CN103024964A - 热光源启动保护电路及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种热光源启动保护电路，用于在热光源启动过程中提供保护，包括电源和热光源，还包括MOS管及MOS管控制电路；所述MOS管控制电路连接所述MOS管的栅极，在所述电源启动且所述MOS管完全导通之前控制所述输入MOS管栅极的电压信号大小以控制所述MOS管的阻值，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热；在所述MOS管完全导通后整个电路保持恒压为所述热光源继续加热直到所述热光源完全点亮。本发明实施例还公开了一种热光源启动保护方法。由于采用MOS管及其控制电路，经过较小恒流和恒压两个过程完成对热光源的启动，因此避免直接为热光源通大电流对热光源造成的损害；同时，由于通过MOS管代替所述继电器开关，克服了继电器因金属弹片结构造成机械寿命短的问题；并降低了对开关电源输出大电流的要求。

Description

热光源启动保护电路及其保护方法

 

技术领域

    本发明涉及热光源技术领域，尤其涉及一种热光源启动保护电路及其保护方法。

 

背景技术

目前市场上使用的内窥镜的光源，由于对光照度有要求，普遍使用150W 15V大功率规格的卤素灯。

如图4所示，现有卤素灯的开启电路由开关电源输出的15V电压再串接继电器，然后串接卤素灯为卤素灯供电。通过控制继电器的闭合与断开，从而控制卤素灯的亮与灭。

目前控制卤素灯开启的电路有如下三个缺点：

一、容易损坏卤素灯，或者降低灯的寿命。

卤素灯的灯丝在没点亮前为冷状态，灯丝的阻值为100毫欧左右。当串接的继电器闭合，15V电压直接加于灯丝上，很大瞬间电流（电流等于15V除以100毫欧，约150A）流过灯丝，如考虑连接线与继电器闭合电阻，瞬间电流也会大于80A。

很大瞬间电流导致灯丝在几个毫秒内迅速发热，很容易造成卤素灯损坏，或者降低卤素灯的寿命。

二、继电器的寿命有限。

继电器为金属弹片结构，释放与吸合，都有一定的机械寿命。

三、对开关电源要求高。

灯丝在点亮之后，电阻升为1.5欧姆左右。开关电源只需10A（电流等于15V除以1.5欧姆）。卤素灯的灯丝在没点亮前为冷状态，15V电压直接加于灯丝上，很大瞬间电流会大于80A。要求开关电源要有短时间输出大于80A的能力。

 

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种热光源启动保护电路及保护方法。由于采用MOS管及其控制电路，经过较小恒流和恒压两个过程完成对热光源的启动，因此避免直接为热光源通大电流对热光源造成的损害；同时，由于通过MOS管代替所述继电器开关，克服了继电器因金属弹片结构造成机械寿命短的问题；并降低了对开关电源输出大电流的要求。

 

本发明提供一种热光源启动保护电路，用于在热光源启动过程中提供保护，包括电源和热光源，还包括 MOS管及MOS管控制电路；所述MOS管控制电路连接所述MOS管的删极，在所述电源启动且所述MOS管完全导通之前控制所述输入MOS管栅极的电压信号大小以控制所述MOS管的阻值，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热；在所述MOS管完全导通后整个电路保持恒压为所述热光源继续加热直到所述热光源完全点亮。

本发明还提供一种热光源启动电路保护方法，包括如下步骤：

启动电源；

以较小的恒流为所述热光源供电，直到所述热光源两端电压达到恒压；

以恒压为所述热光源继续供电直到热光源完全点亮。

 

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点： 

由于热光源从启动到点亮并不是通过一个大电流直接加载到热光源上，而是通过一个相对较小的恒流（如：15A启动卤素灯）及恒压过程逐渐实现的，因此避免了对热光源造成的损害；同时，由于通过MOS管代替所述继电器开关，克服了继电器因金属弹片结构造成机械寿命短的问题；同时，降低了原先对开关电源输出大电流的要求。

 

附图说明

图1为本发明实施例的热光源启动保护电路的整体电路结构框图；

图2为本发明实施例的MOS管控制电路的结构框图；

图3为本发明的另一实施例的MOS管控制电路的结构框图；

图4为现有技术的有关医用卤素灯启动电路图；

图5为本发明具体实施例的未显示MOS管控制电路的整体电路图；

图6为本发明具体实施例的MOS管控制电路的电路图；

图7为本发明的热光源启动保护方法的流程图。

 

具体实施方式

下面将结合本发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种热光源启动保护电路，所述热光源在完全点亮之前，其电阻随热度的升高电阻逐渐增大，根据其这个规律，设计了一种热光源启动保护电路，本发明还介绍了热光源启动保护方法，以下将对其进行详细说明。

 

具体实施例一、

如图1所示，本发明介绍了一种热光源启动保护电路，用于为热光源启动提供保护，该启动电路具体包括：电源10、热光源30、MOS管21、MOS管控制电路22。所述MOS管控制电路22连接所述MOS管21的栅极。

所述MOS管Q3全称为：金属氧化物半导体型场效应管，所述MOS管具有的特性为在完全导通之前，其漏极与源极之间的电阻会随着栅极控制电压的增大或减小而成相反的变化；而在导通后其电阻会非常小（可以达到几毫欧），因此其在导通后相对整个启动电路可以忽略不计。

在所述MOS管21完全导通之前通过控制所述输入MOS管21栅极的电压信号控制所述MOS管21的阻值大小，并结合热光源在完全点亮之前，其电阻随热度的升高电阻逐渐增大的规律，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热；并在MOS管21完全导通后保持恒压为所述热光源继续加热直到所述热光源完全点亮。

通过上述方法，由于热光源从启动到点亮并不是通过一个大电流直接加载到热光源上，而是通过一个相对较小的恒流及恒压过程逐渐实现的，因此避免了对热光源造成的损害；同时，由于通过MOS管代替所述继电器开关，克服了继电器因金属弹片结构造成机械寿命短的问题；同时，降低了原先对开关电源输出大电流的要求。

如图2所示，所述MOS管控制电路具体包括：一电流采样电路221、一信号放大电路222、一比较放大电路223、一驱动电路224。

所述电流采样电路221对整个热光源启动电路内的电流进行采样，经过信号放大电路222对电流信号进行放大，再经过比较放大电路223进行比较放大，然后通过驱动电路224驱动所述MOS管。

如图3所示，在一些具体实施例中，所述MOS管还包括一开关控制模块225，所述开关控制模块位于所述比较放大电路和所述驱动电路之间，当所述开关模块处于开关不同的位置时，决定热光源是点亮，还是熄灭。

 

具体实施例二、

为方便对本技术方案的理解，本具体实施例以热光源中的医用卤素灯为例再次进行详细说明：

如图5所示，整个卤素灯启动电路由电源J1、卤素灯DS1、MOS管Q3串联构成一回路，所述MOS管Q3通过漏极与源极接入整个回路中，其栅极连接对其进行控制的控制电路（图6中示出）。

所述卤素灯DS1的电阻在冷状态时为100毫欧，在完全点亮之前，其电阻随热度的升高逐渐增大，当完全点亮时电阻为1.5欧，为配合所述卤素灯, 所述电源J1一般采用15V。

所述MOS管具有的特性参见具体实施例一的相关描述，在此不再赘述。在本具体实施例中根据电路设计，优选导通电压在10V的MOS管，本具体实施例优选MOS管Q3的型号为IRFP4368Pbf。

如图5所示，所述电流采样电路为一采样电阻R7，其串联在整个卤素灯启动回路中，用来检测卤素灯的灯丝从冷状态到点亮稳定后，流过灯丝的电流, 其阻值为符合电路设计要求取值为1毫欧，其可以将采样得到的电流信号转换为电压信号，由于其阻值很小为1毫欧，因此其产生的压降也很小为毫伏级，对整个电路不造成影响。

如图6所示，所述信号放大电路主要包括一第一运算放大器U3，用于对采样电阻R7采样得到的毫伏级电压值进行放大。本具体实施例根据整个电路设计需要放大100倍，优选OP37型号的运算放大器。

如图6所示，所述比较放大电路主要包括一第二运算放大器U1A，其反向输入端连接所述第一运算放大器U3的输出端，将经所述第一运算放大器U3放大后的信号电压幅值与其同向输入端的基准电压做比较，进行比较放大。即当信号电压幅值＞基准电压值时，则输出的电压相比输入信号电压降低; 当信号电压幅值＜基准电压值时，则输出电压相比输入信号电压升高。本具体实施例优选TL072型号的运算放大器。本具体实施例的加到所述第二运算放大器U1A同相输入端的基准电压为1.364 V,所述基准电压值是根据需要恒流值的大小来设计决定的。

如图6所示，所述驱动电路包括两个相互串联的第一、第二两个三极管Q1、Q2，且所述第一三极管Q1的基极通过一二极管D1（此处作用是隔离负压）连接所述第二运算放大器U1A的输出端。将所述第二运算放大器U1A比较放大后的电压信号经过第一、第二两个三极管Q1、Q2的驱动发送到MOS管的栅极。在本具体实施例中，所述第一三极管Q1优选8050型号，所述第二三极管Q2优选8550型号。 

如图6所示，本具体实施例以拨动开关作为开关控制模块，所述拨动开关一端接地，另一端悬空。   

当拨动开关拨向1的位置，即与地相连，会使第一、第二的三极管Q1、Q2截止，则输出0伏电压，MOS管Q3由于由于其栅极输入的控制电压为0伏，也处于截止不工作状态，这样卤素灯为灭。

当K1拨向2的位置，相当于拨动开关不起作用，电路由自身的线性闭环反馈来控制，则启动电路工作，使卤素灯启动工作，经恒流到恒压过程，点亮卤素灯。

 

综上所述，所述热光源启动保护电路的整个启动过程包括两个过程，第一个过程为恒流过程，具体如下：

卤素灯在开始从冷状态下启动，其电阻为100毫欧，由于卤素灯随着灯丝逐渐加热其电阻逐渐增大，将导致整个电路的电流减小，为控制整个启动电路保持恒流，通过增大MOS管栅极的控制电压，从而使得接入电路的漏极与源极之间的电阻减小，从而使整个电路的电阻总和保持恒定，从而实现恒流过程。恒流的原理主要是通过闭环负反馈来实现的。

所述在恒流过程中MOS管及其控制电路的工作过程为：通过采样电阻R7将在启动回路中采样得到的电流信号转换成电压信号，该电压信号先被第一运算放大器U3放大，再加到第二运算放大器U1A的反相输入端，与所述第二运算放大器U1A的同相输入端的基准电压作比较放大，使得第二运算放大器U1A的输出端输出的电压信号变大。这个变大的信号经过驱动三极管Q1、Q2，加到MOS管21的栅极，这样就会使MOS管21的漏极与源极的电阻减小。

本具体实施例根据实际需要经过电路设计恒流值为15A．通过MOS管控制电路控制MOS管，使灯丝工作在恒流15A状态，随着灯丝逐渐加热，大约经过350毫秒，电阻上升到1欧姆，整个恒流过程完成。

第二个过程为恒压过程，所述恒压过程具体如下：

当MOS管完全导通，由于加在MOS管和1毫欧的电阻上的压降总共仅为30毫伏- 45毫伏（10A乘以3毫欧，15A乘以3毫欧），其阻值在整个启动保护电路中可以忽略不计，此时灯丝相当于工作在恒压15V下，随着灯丝电阻上升，电流继续下降，直到卤素灯完全点亮后，其阻值达到1.5欧姆，此时灯丝的电流为10A（15V除以1.5欧姆），时间大约需要150毫秒。加上恒流过程的350毫秒，整个卤素灯启动共需要0.5秒。

此时，MOS管的电阻压降才2毫伏，MOS管功耗为0.2瓦，MOS管温升符合要求。

由于采用较小的电流如15A启动卤素灯，因此避免直接采用为卤素灯通大电流对卤素灯造成的损害；同时，由于通过MOS管代替所述继电器开关，克服了继电器因金属弹片结构造成机械寿命短的问题；同时，由于整个过程电流最高只有15A, 降低了开关电源输出大电流的要求。整个电路经实际测试，性能稳定可靠。

 

具体实施例三、

如图7所示，本具体实施例还介绍一种热光源启动保护方法，所述方法包括如下步骤：

S401，启动电源；

S402, 以较小的恒流为所述热光源供电，直到所述热光源两端电压达到恒压；

S403，以恒压为所述热光源继续供电直到热光源完全点亮。

所述启动电源电压通常为15V，所述热光源以卤素灯为例，其处于冷状态时为100毫欧，随着通电预热温度逐渐升高其阻值也逐渐增大，当完全点亮时其阻值为1.5欧姆。

所述恒流过程为在整个电路连接一MOS管及MOS管控制电路，所述MOS管控制电路连接所述MOS管的栅极，在所述电源启动且所述MOS管完全导通之前控制所述输入MOS管栅极的电压信号大小以控制所述MOS管的阻值，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热，直到MOS管完全导通，此时卤素灯两端电压达到恒压，由于MOS管在导通状态下的电阻和其控制电路的电流采样电阻非常小，因此整体对卤素灯无影响，灯丝相当于工作在电源恒压15V下。

所述恒压过程为在所述MOS管完全导通后整个电路保持恒压为所述卤素灯继续加热直到所述卤素灯完全点亮。

本具体实施例中，有关MOS管及其控制电路参见具体实施例二的详细描述，在此不再赘述。

 

以上对本发明所提供的热光源启动保护电路及其保护方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种热光源启动保护电路，用于在热光源启动过程中提供保护，包括电源和热光源，其特征在于，还包括 MOS管及MOS管控制电路；

所述MOS管控制电路连接所述MOS管的栅极，在所述电源启动且所述MOS管完全导通之前控制所述输入MOS管栅极的电压信号大小以控制所述MOS管的阻值，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热；在所述MOS管完全导通后整个电路保持恒压为所述热光源继续加热直到所述热光源完全点亮。

2.根据权利要求1所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述MOS管控制电路包括：一电流采样电路、一信号放大电路、一比较放大电路、一驱动电路；

所述电流采样电路对整个启动保护电路内的电流进行采样，经过所述信号放大电路对电流信号进行放大，再经过所述比较放大电路进行比较放大，然后通过所述驱动电路驱动所述MOS管。

3.根据权利要求1或2所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述MOS管控制电路还包括一开关控制模块，所述开关控制模块位于所述比较放大电路和所述驱动电路之间，当所述开关模块处于断开状态时，卤素灯不亮；当所述开关模块处于闭合状态时，卤素灯点亮。

4.根据权利要求2所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述电流采样电路为一采样电阻。

5.根据权利要求2所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述信号放大电路包括一第一运算放大器。

6.根据权利要求2所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述比较放大电路包括一第二运算放大器。

7.根据权利要求2所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述驱动电路由两个串联的第一、第二三极管组成，且所述第一个三极管的基极通过一整流二极管连接所述第二运算放大器的输出端。

8.根据权利要求3所述的热光源启动保护电路，其特征在于，所述开关模块为一拨动开关，所述拨动开关一端接地，另一端悬空。

9.一种热光源启动电路保护方法，包括如下步骤：

启动电源；

以较小的恒流为所述热光源供电，直到所述热光源两端电压达到恒压；

以恒压为所述热光源继续供电直到热光源完全点亮。

10.根据权利要求9所述的热光源启动保护方法，其特征在于，

所述恒流过程为在整个电路连接一MOS管及MOS管控制电路，所述MOS管控制电路连接所述MOS管的删极，在所述电源启动且所述MOS管完全导通之前控制所述输入MOS管栅极的电压信号大小以控制所述MOS管的阻值，从而控制整个电路保持一较小的恒流为热光源加热；

所述恒压过程为在所述MOS管完全导通后整个电路保持恒压为所述热光源继续加热直到所述热光源完全点亮。

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