CN202190067U - Led冲击保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种LED冲击保护电路，包括放电电容和LED负载；其特征在于：还包括场效应管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第三电阻和第四电阻，第二电阻的阻值大于等于第一三极管的阈值电压和LED负载的最大击穿电流的比值；场效应管漏极和LED驱动器输出电源负极相连；场效应管源极一路经第二电阻和LED驱动器直流电源负极相连，另一路经第四电阻和第一三极管的基极相连，该第一三极管发射极连接LED驱动器输出电源负极；场效应管栅极一路经第一电阻和第一三极管集电极相连，另一路经第三电阻连接直流电压。本实用新型采用低压场效应管进行限流，使得整个线路的响应速度快，线路功耗低；还有效地抑制LED驱动电源对后级LED负载的冲击电流，延长了LED负载的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种LED保护电路，特别是涉及一种防止LED冲击保护电路。
背景技术
LED灯(即发光二极管)是一种节能、环保和发光效率高的新型光源，但是，由于LED的正向动态电阻非常小，无法直接用电压源直接给LED供电，否则，电压波动稍有增加，电流就会迅速增大，很容易导致LED烧毁。
目前，大功率LED灯通常采用恒流的方式驱动，而恒流型驱动器的稳态输出电压则随输出端所接LED颗数的变化而变化。在照明应用中，当驱动器空载时，通常输出电压达到最大值；若使用者在驱动器输出端与LED灯之间连接有开关，则当所接的LED灯颗数较少的情况下，在开关接通瞬间，电路中电解电容储存的能量会对LED造成很大的冲击，容易导致LED损坏。
为了避免因输出电流突然增大造成对LED的冲击，现有技术中有如专利号为ZL200920074830.3的中国实用新型《新型发光二极管电路保护装置》公开了一种新型发光二极管电路保护装置，包括若干组LED，其特征在于：所述电路还包括与所述LED串并联的高分子发光二极管(PLED)，所述LED串联有LED驱动器，所述LED和LED驱动器之间串联有分压电阻和开关。上述专利能够保证当LED灯串中某颗LED失效而开路时，PLED可以瞬间导通来确保LED灯具正常工作，但是，上述专利中需要在电路中串接高分子发光二极管，而国际上高分子发光二极管(PLED)还没有大规模产业化，原材料价格很贵，不适用于大规模生产。因此，现有技术中的限流电路一般通过双极性三极管来实现，但是，双极性三极管工作时的饱和压降较大，当LED灯需更大的驱动电流时，该三极管上将产生很大的损耗，不符合LED灯具有高效节能的应用理念。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种瞬态响应快且线路功耗低的LED冲击保护电路。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种LED冲击保护电路，包括有放电电容和LED负载，所述放电电容并联在LED驱动器的直流电源正负极上，所述LED负载并联在LED驱动器的输出电源正负极上，所述LED驱动器的直流电源正极和所述LED驱动器的输出电源正极相连；
其特征在于：所述LED驱动器的直流电源负极和所述LED驱动器的输出电源负极之间还设置有限流电路和控制电路，所述的限流电路包括有场效应管、第一电阻和第二电阻，所述控制电路包括有第一三极管、第三电阻和第四电阻，并且，所述第二电阻的阻值大于等于所述第一三极管的阈值电压和所述LED负载的最大冲击电流之间的比值；
其中，所述场效应管的漏极和所述LED驱动器的输出电源负极相连；所述场效应管的源极一路经所述第二电阻和所述LED驱动器的直流电源负极相连，另一路经所述第四电阻和所述第一三极管的基极相连，该第一三极管的发射极连接所述LED驱动器的输出电源负极；所述场效应管的栅极一路经所述第一电阻和所述第一三极管的集电极相连，另一路经所述第三电阻连接驱动所述控制电路工作的直流电压。
为了限制瞬时电流，保护场效应管，作为优选，所述的限流电路还包括有一瞬态抑制管，所述瞬态抑制管的正极和所述场效应管的漏极相连，该瞬态抑制管的负极和所述场效应管的源极相连。于是，当场效应管关断时，瞬态抑制管能够有效防止尖峰电压击穿管子，而且，当场效应管发生作用时，瞬态抑制管还可以分担一部分电流，从而进一步减少场效应管的瞬时功耗。
为了能够保证场效应管的快速关断，作为进一步优选，所述的限流电路还包括有第五电阻，所述第五电阻的一端和所述场效应管的栅极相连，该第五电阻的另一端和所述LED驱动器的直流电源负极相连。于是，场效应管的栅极、源极和第五电阻之间形成放电回路，有利于场效应管的快速关断。
作为进一步优选，所述第五电阻的两端还并联有第一稳压管，并且，所述第一稳压管的负极和所述场效应管的栅极相连，该第一稳压管的正极和所述第一三极管的发射极相连。第一稳压管能够有效防止场效应管的栅极和源极之间因为过压而导致击穿。
为了进一步加速场效应管的关断，作为进一步优选，所述的限流电路还包括有并联在所述第一电阻两端的二极管，所述二极管的正极和所述场效应管的栅极相连，该二极管的负极和所述第一三极管的集电极相连。
为防止第一三极管的基极和发射极两端因过压导致击穿，作为优选，所述的控制电路还包括有第二稳压管，所述第二稳压管的负极和所述第一三极管的基极相连，该第二稳压管的正极和所述第一三极管的发射极相连。
作为进一步优选，所述的控制电路还包括有第二三极管，所述第二三极管的基极和所述第一三极管的集电极相连，该第二三极管的发射极和所述第二稳压管的负极相连，该第二三极管的集电极和所述第二稳压管的正极相连。这里，第二三极管能够防止第一三极管进入深度饱和区，保证第一三极管在导通后能够退出饱和区，避免该第一三极管的集电极电压一直处于低电压而导致电路无法进入稳定工作状态的问题。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：采用低压场效应管替代现有的双极性三极管进行限流，由于低压场效应管通态电阻可以做到很小，低压场效应管工作时的压降小，瞬态响应快，使得整个线路的响应速度快，线路功耗可以大幅降低；而且，可以通过改变电路中第二电阻的阻值，进而设置不同LED负载的输出冲击电流，从而能有效地抑制LED驱动器对后级LED负载的冲击电流，防止LED负载因瞬态大电流的冲击而被击穿，在保证LED驱动器工作可靠性的同时，延长了LED负载的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例的基本电路原理图。
图2为图1所示限流电路的改进结构图之一。
图3为图1所示限流电路的改进结构图之二。
图4为图1所示限流电路的改进结构图之三。
图5为图1所示限流电路的改进结构图之四。
图6为图1所示控制电路的改进结构图之一。
图7为图1所示控制电路的改进结构图之二。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，为本实施例的LED冲击保护电路的基本电路原理图，该冲击保护电路包括有放电电容C、LED负载3、限流电路1和控制电路2，其中，放电电容C的两端并联在LED驱动器的直流电源正极V+和直流电源负极V-上，LED负载3则并联在LED驱动器的输出电源正极LED+和输出电源负极LED-上；本实施例的LED负载的关闭或导通由一可控开关K控制，LED负载可以由单个或多个LED灯串联后组成，可控开关K的一端连接LED驱动器的输出电源正极LED+，可控开关K的另一端连接LED负载的正极；限流电路1和控制电路2串接后设置于LED驱动器的直流电源负极LED-和LED驱动器的输出电源负极V-之间；
其中，限流电路1包括有N沟道型的场效应管T1、第一电阻R1和第二电阻R2，控制电路2包括有NPN型第一三极管Q1、第三电阻R3和第四电阻R4，并且，第二电阻R2的阻值要满足以下条件，即第二电阻R2的阻值大于等于第一三极管Q1的阈值电压和LED负载3的最大冲击电流之间的比值；
限流电路和控制电路的具体线路连接如下：场效应管T1的漏极和LED驱动器的输出电源负极V-相连；场效应管T1的源极一路经第二电阻R2和LED驱动器的直流电源负极LED-相连，另一路经第四电阻R4和第一三极管Q1的基极相连，该第一三极管Q1的发射极连接LED驱动器的输出电源负极V-；场效应管T1的栅极一路经第一电阻R1和第一三极管Q1的集电极相连，另一路经第三电阻R3连接驱动控制电路2工作的直流电压Vcc，本实施例的直流电压Vcc的电压值为12V。
本实施例的工作原理如下：
当串接在LED驱动器输出端上的可控开关K断开时，此时，LED驱动器为空载，放电电容C上储存的能量达到最大值；当可控开关S闭合时，放电电容C上的能量就会加在LED负载3、场效应管T1和第二电阻组成的串联回路上，若LED负载3上串接的LED灯的数量较少，则此时该串联回路中的瞬态冲击电流将会很大。
当流过第二电阻R2(取样电阻)的电流致使该第二电阻R2上的电压达到第一三极管Q1的阈值电压(本实施例的阈值电压为0.7V)时，第一三极管Q1导通，场效应管T1的栅极电压被拉低，能够达到限制流过场效应管T1漏极和源极之间电流的目的，此时，流过LED负载的最大电流值被限制在第一三极管Q1的阈值电压除以第二电阻的阻值比所得到的电流值上，能够有效地保护LED负载，防止LED负载因为瞬态大电流的冲击而被击穿；
由于场效应管T1的限流作用，放电电容C释放的过多能量将被逐惭消耗在场效应管T1上，随着时间的推移，第二电阻R2上的电压也将逐渐变小，当第二电阻R2上的电压小于第一三极管Q1的阈值电压(0.7V)时，第一三极管Q1截止，场效应管T1导通，在进入稳态工作后，场效应管T1上的损耗为I2×RDS(on)，其中，I为流过LED负载3的稳态电流值，RDS(on)为场效应管T1的漏极到源极的导通电阻值，通过选择较小的RDS(on)值的场效应管T1，就能够有效地降低在场效应管T1上的功耗。
如图2～图5所示，为针对图1所示限流电路的进一步改进电路结构。
为了限制瞬态冲击电流，保护场效应管T1，限流电路1还包括有一瞬态抑制管D1，参见图2，该瞬态抑制管D1的正极和场效应管T1的漏极相连，该瞬态抑制管D1的负极和场效应管T1的源极相连，这里的瞬态抑制管D1主要为保护场效应管T1，避免因开关合K上瞬间过高的电压加载在场效应管T1上而损坏场效应管T1；而且，当场效应管T1发生作用时，瞬态抑制管D1还可以分担一部分电流，从而进一步减少场效应管T1的瞬时功耗。
为了能够保证场效应管T1的快速关断，限流电路1还包括有第五电阻R5，参见图3，该第五电阻R5的一端和场效应管T1的栅极相连，该第五电阻R5的另一端和LED驱动器的直流电源负极LED-相连。于是，场效应管T1的栅极、源极和第五电阻R5之间形成放电回路，有利于场效应管T1的快速关断。
为了能有效防止场效应管T1的栅极和源极之间因为过压而导致击穿，在第五电阻R5的两端还并联第一稳压管D2，参见图4，该第一稳压管D2的负极和场效应管T1的栅极相连，该第一稳压管D2的正极和第一三极管Q1的发射极相连。
为了进一步加速场效应管T1的关断，在第一电阻R1两端还并联有二极管D3，参见图5，二极管D3的正极和场效应管T1的栅极相连，该二极管D3的负极和第一三极管Q1的集电极相连。
如图6、图7所示，为针对图1所示控制电路的进一步改进电路。
该控制电路2还包括有第二稳压管D4，参见图6，该第二稳压管D4的负极和第一三极管Q1的基极相连，该第二稳压管D4的正极和第一三极管Q1的发射极相连，第二稳压管D4起到稳定第一三极管Q1上压降的功能，能防止第一三极管Q1的基极和发射极两端因过压导致击穿。
为了防止因为第一三极管Q1进入深度饱和区，控制电路2上还设置有一PNP型的第二三极管Q2，参见图7，该第二三极管Q2的基极和第一三极管Q1的集电极相连，该第二三极管Q2的发射极和第二稳压管D4的负极相连，该第二三极管Q2的集电极和第二稳压管D4的正极相连。第二三极管Q2能够避免在第一三极管Q1导通后无法退出饱和区而造成第一三极管Q1的集电极一直处于低电平的问题，从而保证场效应管T1能够顺利导通而使得电路能够进入稳定工作状态。
Claims (7)
1.一种LED冲击保护电路，包括有放电电容(C)和LED负载(3)，所述放电电容(C)并联在LED驱动器的直流电源正负极上，所述LED负载(3)并联在LED驱动器的输出电源正负极上，所述LED驱动器的直流电源正极(V+)和所述LED驱动器的输出电源正极(LED+)相连；
其特征在于：所述LED驱动器的直流电源负极(LED-)和所述LED驱动器的输出电源负极(V-)之间还设置有限流电路(1)和控制电路(2)，所述的限流电路(1)包括有场效应管(T1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述控制电路(2)包括有第一三极管(Q1)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，并且，所述第二电阻(R2)的阻值大于等于所述第一三极管(Q1)的阈值电压和所述LED负载(3)的最大击穿电流之间的比值；
其中，所述场效应管(T1)的漏极和所述LED驱动器的输出电源负极(V-)相连；所述场效应管(T1)的源极一路经所述第二电阻(R2)和所述LED驱动器的直流电源负极(LED-)相连，另一路经所述第四电阻(R4)和所述第一三极管(Q1)的基极相连，该第一三极管(Q1)的发射极连接所述LED驱动器的输出电源负极(V-)；所述场效应管(T1)的栅极一路经所述第一电阻(R1)和所述第一三极管(Q1)的集电极相连，另一路经所述第三电阻(R3)连接驱动所述控制电路(2)工作的直流电压(Vcc)。
2.根据权利要求1所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述的限流电路(1)还包括有一瞬态抑制管(D1)，所述瞬态抑制管(D1)的正极和所述场效应管(T1)的漏极相连，该瞬态抑制管(D1)的负极和所述场效应管(T1)的源极相连。
3.根据权利要求2所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述的限流电路(1)还包括有第五电阻(R5)，所述第五电阻(R5)的一端和所述场效应管(T1)的栅极相连，该第五电阻(R5)的另一端和所述LED驱动器的直流电源负极(LED-)相连。
4.根据权利要求3所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述第五电阻(R5)的两端还并联有第一稳压管(D2)，并且，所述第一稳压管(D2)的负极和所述场效应管(T1)的栅极相连，该第一稳压管(D2)的正极和所述第一三极管(Q1)的发射极相连。
5.根据权利要求1所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述的限流电路(1)还包括有并联在所述第一电阻(R1)两端的二极管(D3)，所述二极管(D3)的正极和所述场效应管(T1)的栅极相连，该二极管(D3)的负极和所述第一三极管(Q1)的集电极相连。
6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述的控制电路(2)还包括有第二稳压管(D4)，所述第二稳压管(D4)的负极和所述第一三极管(Q1)的基极相连，该第二稳压管(D4)的正极和所述第一三极管(Q1)的发射极相连。
7.根据权利要求6所述的LED冲击保护电路，其特征在于：所述的控制电路(2)还包括有第二三极管(Q2)，所述第二三极管(Q2)的基极和所述第一三极管(Q1)的集电极相连，该第二三极管(Q2)的发射极和所述第二稳压管(D4)的负极相连，该第二三极管(Q2)的集电极和所述第二稳压管(D4)的正极相连。
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