CN106793271B - 过电压保护的线性恒流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种过电压保护的线性恒流电路，包括线性恒流电路，包括稳压元件、第一开关元件和阻抗元件，所述线性恒流电路连接于负载以实现对负载的恒流输出；保护电路，用于当所述输入电压超过指定电压范围时，降低流过所述负载的工作电流，所述保护电路连接于所述稳压元件两端，包括采样电路和第二开关元件，所述采样电路用于检测所述输入电压的电压值，所述第二开关元件连接至所述采样电路，当所述采样电路检测到所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第二开关元件开始工作，进而降低流过所述负载的工作电流。本发明可以有效地保证流过负载的电流恒定，提高过电压保护的线性恒流电路的稳定性和可靠性。

Description

过电压保护的线性恒流电路

技术领域

本发明涉及电路保护领域，特别是涉及一种过电压保护的线性恒流电路。

背景技术

三极管恒流电路是常用的LED恒流驱动电路，由于其结构简单、成本低廉而被广泛地应用于驱动电路中。但是，现有的三极管恒流电路普遍存在着一个较大的缺点，随着输入电压的升高，多余的电压加载在三极管或并联的电阻上，容易使三极管或并联的电阻产生较大的损耗，而这些损耗通常会以热量的形式体现出来，从而影响整个产品的可靠性和稳定性，甚至引发火灾，造成不可挽回的严重后果。

图1为现有技术中常用的一种三极管恒流电路，该电路主要通过稳压二极管D1钳位功率三极管Q1基极电压，使得功率三极管Q1基极电压稳定在固定的电压值，从而控制流过功率三极管Q1的发射极电流Ie保持恒定，由于流过功率三极管Q1的发射极电流Ie与集电极电流Ic基本一致，使得电流Ic保持恒定，进而达到为LED灯串(LED灯串包括LED1至LEDN)提供恒流驱动的目的。

在该图1中，功率三极管Q1发射极与集电极之间的电压Vce＝Vin-Vout-VR3，而根据LED的特性，LED在正常工作时，Vout基本保持不变，并且由于Ic一定，因此VR3不变，所以在输入电压Vin变化时，Vce会随之变化，当Vin持续上升时，Vce也会上升，由于功率三极管Q1的耗散功率PQ1＝Ic*Vce，因此，在Vce上升时，功率三极管Q1的集电极电流Ic一定，则会导致功率三极管的功率PQ1持续上升，而此损耗往往以热量的形式体现出来，从而进一步导致功率三极管Q1的温度大幅升高，进而影响整个电路的可靠工作，甚至是引发火灾。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的过电压保护的线性恒流电路。

本发明提供了一种过电压保护的线性恒流电路，包括：

线性恒流电路，包括稳压元件、第一开关元件和阻抗元件，所述线性恒流电路连接于负载以实现对负载的恒流输出；

保护电路，用于当所述输入电压超过指定电压范围时，降低流过所述负载的工作电流，所述保护电路连接于所述稳压元件两端，包括采样电路和第二开关元件，所述采样电路用于检测所述输入电压的电压值，所述第二开关元件连接至所述采样电路，当所述采样电路检测到所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第二开关元件开始工作，进而降低流过所述负载的工作电流。

可选地，所述采样电路连接所述负载的负端，用于采样所述负载负端的电压。

可选地，所述负载包括至少一个LED光源。

可选地，所述保护电路还包括：

分压元件，用于由所述第二开关元件控制其对所述负载进行分压，进而降低流过所述负载的工作电流，所述分压元件一端连接至所述负载，另一端连接至所述阻抗元件。

可选地，所述第一开关元件包括功率三极管，所述阻抗元件包括采样电阻；

所述功率三极管的基极连接至所述稳压元件的一端，其发射极连接至所述采样电阻一端，其集电极连接所述负载；

所述稳压元件的另一端连接至所述采样电阻的另一端；

所述稳压元件用于控制所述功率三极管的基极电压保持恒定，从而控制所述功率三极管的发射极电流保持恒定，进而控制所述功率三极管的集电极电流保持恒定，使得流过所述负载的工作电流保持恒定。

可选地，所述采样电路包括第一检测电阻和第二检测电阻；

所述第一检测电阻的一端连接所述功率三极管的集电极，另一端连接所述第二检测电阻的一端，所述第二检测电阻的另一端连接至所述稳压元件和所述采样电阻相连接的一端；

当所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第一检测电阻和所述第二检测电阻进行分压后，使得所述第二开关元件达到其工作电压值，从而控制所述第二开关元件进行工作。

可选地，所述第二开关元件为电位控制元件，所述电位控制元件连接至所述功率三极管的基极，用于拉低所述功率三极管的基极电压，从而关断所述功率三极管。

可选地，若第一检测电阻和第二检测电阻检测到所述输入电压超过所述指定电压范围，则所述所述电位控制元件拉低所述功率三极管的基极电压，从而关断所述功率三极管，并且所述电位控制元件驱动所述分压元件对所述负载进行分压，进而降低流过所述负载的工作电流。

可选地，所述电位控制元件为驱动三极管；

所述驱动三极管的基极连接至所述第一检测电阻和所述第二检测电阻相连接的一端，其集电极连接至所述功率三极管的基极，其发射极连接至所述稳压元件和所述采样电阻相连接的一端；

当所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第一检测电阻和所述第二检测电阻进行分压后，使得所述驱动三极管达到其工作电压值，从而控制所述驱动三极管进行工作，并拉低所述功率三极管的基极电压，关断所述功率三极管。

可选地，所述分压元件包括分压电阻，所述分压电阻的一端连接至所述功率三极管的集电极，另一端连接至所述功率三极管的发射极。

可选地，所述稳压元件为稳压二极管。

在本发明实施例中，当输入电压位于线性恒流电路正常工作时的额定电压范围内时，线性恒流电路正常工作，并实现对负载的恒流输出。当输入电压增大，且超过线性恒流电路正常工作时的额定电压范围时，保护电路开始工作，保护电路通过对负载分压来降低流过负载的电流，有效地保证了负载的正常工作，并且，还可以有效避免线性恒流电路中的某些元件由于功耗增加而导致发热损坏，进而提高了过电压保护的线性恒流电路的稳定性和可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的现有技术中的三极管恒流电路的结构示意图；

图2示出了根据本发明的过电压保护的线性恒流电路的结构示意图；

图3示出了根据本发明较佳实施例的过电压保护的线性恒流电路的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明较佳实施例的过电压保护的线性恒流电路的等效电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种过电压保护的线性恒流电路。参见图2，过电压保护的线性恒流电路1包括线性恒流电路101和保护电路102，其中，线性恒流电路101包括稳压元件10、第一开关元件11和阻抗元件12，线性恒流电路101 连接于负载(图2中未示出)以实现对负载的恒流输出。保护电路102用于当输入电压超过指定电压范围时，降低流过负载的工作电流，保护电路102连接于稳压元件10两端，包括采样电路100和第二开关元件110，采样电路100用于检测输入电压的电压值，第二开关元件110连接至采样电路100，当采样电路100检测到输入电压超过指定电压范围时，第二开关元件110开始工作，进而降低流过负载的工作电流。在该实施例中，负载可以为至少一个LED光源，LED光源的个数可以根据实际需要灵活选择，本发明实施例对LED光源的个数不做具体限定。并且，该实施例中提及的负载并不限于LED光源，还可以是其他负载，本发明实施例对负载的类型也不做具体限定。

另外，该实施例中，输入电压的指定电压范围，通常是由电路的生产厂家进行规定的，对于不同的电路设计其输入电压的额定电压范围不同，本实施例中的指定范围指的是线性恒流电路在正常工作时，由厂家规定的一个输入电压的电压值的范围。

参见图3，在本发明一实施例中，过电压保护的线性恒流电路中的线性恒流电路为三极管恒流电路，在该线性恒流电路中稳压元件10可以为稳压二极管D1，第一开关元件11可以为功率三极管Q1，阻抗元件12包括采样电阻R3和电阻R1，即，该三极管恒流电路主要包括稳压二极管D1、功率三极管Q1、采样电阻R3以及电阻R1。在该实施例中，稳压元件10还可以是其他能够实现钳位电压的器件或电路，本发明实施例对此不做限定。

在三极管恒流电路中，功率三极管Q1的基极同时连接至稳压二极管D1的一端和电阻R1的一端，其发射极连接至采样电阻R3一端，其集电极连接负载(的LED1至LEDN)的一端，稳压二极管D1的另一端连接至采样电阻R3的另一端，电阻R1的另一端连接至负载的另一端。三极管恒流电路在工作时，稳压二极管D1将功率三极管Q1的基极电压钳位在恒定的电压值，从而可以使得采样电阻R3上的电压值一定，进而控制流过功率三极管Q1的发射极电流Ie保持恒定，由于流过功率三极管Q1的发射极电流Ie与集电极电流Ic基本一致，使得电流Ic保持恒定，进而使得流过负载的电流值恒定。

继续参见图3，在本发明一实施例中，保护电路还可以包括分压元件120。在该实施例中，采样电路100用于检测输入电压Vin的电压值。第二开关元件110连接至采样电路100，当采样电路100检测到输入电压Vin超过指定电压范围时，第二开关元件110进行工作来驱动分压元件120工作。分压元件120一端连接至负载，另一端连接至阻抗元件12，其用于由第二开关元件110控制其对负载进行分压，进而降低流过负载的工作电流。当分压元件120工作时，对负载进行分压，进而降低流过负载的工作电流。在本发明一实施例中，采样电路100可以连接负载的负端，用于采样负载负端的电压。

在该实施例中，采样电路100可以包括第一检测电阻Ra和第二检测电阻Rb，其中，第一检测电阻Ra的一端连接功率三极管Q1的集电极，另一端连接第二检测电阻Rb的一端，第二检测电阻Rb的另一端连接至稳压二极管D1和采样电阻R3相连接的一端。当输入电压Vin超过指定电压范围时，第一检测电阻Ra和第二检测电阻Rb进行分压后，可以使得第二开关元件110达到其工作电压值，从而控制第二开关元件110进行工作。

第二开关元件110可以包括电位控制元件(如图3中所示的驱动三极管Q2)，电位控制元件连接至功率三极管Q1的基极，用于拉低功率三极管Q1的基极电压，从而关断功率三极管Q1。其中，电位控制元件不仅可以为驱动三极管Q2，还可以是其他的器件或电路，只要可以实现拉低功率三极管Q1的基极电压即可，本发明实施例对此不做限定。

当电位控制元件为驱动三极管Q2时，驱动三极管Q2的基极连接至第一检测电阻Ra和第二检测电阻Rb相连接的一端，其集电极连接至功率三极管Q1的基极，其发射极连接至稳压二极管D1和采样电阻R3相连接的一端。当输入电压Vin超过指定电压范围时，第一检测电阻Ra和第二检测电阻Rb进行分压后，使得驱动三极管Q2达到其工作电压值，从而控制驱动三极管Q2进行工作，并拉低功率三极管Q1的基极电压，关断功率三极管Q1。

分压元件120可以包括分压电阻R2，分压电阻R2的一端连接至功率三极管Q1的集电极，另一端连接至功率三极管Q1的发射极。

为了更加清楚地体现本发明实施例，现以图3所示的过电压保护的线性恒流电路为例，对过电压保护的线性恒流电路的实现原理进行详细介绍。

参见图3，过电压保护的线性恒流电路包括三极管恒流电路和保护电路。其中，三极管恒流电路主要包括功率三极管Q1、稳压二极管D1、采样电阻R3以及电阻R1，保护电路主要包括第一检测电阻Ra、第二检测电阻Rb、驱动三极管Q2以及分压电阻R2。

当输入电压Vin在指定电压范围内时，保护电路不工作，三极管恒流电路工作，稳压二极管D1将功率三极管Q1的电压钳位在稳定的电压值，由于VR3＝VD1-Vbe，其中VD1和Vbe一定，因此VR3一定，从而控制流过功率三极管Q1的发射极电流保持恒定，进而使得流过功率三极管Q1的集电极电流恒定，即流过负载(LED1至LEDN)的电流恒定，为负载提供了恒流驱动。

当输入电压Vin增大并超过指定电压范围时，保护电路开始工作，保护电路的第一检测电阻Ra、第二检测电阻Rb进行分压后，A点的电位增加，从而使得驱动三极管Q2的基极电压增大，进而控制驱动三极管Q2导通工作。当驱动三极管Q2导通工作时，根据三极管的特性可知，驱动三极管Q2的集电极电位被拉低，从而导致功率三极管Q1的基极电位被拉低，进而关断功率三极管Q1，并且由驱动三极管Q2驱动分压电阻R2工作，实现对负载的分压，进而减小流过负载的电流，而根据LED的特性，负载LED1至LEDN在正常工作时，Vout基本保持不变，因此，减小了负载的功率损耗。

当功率三极管Q1被关断后，稳压二极管D1由于功率三极管Q1的基极电位被拉低而无法继续工作。另外，虽然第一检测电阻Ra、第二检测电阻Rb、驱动三极管Q2和电阻R1均可以继续工作，但是由于其此时的工作电流均较小，电路中的电流主要流经负载、第一检测电阻Ra和第二检测电阻Rb，因此，此时图3所示的过电压保护的线性恒流电路结构示意图可以等效成如图4所示的等效电路结构示意图。由图4可知，此时的过电压保护的线性恒流电路中负载、分压电阻R2和采样电阻R3均依次串联，分压电阻R2分担了一部分输入电压Vin，从而使得流经负载的电流值变小，进而减少了系统的功耗。此时，流经负载的电流以及系统的功耗主要由负载、分压电阻R2和采样电阻R3决定，因此，通过有效地控制分压电阻R2的阻值大小，便可以在输入电压Vin超过指定电压范围时，将系统损耗控制在较小的范围内。

对于本发明实施例，为了保证本发明实施例的真实可靠性，还进行了一些相关测试。当输入电压Vin在指定电压范围内时，利用电流表测试流过负载的电流维持恒定不变，当输入电压Vin超过指定电压范围时，利用电流表测试流过负载的电流逐渐减小，直到功率三极管Q1关断。

另外，当输入电压Vin在指定电压范围内时，利用功率计测试过电压保护的线性恒流电路的总功耗，发现其总功率的变化值不大，当输入电压Vin不断增大时，功率计显示的总功率也不会出现快速上升的情况，并且，此时利用温度计测试电路中各个器件的温度也并没有大幅度的升高。

因此，本发明不仅可以有效地保证流过负载的电流恒定，还可以在输入电压过大时，降低流过负载的电流，从而有效避免了三极管恒流电路中的元件由于功耗增加而导致发热损坏，进而提高了过电压保护的线性恒流电路的稳定性和可靠性。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，包括：

线性恒流电路，包括稳压元件、第一开关元件和阻抗元件，所述线性恒流电路连接于负载以实现对负载的恒流输出；其中，所述稳压元件用于将所述第一开关元件的电压钳位至恒定电压值，进而使流过所述负载的工作电流保持恒定；

保护电路，用于当输入电压超过指定电压范围时，降低流过所述负载的工作电流，其中，所述保护电路连接于所述稳压元件两端，包括采样电路和第二开关元件，所述采样电路用于检测所述输入电压的电压值，所述第二开关元件连接至所述采样电路，当所述采样电路检测到所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第二开关元件开始工作，进而降低流过所述负载的工作电流；

所述保护电路还包括分压元件，其一端连接至所述负载，另一端连接至所述阻抗元件，用于由所述第二开关元件在工作时控制其对所述负载进行分压，进而降低流过所述负载的工作电流。

2.根据权利要求1所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述采样电路连接所述负载的负端，用于采样所述负载负端的电压。

3.根据权利要求1或2所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述负载包括至少一个LED光源。

4.根据权利要求1所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，所述第一开关元件包括功率三极管，所述阻抗元件包括采样电阻；

所述功率三极管的基极连接至所述稳压元件的一端，其发射极连接至所述采样电阻一端，其集电极连接所述负载；

所述稳压元件的另一端连接至所述采样电阻的另一端；

所述稳压元件用于控制所述功率三极管的基极电压保持恒定，从而控制所述功率三极管的发射极电流保持恒定，进而控制所述功率三极管的集电极电流保持恒定，使得流过所述负载的工作电流保持恒定。

5.根据权利要求4所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述采样电路包括第一检测电阻和第二检测电阻；

所述第一检测电阻的一端连接所述功率三极管的集电极，另一端连接所述第二检测电阻的一端，所述第二检测电阻的另一端连接至所述稳压元件和所述采样电阻相连接的一端；

当所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第一检测电阻和所述第二检测电阻进行分压后，使得所述第二开关元件达到其工作电压值，从而控制所述第二开关元件进行工作。

6.根据权利要求5所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述第二开关元件为电位控制元件，所述电位控制元件连接至所述功率三极管的基极，用于拉低所述功率三极管的基极电压，从而关断所述功率三极管。

7.根据权利要求6所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

若第一检测电阻和第二检测电阻检测到所述输入电压超过所述指定电压范围，则所述电位控制元件拉低所述功率三极管的基极电压，从而关断所述功率三极管，并且所述电位控制元件驱动所述分压元件对所述负载进行分压，进而降低流过所述负载的工作电流。

8.根据权利要求6所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述电位控制元件为驱动三极管；

所述驱动三极管的基极连接至所述第一检测电阻和所述第二检测电阻相连接的一端，其集电极连接至所述功率三极管的基极，其发射极连接至所述稳压元件和所述采样电阻相连接的一端；

当所述输入电压超过所述指定电压范围时，所述第一检测电阻和所述第二检测电阻进行分压后，使得所述驱动三极管达到其工作电压值，从而控制所述驱动三极管进行工作，并拉低所述功率三极管的基极电压，关断所述功率三极管。

9.根据权利要求4所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，

所述分压元件包括分压电阻，所述分压电阻的一端连接至所述功率三极管的集电极，另一端连接至所述功率三极管的发射极。

10.根据权利要求1所述的过电压保护的线性恒流电路，其特征在于，所述稳压元件为稳压二极管。