CN104093250B - 一种用于led驱动电路的开路过压保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路技术，具体的说涉及一种LED驱动电路的开路过压保护装置。本发明的电路包括驱动电路、BUCK电路、采样比较电路和采样信号产生电路；其中，驱动电路的输出端接BUCK电路，其信号输入端接采样比较电路的输出端，其负输入端接地；采样信号产生电路的第一输入端接BUCK电路，其第二输入端接第一外部基准电压Vref1，其输出端接采样比较电路的第一输入端；采样比较电路的第二输入端接第二外部基准电压Vref2，其负输入端接地。本发明的有益效果为，减小了Buck电路处在高压状态下的时间，解决了驱动电路在负载开路时长时间处于高压状态下的问题，极大降低了Buck电路的损坏几率，延长了其使用寿命。本发明尤其适用于LED驱动电路。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术，具体的说是涉及一种基于Buck电路(Buck电路是一种DC-DC的降压拓扑方式)的LED驱动电路的开路过压保护装置。
背景技术
要想保证LED串的亮度恒定，其驱动电流必须是可调节的。调节LED串电流的典型方法是增加一个与LED串联的检测电阻器并将其两端的电压作为脉宽调制(PWM)控制器的反馈输入。如果串联LED中某个LED或某段导线发生故障，则电路就会呈开路负载的状况。在这种情况下，电流检测电阻两端的电压下降到零。当通过增加PWM导通时间来提升输出电压失败的时候，控制电路响应将尝试增加LED电流。在大多数情况下，输出电压会急剧飙升，直到输出电容、二极管或功率FET过应力并被损毁。
传统的开路过压保护装置如图1所示，包括：相互并联连接的LED和输出电容Cout，LED的正极连接到电源Vin；电感L01，其一端与LED的负极相连；第一MOS晶体管M01，其漏极与电感L01的另一端相连，源极经由第一电阻器R01接地；续流二极管D01，其正极连接到第一MOS晶体管M01的漏极，负级连接到LED的正极；MOS管负反馈控制模块，该模块对LED两端的输出电压进行采样，并产生输出到控制芯片使能端en的输出信号，以控制第一MOS晶体管M01的通断。可见传统的开路过压保护装置外围电路复杂，且由R02、M02、R03、M03组成的反馈回路在电路过压期间形成了从电源Vin到地之间的通路，功耗很大。
发明内容
本发明的目的，就是针对传统电路中的负载开路导致驱动电路长时间处于高压状态下的问题，提出一种低功耗的用于LED驱动电路的开路过压保护装置。
本发明的技术方案是，一种用于LED驱动电路的开路过压保护装置，其特征在于，包括驱动电路、BUCK电路、采样比较电路和采样信号产生电路；其中，驱动电路的输出端接BUCK电路，其信号输入端接采样比较电路的输出端，其负输入端接地；采样信号产生电路的第一输入端接驱动电路的输出端，其第二输入端接第一外部基准电压Vref1，其输出端接采样比较电路的第一输入端；采样比较电路的第二输入端接第二外部基准电压Vref2，其负输入端接地；
所述BUCK电路由开关管Q1、电感L1、第一电容C1和二极管D1构成；其中，开关管Q1的漏极依次通过电感L1、第一电容C1后接电源VIN，其漏极还接二极管D1的正极；二极管D1的负极接电源VIN；驱动电路的输出端接开关管Q1的栅极；
所述采样比较电路由采样电阻R1、第二比较器U2、三态输出门Z组成；其中，三态输出门Z的使能端为采样比较电路的第一输入端，其输入端通过电阻R1接地，其输出端接第二比较器U2的反相输入端，第二比较器U2的输出端为采样比较电路的输出端，接驱动电路的输入端；第二比较器U2的同相输入端为采样比较电路的第二输入端，接第二外部基准电压Vref2；驱动电路的负输入端通过电阻R1后接地；开关管Q1的源极通过电阻R1后接地；
采样信号产生电路由采样时间控制电路和信号产生电路组成；其中，采样时间控制电路由电流源I、反相器N1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第二电容C2以及第一比较器U1组成；其中，第一MOS管M1的漏极通过电流源I接电源Vcc，其源极接第二MOS管M2的漏极，其栅极接三态输出门Z的使能端，其栅极还通过反相器N1接第二MOS管M2的栅极；第二MOS管M2的源极接地；第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的漏极的连接点通过第二电容C2接地，该连接点还接第一比较器U1的同相输入端；第一比较器U1的反相输入端为采样信号产生电路的第二输入端，接第一基准电压Vref1；
信号产生电路由异或门XOR、第一计数器B1、第二计数器B2组成；其中，第一计数器B1和第二计数器B2均由D触发器构成；第一计数器B1的S输入端接第一比较器U1的输出端，其Q非输出端接D输入端，其Q输出端接异或门XOR的一个输入端；第二计数器B2的S输入端为采样信号产生电路的第一输入端，接驱动电路的输出VG，其Q非输出端接D输入端，其Q输出端接异或门XOR的另一个输入端；异或门XOR的输出端为采样信号产生电路的输出端，接三态输出门Z的使能端。
本发明的有益效果为，减小了Buck电路处在高压状态下的时间，解决了驱动电路在负载开路时长时间处于高压状态下的问题，极大降低了Buck电路的损坏几率，延长了其使用寿命；此外，本发明采用采样时间调整电路，可精确控制采样时间，对于各种输出电压的Buck均适用。
附图说明
图1为传统的LED驱动电路过压保护结构示意图；
图2为本发明LED驱动电路过压保护结构框图；
图3为实施例1的电路结构示意图；
图4为实施例1中电感L1上的电流及采样信号波形图；
图5为实施例2的电路结构示意图；
图6为实施例2中电感L1上的电流及采样信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述
发明提出的LED驱动电路的开路过压保护装置，在Q1导通时，利用采样时间控制电路和信号产生电路产生一个脉宽为Ts的采样信号，采样脉冲作用于采样比较电路进行采样，通过与基准电压比较得到开路过压信号，反馈给驱动电路，驱动电路关断。
实施例1：
如图3所示，本例包括驱动电路、BUCK电路、采样时间控制电路、信号产生电路、采样比较电路；信号产生电路分别与采样时间控制电路、Buck电路、驱动电路、采样比较电路相连，驱动电路与采样比较电路、Buck电路以及信号产生电路相连，Buck电路与采样比较电路、驱动电路、信号产生电路相连。采样时间控制电路用于控制采样脉冲的脉宽Ts；信号产生电路用于产生采样脉冲；采样比较电路用于采样并与基准电压比较，产生开路过压信号，从而关断驱动电路。
其中，BUCK电路由开关管Q1、电感L1、电容C1和二极管D1构成；其中，开关管Q1的漏极依次通过电感L1、第一电容C1后接电源VIN，开关管Q1的漏极接二极管D1的正极；二极管D1的负极接电源VIN；
采样时间控制电路由电流源I、反相器N1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第二电容C2以及第一比较器U1组成。第一MOS管M1漏端通过电流源I接Vcc，源端与第二MOS管M2的漏端相连，栅极接信号产生电路的输出，并通过反相器N1与第二MOS管M2的栅极相连；第二MOS管M2的源端接地；电容C2一端接地，一端与M1的源端相连；第一比较器U1的一个输入与第一MOS管M1的漏端相连，另一个输入与基准电压Vref1相连，输出接信号产生电路。
信号产生电路由异或门XOR、由D触发器构成的第一计数器B1、第二计数器B2组成。由D触发器构成的第一计数器B1的CLK端接采样时间控制电路的输出，输入端接B1的反相输出端；由D触发器构成的第二计数器B2的CLK端接VG，输入接B2的反相输出端；异或门的输入分别接B1、B2的输出，输出接采样比较电路与采样时间控制电路。
采样比较电路由采样电阻R1、第二比较器U2、三态输出门Z组成。采样电阻R1一端接地，另一端接三台们的输入；三态门的控制使能端接信号产生电路的输出，输出接第二比较器U2；第二比较器U2的一个输入端接三态门的输出，另一个接基准电压Vref2，输出接驱动电路。
本例的工作原理为：
采样时间控制电路根据信号产生电路反馈的信号，通过MOS管M1、M2对电容C2进行充放电。当VG为高电平时，电流源I通过MOS管M1对电容C2充电，当电容C2上的电压超过基准电压Vref1时，第一比较器U1的输出V1为高电平，信号产生电路产生反馈信号V2，控制MOS管M1、M2对电容C2进行放电，当电容C2上的电压低于Vref1时，比较器U1的输出为低电平，信号产生电路会产生反馈信号V2控制MOS管M1、M2对电容C2进行充电。此过程循环往复，从而采样时间控制电路会在VG的每个周期产生一个脉冲电压V1，此脉冲在VG上升沿延迟Ts出现，其中Ts＝(C2×Vref1)/i(i为流过电流源I的电流)。V1及VG分别经过由D触发器构成的第一、第二计数器B1，异或后产生一个脉宽为Ts的采样信号V2。正常工作与过压时V1、V2以及电感L1上的电流I波形如图4所示。V2为高电平时，三态门导通，对采样电阻R1上的电压进行采样。第二比较器U2对采样电压与基准电压Vref2进行比较，输出开路过压信号到驱动电路。若Buck电路出现开路过压，则采样比较电路输出有效，使驱动电路停止工作，开关管Q1关断，Buck电路停止工作；否则，电路继续正常工作。当VG为低电平时，MOS管M2对电容C2放电，电容C2上的电压低于Vref1，第一比较器U1的输出V1为低电平信号，V1及VG分别经过第一、第二由D触发器构成的计数器B1，异或后产生的采样信号V2仍为低电平，电路不进行采样，直到下一个VG的上升沿。
实施例2：
如图5所示，本例包括驱动电路、BUCK电路、采样信号产生电路、采样比较电路；采样信号产生电路分别与Buck电路、驱动电路、采样比较电路相连，驱动电路与采样比较电路、Buck电路以及采样信号产生电路相连，Buck电路与采样比较电路、驱动电路、采样信号产生电路相连。采样信号产生电路用于产生脉宽为Ts的采样信号；采样比较电路根据采样信号进行采样并与基准电压比较，产生开路过压信号，从而关断驱动电路。
采样信号产生电路由电流源I、反相器N1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第二电容C2、第一比较器U1以及与门AND组成。第一MOS管M1漏端通过电流源I接Vcc，源端与第二MOS管M2的漏端相连，栅极接VG，并通过反相器N1与第二MOS管M2的栅极相连；第二MOS管M2的源端接地；电容C2一端接地，一端与M1的源端相连；第一比较器U1的一个输入与第一MOS管M1的漏端相连，另一个输入与基准电压Vref1相连，输出接与门AND的输入；与门AND的另一个输入接VG，另一个输入接第一比较器U1的输出，输出为采样信号。
采样比较电路由采样电阻R1、第二比较器U2、三态输出门Z组成。采样电阻R1一端接地，另一端接三台们的输入；三态门的控制使能端接信号产生电路的输出，输出接第二比较器U2；第二比较器U2的一个输入端接三态门的输出，另一个接基准电压Vref2，输出接驱动电路。
本例的工作原理为：
VG通过控制MOS管M1、M2对电容C2进行充放电。当VG为高时，M1导通，M2截止，电流源I通过MOS管M1对电容C2进行充电，充电Ts＝(C2×Vref1)/I时间后，电容C2上的电压大于Vref1；在VG上升沿Ts后第一比较器U1的输出V1由高电平翻转为低电平。V1、VG经过与门AND产生脉宽为Ts的采样信号V2。采样信号V2作用于三态门的使能端，在VG反转为高电平Ts时间内，对采样电阻R1上的电压进行采样；第二比较器U2将采样电压与基准电压Vref2进行比较，输出开路过压信号到驱动电路。若Buck电路出现开路过压，则采样比较电路输出有效，使驱动电路停止工作，开关管Q1关断，Buck电路停止工作；否则，电路继续正常工作。当VG为低时，M1截止，M2导通，电容C2通过M2对地放电。当电容C2上的电压低于基准电压Vref1时，第一比较器U1的输出V1反转为高电平。V1、VG经过与门AND产生的采样信号V2为低电平，电路不进行采样，直到VG的下一个周期。正常工作与过压时V1、V2以及电感L1上的电流I的波形图如图6所示。
Claims (1)
1.一种用于LED驱动电路的开路过压保护装置，其特征在于，包括驱动电路、BUCK电路、采样比较电路和采样信号产生电路；其中，驱动电路的输出端接BUCK电路，其信号输入端接采样比较电路的输出端，其负输入端接地；采样信号产生电路的第一输入端接驱动电路的输出端，其第二输入端接第一外部基准电压Vref1，其输出端接采样比较电路的第一输入端；采样比较电路的第二输入端接第二外部基准电压Vref2，其负输入端接地；
所述BUCK电路由开关管Q1、电感L1、第一电容C1和二极管D1构成；其中，开关管Q1的漏极依次通过电感L1、第一电容C1后接电源VIN，其漏极还接二极管D1的正极；二极管D1的负极接电源VIN；驱动电路的输出端接开关管Q1的栅极；
所述采样比较电路由采样电阻R1、第二比较器U2、三态输出门Z组成；其中，三态输出门Z的使能端为采样比较电路的第一输入端，其输入端通过电阻R1接地，其输出端接第二比较器U2的反相输入端，第二比较器U2的输出端为采样比较电路的输出端，接驱动电路的输入端；第二比较器U2的同相输入端为采样比较电路的第二输入端，接第二外部基准电压Vref2；驱动电路的负输入端通过电阻R1后接地；开关管Q1的源极通过电阻R1后接地；
采样信号产生电路由采样时间控制电路和信号产生电路组成；其中，采样时间控制电路由电流源I、反相器N1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第二电容C2以及第一比较器U1组成；其中，第一MOS管M1的漏极通过电流源I接电源Vcc，其源极接第二MOS管M2的漏极，其栅极接三态输出门Z的使能端，其栅极还通过反相器N1接第二MOS管M2的栅极；第二MOS管M2的源极接地；第一MOS管M1的源极与第二MOS管M2的漏极的连接点通过第二电容C2接地，该连接点还接第一比较器U1的同相输入端；第一比较器U1的反相输入端为采样信号产生电路的第二输入端，接第一基准电压Vref1；
信号产生电路由异或门XOR、第一计数器B1、第二计数器B2组成；其中，第一计数器B1和第二计数器B2均由D触发器构成；第一计数器B1的S输入端接第一比较器U1的输出端，其Q非输出端接D输入端，其Q输出端接异或门XOR的一个输入端；第二计数器B2的S输入端为采样信号产生电路的第一输入端，接驱动电路的输出端VG，其Q非输出端接D输入端，其Q输出端接异或门XOR的另一个输入端；异或门XOR的输出端为采样信号产生电路的输出端，接三态输出门Z的使能端。
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