CN103037558A - Led恒流驱动电路的过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种LED恒流驱动电路的过流保护电路，包括发光二极管、开关管及开关控制模块，开关管的输出端经与发光二极管电连接后接地；开关控制模块输入端电连接在开关管的输出端与发光二极管之间，输出端与开关管的控制端电连接；开关控制模块用于控制开关管的控制端控制开关管的通断。通过这种简单明了、复杂度低的设计方式来限制LED的峰值电流，从而达到保护LED的目的。

Description

LED恒流驱动电路的过流保护电路
【技术领域】
本发明涉及保护电路，尤其涉及一种LED恒流驱动电路的过流保护电路。
【背景技术】
LED恒流源驱动在工作的过程中，当输出负载过大，器件内部元件或外部电路发生局部短路时，过流保护电路都可以限制流过开关管的电流，使其被控制在额定的范围之内。
常用的限流电路有以下两种：
一种是电阻限流电路，此种方式电路简单，通过改变限流电阻R值的大小即可改变工作电流，从而改变LED(Light Emitting Diode)的发光强度。但这种驱动方式也存在不少的缺点：首先，若输入电压出现微小的波动，就会直接导致驱动电流的波动，从而影响光通量输出、发光亮度的变化；其次，串接的限流电阻上会消耗大量的功率，特别是在大功率LED驱动时，表现尤为突出，这样整个系统效率将是一个严重的问题；最后，倘若用调节R值大小的方式对LED进行亮度调节时，R值的变化导致流过LED的电流发生了变化，这样会使LED发出的白光颜色发生偏移，所以这种驱动方式多用在指示灯等简单应用场合。
另一种保护方式是检测流过开关管的电流，一般通过与开关管串联一个小电阻或者利用开关管的栅源电压来检测，通过检测出电阻的压降或开关管的栅源电压，然后与基准电压源相比较，如果压降高于基准电压源时，比较器的输出电压使开关管关闭，阻止电流进一步上升，保证电流不过超过额定值，这种方法对电阻的精度要求较高，且当环境温度变化时，检测的值与实际值会产生误差，影响电路性能。
上述两种方式都不能在提高系统效率的同时解决电流突增时电路的保护问题。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种在电路中发生短路电流突增时的简单可靠的LED过流保护电路。
一种LED恒流驱动电路的过流保护电路，用于对恒流驱动的LED驱动电路进行过流保护，所述过流保护电路包括与发光二极管串接的开关管，所述开关管为三端开关器件，包括两个接入端和一个控制端，所述开关管通过两个接入端与所述发光二极管串接，
所述过流保护电路还包括开关控制模块，所述开关控制模块输入端采样发光二极管的工作电压，输出端与开关管的控制端电连接；所述开关控制模块根据采样的发光二极管的工作电压控制开关管的通断。
优选地，所述开关控制模块包括比较器及驱动器；
所述比较器的正相输入端输入基准电压、反相输入端输入所述采样的工作电压，所述比较器的输出端与所述驱动器的输入端电连接；
所述驱动器的输出端与所述开关管的控制端电连接。
优选地，所述比较器输出为高电平时，所述驱动器根据所述比较器输出的高电平驱动开关管的控制端控制开关管接通；
所述比较器输出为低电平时，所述驱动器根据所述比较器输出的低电平驱动开关管的控制端控制开关管断开。
优选地，所述开关控制模块还包括误差放大器和稳压模块；
所述误差放大器的两个输入端分别输入所述采样的工作电压和参考电压，所述误差放大器的输出作为比较器正相输入端的基准电压；
所述稳压模块包括稳压管和第一电容，所述稳压管与第一电容并联后电连接在误差放大器的输出端和比较器一输入端的公共端与地之间。
优选地，所述比较器的正相输入端与误差放大器输出端电连接，反相输入端输入所述采样的工作电压。
优选地，所述误差放大器的正相输入端输入所述采样的工作电压，反相输入端输入参考电压。
优选地，所述过流保护电路还包括第一电阻，所述第一电阻串联在开关管与发光二极管之间。
优选地，所述过流保护电路还包括滤波整流模块，所述滤波整流模块包括直流电感线圈和第二电容，所述直流电感线圈串联在开关管与第一电阻之间，所述第二电容一端电连接在直流电感线圈与第一电阻之间，另一端接地。
优选地，所述过流保护电路还包括二极管，所述二极管正极接地，负极与开关管的输出端和直流电感线圈的公共端相连，所述二极管用于防止电源反接。
上述LED恒流驱动电路的过流保护电路，包括发光二极管、开关管及开关控制模块，开关管的输出端经与发光二极管电连接后接地；开关控制模块输入端电连接在开关管的输出端与发光二极管之间，输出端与开关管的控制端电连接；开关控制模块用于控制开关管的控制端控制开关管的通断。通过这种简单明了、复杂度低的设计方式来限制LED的峰值电流，从而达到保护LED的目的。
【附图说明】
图1为LED恒流驱动电路的过流保护电路的结构示意图；
图2为开关控制模块的结构示意图；
图3为LED恒流驱动电路的过流保护电路的电路原理图。
【具体实施方式】
如图1所示，为LED恒流驱动电路的过流保护电路的结构示意图。LED恒流驱动电路的过流保护电路用于对恒流驱动的LED驱动电路进行过流保护。过流保护电路包括与发光二极管200串接的开关管100，开关管100为三端开关器件，包括两个接入端和一个控制端，开关管100通过两个接入端与发光二极管200串接。
过流保护电路还包括开关控制模块300，开关控制模块300输入端采样发光二极管200的工作电压，输出端与开关管100的控制端电连接。开关控制模块300根据采样的发光二极管200的工作电压控制开关管100的通断。
发光二极管200的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。在本实施例中，通过直接控制给发光二极管200供电的电源来限制通过发光二极管200的电流。
通过这种简单明了、复杂度低的设计方式来限制LED的峰值电流，从而达到保护LED的目的。
如图2所示，为开关控制模块300的结构示意图。在本实施例中，开关控制模块300包括比较器310及驱动器320。比较器310的正相输入端输入基准电压、反相输入端输入采样的工作电压。比较器310的输出端与320驱动器的输入端电连接。
驱动器320的输出端与开关管100的控制端电连接。
驱动器320驱动的是开关管100的控制端。开关管100的控制端有个寄生电容，驱动器320驱动控制端控制开关管100接通的时候电流主要是给这个寄生电容充电；驱动器320驱动控制端控制开关管100断开的时候电容就给这个寄生电容放电。假如你驱动接通的电流频率是10K，那就是说每秒要给这个电容充电1万次，电容能量E＝1/2CV2，那么驱动功率W＝E*K，电流在电阻上的回路几乎可以忽略，这就为什么说MOS管静态损耗小的原因。可是作为开关管100，电流大小就跟频率成正比，控制端的寄生电容是并联在控制端与一个接入端之间。
优选地，比较器310输出为高电平时，驱动器320根据比较器310输出的高电平驱动开关管100的控制端控制开关管100接通。
比较器310输出为低电平时，驱动器320根据比较器310输出的低电平驱动开关管100的控制端控制开关管100断开。
比较器310是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器310的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号，当输入电压的差值增大或减小时，其输出保持恒定。
进一步地，开关控制模块300还包括误差放大器330和稳压模块340。
误差放大器330的两个输入端分别输入采样的工作电压和参考电压，误差放大器330的输出作为比较器310正相输入端的基准电压。
误差放大器330用于将采样的工作电压与参考电压的差值信号放大。在控制环路中能够提高控制系统的灵敏度，提高调节精度。
稳压模块340包括稳压管346和第一电容344。稳压管346与第一电容344并联后电连接在误差放大器330的输出端和比较器310一输入端的公共端与地之间。
稳压管346是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中，电流增加而电压则保持恒定，稳压管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。
在本实施例中，当稳压管346的压值没有超过稳压值，稳压管346反向截止。当超过稳压值时，稳压管346反向导通，第一电容344开始放电，直至两端电压到稳压管346的截止电压。
在本实施例中，比较器310的正相输入端与误差放大器330输出端电连接，反相输入端输入采样的工作电压。
在本实施例中，误差放大器330的正相输入端输入采样的工作电压，反相输入端输入参考电压。
进一步地，如图3所示，过流保护电路还包括第一电阻500，第一电阻500串联在开关管100与发光二极管200之间。所述第一电阻500用于在电流突增时保护发光二极管200。
进一步地，过流保护电路还包括滤波整流模块，滤波整流模块包括直流电感线圈410和第二电容420。直流电感线圈410串联在开关管100与第一电阻500之间，第二电容420一端电连接在直流电感线圈410与第一电阻500之间，另一端接地。
进一步地，过流保护电路还包括二极管600，二极管600正极接地，负极与开关管100的输出端和直流电感线圈410的公共端相连。二极管600用于防止电源反接。
如图3所示，为LED恒流驱动电路的过流保护电路的电路原理图。稳压管346的稳压值VZ与峰值电流IMAX的关系是：VZ＝IMAX·Rs，其中IMAX是流过发光二极管200的最大峰值电流，Rs为发光二极管200的内部电阻。
当误差放大器330输出端所连接的第一电容344上的电压VC没有超过稳压值VZ时，稳压管346反向截止。
发光二极管200的峰值电流是由第一电容344的电压VC来控制的：
当误差放大器330的输出端所连接的第一电容344上的电压VC上升并超过稳压值VZ时，稳压管346反向导通，第一电容344通过稳压管346放电，维持其电压VC不会超过稳压值。
当流过发光二极管200的电流突然增大时，发光二极管200的电压Vs增大，Vs大于VC，比较器310输出为低，驱动器320驱动开关管100的控制端控制开关管100断开，停止给发光二极管200供电，流过发光二极管200的电流减小，Vs降低。当Vs小于VC时，比较器320输出高电平，驱动器320驱动开关管100的控制端控制开关管100接通，发光二极管200恢复供电。通过这种方式来限制发光二极管200的峰值电流，从而达到保护发光二极管200的目的。这种保护的实现方法相比前面传统的保护实现方法简单明了，降低了设计的复杂度。
上述LED过流保护电路，包括发光二极管、开关管及开关控制模块，开关管的输出端经与发光二极管电连接后接地；开关控制模块输入端电连接在开关管的输出端与发光二极管之间，输出端与开关管的控制端电连接；开关控制模块用于控制开关管的控制端控制开关管的通断。通过这种简单明了、复杂度低的设计方式来限制LED的峰值电流，从而达到保护LED的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种LED恒流驱动电路的过流保护电路，用于对恒流驱动的LED驱动电路进行过流保护，所述过流保护电路包括与发光二极管串接的开关管，所述开关管为三端开关器件，包括两个接入端和一个控制端，所述开关管通过两个接入端与所述发光二极管串接，
其特征在于，所述过流保护电路还包括开关控制模块，所述开关控制模块输入端采样发光二极管的工作电压，输出端与开关管的控制端电连接；所述开关控制模块根据采样的发光二极管的工作电压控制开关管的通断。
2.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述开关控制模块包括比较器及驱动器；
所述比较器的正相输入端输入基准电压、反相输入端输入所述采样的工作电压，所述比较器的输出端与所述驱动器的输入端电连接；
所述驱动器的输出端与所述开关管的控制端电连接。
3.根据权利要求2所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述比较器输出为高电平时，所述驱动器根据所述比较器输出的高电平驱动开关管的控制端控制开关管接通；
所述比较器输出为低电平时，所述驱动器根据所述比较器输出的低电平驱动开关管的控制端控制开关管断开。
4.根据权利要求2所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述开关控制模块还包括误差放大器和稳压模块；
所述误差放大器的两个输入端分别输入所述采样的工作电压和参考电压，所述误差放大器的输出作为比较器正相输入端的基准电压；
所述稳压模块包括稳压管和第一电容，所述稳压管与第一电容并联后电连接在误差放大器的输出端和比较器一输入端的公共端与地之间。
5.根据权利要求4所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述比较器的正相输入端与误差放大器输出端电连接，反相输入端输入所述采样的工作电压。
6.根据权利要求4所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述误差放大器的正相输入端输入所述采样的工作电压，反相输入端输入参考电压。
7.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括第一电阻，所述第一电阻串联在开关管与发光二极管之间。
8.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括滤波整流模块，所述滤波整流模块包括直流电感线圈和第二电容，所述直流电感线圈串联在开关管与第一电阻之间，所述第二电容一端电连接在直流电感线圈与第一电阻之间，另一端接地。
9.根据权利要求1所述的LED恒流驱动电路的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括二极管，所述二极管正极接地，负极与开关管的输出端和直流电感线圈的公共端相连，所述二极管用于防止电源反接。
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