一保护检测单元220，耦接负载Ld，于判断负载Ld的电流超过一电流保护值时进行一保护程序，在本实施例为截止负载Ld的电流。保护检测单元220包含金氧半场效晶体管M1及保护检测单元。保护检测单元包含一触发电路、一保护判断拴锁电路，其中触发电路包含电阻R2、R3、双载子晶体管M3，而保护判断拴锁电路包含电阻R1及金氧半场效晶体管M2。金氧半场效晶体管M1为一N型金氧半场效晶体管，漏极耦接负载Ld，源极耦接电流检测单元Rs。电阻R1一端耦接一电压源VCC。金氧半场效晶体管M2为一N型金氧半场效晶体管，漏极耦接电阻R1的另一端以及金氧半场效晶体管M1的栅极，源极接地。电阻R2、R3串接于负载Ld及地之间，而电阻R2、R3的连接点耦接金氧半场效晶体管M2的栅极。双载子晶体管M3的基极耦接电流检测单元Rs，集极耦接电阻R1及金氧半场效晶体管M2的连接点，射极接地。在正常操作下，转换控制器200将负载Ld的电流稳定于一预定电流值，因此电流检测单元Rs上的跨压不足以让双载子晶体管M3导通，短路保护电路不动作。因此，电阻R1会将金氧半场效晶体管M1的栅极电压拉高而导通金氧半场效晶体管M1，此时负载Ld的电流可顺利导通。在此，负载Ld也以发光二极管模组来说明短路保护电路的运作。电容C耦接负载Ld，因此当任一发光二极管短路，此时因电容C稳压的作用，输出电压Vout不会立即下降，这会造成发光二极管模组的电流突然上升。当电流超过电流保护值而造成双载子晶体管M3导通时，电流由电压源VCC输出流经电阻R1及双载子晶体管M3，此时双载子晶体管M3的集极电压下降使金氧半场效晶体管M1截止。此时，电阻R2、R3的连接点电压尚不足让金氧半场效晶体管M2导通。而双载子晶体管M3也会因电流检测单元Rs此时无电流而再度截止，使金氧半场效晶体管M1再度导通。于后电容C的电压下降，电源转换电路恢复正常操作。但若多颗发光二极管同时短路，或者转换电路210的输出端直接通过金氧半场效晶体管M1及电流检测单元Rs接地。此时，双载子晶体管M3截止金氧半场效晶体管M1，并使金氧半场效晶体管M1的漏极电位上升。由于，此时电阻R2、R3的分压(此时做为触发信号)足够使保护判断拴锁电路的金氧半场效晶体管M2导通。金氧半场效晶体管M2导通后会持续让金氧半场效晶体管M1维持截止而达到拴锁的作用，此时虽然双载子晶体管M3会因电流检测单元Rs无电流流经而截止，但负载Ld与金氧半场效晶体管M1的连接点电压维持在较高准位而使金氧半场效晶体管M2能持续导通来维持拴锁的作用。因此本实施例的短路保护电路，可避免突然过大的电流造成发光二极管的使用寿命缩减，甚至是毁损的风险。而且本实施例的转换电路210于输出端短路时，电感L会通过二极管D接地而维持正跨压于其上，藉由金氧半场效晶体管M1的截止可使转换电路210的输出电压维持在与输入电源Vin的电压相近而避免电感L的电流不至于持续上升而毁损。另外，通过金氧半场效晶体管M1的截止，也可以避免短路时，电流反馈信号IFB的准位直接被拉高至输出电压Vout而使转换控制器200因耐压不足而毁损的问题。

另外，本实施例可额外增加一保护通知电路225，用以判断短路保护电路是否持续截止负载Ld的电流，若是则产生一保护信号Fault，通知其他电路停止操作。保护通知电路225包含电阻R4、R5、R6、一齐纳二极管Z、一电容C1以及一硅控整流器SCR。电阻R2一端耦接电源VCC，另一端耦接硅控整流器SCR的阳极以提供一正向偏压。齐纳二极管Z的负端耦接金氧半场效晶体管M1的漏极，电阻R4、R5串接于齐纳二极管Z的正端及地之间且电阻R4、R5的连接点耦接硅控整流器SCR的栅极。当金氧半场效晶体管M1的漏极电位上升高于齐纳二极管Z的崩溃电压(此时保护判断拴锁电路进行拴锁保护)，将触发硅控整流器SCR导通而产生低准位的保护信号Fault。

请参见图4，为根据本发明的一第三较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一转换控制器300、一转换电路310及一短路保护电路，用以将一输入电源Vin的一电力转换成一输出电压Vout，以驱动一负载Ld，其中该转换电路310包含一电容C。一电压检测电路VD耦接转换电路310以根据输出电压Vout产生一电压反馈信号VFB。转换控制器300接收电压反馈信号VFB，并据此控制转换电路310以稳定输出电压Vout。在本实施例，额外增加一稳流电路330耦接负载Ld，包含一晶体管开关M4及一稳流控制器335。一电流检测单元Rs耦接负载Ld以根据负载Ld的电流产生一电流反馈信号IFB。稳流控制器335根据电流反馈信号IFB控制晶体管开关M4，以调整晶体管开关M4的等效阻值，使负载的电流稳定于一预定电流值。稳流控制器335由于内部电路的延迟或避免(例如：调光时的)误判而设定延迟，于短路时仍会有电流突然上升的问题。

短路保护电路包含电流检测单元Rs以及一保护检测单元320，耦接负载Ld，于判断负载Ld的电流超过一电流保护值时进行一保护程序。保护检测单元320包含一比较器322、一拴锁电路325以及一保护通知电路M5。比较器322的反相输入端接收一保护参考信号Vr，非反相输入端耦接电流检测单元Rs以接收电流反馈信号IFB。当负载Ld的电流超过电流保护值时，即电流反馈信号IFB的准位高于保护参考信号Vr的准位时，比较器322输出高准位信号。在本实施例中，保护通知电路M5为一金氧半场效晶体管，预设状态为截止，而拴锁电路325于接收比较器322输出高准位信号时，将金氧半场效晶体管M5导通。此时，保护通知电路M5产生低准位的保护信号Fault使稳流控制器335停止导通负载的电流。藉此，可避免稳流电路330的晶体管开关M4因电流过大而烧毁的问题。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，当可作些许的更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种短路保护电路，用以检测一负载以进行一保护程序，其中一转换电路提供一输出电流以驱动该负载且一电容与该负载并联，一控制器根据一电流反馈信号稳定流经该负载的一电流于一预定电流值，该短路保护电路包含：

一电流检测单元，耦接该负载，以根据流经该负载的一电流产生该电流反馈信号；以及

一保护检测单元，耦接该转换电路，根据该电流检测单元的检测结果判断流经该负载的该电流是否超过一电流保护值，若是则调整该输出电流，

其中，该电流保护值大于该预定电流值，而当该保护检测单元在判断流经该负载的该电流超过该电流保护值时，分流该输出电流。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，该负载为一发光二极管模组。

3.根据权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，还包含一保护通知电路，在该发光二极管模组的电流超过该电流保护值时产生一保护信号。

4.根据权利要求2或3所述的短路保护电路，其特征在于，该控制器为一转换控制器控制该转换电路以提供稳定的一输出电压驱动该发光二极管模组。

5.一种短路保护电路，用以检测一负载以进行一保护程序，其中一转换控制器根据一电流反馈信号控制一转换电路以驱动该负载且该转换电路包含与该负载并联的一电容，该短路保护电路包含：

一电流检测单元，耦接该负载，以根据流经该负载的一电流产生该电流反馈信号；

一晶体管开关，耦接该负载以导通或截止该电流；以及

一保护检测单元，耦接该转换电路，于判断流经该负载的该电流超过一电流保护值，控制该晶体管开关以截止该电流，

其中，该电流保护值大于一预定电流值。

6.根据权利要求5所述的短路保护电路，其特征在于，该保护检测单元包含一触发电路、一保护判断拴锁电路，该触发电路在该负载的该电流超过该电流保护值时产生一触发信号，用以使该保护判断拴锁电路控制该晶体管开关截止该电流。

7.根据权利要求6所述的短路保护电路，其特征在于，还包含一保护通知电路，在该保护判断拴锁电路持续维持该晶体管开关截止该电流时产生一保护信号，使该转换控制器停止该转换电路的操作。

8.一种发光二极管驱动电路，用以驱动一发光二极管模组，包含：

一转换电路，耦接一输入电源以将该输入电源的一电力转换成一输出电流用以驱动该发光二极管模组，且该转换电路包含一电容耦接该发光二极管模组；

一转换控制电路，根据流经该发光二极管模组的一电流控制该转换电路，以使该发光二极管模组的该电流稳定于一预定电流值；以及

一短路保护电路，耦接该发光二极管模组，在判断该发光二极管模组的该电流超过一电流保护值时，截止该发光二极管模组的该电流，

其中，该电流保护值大于该预定电流值

其中该短路保护电路包含：

一晶体管开关，耦接该发光二极管模组以导通或截止该发光二极管模组的该电流；

一保护检测单元，耦接该转换电路，在判断流经该发光二极管模组的该电流超过一电流保护值，控制该晶体管开关以截止该电流，

其中，该保护检测单元包含一触发电路、一保护判断拴锁电路以及一保护通知电路。

9.根据权利要求8所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该转换电路为一直流转直流升压转换电路。

10.根据权利要求8所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该触发电路在该发光二极管模组的该电流超过该电流保护值时产生一触发信号，用以使该保护判断拴锁电路控制该晶体管开关截止该电流。

11.根据权利要求8所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，在该保护判断拴锁电路维持该晶体管开关截止该电流时产生一保护信号，使该转换控制电路停止该转换电路的操作。

12.根据权利要求10所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，该转换控制电路为一稳流电路耦接该发光二极管模组，该稳流电路包含一晶体管开关及一稳流控制器，该稳流控制器根据该电流反馈信号控制该晶体管开关以稳定该发光二极管模组的该电流于该预定电流值，且在接收该保护信号时使该输出电流为零。