CN106793363B - Led驱动电路及其开路保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED驱动电路及其开路保护方法，适用于无输出电容的LED驱动电路，LED驱动电路包括晶体开关管及采样电阻，LED驱动电路的开路保护方法包括：1）晶体开关管SW导通的同时，采集采样电阻R1的采样电压；2）将采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内采样电压未达到阈值电压V_th，则关断晶体开关管SW；3）启动LED驱动电路的开路保护。本发明对于无输出电容LED驱动电路，可以有效地进行开路保护，整个控制过程不受电感的影响，控制精度较高。

Description

LED驱动电路及其开路保护方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及一种开路保护方法，特别是涉及一种LED驱动电路及其开路保护方法。

背景技术

当被保护线路的电源电压高于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通，此保护过程可称为开路保护(overvoltage protection，OVP)。开路保护的目的是为了保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。

通常情况下，一个简单的三端恒流器件只有3个引脚，输入脚，电源脚，接地脚，没有额外的引脚及元件可以精准进行输出电压保护，从而输出必须用高压电容来预防输出开路时产生的高压，因此成本比较高，占用体积比较大，实际应用范围比较有限，见图1。

通常情况下，输出电压的检测信号是通过电阻分压采集得到的，然后利用检测信号进行开路保护控制。但是，在一些浮地输出的场合是无法直接进行输出分压检测的，例如：高端输出的降压结构，见图2所示。

在降压结构中有一些间接的对输出电压进行开路保护的控制方法，但是精度比较差，例如：在临界导通模式(BCM)中利用退磁时间T_OFF进行设置，获得开路保护电压公式：

其中，I_PK表示晶体开关管关断时电感L的峰值电流，L表示电感L的电感量；随着输出电压的升高，退磁时间T_OFF会变短，直至触发开路保护时间T_OVP。但是，由于V_OVP中包含了电感L的影响，而L量产的误差在±20％左右，因此输出电压的变化也比较大，精度比较差。由于输出滤波电容的耐压值一般都是固定的几个值，选择比较少，在一些临界的应用中如果由于输出电压的误差大导致输出电容必须选用高规格的耐压值，那么其成本和体积将会大大增加。

在现有的另一种应用如图3所示，在此类应用中，由于引脚比较少，所以一般设计用固定的电感退磁时间T_OFF来设定V_OVP，此时的设计和应用更加受到限制。同时，在越来越多的应用中，为了节省体积和成本，往往会将输出电容去掉(譬如，图3中去掉输出电容C3)，此时利用电感退磁时间T_OFF时间进行OVP保护已经无法实现。在图3中，如果去掉输出电容C3，内部开关SW开通时，由于没有负载LED，只有放电电阻R2，因此电感L1的电流很小，输出电压Vo就等于Vin，CS无法检测到额定电流，因此SW会一直打开直到触发Ton_max限制才关断。关断后电感L1开始放电，由于没有输出电容，放电电压很快就降为零，相当于输出短路，就会很大，无法触发OVP保护。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED驱动电路及其开路保护方法，用于解决现有技术中开路保护电压受电感的影响产生的问题，如输出变化大，精度较差，且需要增加外围元件、成本高的问题，以及去除输出电容之后，现有的开路保护方法无法实现的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：开路保护控制器，所述开路保护控制器包括控制芯片及采样电阻；其中，

所述控制芯片包括功率开关脚SW、电流采样端CS、芯片供电模块、过压保护模块、控制模块及晶体开关管；

所述功率开关脚SW与所述芯片供电模块电连接，通过所述芯片供电模块为所述控制芯片内部供电并产生阈值电压；

所述采样电阻一端与所述电流采样端CS电连接，另一端接地；

所述过压保护模块与所述控制模块、所述晶体开关管及所述电流采样端CS电连接，适于设定预定时间T_d，并将所述预定时间T_d时间内采集的所述采样电压与阈值电压V_th进行比对，并将比对结果反馈至所述控制模块；

所述控制模块与所述芯片供电模块、所述过压保护模块及所述晶体开关管电连接，适于根据所述过压保护模块反馈的比对结果控制所述晶体开关管的导通与关断。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述过压保护模块包括时间设定单元及第一运算放大器：

所述时间设定单元与所述控制模块、所述晶体开关管及所述第一运算放大器的输出端电连接，所述晶体开关管导通时，所述时间设定单元开始计时；

所述第一运算放大器的第一输入端与所述电流采样端CS电连接，所述第一运算放大器的第二输入端与所述芯片供电模块电连接，适于将电流采样端CS在所述预定时间T_d时间内采集的所述采样电压与阈值电压V_th进行比对。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述晶体开关管的栅极与所述时间设定单元电连接，所述晶体开关管的源极与所述电流采样端CS相连接，所述晶体开关管的漏极与所述功率开关脚SW相连接。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th，所述控制模块关断所述晶体开关管。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述开路保护控制器包括第一电容，所述第一电容的一端与所述芯片供电模块电连接，另一端接地。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述控制芯片还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的第一输入端与所述电流采样端CS电连接，第二输入端与所述芯片供电模块电连接，适于对所述LED驱动电路进行恒流控制。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述LED驱动电路还包括电压输入模块及负载电路；所述负载电路的输入端与所述电压输入模块电连接，所述负载电路的输出端与所述功率开关脚SW电连接。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述电压输入模块包括交流电源、整流器及第二电容；所述整流器的一端与所述交流电源电连接，所述整流器的另一端与所述第二电容的一端电连接，所述电容的另一端接地。

作为本发明的LED驱动电路的一种优选方案，所述负载电路为降压式变换电路、线性驱动或隔离反激拓扑结构电路。

本发明还提供一种LED驱动电路的开路保护方法，适用于无输出电容的LED驱动电路，所述LED驱动电路包括晶体开关管及采样电阻，所述LED驱动电路的开路保护方法包括：

1)所述晶体开关管导通的同时，采集所述采样电阻的采样电压；

2)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th，则关断所述晶体开关管；

3)关断所述晶体开关管SW的同时，启动所述LED驱动电路的开路保护。

作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，步骤3)之后还包括重复至少一次如下步骤：

21)再次导通所述晶体开关管，重新计时并重新采集所述采样电阻的采样电压；

22)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压仍未达到阈值电压V_th，再次关断所述晶体开关管。

作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，所述预定时间T_d满足如下关系式：

T_Blank＜T_d＜＜T_{on_max}

其中，T_Blank为采样点检测的消隐时间，T_{on_max}为所述晶体开关管导通的最大时间。

作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，所述阈值电压V_th满足如下关系式：

其中，V_ref为采样点触发所述晶体开关管关断的电压。

作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，所述LED驱动电路的开路保护方法还包括：所述开路保护的时间为T_{OVP_set}，启动所述开路保护的时间T_{OVP_set}之后，再次导通所述晶体开关管。

作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，所述预定时间T_d为μs数量级，所述开路保护时间T_{OVP_set}为数百ms数量级。

如上所述，本发明所述的LED驱动电路及其开路保护方法，具有以下有益效果：

对于无输出电容LED驱动电路，可以有效地进行开路保护，整个控制过程不受电感的影响，控制精度较高。

附图说明

图1至图3显示为现有技术中的LED驱动电路示意图。

图4显示为本发明的LED驱动电路的结构示意图。

图5显示为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的流程示意图。

图6显示为本发明的LED驱动电路工作的时序图。

元件标号说明

1 控制芯片

11 芯片供电模块

12 过压保护模块

121 时间设定单元

122 第一运算放大器

13 控制模块

14 第二运算放大器

2 采样电阻

3 电压输入模块

31 交流电源

32 整流器

4 负载电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式或者组合加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图4至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图4，本发明提供一种LED驱动电路，所述LED驱动电路包括：开路保护控制器，所述开路保护控制器包括控制芯片1及采样电阻2；其中，

所述控制芯片1包括功率开关脚SW、电流采样端CS、芯片供电模块11、过压保护模块12、控制模块13及晶体开关管Q；

所述功率开关脚SW与所述芯片供电模块11电连接，适于通过所述芯片供电模块11为所述控制芯片1内部供电并产生阈值电压V_th；

所述采样电阻2一端与所述电流采样端CS电连接，另一端接地，适于将所述电流采样端CS采集的电流转换为采样电压；

所述过压保护模块12与所述控制模块13、所述晶体开关管Q及所述电流采样端CS电连接，适于设定预定时间T_d，并将所述预定时间T_d时间内采集的所述采样电压与阈值电压V_th进行比对，并将比对结果反馈至所述控制模块13；

所述控制模块13与所述芯片供电模块11、所述过压保护模块12及所述晶体开关管Q电连接，适于根据所述过压保护模块12反馈的比对结果控制所述晶体开关管Q的导通与关断。

作为示例，所述过压保护模块12包括时间设定单元121及第一运算放大器122：所述时间设定单元121与所述控制模块13、所述晶体开关管Q及所述第一运算放大器122的输出端电连接，所述晶体开关管Q导通时，所述时间设定单元121即开始计时；所述第一运算放大器122包括第一输入端、第二输入端及输出端，其第一输入端与所述电流采样端CS电连接，第二输入端与所述芯片供电模块11电连接，适于将电流采样端CS在所述预定时间T_d时间内采集的所述采样电压与所述芯片供电模块11产生的阈值电压V_th进行比对。

作为示例，所述晶体开关管Q可以为PMOS管或NMOS管，优选地，本实施例中，所述晶体开关管Q为NMOS管；NMOS管相较于PMOS管具有导通电阻小、成本低、容易制造的优点。

作为示例，所述晶体开关管Q的栅极与所述时间设定单元121电连接，所述晶体开关管Q的源极与所述电流采样端CS相连接，所述晶体开关管Q的漏极与所述功率开关脚SW相连接。

作为示例，若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th所述控制模块13关断所述晶体开关管Q。

作为示例，所述开路保护控制器还包括第一电容C1，所述第一电容C1一端与所述芯片供电模块11电连接，另一端接地。由于所述晶体开关管Q在开通期间，功率开关脚SW变为低电平，此时所述芯片供电模块11无法给所述控制芯片1内部供电，所述控制芯片1由所述第一电容C1进行供电，由于所述晶体开关管Q的打开与关断是个高频信号，在此期间所述第一电容C1上的电压变化很小，因此作为参考的虚拟地仍然有很高的精度。

作为示例，所述控制芯片1还包括第二运算放大器14，所述第二运算放大器14包括第一输入端、第二输入端及输出端，其第一输入端与所述电流采样端CS电连接，第二输入端与所述芯片供电模块11电连接，适于对所述LED驱动电路进行恒流控制。

作为示例，所述LED驱动电路还包括电压输入模块3及负载电路4；所述负载电路4的输入端与所述电压输入模块3电连接，所述负载电路4的输出端与所述功率开关脚SW电连接。

作为示例，所述电压输入模块3包括交流电源31、整流器32及第二电容C2；所述整流器32与所述交流电源31电连接，所述第二电容C2一端与所述整流器32电连接，另一端接地。

作为示例，所述交流电源31输出的电压为正弦电压，所述交流电源31连接于所述整流器32，所述整流器32包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管。所述电压输入模块3的输出电压为正弦电压整流后的整流电压，即为正弦电压的绝对值。

作为示例，所述负载电路4可以为降压式变换电路，也可以为拓扑结构电路，如线性驱动电路或隔离反激电路等。图4为所述负载电路4为降压式变换电路作为示例，所述降压式变换电路包括LED、电阻R、电感L及续流二极管D；所述LED及电阻R2并联形成并联结构，所述并联结构与所述电感L串联形成串联结构，所述串联结构的一端与所述电压输入模块3相连接，另一端与所述功率开关脚SW相连接；所述续流二极管D一端与所述电压输入模块3相连接，另一端与所述功率开关脚SW相连接。

请结合图4参阅图5至图6，本实施例还提供一种LED驱动电路的开路保护方法，适用于如图4所示的无输出电容的LED驱动电路，所述LED驱动电路的开路保护方法包括：

1)所述晶体开关管SW导通的同时，采集所述采样电阻R1的采样电压；

2)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th，则关断所述晶体开关管SW；

3)关断所述晶体开关管SW的同时，启动所述LED驱动电路的开路保护。

作为示例，在无输出电容的LED驱动电路中，在开路保护时为了减少LED负载接触高压的时间，不再利用T_OFF做开路检测，而是利用采样点CS的采样电压，即采样电阻R1的采样电压做检测。由于输出没有电容存在，当内部晶体开关管SW打开时，电感L1的电流只能通过放电电阻R2提供，由于R2的阻值很大，因此L1的电流很小，当晶体开关管SW导通内部设定的T_d时间内采样电压仍无法达到指定的阈值电压V_th值，就可以认为系统已经处于开路状态，内部晶体开关管SW关断，并进入开路保护的状态。

作为示例，为了避免系统某些干扰导致误触发，所述晶体开关管SW可以再开通1～n个周期，以确认系统确实进入了开路的状态。即在步骤3)之后还包括至少一个如下周期：

21)所述晶体开关管SW关断一定时间后，再次导通所述晶体开关管SW，重新计时并重新采集所述采样电阻R1的采样电压；

22)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压仍未达到阈值电压V_th，再次关断所述晶体开关管SW。

作为示例，进入开路保护状态后，控制器会开始一个计时状态，当晶体开关管SW关断T_{OVP_set}时间后系统再次开始工作，进入下一次的循环工作周期。

作为示例，为了保护LED，作为本发明的LED驱动电路的开路保护方法的一种优选方案，所述预定时间T_d满足如下关系式：

T_Blank＜T_d＜＜T_{on_max}

其中，T_Blank为采样点检测的消隐时间，T_{on_max}为所述晶体开关管导通的最大时间。在T_d时间内，由于电感L1和LED负载寄生电容的作用，输出能量受到限制，LED负载即使短时间接触高压也不至于损坏。

作为示例，为了保护LED，所述阈值电压V_th满足如下关系式：

其中，V_ref为采样点触发所述晶体开关管关断的电压，这样可以确保在任意正常的工作状态都不会触发开路保护。

所述LED驱动电路的工作时序图如图6所示，由图6可知，在t1～t7时刻，系统处于正常工作状态，晶体开关管CS电压达到V_ref触发晶体开关管SW关断。其中t2与t5时刻，晶体开关管SW已开通T_d时间，但在该时间内，采样点CS的采样电压大于阈值电压V_th，不会触发过电压保护。

在t7时刻，系统处于开路状态，经过T_d时间到t8时刻，采样点CS的采样电压没有达到V_th阈值，因此控制器触发开路保护状态，为了避免误触发，控制器可以再工作1～n个周期(t9～t10时刻)，然后SW关断T_{OVP_set}时间，直到t12时刻再次打开工作，进入下一个循环。

在整个保护周期内，LED负载接触高压的时间几率为由于T_d很小，一般设置为μs数量级，T_{OVP_set}可以设置为数百ms数量级，因此LED负载被高压打坏的几率就非常小。

本实施例，对于无输出电容LED驱动电路，可以有效地进行开路保护，整个控制过程不受电感的影响，控制精度较高；通过增设开路保护时间T_{OVP_set}，使得输出电压很低，对输出电容或LED的冲击非常小；通过设定开路保护电压作为辅助保护措施，使得开路保护的控制精度更高。

综上所述，本发明提供一种LED驱动电路及其开路保护方法，对于无输出电容LED驱动电路，可以有效地进行开路保护，整个控制过程不受电感的影响，控制精度较高；对于有输出电容LED驱动电路，仍可以采用现有的外围器件电感L来设定开路保护电压，通过增设开路保护时间T_{OVP_set}，使得输出电压很低，对输出电容或LED的冲击非常小。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种LED驱动电路，其特征在于，所述LED驱动电路为无输出电容的LED驱动电路，所述LED驱动电路包括开路保护控制器、电压输入模块及负载电路；所述负载电路的输入端与所述电压输入模块点连接，所述负载电路的输出端与所述开路控制保护器电连接；所述开路保护控制器包括控制芯片、采样电阻及第一电容；其中，

所述控制芯片包括功率开关脚SW、电流采样端CS、芯片供电模块、过压保护模块、控制模块及晶体开关管；

所述功率开关脚SW与所述负载电路的输出端及所述芯片供电模块电连接，通过所述芯片供电模块为所述控制芯片内部供电并产生阈值电压；

所述采样电阻一端与所述电流采样端CS电连接，另一端接地；

所述过压保护模块与所述控制模块、所述晶体开关管及所述电流采样端CS电连接，设定预定时间T_d，并将所述预定时间T_d内采集的所述采样电压与阈值电压V_th进行比对，并将比对结果反馈至所述控制模块；

所述控制模块与所述芯片供电模块、所述过压保护模块及所述晶体开关管电连接，若所述晶体开关管在预定时间T_d内采集的所述采样电压未达到所述阈值电压V_th，所述控制模块控制所述晶体开关管关断；

所述晶体开关管的栅极与所述过压保护模块及所述控制模块相连接，所述晶体开关管的源极与所述电流采样端CS相连接，所述晶体开关管的漏极与所述功率开关脚SW相连接；

所述第一电容的一端与所述芯片供电模块电连接，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述过压保护模块包括时间设定单元及第一运算放大器：

所述时间设定单元与所述控制模块、所述晶体开关管及所述第一运算放大器的输出端电连接，所述晶体开关管导通时，所述时间设定单元开始计时；

所述第一运算放大器的第一输入端与所述电流采样端CS电连接，所述第一运算放大器的第二输入端与所述芯片供电模块电连接，适于将电流采样端CS在所述预定时间T_d时间内采集的所述采样电压与阈值电压V_th进行比对。

3.根据权利要求2所述的LED驱动电路，其特征在于：所述晶体开关管的栅极与所述时间设定单元电连接，所述晶体开关管的源极与所述电流采样端CS相连接，所述晶体开关管的漏极与所述功率开关脚SW相连接。

4.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th，所述控制模块关断所述晶体开关管。

5.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述控制芯片还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的第一输入端与所述电流采样端CS电连接，第二输入端与所述芯片供电模块电连接，适于对所述LED驱动电路进行恒流控制。

6.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述电压输入模块包括交流电源、整流器及第二电容；所述整流器的一端与所述交流电源电连接，所述整流器的另一端与所述第二电容的一端电连接，所述第二电容的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的LED驱动电路，其特征在于：所述负载电路为降压式变换电路、线性驱动电路或隔离反激拓扑结构电路。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于，所述LED驱动电路的开路保护方法包括：

1)所述晶体开关管导通的同时，采集所述采样电阻的采样电压；

2)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压未达到阈值电压V_th，则关断所述晶体开关管；

3)关断所述晶体开关管的同时，启动所述LED驱动电路的开路保护。

9.根据权利要求8所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于：步骤3)之后还包括重复至少一次如下步骤：

4)再次导通所述晶体开关管，重新计时并重新采集所述采样电阻的采样电压；

5)将所述采样电压与阈值电压V_th比对，若在预定时间T_d内所述采样电压仍未达到阈值电压V_th，再次关断所述晶体开关管。

10.根据权利要求8所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于：所述预定时间T_d满足如下关系式：

T_Blank＜T_d＜＜T_{on_max}

其中，T_blank为采样点检测的消隐时间，T_{on_max}为所述晶体开关管导通的最大时间。

11.根据权利要求10所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于：所述阈值电压V_th满足如下关系式：

其中，V_ref为采样点触发所述晶体开关管关断的电压。

12.根据权利要求8所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于：所述LED驱动电路的开路保护方法还包括：所述开路保护的时间为T_{OVP_set}，启动所述开路保护的时间T_{OVP_set}之后，再次导通所述晶体开关管。

13.根据权利要求12所述的LED驱动电路的开路保护方法，其特征在于：所述预定时间T_d为μs数量级，所述开路保护的时间T_{OVP_set}为数百ms数量级。