CN102709870A

CN102709870A - 一种供电保护电路及电子产品

Info

Publication number: CN102709870A
Application number: CN2012101933596A
Authority: CN
Inventors: 韩文涛; 迟洪波
Original assignee: Qingdao Hisense Electronics Co Ltd
Current assignee: Qingdao Hisense Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开了一种供电保护电路及电子产品，所述供电保护电路连接在供电模块的电压输出端子与电源端子或者使能控制端子之间，包括稳压管、NPN型三极管和PNP型三极管；通过供电模块输出的负载电压传输至稳压管的阴极，所述稳压管的阳极连接NPN型三极管的基极，NPN型三极管的发射极接地，集电极连接PNP型三极管的基极；所述PNP型三极管的基极和发射极连接供电模块的电源端子或者使能控制端子，集电极连接NPN型三极管的基极。本发明采用两个三极管构建形成一个基极电流正反馈网络，在负载电路出现过压或者过流故障时可以使得两个三极管瞬间进入饱和状态，执行保护动作，由此大大提高了系统的保护响应速度和运行的可靠性。

Description

一种供电保护电路及电子产品

技术领域

本发明属于供电电路技术领域，具体地说，是涉及一种对输出至负载的供电电压进行过压过流保护的控制电路以及采用该供电保护电路设计的电子产品。

背景技术

在目前的电子产品中，供电电路是不可缺少的关键组成部分，肩负着将输入电压转换成后级负载所需的工作电压，进而为后级负载供电的任务。为了确保后级负载的用电安全，增强系统运行的可靠性，大部分电子产品都需要在负载的供电端设计过压、过流检测电路，并在发生过压或者过流故障时及时切断负载的供电，以避免造成负载的损坏。

以平板电视产品为例进行说明。在目前的平板电视机中，大多采用LED作为背光源实现对显示屏亮度的调节。因而为了控制LED点亮工作，需要在电视机中设置LED驱动控制单元以产生LED所需的工作电压。在现有的LED驱动控制电路中，为了增强系统工作的可靠性，需要加入保护电路，例如过压、过流保护电路等，以避免通过LED驱动控制单元输出的电压过大或者流过LED的电流过大造成对LED的烧毁。对于现有的过压过流保护电路来说，其电压保护电路和电流保护电路往往需要分开独立设计，这使得电路结构变得非常复杂，体积庞大。而且，现有的保护电路多采用一只控制管（三极管或者MOS管）进行控制，大大降低了系统的响应速度，影响了系统运行的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供电保护电路，采用基极电流正反馈原理设计保护电路，在提高电路响应速度的同时，简化保护电路的设计结构。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种供电保护电路，连接在供电模块的电压输出端子与供电模块的电源端子或者使能控制端子之间，包括稳压管、NPN型三极管和PNP型三极管；通过供电模块的电压输出端子输出的负载电压传输至稳压管的阴极，所述稳压管的阳极连接NPN型三极管的基极，所述NPN型三极管的发射极接地，集电极连接PNP型三极管的基极；所述PNP型三极管的基极和发射极连接所述供电模块的电源端子或者使能控制端子，集电极连接所述NPN型三极管的基极。

进一步的，所述稳压管的反向击穿电压等于负载所允许接入的最大工作电压。

为了方便稳压管选型，在所述供电模块的电压输出端子上优选连接一个分压电路，通过所述分压电路的分压节点连接所述稳压管的阴极。这样只需根据负载电压的极限值以及稳压管的反向击穿电压值合理的配置分压电路的参数，使所述稳压管的反向击穿电压刚好等于负载所允许接入的最大工作电压经所述分压电路分压后，其分压节点处的电压值，即可满足电路的设计要求。

优选的，在所述分压电路中包含有两个分压电阻，其中一个分压电阻连接在所述供电模块的电压输出端子与所述稳压管的阴极之间，另一个分压电阻连接在所述稳压管的阴极与地之间。

又进一步的，所述PNP型三极管的基极通过限流电阻连接所述供电模块的电源端子或者使能控制端子。

为了避免在供电模块的电源端子或者使能控制端子上的电平由低电平跳变到高电平的瞬间，PNP型三极管由于其发射极电压大于其基极电压而异常导通，优选在PNP型三极管的发射极与基极之间或者PNP型三极管的发射极与地之间连接一缓冲电容，使所述PNP型三极管的发射极电压随缓冲电容的充电过程缓慢升高，以防止供电模块在启动运行时进入误保护状态。

为了提高供电保护电路运行的稳定性，所述稳压管的阳极通过限流电阻连接所述NPN型三极管的基极；所述NPN型三极管的基极和供电模块的电压输出端子各自通过一个滤波电容接地。

基于上述供电保护电路结构，本发明还提供了一种采用所述供电保护电路设计电子产品，包括负载以及为负载提供工作电压的供电模块，在所述供电模块的电压输出端子与供电模块的电源端子或者使能控制端子之间连接有一供电保护电路，在所述供电保护电路中包括稳压管、NPN型三极管和PNP型三极管；通过供电模块的电压输出端子输出的负载电压传输至稳压管的阴极，所述稳压管的阳极连接NPN型三极管的基极，所述NPN型三极管的发射极接地，集电极连接PNP型三极管的基极；所述PNP型三极管的基极和发射极连接所述供电模块的电源端子或者使能控制端子，集电极连接所述NPN型三极管的基极。

优选的，所述负载为LED背光源，所述供电模块为LED驱动控制芯片，所述LED驱动控制芯片的电压输入端子连接用于进行电压转换的输入电源，电压输出端子连接所述的LED背光源。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的供电保护电路采用两个三极管构建形成一个基极电流正反馈网络，在负载的供电电路出现过压或者过流故障时可以使得两个三极管瞬间进入饱和状态，执行保护动作，由此大大提高了系统的保护响应速度，增强了系统运行的可靠性，且具有极高的通用性，适合应用在各种电子产品的供电电路设计中。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的供电保护电路与供电模块的一种实施例的连接关系示意图；

图2是本发明所提出的供电保护电路的一种实施例的电路原理图；

图3是本发明所提出的供电保护电路的另外一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例的供电保护电路通过对负载电压和负载电流进行实时检测，并在发生过压或者过流故障时，采用将供电模块的电源端子或者使能控制端子设置成无效状态，以关闭供电模块的方式，来阻止供电模块继续向负载输出工作电压，进而实现对后级负载的过压、过流保护。

以平板电视产品中的LED背光源作为负载为例进行说明，结合图1所示。对于LED背光源来说，在为其提供工作电压的供电模块中都设置有一LED驱动控制芯片。在所述LED驱动控制芯片上一般都配置有：电压输入端子VIN，连接用于进行电压转换以生成负载电压的输入电源V_i；电压输出端子VOUT，连接LED背光源，以输出LED背光源所需的工作电压（即负载电压）；电源端子VCC，连接为LED驱动控制芯片提供工作电压的供电电源，高电平时芯片工作，低电平时芯片关闭；使能控制端子SW，连接系统中的控制芯片，接收控制芯片输出的背光开关控制信号，以实现对LED驱动控制芯片的使能控制，且对于目前的LED驱动控制芯片来说，都是高电平有效，低电平无效。

当然，对于某些LED驱动控制芯片来说，可能不设置电压输入端子VIN，直接利用LED驱动控制芯片接入的供电电源转换生成后级负载所需的工作电压。对于这两种LED驱动控制芯片，本实施例所提出的供电保护电路均适用。

为了实现对LED背光电路的过压、过流保护，本实施例将所设计的供电保护电路连接在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与电源端子VCC之间，或者连接在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与使能控制端子SW之间，在通过LED驱动控制芯片输出的负载电压过大或者流过LED背光源的电流过大时，通过将输入到LED驱动控制芯片的供电电源拉低或者将LED驱动控制芯片的使能控制端子SW下拉的低电平，从而使LED驱动控制芯片关闭，停止向LED背光源输出工作电压，以实现对LED背光源的有效保护。

为了提高保护动作的响应速度，本实施例采用两个三极管V1、V2构成基极电流正反馈网络，并配合一颗稳压管VZ1设计形成所述的供电保护电路，以提高负载运行的安全性，参见图2、图3所示。

图2中，将稳压管VZ1的阴极连接到LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT，阳极连接NPN型三极管V1的基极。为了对通过稳压管VZ1输出至NPN型三极管V1的电流大小进行限制，优选在稳压管VZ1的阳极与NPN型三极管V1的基极之间串联限流电阻R2，以起到限制基极电流的作用。将所述NPN型三极管V1的发射极接地，集电极连接到PNP型三极管V2的基极上，然后将PNP型三极管V2的基极和发射极连接到LED驱动控制芯片的电源端子VCC或者使能控制端子SW上，PNP型三极管V2的集电极连接NPN型三极管V1的基极。由此NPN型三极管V1和PNP型三极管V2便连接形成了一个基极电流正反馈网络。在所述PNP型三极管V2的基极与LED驱动控制芯片的电源端子VCC或者使能控制端子SW之间还可以进一步连接限流电阻R1。

采用图2所示的电路组建结构，在选择稳压管VZ1时，需要针对后级负载所允许接入的最大工作电压值确定稳压管VZ1的反向击穿电压值，进而选择合适型号的稳压管VZ1搭建所述的供电保护电路。由于输入到用电负载的工作电压不可能是固定不变的，都是在一个小幅度范围内不断变化的。对于任何用电负载来说，其所需的工作电压与其所能承受的最大供电电压之间都会存在一个差值ΔV，只是不同的用电负载，这个差值ΔV各不相同。以平板电视产品中的LED背光源作为负载为例进行说明，通常来讲，LED背光源所需的工作电压为120V，根据灯条中LED的个数不同，不同的LED背光源所允许接入的最大工作电压有可能不同，比如130V、140V或者150V等，即所述ΔV=10V、20V或者30V等。根据电视产品中所使用的LED背光源所允许接入的最大工作电压值确定出稳压管VZ1的反向击穿电压值，进而选择适合型号的稳压管VZ1连接在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与NPN型三极管V1的基极之间。

由此我们可以看出：由于不同的用电负载，其所允许接入的最大工作电压各不相同，而稳压管VZ1的型号有限，经常会遇到找不到合适型号的稳压管VZ1来满足设计要求的情况。为了解决这一问题，本实施例提出在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT上首先连接一个分压电路，利用分压电路对LED驱动控制芯片输出的负载电压进行分压处理后，再施加到稳压管VZ1的阴极，以改变稳压管VZ1的通断状态的设计方式。由此一来，只需根据LED背光源所允许接入的最大工作电压值以及所选用的稳压管VZ1的反向击穿电压值来配置分压电路的参数，使得通过LED驱动控制芯片输出的负载电压达到LED背光源所允许接入的最大工作电压值时，经分压电路的分压节点输出至稳压管VZ1阴极的电压值刚好等于所述稳压管VZ1的反向击穿电压值，由此便可满足保护电路的设计要求。

在本实施例中，优选采用电阻式分压网络连接在所述LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与稳压管VZ1的阴极之间，如图3所示。以两个分压电阻R3、R4构建所述的分压电路为例进行说明。将分压电阻R3连接在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与稳压管VZ1的阴极之间，将分压电阻R4连接在稳压管VZ1的阴极与地之间，调节两个分压电阻R3、R4的阻值，使通过LED驱动控制芯片输出的负载电压达到LED背光源所允许接入的最大工作电压值时，电阻R3、R4中间节点处的电压值刚好等于稳压管VZ1的反向击穿电压值，以满足对稳压管VZ1的控制要求。

图3所示供电保护电路的工作原理是：当LED驱动控制芯片通过其电压输出端子VOUT输出的负载电压正常时，经由电阻R3、R4分压后在其分压节点处形成的电压值会小于稳压管VZ1的反向击穿电压值，此时稳压管VZ1保持关断状态，保护电路不起作用，LED驱动控制芯片输出LED背光源所需的工作电压，驱动LED背光源正常工作。

当LED驱动控制芯片输出的负载电压升高时，通过分压电路输出的分压值也随之升高。当LED驱动控制芯片输出的负载电压达到或者超过LED背光源所允许接入的最大工作电压时，在分压电阻R3、R4的中间节点处会产生一个高于稳压管VZ1反向击穿电压的分压值，所述分压值作用于稳压管VZ1的阴极，控制稳压管VZ1导通，进而输出电流经限流电阻R2传输至NPN型三极管V1的基极。当NPN型三极管V1的基极电压超过0.7V时，三极管V1导通，拉低其集电极电位，从而使PNP型三极管V2的基极电压小于其发射极电压而进入导通状态。基于三极管的电流放大特性Ic=βIb，NPN型三极管V1的基极电流Ib经过放大后，其集电极电流Ic变为PNP型三极管V2的基极电流，该电流经由PNP型三极管V2进行放大后，又形成NPN型三极管V1的基极电流，这样便形成了一个电流正反馈网络，使得两个三极管V1、V2瞬间进入饱和状态。由于NPN型三极管V1的发射极接地，因而在三极管V1饱和导通后，可以迅速将LED驱动控制芯片的电源端子VCC或者使能控制端子SW的电位拉低，使LED驱动控制芯片停止工作，不再向LED背光源输出工作电压，瞬时进入过压保护状态。

由于输出至LED背光源的电压与流过LED背光源的电流成正比关系，因而在分压电阻R3、R4的作用下，可以将过流故障通过过压的形式表现出来，以实现在流过LED背光源的电流过大时，保护电路迅速动作，拉低LED驱动控制芯片的电源端子VCC或者使能控制端子SW的电位，控制LED驱动控制芯片停止工作，以避免对LED背光源噪声损坏。由此可见，本实施例所提出的供电保护电路既可实现过压保护，又可实现过流保护，大大简化了保护电路的硬件结构，方便了电子产品的PCB板布局。

考虑到在供电电源VCC上电瞬间或者输出至LED驱动控制芯片的使能信号SW由低电平跳变到高电平的瞬间，对于PNP型三极管V2来说，有可能出现其发射极电平的上升速度快于其基极电平的上升速度，从而导致PNP型三极管V2异常导通，致使保护电路发生误动作的情况，本实施例优选在PNP型三极管V2的发射极与其基极之间或者发射极与地之间增加一个缓冲电容C1，如图2、图3所示，利用电容C1的充电延时作用，使得在供电电源VCC上电或者使能信号SW跳变的过程中，PNP型三极管V2的发射极电压能够缓慢升高，慢于其基极电压的升高速度，进而保持三极管V2的关断状态，避免保护电路出现误动作，从而提高整个系统运行的可靠性。

此外，为了进一步提高系统运行的稳定性，本实施例优选在LED驱动控制芯片的电压输出端子VOUT与地之间连接滤波电容C4；在稳压管VZ1的阴极与地之间连接滤波电容C3；在NPN型三极管V1的基极与地之间连接滤波电容C2，如图3所示，以避免干扰信号对保护电路造成影响，出现误动作情况的发生。

本实施例上述仅以LED驱动控制芯片配合LED背光源为例进行了供电保护电路的设计说明，应当指出的是，针对其他负载所使用的供电模块，本实施例的供电保护电路同样适用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，应当指出的是，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种供电保护电路，连接在供电模块的电压输出端子与供电模块的电源端子或者使能控制端子之间，其特征在于：包括稳压管、NPN型三极管和PNP型三极管；通过供电模块的电压输出端子输出的负载电压传输至稳压管的阴极，所述稳压管的阳极连接NPN型三极管的基极，所述NPN型三极管的发射极接地，集电极连接PNP型三极管的基极；所述PNP型三极管的基极和发射极连接所述供电模块的电源端子或者使能控制端子，集电极连接所述NPN型三极管的基极。

2.根据权利要求1所述的供电保护电路，其特征在于：所述稳压管的反向击穿电压等于负载所允许接入的最大工作电压。

3.根据权利要求1所述的供电保护电路，其特征在于：所述供电模块的电压输出端子连接一分压电路，通过所述分压电路的分压节点连接所述稳压管的阴极。

4.根据权利要求3所述的供电保护电路，其特征在于：所述稳压管的反向击穿电压等于负载所允许接入的最大工作电压经所述分压电路分压后，其分压节点处的电压值。

5.根据权利要求3所述的供电保护电路，其特征在于：在所述分压电路中包含有两个分压电阻，其中一个分压电阻连接在所述供电模块的电压输出端子与所述稳压管的阴极之间，另一个分压电阻连接在所述稳压管的阴极与地之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的供电保护电路，其特征在于：所述PNP型三极管的基极通过限流电阻连接所述供电模块的电源端子或者使能控制端子。

7.根据权利要求6所述的供电保护电路，其特征在于：在所述PNP型三极管的发射极与基极之间或者PNP型三极管的发射极与地之间连接有缓冲电容。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的供电保护电路，其特征在于：所述稳压管的阳极通过限流电阻连接所述NPN型三极管的基极；所述NPN型三极管的基极和供电模块的电压输出端子各自通过一个滤波电容接地。

9.一种电子产品，包括负载以及为负载提供工作电压的供电模块，其特征在于：还包括如权利要求1至8中任一项权利要求所述的供电保护电路。

10.根据权利要求9所述的电子产品，其特征在于：所述负载为LED背光源，所述供电模块为LED驱动控制芯片，所述LED驱动控制芯片的电压输入端子连接用于进行电压转换的输入电源，电压输出端子连接所述的LED背光源。