CN104349535B - Led恒流驱动电路及其输出开路保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种LED恒流驱动电路的输出开路保护电路，用于在所述LED恒流驱动电路输出端开路时保护LED恒流驱动器，包括：采样模块、输出电压计算模块和比较判断模块，所述输出电压计算模块输入端与所述采样模块连接，用于计算输出电压；所述输出电压计算模块输出端与所述输出电压计算模块连接，将所述输出电压与基准电压比较，在所述输出电压高于基准电压时，输出信号使所述主功率开关停止导通；在所述输出电压低于基准电压时，保持电路继续正常工作。还公开一种LED恒流驱动电路。本发明应用到具体的工作电路中，在没有输出电压直接反馈回路和辅助绕组的情况下，可以非常准确地实现输出电压的过压保护，节省了电路设计的成本。

Description

LED恒流驱动电路及其输出开路保护电路
技术领域
本发明涉及电路保护，特别是涉及一种LED恒流驱动电路及其输出开路保护电路。
背景技术
LED正常工作时需要对其提供一个恒定的直流电流，所以需要一个LED恒流驱动器将输入电压源Vin转换成直流电提供给LED。如图1所示，LED恒流驱动器在结构上一般包括半导体二极管D、电感L、电容C、电阻R和主功率开关S。
由于LED恒流驱动器在正常工作时输出的是恒定的电流，所以一旦负载消失即LED负载开路，输出阻抗就会变大非常大，输出电压就会逐渐升高。如果不对其进行有效的保护，那么电路中将出现较大的电压应力而引起电路器件的损坏。
为了实现对输出开路的保护，传统的做法都是利用反馈电路反馈回来的电压与一定的电压基准进行比较，如果反馈回来的电压低于该电压基准，那么说明电路正常；否则将停止主功率开关的导通，以达到保护电路的目的。
如图2a所示为直接反馈式的LED恒流驱动电路，输出电压经过二极管D反馈到电容C2上，然后通过电压比较器将C2上的电压与输出过压基准V1进行比较，根据电压比较器的输出来判断输出是否过压。这个方法虽然结构简单，但只适用于输出电压较低的情况。
如图2b所示为变压器耦合式的LED恒流驱动电路，输出电压通过变压器T1从绕组N1耦合到绕组N2，然后再将A点电压经比较器1与输出过压基准V1比较，将B点电压经比较器与输出过压基准V2比较，然后再综合比较器1和比较器2的输出结果判断输出是否过压。这种方法适用范围大于直接反馈式的LED恒流驱动电路，但是变压器结构复杂且高计成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种设计成本低、输出电压范围宽的输出开路保护电路。
此外，还提供一种LED恒流驱动电路。
一种LED恒流驱动电路的输出开路保护电路，用于在所述LED恒流驱动电路输出端开路时保护所述LED恒流驱动器，包括：采样模块，用于获取输入到所述LED恒流驱动电路的输入电压Vin、所述LED恒流驱动电路中主功率开关的开关周期Tsw以及主功率开关的导通时间Ton；输出电压计算模块，与所述采样模块连接，用于根据所述输入电压Vin、开关周期Tsw以及导通时间Ton计算输出电压VF；比较判断模块，与所述输出电压计算模块连接，将所述输出电压VF与基准电压比较，在所述输出电压VF高于基准电压时，输出信号使所述主功率开关停止导通；在所述输出电压VF低于基准电压时，保持电路继续正常工作。
在其中一个实施例中，所述LED恒流驱动电路为BUCK型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF,其中k为采样电压与实际输入电压的比值常数：VF=k·Vo=k·Vin·(Ton/Tsw)。
在其中一个实施例中，所述LED恒流驱动电路为BUCK/BOOST型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF,其中k为采样电压与实际输入电压的比值常数：VF=k·Vo=k·Vin·(Ton/(Tsw-Ton))。
在其中一个实施例中，所述LED恒流驱动电路为Flyback型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF，其中Ns、Np分别为变压器初级圈数与次级圈数，k为采样电压与实际输入电压的比值常数:VF=k·Vo=k·Vin·（Ton/（Tsw-Ton))·(NS/NP)。
在其中一个实施例中，所述采样模块包括开关周期采样单元、输入电压采样单元和导通时间采样单元，其中所述开关周期采样单元、输入电压采样单元、导通时间采样单元都与输出电压计算模块连接。
在其中一个实施例中，所述开关周期采样单元、输入电压采样单元和导通时间采样单元同步进行采样。
在其中一个实施例中，所述比较判断模块包括电压比较器，所述电压比较器的正向输入端与所述输出电压计算模块连接，所述电压比较器的反向输入端与基准电压源连接，所述电压比较器的输出端与所述LED恒流驱动器主功率开关的控制端连接。
一种LED恒流驱动电路，包括LED恒流驱动器和LED负载电路，还包括上述输出开路保护电路，用于对所述LED恒流驱动电路的输出开路过压保护。
上述输出开路保护电路、LED恒流驱动电路与具体的工作电路连接，在没有输出电压直接反馈回路和辅助绕组的情况下，可以非常准确地实现输出电压的过压保护，结构简单、节省了电路设计的成本，且适应更宽的输出电压的应用。
附图说明
图1为LED恒流驱动器的拓扑结构图；
图2a为传统的直接反馈式LED恒流驱动电路的工作原理图；
图2b为传统的变压器耦合反馈式LED恒流驱动电路的工作原理图；
图3为一实施例的LED恒流驱动电路的工作模块图；
图4为一实施例的LED恒流驱动电路的原理图；
图5为电感电流对应的相关导通波形图。
具体实施方式
如图3所示，为一实施例的LED恒流驱动电路的工作模块图。该LED恒流驱动电路包括输出开路保护电路10、LED恒流驱动器20、LED负载电路30。其中输出开路保护电路10用于在所述LED恒流驱动电路输出端开路时保护LED恒流驱动器20。
输出开路保护电路10又包括采样模块110、输出电压计算模块120和比较判断模块130。其中，采样模块110的输出端与输出电压计算模块120连接，输出电压计算模块120的输出端与比较判断模块130连接。比较判断模块130将输出电压计算模块120计算后输出的输出电压VF与基准电压比较，在所述输出电压VF高于基准电压时，输出信号使所述主功率开关停止导通；在所述输出电压VF低于基准电压时，保持电路继续正常工作。
如图4所示，为一实施例的LED恒流驱动的原理图，包括输出开路保护电路10、LED恒流驱动器20、LED负载电路30，其中输出开路保护电路10用于在所述LED恒流驱动电路输出端开路时保护LED恒流驱动器20。
输出开路保护电路10包括采样模块110、输出电压计算模块120和比较控制模块130。其中，采样模块110包括开关周期采样单元111、输入电压采样单元112、主功率开关导通时间采样单元113。开关周期采样单元111对开关周期Tsw进行采样、输入电压采样单元112对输入电压Vin进行采样、主功率开关导通时间采样单元113对导通时间Ton进行采样。开关周期采样单元111、输入电压采样单元112、主功率开关导通时间采样单元113都与输出电压计算模块120的输入端连接。输出电压计算模块120根据所述输入电压Vin、开关周期Tsw以及导通时间Ton计算输出电压VF。
采样模块110采样原则是保证外部主功率电路中流过电感的电流工作在连续导通模式或者临界导通模式下，即电感电流在每个开关周期内下降到零前或者刚刚下降到零后立即重新开始充电上升。当每个开关周期开始后即电感电流重新开始充电上升后，开始采样外部电路主功率开关S的导通时间Ton和开关周期Tsw，其具体导通波形图如图5所示，一个开关周期Tsw等于导通时间Ton加关断时间Toff。
按照伏秒平衡原理，每次电感电流充电时间内施加在电感两端的电压与导通时间Ton的乘积应该与电感电流放电时间内施加在电感两端的电压与关断时间Toff的乘积相等。对于不同的拓扑结构的电路，其相对应的公式为：
BUCK型：（Vin-Vo)·Ton=Vo·(Tsw-Ton)；
BUCK/BOOST型：Vin·Ton=Vo·(Tsw-Ton)；
Flyback型：Vin·Ton=（NP/Ns）·Vo·(Tsw-Ton)。
由以上可知，通过对输入电压Vin、主功率开关的导通时间Ton和开关周期Tsw的采样并利用输入电压采样后得到的输出结果与实际输入电压成正比例关系，比值为常数k，即可获得实际输出电压Vo的信息，然后根据不同拓扑结构电路，采用如下公式计算输出电压VF：
BUCK型：VF=k·Vo=k·Vin·(Ton/Tsw)；
BUCK/BOOST型：VF=k·Vo=k·Vin·(Ton/(Tsw-Ton))；
Flyback型：VF=k·Vo=k·Vin·(Ton/（Tsw-Ton))·(NS/NP)。
比较判断模块130包括电压比较器U1，输出电压计算模块120计算后输出来的电压信号VF作为所述比较判断模块130中电压比较器U1的正向输入，所述电压比较器U1的反向输入端与基准电压源连接，所述电压比较器U1的输出端与LED恒流驱动器主功率开关的控制端连接。
以下以图4所示的电路图说明电路的工作原理。
输入电压源Vin经过LED恒流驱动器20转换成一个直流电流源提供给后面的LED负载电路30。输出开路保护电路10的采样模块110对开关周期Tsw、输入电压Vin、主功率开关导通时间Ton进行同步采样，然后根据相应拓扑结构电路的计算公式计算得出一个与实际输出电压成比例的电压信号VF，再将VF作为比较判断模块130中电压比较器U1的同相输入，基准电压作为所述电压比较器U1的反相输入，电压比较器U1的输出端接LED恒流驱动器主功率开关的控制端，经判断电压比较器U1的输出结果即可知道输出电压VF是否过压。如果输出电压VF高于设定的基准电压，那么输出信号使所述主功率开关停止导通以达到保护电路的目的；在所述输出电压VF低于基准电压时，保持电路继续正常工作。
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 (8)

1.一种LED恒流驱动电路的输出开路保护电路，用于在所述LED恒流驱动电路输出端开路时保护所述LED恒流驱动器，包括：
采样模块，用于获取输入到所述LED恒流驱动电路的输入电压Vin、所述LED恒流驱动电路中主功率开关的开关周期Tsw以及主功率开关的导通时间Ton；
输出电压计算模块，与所述采样模块连接，用于根据所述输入电压Vin、开关周期Tsw以及导通时间Ton、并利用输入电压采样后得到的输出结果与实际输入电压成正比例关系，比值为常数k，计算输出电压VF；
比较判断模块，与所述输出电压计算模块连接，将所述输出电压VF与基准电压比较，在所述输出电压VF高于基准电压时，输出信号使所述主功率开关停止导通；在所述输出电压VF低于基准电压时，保持电路继续正常工作。
2.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路为BUCK型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF,其中k为采样电压与实际输入电压的比值常数：
VF＝k·Vo＝k·Vin·(Ton/Tsw)。
3.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路为BUCK/BOOST型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF,其中k为采样电压与实际输入电压的比值常数：
VF＝k·Vo＝k·Vin·(Ton/(Tsw-Ton))。
4.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述LED恒流驱动电路为Flyback型，所述输出电压计算模块采用如下公式计算所述输出电压VF，其中Ns、Np分别为变压器初级圈数与次级圈数，k为采样电压与实际输入电压的比值常数:
VF＝k·Vo＝k·Vin·(Ton/(Tsw-Ton))·(NS/NP)。
5.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述采样模块包括开关周期采样单元、输入电压采样单元和导通时间采样单元，其中所述开关周期采样单元、输入电压采样单元、导通时间采样单元都与输出电压计算模块连接。
6.根据权利要求5所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述开关周期采样单元、输入电压采样单元和导通时间采样单元同步进行采样。
7.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述比较判断模块包括电压比较器，所述电压比较器的正向输入端与所述输出电压计算模块连接，所述电压比较器的反向输入端与基准电压源连接，所述电压比较器的输出端与所述LED恒流驱动器主功率开关的控制端连接。
8.一种LED恒流驱动电路，包括LED恒流驱动器和LED负载电路，其特征在于，还包括如权利要求1至7任一项所述的输出开路保护电路，用于在所述LED恒流驱动电路的输出端开路时保护所述LED恒流驱动电路。
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