CN103401209B - Led背光短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了LED背光短路保护电路，包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，其中，第一三极管Q1的发射极连接到LED负载，集电极通过串联的电阻R1和R4接地，且电阻R1和R4的连接点连接第二三极管Q2的基极，基极通过电阻R2连接第三三极管Q3的集电极；第二三极管Q2的集电极连接短路保护端，发射极接地；第三三极管Q3的基极通过电阻R3连接控制信号端，发射极接地；通过向所述控制信号端输出高/低电平而是/否为所述LED负载提供恒定的输出电流；所述短路保护端和控制信号端均连接到单片机上；当LED负载发生短路时，第二三极管Q2导通，从而使短路保护端输出低电平，当单片机检测到短路保护端为低电平时，则向控制信号端输出低电平，实现隔离保护。

Description

LED背光短路保护电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源电路领域，更具体地涉及一种LED背光短路保护电路。

背景技术

目前在开关电源的应用行业内，尤其是在LED背光的电视的应用领域内，主流的恒流方案为大多采用BOOST升压电路，即前级FLYBACK（或其它架构）输出12V（供功放）加24V（或其他电压等级），然后24V再次用第二级BOOST恒流升压的方式，结构图如图1所示：将AC输入先后通过EMI滤波电路和桥式整流后，再通过前级AC-DC稳压电路后输出12V电压和24V，然后通过专用IC的将输出的24V先升压再BOOST恒流的工作模式，实现为LED负载提供恒定的输出电流。

该方案成熟且可靠性高，但是价格偏贵,无法普及使用。而且，现有的LED背光的恒流方案没有短路保护，在LED负载发生短路情况下没有自动隔离保护，导致整个电路元件过功耗损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED背光短路保护电路，成本较低，电路简单，在LED负载发生短路情况下能够自动隔离，避免电路元件过功耗损坏。

为实现上述目的，本发明提供一种LED背光短路保护电路，其特征在于：包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，其中，

所述第一三极管Q1的发射极连接到LED负载，集电极通过串联的电阻R1和R4接地，且电阻R1和R4的连接点连接第二三极管Q2的基极，基极通过电阻R2连接第三三极管Q3的集电极；

所述第二三极管Q2的集电极连接短路保护端，发射极接地；

所述第三三极管Q3的基极通过电阻R3连接控制信号端，发射极接地；其中，通过向所述控制信号端输出高/低电平而是/否为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述短路保护端和控制信号端均连接到单片机上；

当所述控制信号端输出高电平以使所述LED负载正常工作时，所述第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，且所述第二三极管Q2截止，从而使所述短路保护端输出高电平；当所述LED负载发生短路时，所述第二三极管Q2导通，从而使所述短路保护端输出低电平，当单片机检测到所述短路保护端为低电平时，则向所述控制信号端输出低电平，从而实现隔离保护。

作为上述方案的改进，所述LED背光短路保护电路适用于包括前级AC-DC稳压电路的LED背光恒流控制电路中，所述前级AC-DC稳压电路输出供电电压以及LED负载恒流所需电压到LED负载的正极；

所述控制信号端通过LED背光开关电路连接到所述LED背光恒流控制电路，通过向所述控制信号端输出高/低电平而是/否将所述前级AC-DC稳压电路输出的供电电压传送给所述LED背光恒流控制电路；而所述LED背光恒流控制电路还连接控制端，通过向所述控制端输出高/低电平而是/否将LED背光恒流控制电路导通，从而为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述控制端连接到单片机上；当单片机检测到所述短路保护端为低电平时，则向所述控制信号端和/或控制端输出低电平，从而实现隔离保护。

作为上述方案的改进，所述第二三极管Q2的发射极还通过滤波电容C1连接到其基极；所述第三三极管Q3的发射极还通过滤波电容C2连接到其基极。

作为上述方案的改进，所述第一三极管Q1为PNP三极管，所述第二三极管Q2和第三三极管Q3为NPN三极管。

作为上述方案的改进，所述LED背光开关电路包括串联在信号输入端和信号输出端之间的MOS管，所述控制信号端通过RC延时网络与MOS管的栅极连接；所述信号输入端连接前级稳压电路的供电电压输出端，所述信号输出端连接所述LED背光恒流控制电路的供电电压输入端；藉由所述控制信号端输入驱动信号以控制MOS管的开通/关断，从而控制是/否将前级稳压电路的供电输出电压传送到所述LED背光恒流控制电路的供电电压输入端。

作为上述方案的改进，所述LED背光恒流控制电路包括时序控制单元以及与所述时序控制单元连接的至少一个恒流电路单元；

所述时序控制单元包括第四三极管Q4和第五三极管Q5，所述第四三极管Q4的发射极通过电阻R5连接到供电电压输入端，基极通过电阻R6连接到供电电压输入端，并同时通过电阻R7连接到第五三极管Q5的集电极；所述第五三极管Q5的基极通过电阻R8连接到控制端，发射极接地；

每一所述恒流电路单元包括第六三极管Q6和第七三极管Q7；所述第六三极管Q6的基极通过电阻R8连接到第四三极管Q4的集电极，集电极连接到相应的LED负载的负极，为相应的LED负载提供恒定的输出电流，发射极通过电阻R9接地；所述第七三极管Q7的基极通过电阻R10连接到第六三极管Q6的发射极，集电极连接到第四三极管Q4的集电极，发射极接地；

藉由所述控制端输入高电平以使导通第四三极管Q4和第五三极管Q5导通，进而控制每一恒流电路单元的第六三极管Q6和第七三极管Q7导通，从而为相应的LED负载提供恒定的输出电流。

作为上述方案的改进，所述第四三极管Q4为PNP三极管，所述第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7为NPN三极管。

作为上述方案的改进，所述单片机通过向所述控制端输出PWM开关信号来调整所述LED负载的工作亮度。作为上述方案的改进，所述单片机通过向所述控制端输出直流电压信号来调整所述LED负载的工作亮度。

作为上述方案的改进，当所述LED负载的数量大于一个时，所述第一三极管Q1的发射极通过二极管分别连接到对应的LED负载的负极。

与现有技术相比，本发明的LED背光短路保护电路，在增加很少成本的条件下实现LED负载短路状态下的隔离保护，以避免整个电路过功耗损坏。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为现有技术的LED背光的开关电源电路的电路框图；

图2为本发明LED背光短路保护电路的第一实施例的电路图；

图3为本发明LED背光短路保护电路的第二实施例的电路图；

图4是图3所示的第二实施例的LED背光开关电路电路图；

图5是图3所示的第二实施例的LED背光恒流控制电路电路图；

图6是本发明LED背光短路保护电路的第三实施例的电路图；

图7是图6所示第三实施例的LED背光恒流控制电路的电路图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图2，为本发明LED背光短路保护电路的第一实施例的电路图。所述LED背光短路保护电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，其中：

所述第一三极管Q1的发射极通过二极管D1对应连接到LED负载的负极（可以理解的，当所述LED负载只有一路时，第一三极管Q1的发射极可以不通过二极管D1而直接连接到负载），集电极通过串联的电阻R1和R4接地，且电阻R1和R4的连接点连接第二三极管Q2的基极，基极通过电阻R2连接第三三极管Q3的集电极；

所述第二三极管Q2的集电极连接短路保护端LED_SHORT_AD，发射极接地；

所述第三三极管Q3的基极通过电阻R3连接控制信号端POW-EN，发射极接地；通过向所述控制信号端POW-EN输出高/低电平而是/否为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述短路保护端LED_SHORT_AD和控制信号端POW-EN均连接到单片机（图未示）上；当所述控制信号端POW-EN输出高电平以使所述LED负载正常工作时，所述第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，且所述第二三极管Q2截止，从而使所述短路保护端LED_SHORT_AD输出高电平；当LED负载（LED1和/或LED2）发生短路时，伴随着LED负载（LED1和/或LED2）点的电压升高，所述第二三极管Q2相继导通，从而使所述短路保护端LED_SHORT_AD输出低电平，当单片机检测到所述短路保护端LED_SHORT_AD为低电平时，则向所述控制信号端POW-EN输出低电平，从而断开为所述LED负载提供恒定的输出电流，从而实现隔离保护。

优选的，在本实施例中，所述第二三极管Q2的发射极还通过滤波电容C1连接到其基极；所述第三三极管Q3的发射极还通过滤波电容C2连接到其基极。

另外，所述二极管D1为两个二极管同向并联构成，这样，每个二极管对应连接一个LED的负极。

优选的，所述第一三极管Q1为PNP三极管，所述第二三极管Q2和第三三极管Q3为NPN三极管。

请参考图3，为本发明LED背光短路保护电路的第二实施例的电路图。所述LED背光短路保护电路适用于包括前级AC-DC稳压电路（图未示）的LED背光恒流控制电路中，所述前级AC-DC稳压电路输出供电电压（例如12V或5V,该电压具体值根据电视主板上的供电系统而设置）以及LED负载恒流所需电压到LED负载（例如，本实施例包括LED1、LED2）的正极。

所述LED背光短路保护电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，其中：

所述第一三极管Q1的发射极通过二极管D1对应连接到LED负载的负极（可以理解的，当所述LED负载只有一路时，第一三极管Q1的发射极可以不通过二极管D1而直接连接到负载），集电极通过串联的电阻R1和R4接地，且电阻R1和R4的连接点连接第二三极管Q2的基极，基极通过电阻R2连接第三三极管Q3的集电极；

所述第二三极管Q2的集电极连接短路保护端LED_SHORT_AD，发射极接地；

所述第三三极管Q3的基极通过电阻R3连接控制信号端POW-EN，发射极接地；其中，所述控制信号端POW-EN通过LED背光开关电路101连接到所述LED背光恒流控制电路102，通过向所述控制信号端POW-EN输出高/低电平而是/否将所述前级AC-DC稳压电路输出的供电电压传送给所述LED背光恒流控制电路；而所述LED背光恒流控制电路102还连接控制端ADJ/VS-ON，通过向所述控制端ADJ/VS-ON输出高/低电平而是/否将LED背光恒流控制电路102导通，从而为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述短路保护端LED_SHORT_AD、控制信号端POW-EN和控制端ADJ/VS-ON均连接到单片机103上；当所述控制信号端POW-EN和控制信号端ADJ/VS-ON输出高电平以使所述LED负载正常工作时，所述第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，且所述第二三极管Q2截止，从而使所述短路保护端输出高电平；当LED负载（LED1和/或LED2）发生短路时，伴随着LED负载（LED1和/或LED2）点的电压升高，所述第二三极管Q2相继导通，从而使所述短路保护端LED_SHORT_AD输出低电平，当单片机103检测到所述短路保护端LED_SHORT_AD为低电平时，则向所述控制端ADJ/VS-ON和/或控制信号端POW-EN输出低电平，从而断开将所述前级AC-DC稳压电路输出的供电电压传送给所述LED背光恒流控制电路102，和/或断开为所述LED负载提供恒定的输出电流，从而实现隔离保护。

优选的，在本实施例中，所述第二三极管Q2的发射极还通过滤波电容C1连接到其基极；所述第三三极管Q3的发射极还通过滤波电容C2连接到其基极。

另外，所述二极管D1为两个二极管同向并联构成，这样，每个二极管对应连接一个LED的负极。

优选的，所述第一三极管Q1为PNP三极管，所述第二三极管Q2和第三三极管Q3为NPN三极管。

参考图4，本实施例的LED背光开关电路101包括串联在信号输入端INPUT（输入供电电压）和信号输出端OUTPUT（输出供电电压）之间的MOS管Q100，以及通过RC延时网络与MOS管的栅极连接的控制信号端POW-EN，所述信号输入端连接前级AC-DC稳压电路的供电电压输出端，所述信号输出端连接所述LED背光恒流控制电路102的供电电压输入端VCC-Panel（图5）。具体的，所述MOS管Q100为P型MOS管，且所述P型MOS管的源极S连接所述信号输入端INPUT，漏极D连接所述信号输出端OUTPUT。所述控制信号端POW-EN通过由电阻R111和电容C31组成的RC延时网络连接到所述MOS管Q100的栅极G，通过是否发送驱动信号以控制MOS管Q100的开通/关断，且MOS管Q100在延时网络的作用下实现慢开快关。藉由所述控制信号端输入驱动信号以控制MOS管Q100的开通/关断，从而控制是/否将前级稳压电路的12V输出电压传送到所述时序控制单元的供电电压输入端。

另外，所述控制信号端POW-EN可以选择直接发送驱动信号到MOS管Q100的栅极G，或者通过一定的控制电路而产生驱动信号到MOS管Q100的栅极G，本实施例选择的为后面的方式。

参考图5，所述LED背光恒流控制电路102包括时序控制单元10以及与所述时序控制单元10连接的至少一个恒流电路单元20（例如，在本实施例中为两个，分别对应连接LED1和LED2）。所述时序控制单元10包括第四三极管Q4和第五三极管Q5，所述第四三极管Q4的发射极通过电阻R5连接到供电电压输入端VCC-Panel，基极通过电阻R6连接到供电电压输入端VCC-Panel，并同时通过电阻R7连接到第五三极管Q5的集电极；所述第五三极管Q5的基极通过电阻R8连接到控制端ADJ/VS-ON，发射极接地，并同时通过并联的电阻R9和电容C3连接到其基极。每一所述恒流电路单元20（本实施例有两个恒流电路单元，由于电路结构一致，只取其中一个恒流电路单元具体描述）包括第六三极管Q6和第七三极管Q7：所述第六三极管Q6的基极通过电阻R10连接到第四三极管Q4的集电极，集电极连接到相应的LED负载LED1的负极（具体的，连接到相应的LED负载的负极，而相应的LED负载的正极连接到前级AC-DC稳压电路的LED恒流所需电压输出端），为相应的LED负载提供恒定的输出电流，发射极通过电阻R11接地；所述第七三极管Q7的基极通过并联的电阻R12和电容C4连接到第六三极管Q6的发射极，集电极连接到第四三极管Q4的集电极，发射极接地。

藉由所述控制端ADJ/VS-ON输入高电平以使导通第四三极管Q4和第五三极管Q5导通，进而控制每一恒流电路单元的第六三极管Q6和第七三极管Q7导通，从而为相应的LED负载提供恒定的输出电流。

其中，所述第四三极管Q4为PNP三极管，所述第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7为NPN三极管。

另外，通过第七三极管Q7、电阻R12和电容C4构成的负反馈电路以抑制温漂条件下，由于第六三极管Q6放大倍数的漂移导致的恒流值的变化。

另外，所述单片机还可通过向所述控制端ADJ/VS-ON发送背光亮度调节信号，该控制信号可以为直流电压信号，也可以是PWM开关信号，若为PWM开关信号，则LED灯工作在开关状态，由于开关频率比较高，并且利用LED灯的余辉效应可以使得人眼看不出LED灯是出于闪烁状态的，通过调节PWM的占空比来实现调节背光的效果，当为直流电压调光时，通过调节控制端ADJ/VS-ON上的电压大小来控制第四三极管Q4集电极上的电压大小来实现调节LED灯亮度，此时LED灯的亮度是持续的，而不像PWM调光那样是一开一关的状态。

本实施例的LED背光短路保护电路工作过程如下：当控制信号端POW_EN和控制端ADJ/VS-ON为高电平时而使LED负载正常工作情况下，所述第三三极管Q3的基极和发射极导通，因此第三三极管Q3导通，第三三极管Q3导通时第一三极管Q1发射极-基极、电阻R2和地之间有电流流过，此时第一三极管Q1导通，第一三极管Q1导通后，第一三极管Q1发射极和集电极之间的电压几乎为0，所以二极管D1负极的电压直接传导到电阻R1的上端，通过设置使电阻R1和R4分压后得到的第二三极管Q2的基极电压总是小于0.7V，因此第二三极管Q2截止，短路保护端LED_SHORT_AD为高电平，因为单片机的IO口内部有上拉或下拉电阻，所以能保证第二三极管Q2为悬浮的时候该引脚是高电平；

当发生LED负载短路现象时，二极管D1的负极电压会急剧升高，导致电阻R1和R4分压后，第二三极管Q2的基极电压也相应升高，且大于0.7V，从而使得第二三极管Q2导通，短路保护端LED_SHORT_AD引脚也就被拉低；

这样，由单片机检测到短路保护端LED_SHORT_AD位低电平时，则向所述控制端ADJ/VS-ON和/或控制信号端POW-EN输出低电平，从而断开将所述前级AC-DC稳压电路输出的供电电压传送给所述LED背光恒流控制电路102，和/或断开为所述LED负载提供恒定的输出电流，使得LED背光关闭，然后控制单片机进入待机保护状态，进入待机后只有重新开机才会使单片机和其他保护电路恢复工作。

图6是本发明LED背光短路保护电路的第三实施例的电路图。本实施例的LED背光恒流控制电路结构与图3所示的电路结构相似，不同的是，本实施例的第一三极管Q1的发射极通过两个二极管D1、D2对应连接到LED负载的负极，具体的，二极管D1、D2分别由两个二极管同向并联构成，即，二极管D1对应连接LED1、LED2的负极，而二极管D2对应连接LED3、LED4的负极。

而图7对应为图6所示的LED背光恒流控制电路的电路图。本实施例的LED背光恒流控制电路结构与图5所示的电路结构相似，包括时序控制单元10以及与所述时序控制单元10连接的至少一个恒流电路单元20，不同的是，本实施例的恒流电路单元20包括四个，对应为LED负载（LED1～LED4）提供恒定的输出电流。

因此，可以理解的，本发明的LED背光恒流控制电路可以包括多个恒流电路单元20以对应为不同数量的LED负载提供恒定的输出电流，并不局限于图5和图7所示的实施例。同样，本发明LED背光短路保护电路也可为不同数量的LED负载进行短路检测和保护。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (9)

1.一种LED背光短路保护电路，其特征在于：包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，其中，所述第一三极管Q1为PNP三极管，所述第二三极管Q2和第三三极管Q3为NPN三极管；

所述第一三极管Q1的发射极连接到LED负载，所述第一三极管Q1的集电极通过串联的电阻R1和R4接地，且电阻R1和R4的连接点连接第二三极管Q2的基极，所述第一三极管Q1的基极通过电阻R2连接第三三极管Q3的集电极；

所述第二三极管Q2的集电极连接短路保护端，所述第二三极管Q2的发射极接地；

所述第三三极管Q3的基极通过电阻R3连接控制信号端，所述第三三极管Q3的发射极接地；其中，通过向所述控制信号端输出高/低电平而是/否为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述短路保护端和控制信号端均连接到单片机上；

当所述控制信号端输出高电平以使所述LED负载正常工作时，所述第一三极管Q1和第三三极管Q3导通，且所述第二三极管Q2截止，从而使所述短路保护端输出高电平；当所述LED负载发生短路时，所述第二三极管Q2导通，从而使所述短路保护端输出低电平，当单片机检测到所述短路保护端为低电平时，则向所述控制信号端输出低电平，从而实现隔离保护。

2.如权利要求1所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述LED背光短路保护电路适用于包括前级AC-DC稳压电路的LED背光恒流控制电路中，所述前级AC-DC稳压电路输出供电电压以及LED负载恒流所需电压到LED负载的正极；

所述控制信号端通过LED背光开关电路连接到所述LED背光恒流控制电路，通过向所述控制信号端输出高/低电平而是/否将所述前级AC-DC稳压电路输出的供电电压传送给所述LED背光恒流控制电路；而所述LED背光恒流控制电路还连接控制端，通过向所述控制端输出高/低电平而是/否将LED背光恒流控制电路导通，从而为所述LED负载提供恒定的输出电流；

所述控制端连接到单片机上；当单片机检测到所述短路保护端为低电平时，则向所述控制信号端和/或控制端输出低电平，从而实现隔离保护。

3.如权利要求1所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述第二三极管Q2的发射极还通过滤波电容C1连接到其基极；所述第三三极管Q3的发射极还通过滤波电容C2连接到其基极。

4.如权利要求1所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述LED背光开关电路包括串联在信号输入端和信号输出端之间的MOS管，所述控制信号端通过RC延时网络与MOS管的栅极连接；所述信号输入端连接前级稳压电路的供电电压输出端，所述信号输出端连接所述LED背光恒流控制电路的供电电压输入端；藉由所述控制信号端输入驱动信号以控制MOS管的开通/关断，从而控制是/否将前级稳压电路的供电输出电压传送到所述LED背光恒流控制电路的供电电压输入端。

5.如权利要求1所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述LED背光恒流控制电路包括时序控制单元以及与所述时序控制单元连接的至少一个恒流电路单元；

所述时序控制单元包括第四三极管Q4和第五三极管Q5，所述第四三极管Q4的发射极通过电阻R5连接到供电电压输入端，所述第四三极管Q4的基极通过电阻R6连接到供电电压输入端，所述第四三极管Q4的基极并同时通过电阻R7连接到第五三极管Q5的集电极；所述第五三极管Q5的基极通过电阻R8连接到控制端，所述第五三极管Q5的发射极接地；

每一所述恒流电路单元包括第六三极管Q6和第七三极管Q7；所述第六三极管Q6的基极通过电阻R10连接到第四三极管Q4的集电极，所述第六三极管Q6的集电极连接到相应的LED负载的负极，为相应的LED负载提供恒定的输出电流，发射极通过电阻R11接地；所述第七三极管Q7的基极通过电阻R12连接到第六三极管Q6的发射极，所述第七三极管Q7的集电极连接到第四三极管Q4的集电极，所述第七三极管Q7的发射极接地；

藉由所述控制端输入高电平以使导通第四三极管Q4和第五三极管Q5导通，进而控制每一恒流电路单元的第六三极管Q6和第七三极管Q7导通，从而为相应的LED负载提供恒定的输出电流。

6.如权利要求5所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述第四三极管Q4为PNP三极管，所述第五三极管Q5、第六三极管Q6和第七三极管Q7为NPN三极管。

7.如权利要求5所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述单片机通过向所述控制端输出PWM开关信号来调整所述LED负载的工作亮度。

8.如权利要求5所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：所述单片机通过向所述控制端输出直流电压信号来调整所述LED负载的工作亮度。

9.如权利要求1所述的LED背光短路保护电路，其特征在于：当所述LED负载的数量大于一个时，所述第一三极管Q1的发射极通过二极管分别连接到对应的LED负载的负极。