CN105682308B - Led驱动电路及其dc/dc变换电路的保护电路 - Google Patents

Led驱动电路及其dc/dc变换电路的保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LED驱动电路及其DC/DC变换电路的保护电路。该LED驱动电路包括DC/DC变换电路和保护电路。DC/DC变换电路用于将直流电压输入端的输入电压转换为输出电压，包括高频开关和第一电感。保护电路包括检测模块，触发模块和锁定模块。检测模块耦接于第一电感，用于检测所述输出电压并输出电压检测信号。触发模块用于接收电压检测信号，并在电压检测信号为负电压，且负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号。锁定模块耦接于触发模块，锁定模块在接收到电压触发信号后使高频开关停止工作。

Description

LED驱动电路及其DC/DC变换电路的保护电路
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种具有保护电路的LED的电路。
背景技术
随着LED制造成本的下降，具有高效、低能耗、寿命长等优势的LED灯将越来越广泛地被运用到照明领域。在实际应用中，电路设计的稳定性越来越多地引起了人们的重视，于是LED驱动电路输出的过压保护就显得尤为重要。
传统的过压保护电路往往比较复杂，且在LED工作时有持续的电流流过，会导致整个电路会产生额外的电能损失。另一方面，为了满足不同的亮度需求和节能的目的，需要将LED与传统的调光电路结合在一起。此时，传统的过压保护电路会参与到驱动电路的工作谐振中，影响到调光电路选择的普适性。
发明内容
基于上述原因，有必要提供一种DC/DC变换电路的保护电路和一种包括所述保护电路的LED驱动电路来解决上面提及的技术问题。
在本发明的一个实施例中，一种LED驱动电路包括DC/DC变换电路和保护电路。DC/DC变换电路用于将直流电压输入端的输入电压转换为输出电压，DC/DC变换电路包括高频开关和第一电感。保护电路包括检测模块、触发模块和锁定模块。检测模块耦接于第一电感，用于检测输出电压并输出电压检测信号；触发模块用于接收电压检测信号，并在电压检测信号为负电压，且负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号；锁定模块耦接于触发模块，锁定模块在接收到电压触发信号后使高频开关停止工作。
在本发明的一个实施例中，一种DC/DC变换电路的保护电路包括保护电路包括检测模块、触发模块和锁定模块。保护电路包括检测模块、触发模块和锁定模块。检测模块耦接于第一电感，用于检测输出电压并输出电压检测信号；触发模块用于接收电压检测信号，并在电压检测信号为负电压，且负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号；锁定模块耦接于触发模块，锁定模块在接收到电压触发信号后使高频开关停止工作。
本发明的DC/DC变换电路的保护电路可以用于自激荡电路中，在DC/DC变换电路正常工作时，保护电路的锁定电路中没有电流流过，使整个电路不产生额外的电能损失。且当DC/DC变换电路与调光电路结合时，保护电路不参与到驱动电路的工作谐振中，提高了调光电路的普适性。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为本发明LED驱动电路中DC/DC变换电路保护电路一个实施例的模块原理图；
图2所示为本发明LED驱动电路一个实施例的电路原理图；
图3所示为图2中保护电路部分的放大图；
图4所示为图2所示的LED的驱动电路的检测模块输出的电压检测信号和LED的驱动电路的输出电压对应于时间的波形图；
图5所示为图4中电压检测信号和输出电压对应于时间的部分波形图。
具体实施方式
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1所示为本发明LED驱动电路中DC/DC变换电路保护电路一个实施例的模块原理图。该保护电路100用于LED驱动电路中DC/DC变换电路101的过压保护。DC/DC变换电路101可以为升压型DC/DC变换电路、降压型DC/DC变换电路以及升降压型DC/DC变换电路。保护电路100包括检测模块102、触发模块103和锁定模块104。DC/DC变换电路101用于将直流电压输入端的输入电压转换为输出电压，检测模块102耦接于DC/DC变换电路101用于检测所述输出电压并输出电压检测信号。触发模块103用于接收电压检测信号，并在所述电压检测信号为负电压，且所述负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号。锁定模块104耦接于所述触发模块，所述锁定模块在接收到所述电压触发信号后将DC/DC变换电路锁定。
图2所示为本发明LED驱动电路一个实施例的电路原理图。LED驱动电路200包括电源输出端10，EMI整流滤波电路201，DC/DC变换电路101，保护电路100和负载电路203。EMI整流滤波电路201用于将电源输入端10输入的交流电转换为直流电，再通过DC/DC变换电路101将直流的输入电压转换为直流输出电压，输送到负载电路203。
在图2所示实施方式中，EMI整流滤波电路201包括整流器D1，熔丝Fu和可选择性接入的电阻R1。整流器D1可以为桥式整流器。电阻R1接在电源输出端10和整流滤波电路201之间用于限流。EMI整流滤波电路201还包括接在电源输出端10和整流器D1之间的电感L1和电感L2，与电感L1并联的电阻R3，与电感L2并联的电阻R2及用于防雷击的压敏电阻RV2。在其他实施方式中，EMI整流滤波电路201可以为本领域技术人员习知的其他电路连接。
整流滤波电路201还包括用于滤波的电感L3、电容C1和电容C2。整流器D1的输出端接点12和接点14分别与电容C1的两端耦接，电感L3的一端与输出端接点12耦接，另一端与电容C2的一端耦接于接点16，电容C2的另一端接地。电容C2一端的接点16为整流滤波电路201的直流信号输出端。
在图2所示实施方式中，DC/DC变换电路101包括高频开关Q1和第一电感T1A。高频开关Q1中高频是相对于线形频率来说的，通常状况下应高于10kHz。高频开关Q1可以为MOSFT、IGBT、固态开关等定值，半可控或可控的开关器件。DC/DC变换电路101接收整流滤波电路201输出的直流电压来提供给第一电感T1A，通过高频开关Q1的开断控制输送至负载电路203的直流输出电压。第一电感T1A两端有两个接点，接点C和接点D，接点C耦接到接点16，接点D耦接到高频开关Q1的栅极。
DC/DC变换电路101还包括启动电阻R5和R6、驱动电阻R8、第二电容C5。启动电阻R5的一端耦接到接点16，启动电阻R5的另一端与启动电阻R6串联后接驱动电阻R8的一端，驱动电阻R8的另一端耦接到高频开关Q1的门极。启动电阻R5和R6用于启动高频开关Q1，在高频开关Q1启动后，启动电阻R5和R6不工作。驱动电阻R8和第二电容C5组成RC振荡电路，控制高频开关Q1的谐振，从而控制DC/DC变换电路的输出的直流电压。
DC/DC变换电路101还包括耦接到所述直流电压输入端的阻尼电路，阻尼电路包括阻尼电阻R4和第三电容C3，阻尼电阻R4的一端耦接到接点16，另一端与第三电容C3串联后接地。阻尼电阻R4和第三电容C3用于切向调光和提高调光电路(未示出)和驱动电路200之间的兼容性。
DC/DC变换电路101还包括采样电阻R9和R10、电阻R13、电阻R14、开关Q2。电阻R13的一端耦接到驱动电阻R8和高频开关Q1的交点，另一端接到开关Q2的集电极，开关Q2的基极接到电阻R14的一端，电阻R14的另一端接到高频开关Q1的源极。电阻R9和电阻R10并联，一端接到高频开关Q1的源极调节并采集高频开关Q1的工作电压，另一端与开关Q2的发射极同时接地。在其他实施方式中，采样电阻R9、R10可以替换为一个电阻或者替换为并联或者其他连接方式的多个电阻。电阻R13、电阻R14和开关Q2组成高频开关Q1的峰值电流限制电路，当高频开关Q1的工作电压大于开关Q2的设定值时，开关Q2被关断，高频开关Q1被短路。在本实施方式中，开关Q2可以为一比较器，该比较器的电压设定值为0.7V。在其他实施方式中，峰值电流限制电路可以使用本领域技术人员所习知的其他电路连接。
在图2所示实施方式中，负载电路203包括二极管D5、电容C7和电阻R12。二极管D5的阴极与电感T1A的接点D耦接并接受电感T1A的直流输出电压，二极管D5的阳极输出高频交变电压。电容C7的正极与二极管D5的阳极耦接，电容C7的负极与电感T1A的接点C耦接，电容C7起到稳压储能的作用。电阻R12与电容C7并联后与负载耦接，起到保护负载的作用。在本实施方式中，至少一个LED作为负载与其它电路元件组合形成一个光学装置。
在图3所示实施方式中，保护电路100包括检测模块102、触发模块103和锁定模块104。检测模块102包括第二电感T1B、第一电容C6和二极管D6。第二电感T1B的两端有两个接点，接点A和接点B，接点B耦接到二极管D6的阴极，二极管D6的阳极耦接到第一电容C6的一端，第一电容C6的另一端接地。第二电感T1B和第一电感T1A耦接组成互感绕组，第二电感T1B的接点A和第一电感T1A的接点D构成同名端。在其他实施方式中，也可将电感T1B的接点A和电感T1A的接点C设置成同名端，但须添加一个取反单元，例如反向放大器。第一电容C6耦接到第二电感T1B并检测其两端电压，由于电感T1B和T1A组成互感绕组，故第一电容C6可以检测电感T1A两端电压，即第一电容C6可以检测DC/DC变换电路的输出电压。
在图3所示实施方式中，触发模块103包括限流电阻R20、第二二极管D21、稳压二极管D22。限流电阻R20的一端接地，另一端耦接到第二二极管D21的阳极，第二二极管D21的阴极耦接到稳压二极管D22的阴极，稳压二极管D22的阳极耦接到锁定模块104。触发模块103接受检测模块102输出的电压检测信号，并在所述电压检测信号为负电压，且所述负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号。在图示所示的实施方式中，预设值为稳压二极管D22的稳压值，当电压检测信号大于稳压二极管D22的稳压值时，稳压二极管D22导通，输出电压触发信号。在其他实施方式中，稳压二极管D22可以为双向触发二极管。
在图3所示的实施方式中，结合图2所示，锁定模块104包括第一二极管D20和晶闸管Q20。第一二极管D20的阳极耦接到驱动电阻R8与第二电容C5的交点，第一二极管D20的阴极耦接到晶闸管Q20的阳极，晶闸管Q20的阴极耦接到二极管D6的阳极。第一二极管D20用于在DC/DC变换电路101正常工作时防止有反向电压输送到所述晶闸管Q20。晶闸管Q20的门极耦接到稳压二极管D22的阳极，接收稳压二极管D22输出的电压触发信号被触发后导通，使高频开关Q1停止工作。在其他实施方式中，晶闸管Q20可以为至少两个分立的三极管或其它等效电路。
下面结合图2对图3所示的保护电路100的工作原理进行说明。
保护电路100具有监控和触发两种工作模式。在监控模式下，即负载电路203和DC/DC变换电路101正常工作时，保护电路100中的锁定模块104不工作，即保护电路100只有检测模块102电性连接到DC/DC变换电路101，触发模块103和锁定模块104中没有电流流过，不产生额外的功率损耗。LED正常发光。
在触发模式下，即负载损坏，相当于断路，此时负载两端的电压迅速升高，达到保护电路100的启动电压，即检测模块102输出的电压检测信号大于或等于触发模块103中稳压二极管D22的稳压值，锁定模块104中晶闸管Q20被导通。锁定模块104电性连通了第一电容C6和高频开关Q1的门极，使高频开关Q1的驱动电压降为负值，停止谐振，第一电容C6放电至0V，晶闸管Q20持续导通并通过支路上的启动电阻R5、R6实现电能的泄放，如此一个周期，驱动电路处于待机状态。
图4所示为LED的驱动电路200的检测模块102输出的电压检测信号Vovp和LED的驱动电路200的输出电压Vo对应于时间的波形图，图5所示为图4所示的波形图在时间段0-70ms的部分放大图。下面通过图4、图5所示的LED的驱动电路200的检测模块102输出的电压检测信号Vovp和LED的驱动电路200的输出电压Vo对应于时间的波形对图3所示的实施例的工作原理进行说明。
如图4和图5所示，当负载正常工作时，负载两端的电压Vo为45V，保护电路100不工作。当负载损坏时，负载两端的电压Vo迅速上升，检测模块102中第一电容C6两端负电压Vovp的绝对值迅速升高。当电压Vovp的绝对值增加到稳压二极管D22的稳压值(约为6.8V)时，晶闸管Q20被导通，高频开关Q1停止谐振，第一电容C6两端电压Vovp快速降至0V。通过启动电阻R5，R6的消耗，负载两端的电压Vo经过消耗逐渐下降为0V。达到了保护负载电路203及整个LED驱动电路200的目的。
综上所述，本发明中的LED驱动电路200的保护电路100，在负载损坏时快速响应，达到过压保护的目的。在驱动电路200正常工作时，锁定电路103中没有电流流过，减小了整个电路额外的电能损失。且当DC/DC变换电路与调光电路结合时，保护电路不参与到驱动电路的工作谐振中，提高了调光电路的普适性。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (16)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，包括：
DC/DC变换电路，用于将直流电压输入端的输入电压转换为输出电压，所述DC/DC变换电路包括高频开关和第一电感；及
保护电路，包括：
检测模块，耦接于所述第一电感，用于检测所述输出电压并输出电压检测信号，所述检测模块包括第一电容和与所述第一电感极性相反的第二电感，所述第二电感和所述第一电感耦接，用于检测所述输出电压，所述第一电容和所述第二电感耦接用于根据检测到的所述输出电压输出所述电压检测信号；
触发模块，用于接收所述电压检测信号，并在所述电压检测信号为负电压，且所述负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号；及
锁定模块，耦接于所述触发模块，所述锁定模块在接收到所述电压触发信号后使所述高频开关停止工作。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述DC/DC变换电路还包括串联的第二电容和驱动电阻，所述第二电容耦接到所述第二电感，所述驱动电阻耦接到高频开关的驱动端，所述第二电容、所述第二电感和所述驱动电阻共同作用来控制所述高频开关的通断。
3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述DC/DC变换电路还包括耦接到所述直流电压输入端的阻尼电路，所述阻尼电路包括串联的第三电容和阻尼电阻。
4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述DC/DC变换电路还包括所述高频开关的峰值限制电路，所述峰值限制电路包括比较器，当所述高频开关的工作峰值电流大于所述比较器的设定值时，所述高频开关被所述峰值限制电路关断。
5.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：当所述DC/DC变换电路正常工作时，所述锁定模块不工作。
6.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述锁定模块包括晶闸管或至少两个分立的三极管，当所述晶闸管或所述至少两个分立的三极管的门极接收到所述触发模块输出的所述电压信号时，所述晶闸管或所述至少两个分立的三极管被触发后导通。
7.如权利要求6所述的驱动电路，其特征在于：所述锁定模块还包括第一二极管，所述第一二极管耦接于所述晶闸管和所述高频开关的门极之间，并用于在DC/DC变换电路正常工作时防止有反向电压输送到所述晶闸管。
8.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：所述触发模块包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极耦接到所述锁定模块，当所述检测模块输出的电压检测信号大于或等于所述预设值时，所述稳压二极管导通。
9.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于：所述触发模块还包括耦接于所述稳压二极管和接地端之间串联的限流电阻和第二二极管。
10.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于：至少一个LED耦接到所述DC/DC变换电路的输出端形成一个光学装置。
11.一种用于权利要求1所述LED驱动电路中DC/DC变换电路的保护电路，所述DC/DC变换电路用于将直流电压输入端的输入电压转换为输出电压，所述DC/DC变换电路包括高频开关和第一电感，其特征在于，所述保护电路包括：
检测模块，耦接于所述第一电感，用于检测所述输出电压并输出电压检测信号，所述检测模块包括第一电容和与所述第一电感极性相反的第二电感，所述第二电感和所述第一电感耦接，用于检测所述输出电压，所述第一电容和所述第二电感耦接用于根据检测到的所述输出电压输出所述电压检测信号；
触发模块，用于接收所述电压检测信号，并在所述电压检测信号为负电压，且所述负电压的绝对值大于或等于预设值时，输出电压触发信号；及
锁定模块，耦接于所述触发模块，所述锁定模块在接收到所述电压触发信号后使所述高频开关停止工作。
12.如权利要求11所述的保护电路，其特征在于：当所述DC/DC变换电路正常工作时，所述锁定模块不工作。
13.如权利要求11所述的保护电路，其特征在于：所述锁定模块包括晶闸管或至少两个分立的三极管，当所述晶闸管或所述至少两个分立的三极管的门极接收到所述触发模块输出的所述电压信号时，所述晶闸管或所述至少两个分立的三极管被触发后导通。
14.如权利要求13所述的保护电路，其特征在于：所述锁定模块还包括第一二极管，所述第一二极管耦接于所述晶闸管和所述高频开关的门极之间，并用于在DC/DC变换电路正常工作时防止有反向电压输送到所述晶闸管。
15.如权利要求11所述的保护电路，其特征在于：所述触发模块包括稳压二极管，所述稳压二极管的阴极耦接到所述锁定模块，当所述检测模块输出的电压检测信号大于或等于所述预设值时，所述稳压二极管导通。
16.如权利要求15所述的保护电路，其特征在于：所述触发模块还包括耦接于所述稳压二极管和接地端之间串联的限流电阻和第二二极管。
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