CN102917508B - 一种具有保护功能的多路恒流led驱动电路及其线路板结构 - Google Patents

Abstract

一种具有保护功能的多路恒流LED驱动电路及其线路板结构，涉及用于车辆LED照明装置的驱动电路及其元件的布置，包括参考电压单元,恒流反馈单元，多路采样均流单元和LED串失效保护单元；多路采样均流单元对应连接到多路LED发光模块的各路LED串；各路电流采样反馈端，并联连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端；对应于每一路LED串，多路采样均流单元设置一路恒流支路；LED串失效保护单元包括多路失效检测电路和可控电子开关，多路失效检测电路的各个检测输出端，通过或门电路连接到可控电子开关的控制极，LED驱动电路还包括LED保护单元,采用降功率发光而不是停止发光的方式实现过压保护和超温保护，可以在实现保护功能的同时保证行车安全性。

Description

一种具有保护功能的多路恒流LED驱动电路及其线路板结构

技术领域

本发明涉及用于一般车辆照明或信号装置的布置，尤其涉及用于LED照明装置的驱动电路及其元件的布置。

背景技术

LED具有响应速度快、低功耗、节能、寿命长等显著优点。由于LED的快速响应速度，特别适用于汽车制动灯及转向灯的应用，可减少汽车追尾等交通事故的发生概率。随着半导体材料和封装工艺的提高，LED光源的光通量和出光效率逐渐提高，LED光源已被广泛应用于交通灯、汽车照明、广告牌等特殊照明领域。LED驱动技术也随着LED应用技术的发展而逐步得到发展。

LED是一种随着通过LED电流值的变化而变化光通亮的发光源，因此如果需要LED发光恒定，则必须控制流过LED的电流值恒定。通常所采用的LED驱动恒流方法有线性调节式和开关调节式两种方法。线性调节式的核心技术是利用工作于线性区域的开关管作为一个动态可调电阻来控制负载，以保证在输入电压变化的情况下，开关管负荷不同的功耗，从而使流过LED负载的电流基本维持不变。但这种驱动技术受输入电压范围的限制，负载LED个数受到限制，对于车用灯具而言，受汽车电源电压限制，串联连接的LED一般为3颗以下。当有大于3颗的LED需要被驱动时，通常需要多路线性调节式电路来驱动多路LED串，以保证每路LED串中的颗数小于等于3颗。中国发明专利申请“一种适用于LED驱动器的多路恒流控制电路”(发明专利申请号：200910153405.8公开号：CN101674693A)公开了一种适用于LED驱动器的多路恒流控制电路，包括一个单输出恒流源和多路输出电路，其特征在于所述的每个输出电路包括一个均流电路、一个均流控制电路以及由多个LED灯组成的负载，所述的每路均流控制电路的输入来自该路取样电阻对输出电流的取样信号，经过该路均流电路转换后成为公共的连接线，和其它各路连接在一起，成为均流总线，每路电流取样信号和均流总线电压在均流控制电路内部进行比较调节后，均流控制电路的输出信号可控制对应的均流电路线性调整管的阻抗大小，然后控制每路电流的大小，实现均流。该发明的技术方案虽然解决了多路恒流控制的问题，但是，该技术方案的每一路输出电路包括一个均流电路和一个均流控制电路，电路结构复杂，不但提高了成本，电路元器件的增加还会降低可靠性。

此外，LED控制单元运用于汽车车灯领域，在整个行车寿命过程中容易发生LED断路、车身过电压、车引擎发动产生的热量导致LED负载超温而缩短了LED的使用寿命等情况。而各主机厂标准中对电气控制单元也有负载断路保护、过电压保护等试验要求。在行车过程中，如果发生单颗LED失效而导致灯具某些角度不可视，就极易发生交通事故。中国实用新型专利“PWM式亮度可调LED车用尾灯模组”(中国实用新型专利号：ZL200820057785.6授权公告号：CN201220626Y)公开了一种PWM式亮度可调LED车用尾灯模组，包括基板、LED发光单元、恒流驱动单元及故障检测单元；通过设置所述故障检测单元在所述LED发光单元的每个支路上串联一个检测电阻，用二极管构造成与门单元来检测各支路的电流来检测系统的故障，在系统出现错误时给汽车BCM单元报错，使驾驶员在驾驶时知道尾灯的工作状况，可以减少因为未发现尾灯的故障而造成的交通事故；同时通过设置所述PWM产生单元，由所述PWM产生单元的时钟芯片U3来产生固定的PWM脉宽，传输到所述恒流驱动单元来有效调节LED的亮度，有效的控制制动/行车时的亮度，避免由于车载电压过低/过高而造成所述LED发光单元不亮/过电流损坏，行车/制动信号更好分辨。然而，该实用新型的技术方案虽然设置了LED故障检测单元，但是存在以下缺陷：1.当发现LED单颗失效时，故障检测单元并不对故障进行处理，例如关断所有LED，而只是发出一个报警信号给汽车车身控制单元BCM，这需要BCM多预留一个报警信号口给灯具，多占用了BCM的端口资源。2.该实用新型的技术方案缺少对LED的过温保护和过压保护的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，可以在为多路LED提供恒流驱动的同时，检测判断单颗LED失效；当LED灯具工作温度过高，或者供电电压过高时，能够为LED提供过温过压保护的功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，用于为多路LED发光模块提供均衡稳定的驱动电流，所述的多路LED发光模块包含至少2路LED串，每一路LED串分别包含至少1颗串联连接的LED元件，所述的LED驱动电路包括参考电压单元，恒流反馈单元，多路采样均流单元和LED串失效保护单元；

所述的参考电压单元包括稳压电路和分压电路，分压电路的分压点构成所述参考电压单元的参考电压输出端；所述参考电压单元的参考电压输出端，连接到恒流反馈单元的参考电压输入端，所述恒流反馈单元的输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端；

对应于多路LED发光模块的每一路LED串，所述多路采样均流单元设置一路恒流支路；所述的恒流支路包括一个带有控制极的恒流元件和一个与恒流元件串联连接的采样电阻，各支路恒流元件的恒流输出端分别连接到对应的一路LED串；所有各支路恒流元件的控制极连接在一起，构成多路采样均流单元的输入端；各支路恒流元件与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端；恒流反馈单元的恒流控制输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端，构成闭环恒流控制回路；

所述LED串失效保护单元包括多路失效检测电路和可控电子开关；对应于多路LED发光模块的每一路LED串，所述的多路失效检测电路设置一个检测输入端和一个检测输出端，多路失效检测电路的各个检测输入端，对应连接到与该路LED串连接的恒流输出端；多路失效检测电路的各个检测输出端，通过或门电路连接到所述可控电子开关的控制极，所述的可控电子开关在所述稳压电路的稳压输出端和接地端之间组成受控接地通路其特征在于：

所述的多路恒流LED驱动电路还包括LED保护单元，所述的LED保护单元包括保护控制电路和过压取样电路，所述的保护控制电路由电阻R15、MOS管Q7组成，MOS管Q7的栅极构成保护控制电路的采样信号输入端，MOS管Q7的源极接地，MOS管Q7的漏极经过电阻R15，连接到参考电压单元的参考电压输出端；所述的过压取样电路为电阻R16与R21组成的分压电路，输入电压Vcc经电阻R16与R21分压后，连接到所述的采样信号输入端；所述的保护控制电路连接到所述LED驱动电路的参考电压单元，在过压取样电路检测到电源电压超过预定值时，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流，通过减小电流使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的参考电压单元包括限流电阻R2和稳压管Z1组成的稳压电路；所述稳压电路的稳压输出端，连接到分压电阻R3和R4组成的分压电路，分压电路的分压点构成所述参考电压单元的参考电压输出端，通过由电阻R5和电容C3组成的低通滤波器，连接到所述恒流反馈单元的参考电压输入端。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的一种更好的技术方案，其特征在于所述的恒流反馈单元包括运算放大器AR1A，所述运算放大器AR1A的同相输入端，作为恒流反馈单元的参考电压输入端，连接到所述参考电压单元；所述多路采样均流单元的每一路电流采样反馈端，分别通过所述的反馈电阻，并联连接到所述运算放大器AR1A的反相输入端，构成所述恒流反馈单元的反馈信号输入端；所述运算放大器AR1A的输出端，连接由电阻R8和电容C5组成的低通滤波器，构成恒流反馈单元的输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的一种优选的技术方案，其特征在于所述的带有控制极的恒流元件是功率输出三极管；所述的控制极是功率输出三极管的基极，各恒流支路的功率输出三极管的基极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元的输入端；每一路功率输出三极管的集电极，构成多路采样均流单元的一路恒流输出端，连接到多路LED发光模块的一路LED串；每一路功率输出三极管的发射极通过所述的采样电阻接地，功率输出三极管的发射极与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的另一种优选的技术方案，其特征在于所述的带有控制极的恒流元件是功率输出MOS管；所述的控制极是功率输出MOS管的栅极，各恒流支路的功率输出MOS管的栅极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元的输入端；每一路功率输出MOS管的漏极，构成多路采样均流单元的一路恒流输出端，连接到多路LED发光模块的一路LED串；每一路功率输出MOS管的源极通过所述的采样电阻接地，功率输出MOS管的源极与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的一种改进的技术方案，其特征在于所述的多路失效检测电路的每一路包括一个诊断三极管，诊断三极管的基极串联一基极限流电阻，构成所述的检测输入端，对应连接到所述的恒流输出端；诊断三极管的发射极接地,诊断三极管的集电极经上拉电阻连接到LED的正极，集电极与上拉电阻的连接点构成所述的检测输出端。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的一种进一步改进的技术方案，其特征在于LED保护单元还包括超温取样电路，所述的超温取样电路由电阻R18和热敏电阻Rt组成，所述的热敏电阻Rt安装在LED线路板上，图1中用粗实线框表示LED线路板PCB1，热敏电阻Rt的一端连接到输入电压Vcc，热敏电阻Rt的另一端经过电阻R18连接到所述LED保护单元的采样信号输入端；在超温取样电路检测到LED元件的工作温度超过预定值时，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流，通过减小电流使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。

本发明的另一个目的是提供一种LED驱动电路的LED元件失效诊断方法，解决现有技术只能在各路LED串都损坏后，才能对整个LED发光模块的失效报警的问题，以及现有的故障检测单元占用BCM端口资源的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种LED驱动电路的LED元件失效诊断方法，用于权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于包含以下步骤：

a1)所述的可控电子开关连接到所述LED驱动电路的参考电压单元，在所述稳压电路的稳压输出端和接地端之间组成受控接地通路；

a2)若任何一路LED串中的任何一颗LED元件断路，所述或门电路输出高电平，使可控电子开关导通；

a3)所述的可控电子开关将稳压电路的稳压输出端连接到接地端，使参考电压切换为0V；

a4)当参考电压为0V时，线性恒流电路停止工作，切断所有各路LED串的驱动电流；

a5)车身BCM监测供电电源线上的电流,当检测到电源线上无消耗电流时，判定LED故障并显示故障于仪表盘上，实现LED串失效保护和报警功能。

本发明的再一个目的是提供一种LED驱动电路的LED元件保护方法，可以在行车过程中突发车身电压过高状况或者LED元件温度过高的情况下，在保证车灯安全照明的同时，实现对LED元件过压保护和超温保护。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种LED驱动电路的LED元件保护方法，用于上述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，所述的LED驱动电路包括LED保护单元，所述的LED保护单元包括过压取样电路、超温取样电路和保护控制电路，其特征在于所述的LED元件保护方法包括以下步骤：

b1)所述的保护控制电路连接到所述LED驱动电路的参考电压单元；

b2)若过压取样电路检测到电源电压超过预定值，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，使参考电压减小；

b3)若超温取样电路检测到LED元件的工作温度超过预定值时，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，使参考电压减小；

b4)通过减小参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流；

b5)通过降低电流和功率使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。

本发明的有益效果是：

1.本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，不论每串LED串上的LED颗数是否相等，通过设置串联在每一路采样恒流支路中的采样电阻，就可设置流过该路LED串的驱动电流，并保持恒流驱动，任何一路LED串或者其中任何一个LED元件的短路或断路，都不会影响其它各路LED串的驱动电流，可以显著提高产品的可靠性和控制的灵活性。

2.本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路具有对于单颗LED失效诊断报警功能，克服了现有技术只能在各路LED串都损坏后，才能对整个LED发光模块的失效报警的问题。本发明在发生单颗LED失效时切断所有各路LED串的工作回路，车身BCM只需要监测供电的电源线上的电流即可进行报警，不需要额外分配一根报警线的资源。

3.本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的过压保护，不同于现有的过压保护技术方案，不是在过压时完全切断电路使LED灯具停止发光，而是通过降低电流和功率使LED灯具降功率发光，从而保证了行车过程中突发车身电压过高状况时的安全性。

4.本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路,采用降功率发光而不是停止发光的方式实现超温保护，可以在延长LED在高温使用环境下的寿命的同时，保证行车安全性。

附图说明

图1是本发明具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的电原理图。

图中，100-多路LED发光模块，200-参考电压单元，300-恒流反馈单元，400-多路采样均流单元，500-LED串失效保护单元(其中包括500a-多路失效检测电路和500b-可控电子开关)，700-LED保护单元。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，用于为多路LED发光模块100提供均衡稳定的驱动电流，多路LED发光模块100包含至少2路LED串，每一路LED串分别包含至少1颗串联连接的LED元件。受工作电压的限制，通常每一路LED串中串联的LED颗数≤3颗。

本发明的LED驱动电路包括参考电压单元200，恒流反馈单元300，多路采样均流单元400和LED串失效保护单元500；在图1中用虚线框表示上述各个单元，其中LED串失效保护单元500分为500a和500b两部分。

参考电压单元200的参考电压输出端(图1中A点)，通过由电阻R5和电容C3组成的低通滤波器，连接到恒流反馈单元300的参考电压输入端(图1中A1点)，恒流反馈单元300的输出端，连接到多路采样均流单元400的输入端(图1中B点)。

对应于多路LED发光模块100的每一路LED串，多路采样均流单元400设置一路恒流支路；所述的恒流支路包括一个带有控制极的恒流元件Q1、Q2和Q3和一个与恒流元件串联连接的采样电阻Rs1、Rs2或Rs3，各支路恒流元件的恒流输出端(图1中的F1、F2和F3点),分别连接到对应的一路LED串；所有各支路恒流元件的控制极连接在一起，构成多路采样均流单元400的输入端(图1中B点)；各支路恒流元件与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻Rf1、Rf2或Rf3连接在一起，连接到所述恒流反馈单元300的反馈信号输入端(图1中C点)；恒流反馈单元300的恒流控制输出端，连接到所述多路采样均流单元400的输入端(图1中B点)，构成闭环恒流控制回路。

LED串失效保护单元500包括多路失效检测电路500a和可控电子开关500b组成；对应于多路LED发光模块100的每一路LED串，多路失效检测电路500a设置一个检测输入端和一个检测输出端，多路失效检测电路500a的各个检测输入端，对应连接到与该路LED串连接的恒流输出端F1、F2或F3；多路失效检测电路500a的各个检测输出端，通过或门电路连接到可控电子开关的控制极，所述的可控电子开关在所述稳压电路的稳压输出端和接地端之间组成受控接地通路；若任何一路LED串中的任何一颗LED元件断路，所述或门电路的输出高电平，使可控电子开关导通，将稳压电路的稳压输出端连接到接地端。

在图1所示的实施例中，多路LED发光模块100包含3路LED串，输入电压Vcc经过TVS管或瞬态电压抑制二极管T1、电容C1和电阻R1组成的防浪涌及滤波电路，通过防反接二极管D1连接到各路LED串的正极。图中，第一路LED串由LED元件LED11、LED12和LED13串联组成，其负极连接到恒流输出端F1；第二路LED串由LED元件LED21、LED22和LED23串联组成，其负极连接到恒流输出端F2；第三路LED串由LED元件LED31、LED32和LED33串联组成，其负极连接到恒流输出端F3。

通过设置各恒流支路的采样电阻Rs1、Rs2或Rs3，本发明可以分别控制各路LED串的电流，以图1所示的实施例为例，可以设置Rs1＝Rs2＝Rs3，使3路LED串的电流相同，也可以设置Rs1≠Rs2≠Rs3，使3路LED串中流过不同的电流，因此本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路与现有的技术方案相比，具有更大的灵活性。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，参考电压单元200包括限流电阻R2和稳压管Z1组成的稳压电路；输入电压Vcc经过防反接二极管D1连接到限流电阻R2，限流电阻R2与稳压管Z1的负极连接，形成稳压电路的稳压输出端D，稳压管Z1的正极连接到地。稳压电路的稳压输出端D，连接到分压电阻R3和R4组成的分压电路，分压电路的分压点A构成所述参考电压单元200的参考电压输出端，通过由电阻R5和电容C3组成的低通滤波器，连接到恒流反馈单元300的参考电压输入端(图1中A1点)。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，恒流反馈单元300包括运算放大器AR1A，运算放大器AR1A的同相输入端，作为恒流反馈单元的参考电压输入端(图1中A1点)，连接到参考电压单元200；多路采样均流单元400的每一路电流采样反馈端，分别通过反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3，并联连接到所述运算放大器AR1A的反相输入端，构成恒流反馈单元300的反馈信号输入端；运算放大器AR1A的输出端，连接由电阻R8和电容C5组成的低通滤波器，构成恒流反馈单元300的输出端，连接到多路采样均流单元400的输入端(图1中B点)。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，带有控制极的恒流元件是功率输出三极管Q1、Q2和Q3；所述的控制极是功率输出三极管的基极，各恒流支路的功率输出三极管Q1、Q2和Q3的基极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元400的输入端；每一路功率输出三极管Q1、Q2或Q3的集电极，构成多路采样均流单元400的一路恒流输出端(图1中的F1、F2和F3点)，通过LED-1、LED-2和LED-3端，连接到多路LED发光模块100的一路LED串；每一路功率输出三极管Q1、Q2、Q3的发射极，通过所述的采样电阻Rs1、Rs2、Rs3接地，功率输出三极管Q1、Q2、Q3的发射极与采样电阻Rs1、Rs2、Rs3的串联连接点，分别通过反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3连接在一起，连接到所述恒流反馈单元300的反馈信号输入端，也就是运算放大器AR1A的反相输入端(图1中C点)。本发明的这一电路结构实现了用一块运算放大器组成的恒流反馈单元300，同时控制多路LED电流串上流过的电流，不论各路LED串中串联的LED颗数是否相等。在图1所示的实施例中，参考电压单元200与恒流反馈单元300的运算放大器AR1A、恒流元件Q1、采样电阻Rs1、反馈电阻Rf1构成一个线性恒流电路，为第一路LED串提供恒流驱动，其余各路类推。

虽然图1所示的实施例中的带有控制极的恒流元件Q1、Q2和Q3是功率输出三极管，本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路同样也可以采用功率MOS管组成采样恒流支路。在采用功率MOS管的情况下，恒流元件的控制极是功率输出MOS管的栅极，各恒流支路的功率输出MOS管的栅极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元的输入端；每一路功率输出MOS管的漏极，构成多路采样均流单元的一路恒流输出端，连接到多路LED发光模块100的一路LED串；每一路功率输出MOS管的源极通过所述的采样电阻Rs1、Rs2、Rs3接地，功率输出MOS管的源极与采样电阻Rs1、Rs2、Rs3的串联连接点，分别通过反馈电阻Rf1、Rf2、Rf3连接在一起，连接到所述恒流反馈单元300的反馈信号输入端，也就是运算放大器AR1A的反相输入端(图1中C点)。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，多路失效检测电路500a的每一路包括一个诊断三极管Q51、Q52或Q53，诊断三极管Q51、Q52或Q53的基极串联一基极限流电阻R31、R32或R33，构成所述的检测输入端，对应连接到所述的恒流输出端F1、F2或F3；各路诊断三极管Q51、Q52和Q53的发射极接地；各路诊断三极管Q51、Q52和Q53的集电极，分别经上拉电阻R51、R52和R53连接到LED的正极，各路诊断三极管的集电极与其上拉电阻的连接点，分别构成所述的检测输出端G1、G2或G3。在该实施例中，或门电路由负极连接在一起的二极管D81、D82和D83组成；可控电子开关为MOS管Q8，可控电子开关的控制极为MOS管Q8的栅极，MOS管Q8的漏极连接到参考电压单元200的稳压输出端D，MOS管Q8的源极接地。当任何一路LED串中有一颗LED断路时，则该路LED串连接的恒流输出端F1、F2或F3的电压变为0，对应一路诊断三极管Q51、Q52或Q53的基极电压变为0，相应的诊断三极管Q51、Q52或Q53截止，其集电极被上拉电阻R51、R52或R53上拉到LED正极的高电平，也就是检测输出端G1、G2或G3的电压变为高电平，连接到或门电路输出端的MOS管Q8的栅极变为高电平。因此，不论哪一路LED串中的LED元件断路，都将使可控电子开关MOS管Q8导通。由于Q8的漏极与参考电压单元200的参考电压点D连接，当Q8导通到地，则D点的电压也被拉到地，恒流反馈单元300的参考电压为0时，线性恒流电路停止工作，整个电路消耗电流几乎为0。当车身控制单元BCM检测到该电源线上无消耗电流时，既可判定LED故障并显示故障于仪表盘上，因此可以省去现有技术方案所必须的连接BCM的报警信号线，不需要BCM给灯具预留额外的报警信号口。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，LED驱动电路还包括LED保护单元700，LED保护单元700包括保护控制电路和过压取样电路，保护控制电路由电阻R15、MOS管Q7组成，MOS管Q7的栅极构成保护控制电路的采样信号输入端E，MOS管Q7的源极接地，MOS管Q7的漏极经过电阻R15，连接到参考电压单元200的参考电压输出端A。过压取样电路为电阻R16与R21组成的分压电路，电源电压Vcc经电阻R16与R21分压后，连接参考电压单元200的参考电压输出端A。当输入电压Vcc过高时，分压电阻R16、R21的分压点E的电压也会随输入电压Vcc升高，当E点电压升高到某一程度时，例如大于4V，即MOS管Q7的栅极电压大于4V，则Q7导通到地，也就是使电阻R15的一端连接到地。对于参考电压单元200来说，等价于在参考电压单元200的分压电阻R4上并联了一个电阻R15，由于R4并联R15的阻值小于原分压电阻R4的阻值，参考电压单元200的参考电压输出端A输出的参考电压Vref将减小。以LED11、LED12、LED13一路LED串为例，根据线性恒流电路的原理可知，流过每路LED串的电流Iled＝Vref/Rs1，因此，参考电压Vref将减小，该路LED串路上流过LED的电流Iled也相应减小，恒流元件Q1上的功耗也相应减小。因此LED保护单元700可以在输入电压过高时降低恒流元件Q1、Q2、Q3的电流，避免恒流元件由于承担过多电压，功耗过大、热量过多而损坏的风险，达到了过压保护的目的。在图1所示的实施例中，在电阻R21的下端串联一个二极管D2，用来对MOS管Q7做温度补偿。因为高温下，MOS管的栅源极导通电压会减小，为了避免因MOS管的栅源极导通电压减小而提前导通，这里利用了二极管D2的正向导通压降VF在高温下也减小的特性，来抵消MOS管Q7的导通电压减小对E点电压的影响。

在图1所示的本发明的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路的实施例中，LED保护单元700还包括超温取样电路，超温取样电路由电阻R18和热敏电阻Rt组成，热敏电阻Rt安装在LED线路板PCB1上，图1中用粗实线框表示LED线路板PCB1，热敏电阻Rt的一端连接到输入电压Vcc，热敏电阻Rt的另一端经过电阻R18连接到所述LED保护单元的采样信号输入端。在该实施例中，热敏电阻Rt采用负温度系数热敏电阻NTC，通过将热敏电阻Rt贴装在LED线路板PCB1上，当LED线路板PCB1过热时，热敏电阻Rt的阻值随温度增高减小，于是，Rt+R18的阻值减小，分压点E的电压会升高，当电压升高到某一程度，使MOS管Q7导通到地，R15连接到地。R15与R4并联后两者的总阻值减小，参考电压单元200的参考电压输出端A输出的参考电压Vref减小。以LED11、LED12、LED13一路LED串为例，根据线性恒流电路的原理可知，流过每路LED串的电流Iled＝Vref/Rs1，因此，参考电压Vref将减小，该路LED串路上流过LED的电流Iled也相应减小，恒流元件Q1上的功耗也相应减小。因此，通过增加超温取样电路，并且将热敏电阻Rt安装在LED线路板PCB1上，LED保护单元700可以在LED线路板过热时降低流过每路LED串的电流，从而降低LED使用功率，达到对LED超温保护目的，延长LED使用寿命。

本发明提供的LED驱动电路的LED元件失效诊断方法，可用于图1所示的的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路。如图1所示，LED串失效保护单元500包括多路失效检测电路500a和MOS管Q8构成的可控电子开关500b，多路失效检测电路500a的各路失效检测输出信号，通过二极管D81、D82和D83组成的或门电路，控制所述可控电子开关500b，可控电子开关的MOS管Q8，连接到LED驱动电路的参考电压单元200的稳压输出端D，MOS管Q8的源极接地，在稳压电路的稳压输出端D和接地端之间组成受控接地通路；若任何一路LED串中的任何一颗LED元件断路，或门电路输出高电平，使可控电子开关500b的MOS管Q8导通，将稳压电路的稳压输出端D连接到接地端，使参考电压Vref切换为0V，恒流反馈单元300的参考电压Vref为0时，线性恒流电路停止工作，整个电路消耗电流几乎为0。当车身控制单元BCM检测到该电源线上无消耗电流时，既可判定LED故障并显示故障于仪表盘上，实现LED串失效保护和报警功能。本发明的LED元件失效诊断方法，在发生单颗LED失效时切断所有各路LED串的工作回路，车身BCM只需要监测供电的电源线上的电流即可进行报警，不需要额外分配一根报警线的资源。

本发明提供的LED驱动电路的LED元件保护方法，可用于图1所示的的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路。如图1所示，LED驱动电路包括LED保护单元700，LED保护单元700包括分压电阻R16与R21组成的过压取样电路，热敏电阻Rt组成的超温取样电路，以及由电阻R15、MOS管Q7组成的保护控制电路，在该实施例中，保护控制电路连接到LED驱动电路的参考电压单元200，在过压和/或超温取样电路检测到电源电压超过预定值，以及/或者LED元件的工作温度超过预定值时，保护控制电路700通过改变参考电压单元200输出的参考电压Vref，减小恒流元件Q1、Q2和Q3提供给LED元件的驱动电流Iled，通过降低电流和功率使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。这一点对于用于LED车灯的LED驱动电路而言，是至关重要的，因为夜间在高速公路上高速行驶的车辆，无论是LED元件因瞬间过电压损坏，或者是因现有的过压保护电路在过电压时切断电源，都可能严重影响行车安全。本发明采用降功率发光而不是停止发光的方式实现过压保护和超温保护，可以在实现LED保护功能的同时提供不间断的照明，从而保证行车安全性。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，用于为多路LED发光模块提供均衡稳定的驱动电流，所述的多路LED发光模块包含至少2路LED串，每一路LED串分别包含至少1颗串联连接的LED元件，所述的LED驱动电路包括参考电压单元，恒流反馈单元，多路采样均流单元和LED串失效保护单元； 

所述的参考电压单元包括稳压电路和分压电路，分压电路的分压点构成所述参考电压单元的参考电压输出端；所述参考电压单元的参考电压输出端，连接到恒流反馈单元的参考电压输入端，所述恒流反馈单元的输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端； 

对应于多路LED发光模块的每一路LED串，所述多路采样均流单元设置一路恒流支路；所述的恒流支路包括一个带有控制极的恒流元件和一个与恒流元件串联连接的采样电阻，各支路恒流元件的恒流输出端分别连接到对应的一路LED串；所有各支路恒流元件的控制极连接在一起，构成多路采样均流单元的输入端；各支路恒流元件与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端；恒流反馈单元的恒流控制输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端，构成闭环恒流控制回路； 

所述LED串失效保护单元包括多路失效检测电路和可控电子开关；对应于多路LED发光模块的每一路LED串，所述的多路失效检测电路设置一个检测输入端和一个检测输出端，多路失效检测电路的各个检测输入端，对应连接到与该路LED串连接的恒流输出端；多路失效检测电路的各个检测输出端，通过或门电路连接到所述可控电子开关的控制极，所述的可控电子开关在所述稳压电路的稳压输出端和接地端之间组成受控接地通路，其特征在于： 

所述的多路恒流LED驱动电路还包括LED保护单元，所述的LED保护单元包括保护控制电路和过压取样电路，所述的保护控制电路由电阻R15、MOS管Q7组成，MOS管Q7的栅极构成保护控制电路的采样信号输入端，MOS管Q7的源极接地，MOS管Q7的漏极经过电阻R15，连接到参考电压单元的参考电压输出端；所述的过压取样电路为电阻R16与R21组成的分压电路，输入电压Vcc经电阻R16与R21分压后，连接到所述的采样信号输入端；所述的保护控制电路连接到所述LED驱动电路的参考电压单元，在过压取样电路检测到电源电压超过预定值时，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流，通过减小电流使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。 

2.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于所述的参考电压单元包括限流电阻R2和稳压管Z1组成的稳压电路；所述稳压电路的稳压输出端，连接到分压电阻R3和R4组成的分压电路，分压电路的分压点构成所述参考电压单元的参考电压输出端，通过由电阻R5和电容C3组成的低通滤波器，连接到所述恒流反馈单元的参考电压输入端。 

3.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于所述的恒流反馈单元包括运算放大器AR1A，所述运算放大器AR1A的同相输入端，作为恒流反馈单元的参考电压输入端，连接到所述参考电压单元；所述多路采样均流单元的每一路电流采样反馈端，分别通过所述的反馈电阻，并联连接到所述运算放大器AR1A的反相输入端，构成所述恒流反馈单元的反馈信号输入端；所述运算放大器AR1A的输出端，连接由电阻R8和电容C5组成的低通滤波器，构成恒流反馈单元的输出端，连接到所述多路采样均流单元的输入端。 

4.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于所述的带有控制极的恒流元件是功率输出三极管；所述的控制极是功率输出三极管的基极，各恒流支路的功率输出三极管的基极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元的输入端；每一路功率输出三极管的集电极，构成多路采样均流单元的一路恒流输出端，连接到多路LED发光模块的一路LED串；每一路功率输出三极管的发射极通过所述的采样电阻接地，功率输出三极管的发射极与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端。 

5.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于所述的带有控制极的恒流元件是功率输出MOS管；所述的控制极是功率输出MOS管的栅极，各恒流支路的功率输出MOS管的栅极并联连接在一起，构成所述多路采样均流单元的输入端；每一路功率输出MOS管的漏极，构成多路采样均流单元的一路恒流输出端，连接到多路LED发光模块的一路LED串；每一路功率输出MOS管的源极通过所述的采样电阻接地，功率输出MOS管的源极与采样电阻的串联连接点，分别通过一个反馈电阻连接在一起，连接到所述恒流反馈单元的反馈信号输入端。 

6.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于所述的多路失效检测电路的每一路包括一个诊断三极管，诊断三极管的基极串联一基极限流电阻，构成所述的检测输入端，对应连接到所述的恒流输出端；诊断三极管的发射极接地,诊断三极管的集电极经上拉电阻连接到LED的正极，集电极与上拉电阻的连接点构成所述的检测输出端。 

7.根据权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于LED保护单元还包括超温取样电路，所述的超温取样电路由电阻R18和热敏电阻Rt组成，所述的热敏电阻Rt安装在LED线路板上，热敏电阻Rt的一端连接到输入电压Vcc，热敏电阻Rt的另一端经过电阻R18连接到所述LED保护单元的采样信号输入端；在超温取样电路检测到LED元件的工作温度超过预定值时，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流，通过减小电流使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。 

8.一种LED驱动电路的LED元件失效诊断方法，用于权利要求1所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，其特征在于包含以下步骤： 

a1)所述的可控电子开关连接到所述LED驱动电路的参考电压单元，在所述稳压电路的稳压输出端和接地端之间组成受控接地通路； 

a2)若任何一路LED串中的任何一颗LED元件断路，所述或门电路输出高电平，使可控电子开关导通； 

a3)所述的可控电子开关将稳压电路的稳压输出端连接到接地端，使参考电压单元输出的参考电压切换为0V； 

a4)当参考电压为0V时，线性恒流电路停止工作，切断所有各路LED串的驱动电流； 

a5)车身BCM监测供电电源线上的电流,当检测到电源线上无消耗电流时，判定LED故障并显示故障于仪表盘上，实现LED串失效保护和报警功能。 

9.一种LED驱动电路的LED元件保护方法，用于权利要求7所述的具有保护功能的多路恒流LED驱动电路，所述的LED驱动电路包括LED保护单元，所述的LED保护单元包括过压取样电路、超温取样电路和保护控制电路，其特征在于所述的LED元件保护方法包括以下步骤： 

b1)所述的保护控制电路连接到所述LED驱动电路的参考电压单元； 

b2)若过压取样电路检测到电源电压超过预定值，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，使参考电压减小； 

b3)若超温取样电路检测到LED元件的工作温度超过预定值，所述的保护控制电路改变参考电压单元输出的参考电压，使参考电压减小； 

b4)通过减小参考电压，减小恒流元件提供给LED元件的驱动电流； 

b5)通过降低电流和功率使LED元件降功率发光，在实现LED保护功能的同时，保证LED元件提供不间断的照明功能。