CN202014080U - 一种led恒流源短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种led恒流源短路保护电路，其特征在于：所述led恒流源短路保护电路包括比较电路、供电电路和输出电路，比较电路的两输入端连接在负载LED电路的两端，比较电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端与串接在负载LED上的PWM调光MOS管Q6的控制端连接，负载LED电路短路时，比较电路负饱和输出0V，关断PWM调光MOS管，负载LED主回路被关断，PWM调光失效；负载LED电路没有短路时，输出电路的输入端电压等于比较电路的正饱和输出电压，PWM信号输出控制MOS管Q6的驱动电压进行PWM调光。本实用新型可以快速保护器件，同时不影响效率，短路解除后立即自动恢复的LED恒流源驱动的短路保护电路。

Description

一种led恒流源短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及led恒流源驱动电路，具体地说是一种基于boost电路led恒流源的负载短路保护电路。

背景技术

Boost电路即升压转换器，是一种常见的DC TO DC电路，如图1，只能输出比输入电压高的平均电压。在升压转换器中，电感L与输入电压源VIN串联放置。输入电压源通过电感和二极管D1将电压馈送到输出。稳态运行时，功率开关Q1的导通时间为TON，输入电源将向电感提供能量。在TON内，电感电流IL流经功率开关且输入电压VIN正向加在电感两端，因此，电感电流将从当前值IL1线性上升到IL2；在该TON期间，输出负载电流IOUT由输出电容CO提供。输出电容值应足够大，这样才可保证在TON时间内提供相应的负载电流，同时使输出电压跌落的程度为所规定的最小值。在TOFF期间，功率开关关断，电感电流继续凭借电感储能维持原来的电流方向而输入电压源VIN向负载提供能量。在Q1关断期间TOFF、二极管D1与输出电容构成了电感电流回路。在TOFF时间内，电感电流流经二极管，VIN和VOUT之间的压差反向加在电感两端，因此，电感电流将从当前值IL2减少到IL1。VOUT电压为VIN加上VL，所以使得输出电压高于输入电压。

常见的boost恒流电流如图2所示，RS1和RS2为电流采样电阻，RS1为LED电流采样电阻，RS2为电感线圈电流采样电阻。当LED负载端发生短路时，输出电压直接加在RS1和Q20上，导致回路瞬间产生很大的电流，烧毁RS1或是Q20，同时电感饱和，在Q19开通期间电感电流迅速上升，烧毁主开关管Q19或是RS2。

传统的短路保护方案1是给led负载串联保险丝，当发生短路时，保险丝迅速烧掉，断开负载回路，保护RS1或是Q20不被损坏。改方式存在的问题，一旦发生短路，就要更换保险丝，使用不方便。如果做成防水密封的电源，这种方式更不可取，如果发生短路，烧毁元器件，整个电源将报废。传统的短路保护方案2是给led负载串联PTC，根据PTC随温度升高阻值变大的原理来达到保护的目的。当led负载短路时，短路电流瞬间变大，流过PTC的电流急速上升，PTC的温度也上升，导致其阻值变大，回路电流逐渐变小。等短路解除后，PTC温度恢复正常，负载又可正常工作。

该方案存在的问题：

1、保护不及时，因为PTC需要一个反应过程，当电流变大时，PTC还来不及反应，RS1或是Q20已经烧掉了。

2、因为PTC存在内阻，使得整个电源的转换效率比较低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以快速保护器件，同时不影响效率，短路解除后立即自动恢复的LED恒流源驱动的短路保护电路。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现。

一种led恒流源短路保护电路，其特征在于：所述led恒流源短路保护电路包括比较电路、供电电路和输出电路，比较电路的两输入端连接在负载LED电路的两端，比较电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端与串接在负载LED上的PWM调光MOS管Q6的控制端连接，负载LED电路短路时，比较电路负饱和输出0V，关断PWM调光MOS管，负载LED主回路被关断，PWM调光失效；负载LED电路没有短路时，输出电路的输入端电压等于比较电路的正饱和输出电压，PWM信号输出控制MOS管Q6的驱动电压进行PWM调光。

其中比较电路的输出端与输出电路的输入端之间连接有缓冲电路，缓冲电路用于提高电路的抗干扰性，缓冲电路由稳压二极管D3、电阻R6、二极管D5、三极管Q5和充电电容C4构成，二极管D5连接在三极管Q5之集电极与基极之间，稳压二极管D3串接在三极管Q5之集电极上，二极管D5的正极与基极连接且与电阻R6串接，充电电容C4并接在三极管Q5之集电极上，电阻R6用于限流，LED没有短路时，Q5截止，电阻R6限流充电电容C4慢充电，充电电容C4充电至相应电压时，稳压二极管D3和输出电路导通，当LED短路，二极管D5截止，三极管Q5导通，充电电容C4快速放电，稳压二极管D3和输出电路迅速截止。

其中比较电路由放大器及其外围器件组成，外围器件包括有二极管D4和二极管D6，二极管D4反接在放大器的正输入端，二极管D6连接在放大器的负输入端与放大器的输出端之间，二极管D6的正极与放大器的输出端连接。

所述PWM调光MOS管连接在负载LED的负极性端。

所述输出电路包括三极管Q2和三极管Q3，三极管Q3的基极与三极管Q2集电极连接，在三极管Q2和三极管Q3的集电极上分别串接有电阻R4、R5，三极管Q2的基极为输出电路的输入端，三极管Q3的集电极输出电路的输出端，三极管Q2和电阻R4用于逻辑电平转换作用，三极管Q3和电阻R5引入了控制MOS管Q6的驱动电压且在7V-15V之间。

在三极管Q3的集电极端并接有电容C3。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型用于包括比较电路、供电电路和输出电路，比较电路的两输入端连接在负载LED电路的两端，比较电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端与串接在负载LED上的PWM调光MOS管Q6的控制端连接，负载LED电路短路时，比较电路负饱和输出0V，关断PWM调光MOS管，负载LED主回路被关断，PWM调光失效；负载LED电路没有短路时，输出电路的输入端电压等于比较电路的正饱和输出电压，PWM信号输出控制MOS管Q6的驱动电压进行PWM调光，这样可以将本实用新型连接在负载LED的的两端，通过比较电路的输出电压来控制PWM调光MOS管Q6的控制端电压继而控制MOS管Q6的通断而实现负载LED的短路保护，从而实现对LED短路的实时保护和持续保护，并且短路故障消失后能立即自动解除保护。

附图说明

图1是Boost电路即升压转换器原理图；

图2是现有的boost恒流电流原理图；

图3是本实用新型涉led恒流源短路保护电路原理图。

具体实施方式

本实用新型led恒流源短路保护电路工作原理：

如图3，该电路共分为5个部分，A部分为BOOST主电路，包括电感，主开关管，二极管，负载和PWM调光MOS管和LED负载。B部分为核心的比较电路，使用运放搭建的一个比较器。C部分为整个保护电路的供电电路。D部分为缓冲电路，可以调高整个电路的稳定性。E部分为输出电路，PWMOUT是Q6的驱动电压，一般在7V到15V之间均可。

其中A部分Boost主电路，L1为升压电感，Q4为主开关管，D1为升压二极管，Q6为PWM调光MOS管。当电路正常工作时，Q4快速开断，Q6导通；当LED短路时，Q4关断，Q6关断，保护电路元件不烧毁。

B部分为整个控制电路的核心部分，他由放大器及其外围器件组成一个比较器，其中外围器件包括有二极管D4和二极管D6，二极管D4反接在放大器的正输入端，二极管D6连接在放大器的负输入端与放大器的输出端之间，二极管D6的正极与放大器的输出端连接。

其工作过程如下：

1、当LED没有短路时：

情形一：boost电路工作中。Va大于boost电路的输入电压，小于等于输出限压电压，Vb＝0V(Q6导通)。D4截止，D6导通，V+＞V-，Vo等于放大器正饱和输出电压。

情形二：boost电路没有工作，负载开路。Va略小于boost电路的输入电压，D4截止，Va＞V+＞Vo；由于Q6关断，Vb＝V-＝Vo。所以V+＞V-，Vo等于放大器的正饱和输出电压。

情形三：boost电路没有工作，已接入LED负载。Va略小于boost电路的输入电压，D4截止，Va＞V+＞Vo；由于Q6关断，LED未导通时的等效电阻很大，仍可近似看作Vb＝V-＝Vo。所以V+＞V-，Vo等于放大器的正饱和输出电压。

正饱和输出电压Vo经过R6和D5、D3开通Q2，于是Q3处于截止状态，Q6是否导通取决于驱动电压PWMOUT。MCU可输出PWM信号来控制驱动电压PWMOUT，达到调光的目的。

2、当LED短路时，LED负载两端的电压差等于零。

情形一：boost电路没有工作，Q6关断，放大器正饱和输出。若LED短路，Va＝Vb＝12V/24V，二极管D4和D6截止，V+＜V-，放大器转入负饱和输出0V，Q2截止，Q3导通，继而关断Q6，主回路被关断，防止烧毁元件。

情形二：boost电路正常工作，Q6导通，放大器正饱和输出。若LED短路，Va＝Vb并且接近0V，二极管D4和D6由于放大器的正饱和电压而正偏导通，同样有V+＜V-，放大器转入负饱和输出0V，Q2截止，Q3导通，继而关断Q6，主回路停止工作，电路工作进入情形一所述的状态。

C图部分为整个控制电路的供电部分，D2为12V稳压二极管，Q1为NPN型三极管，发射极电压约为11.4V，它是整个保护电路的供电电源。LM2904的正饱和输出电压低于电源电压1.5V，也就是9.9V左右。

D部分是缓冲部分。缓冲电路由稳压二极管D3、电阻R6、二极管D5、三极管Q5和充电电容C4构成，R6用于限流，D3是5.6V稳压二极管。当放大器正饱和输出时(LED没有短路)，三极管Q5截止，充电电容C4的充电因R6的限流而很慢，充电电容C4充电至6.2V时，稳压二极管D3和Q2才能导通。当放大器负饱和输出时(LED短路)，二极管D5截止，三极管Q5导通，充电电容C4放电很快，稳压二极管D3和三极管Q2迅速截止。缓冲电路具体连接如下：二极管D5连接在三极管Q5之集电极与基极之间，稳压二极管D3串接在三极管Q5之集电极上，二极管D5的正极与基极连接且与电阻R6串接，充电电容C4并接在三极管Q5之集电极上，电阻R6用于限流，LED没有短路时，三极管Q5截止，电阻R6限流充电电容C4慢充电，充电电容C4充电至相应电压时，稳压二极管D3和输出电路导通，当LED短路，二极管D5截止，三极管Q5导通，充电电容C4快速放电，稳压二极管D3和输出电路迅速截止。

E部分是输出电路。输出电路包括三极管Q2和三极管Q3，三极管Q3的基极与三极管Q2集电极连接，在三极管Q2和三极管Q3的集电极上分别串接有电阻R4、R5，三极管Q2的基极为输出电路的输入端，三极管Q3的集电极输出电路的输出端。三极管Q2和R4是逻辑电平转换作用；三极管Q3和R5引入了驱动电压PWMOUT，一般在7V到15V之间均可。在三极管Q3的集电极端并接有电容C3，但电容C3是可选元件。

本电路应用：LED负载的开断控制管在它的负端；LED串联数目不大于30串(总电压不大于100V)；如果有，建议与LED并联的电阻不小于10K。

Claims (6)

1.一种led恒流源短路保护电路，其特征在于：所述led恒流源短路保护电路包括比较电路、供电电路和输出电路，比较电路的两输入端连接在负载LED电路的两端，比较电路的输出端与输出电路的输入端连接，输出电路的输出端与串接在负载LED上的PWM调光MOS管Q6的控制端连接，负载LED电路短路时，比较电路负饱和输出0V，关断PWM调光MOS管，负载LED主回路被关断，PWM调光失效；负载LED电路没有短路时，输出电路的输入端电压等于比较电路的正饱和输出电压，PWM信号输出控制MOS管Q6的驱动电压进行PWM调光。

2.根据权利要求1所述的led恒流源短路保护电路，其特征在于：比较电路的输出端与输出电路的输入端之间连接有缓冲电路，缓冲电路用于提高电路的抗干扰性，缓冲电路由稳压二极管D3、电阻R6、二极管D5、三极管Q5和充电电容C4构成，二极管D5连接在三极管Q5之集电极与基极之间，稳压二极管D3串接在三极管Q5之集电极上，二极管D5的正极与基极连接且与电阻R6串接，充电电容C4并接在三极管Q5之集电极上，电阻R6用于限流，LED没有短路时，Q5截止，电阻R6限流充电电容C4慢充电，充电电容C4充电至相应电压时，稳压二极管D3和输出电路导通，当LED短路，二极管D5截止，三极管Q5导通，充电电容C4快速放电，稳压二极管D3和输出电路迅速截止。

3.根据权利要求2所述的led恒流源短路保护电路，其特征在于：比较电路由放大器及其外围器件组成，外围器件包括有二极管D4和二极管D6，二极管D4反接在放大器的正输入端，二极管D6连接在放大器的负输入端与放大器的输出端之间，二极管D6的正极与放大器的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的led恒流源短路保护电路，其特征在于：PWM调光MOS管连接在负载LED的负极性端。

5.根据权利要求1所述的led恒流源短路保护电路，其特征在于：输出电路包括三极管Q2和三极管Q3，三极管Q3的基极与三极管Q2集电极连接，在三极管Q2和三极管Q3的集电极上分别串接有电阻R4、R5，三极管Q2的基极为输出电路的输入端，三极管Q3的集电极输出电路的输出端，三极管Q2和电阻R4用于逻辑电平转换作用，三极管Q3和电阻R5引入了控制MOS管Q6的驱动电压且在7V-15V之间。

6.根据权利要求5所述的led恒流源短路保护电路，其特征在于：三极管Q3的集电极端并接有电容C3。

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