CN217882822U - 用于负载开关的控制电路、驱动电路和照明设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于负载开关的控制电路、驱动电路和照明设备。一种用于负载开关(M1)的控制电路，该负载开关适于连接在电源(SMPS)与负载(LED)之间。最重要的是，所述控制电路设有保护电路(R4、D2)，所述保护电路适于当已经检测到所述异常情况时，禁用供给所述转换器电路的电源电压(V2)，从而防止所述转换器电路将所述电源电压(V2)转换为驱动电压以接通所述负载开关(M1)；其特征在于，所述保护电路包括电压偏置电路，该电压偏置电路被连接在所述输入与所述负载端子的正端子之间，以便使所述电源电压偏置在所述正端子上的电位，并且所述电压偏置电路适于：当所述负载短路时，将所述电源电压(V2)拉到所述负载端子的正端子的电位以及负端子的电位。

Description

用于负载开关的控制电路、驱动电路和照明设备

技术领域

本实用新型涉及一种功率电子器件。

背景技术

开关模式电源(SMPS)广泛用于不同的应用中。例如，LED灯驱动器、电视、冰箱、洗衣机、手机充电器适配器…，所有这些都具有现代生活不可或缺的SMPS。SMPS给负载供电。为了切断负载，可以关闭SMPS。或者，有时我们仅需要整个设备进入待机模式而不关闭SMPS，于是我们需要断开SMPS与负载的连接。在一些其它应用中，当负载遭受泄漏危险时，SMPS与负载断开。为了实现这种讨论内容，通常使用在SMPS和负载之间的串联开关。通过控制开关的接通或断开，可以容易地相对于电源连接或断开负载。开关需要由控制电路供电/驱动。图1示出了包括电源、负载开关和负载以及用于负载开关的控制电路的拓扑。

图2示出了用于负载开关的已知控制电路。M1是高侧负载开关，其它部件是驱动M1的电平移位电路。

对于正常操作，由于存在负载(LED)，在M1的源极上总是出现高阻抗。开关驱动器电流来自V2，V2是通常来自与电源的主功率电感器磁耦合的偏置绕组的Vcc，并且当M2接通(M2以～10kHz接通/断开)时，V2电压通过D4对C2充电。当M2关断时，C2中的能量使M3导通，并通过D1、C1、M3对C1充电以保持M1导通。Vcc与电源的主功率电感器上的电压有关，该电压于是与电源供给负载的输出电压有关。由于存在负载，输出电压可以正常建立，并且Vcc也足以以完全导通模式驱动M1。

从一开始，M2关闭，V2的能量就开始建立。如果此时在负载处存在短路，则来自V2的电流将通过D4、D1和R3直接到达地，并且驱动M1以线性模式导通。但是从电源的输出看到的阻抗很小，并且输出电压被钳位为小幅度。所以，偏置绕组上的电压(反映输出电压)也是有限的。Vcc再次将M1保持在线性模式。在这种情况下，SMPS通常工作在打嗝模式(因为Vcc不能维持其工作)以保护其自身，并且V2(Vcc)也不能完全建立(大约4－5V)，V2电压驱动器M1的低电平总是工作在放大/线性模式。电流总是流过M1并在其上消耗大量能量，直到设备M1失效。

在组装期间比在操作中更可能发生短路，因此需要简单的保护机构来防止在这种情况下的电路损坏。

实用新型内容

本实用新型的基本构思是，检测负载的异常，并禁止电源电压为负载开关供电，从而确保负载开关断开并避免损坏。本实用新型的更具体的构思是，检测负载的短路，并且禁用电源电压以完全关断负载开关，从而避免负载开关持续地以线性模式操作。更具体的构思是，将电源电压箝位到地/负输出端子，因此负载开关不能被供电。

在本实用新型的第一方面中，提出了一种用于负载开关的控制电路，所述负载开关适于连接在电源和负载之间，所述控制电路包括：输入，用于从所述电源接收电源电压；转换器电路，用来将所述电源电压转换成用于所述负载开关的驱动电压；以及输出，其向所述负载开关输出所述驱动电压，以接通所述负载开关；其特征在于，进一步包括：保护电路，其与负载端子连接，所述负载端子适于与所述负载耦合，并且适于：经由所述负载端子感测所述负载的异常状况；以及当已经检测到所述异常状况时，禁用供给所述转换器电路的所述电源电压，从而防止所述转换器电路将所述电源电压转换为所述驱动电压以接通所述负载开关，其中所述保护电路包括电压偏置电路，所述电压偏置电路连接在所述输入和所述负载端子的正端子之间，以使所述电源电压偏置在所述正端子上的电位，并且所述电压偏置电路适于：当负载短路时，将供给转换器电路的电源电压拉至负载端子的正端子的电位以及负端子的电位。

在这个方面，如果存在负载的异常状况，则用于负载开关的电源电压被禁用，因此负载开关不能被接通，无论是部分地/线性地接通还是完全地接通。该实施例提供了一种相对简单的电路，以既检测异常情况，又禁用电源电压：通过将电源电压连接到负载端子的正端子上，如果负载短路，则偏置电路自动地将电源电压拉到负/接地端子。这避免了负载开关以及整个电路中的其它可能部件在负载开关于异常条件下接通时被损坏。

在另一个实施例中，该转换器电路包括：与所述电源电压耦合并由所述电源电压充电的电压存储器；并且所述输出包括：电压电路，其与所述电压存储器耦合并跨接在所述负载开关的控制端子和参考端子之间，适于从所述电压存储器获取电压并在所述控制端子和所述参考端子之间施加所述电压。

该实施例提供了转换器电路的实现方式。请注意，其他实现方式也是可能的。

在另一实施例中，参考端子与负载端子的正端子耦合，并且负端子的电位不足以被转换为具有足以使负载开关进入线性模式的幅度的驱动电压。

在线性模式中，地电平电源电压几乎不足以驱动负载开关，哪怕是轻微地。因此，可以确保负载开关完全断开。

在另一个实施例中，电压偏置电路包括从输入部到正端子的正向二极管。

该实施例提供了低成本的偏置电路，并且电源电压将至多为0.7V(二极管的正向电压)加上地电位，该地电位不足以导通负载开关，哪怕是线性地导通。

在另一实施例中，电压偏置电路还包括电阻小于阈值的电阻器，其中所述电阻器在输入与正端子之间与二极管串联连接。

电阻器可以用于限制电流。

在另一个实施例中，转换器电路是开关转换器，并且包括用于以高频方式控制由电源电压充电的电压存储器的开关电路，以及电压电路从电压存储器获取电压。

该实施例给出了转换器电路的有效实现方式，因为开关转换器具有非常低的功率损耗。

在本实用新型的第二方面中，驱动电路包括：电源；与负载连接的输出；在电源和输出之间的负载开关；以及根据第一方面的控制电路；其中，所述电源适于产生用于控制电路的电源电压，该电源电压与由电源在接至负载的输出上产生的电压相关。

该方面提供了包括电源、负载开关和控制电路的整个驱动电路。电源供给负载开关的电源电压与其输出到负载上的输出电压有关，因此在负载的异常状况的情况下，供给负载开关的电源电压对于负载开关也可能变得异常/不足，然后错误地驱动负载开关。因此，根据第一方面的控制电路可以禁用电源电压，并防止其错误地驱动负载开关。因此，可以很好地保护驱动电路。

在另一实施例中，当电源不能将输出电压建立在某一电平以上且不能产生足以完全接通负载开关的电源电压时，所述电源适于以打嗝/突发模式操作。

如在本实用新型的背景中所讨论的，如果输出短路，则电源的输出保护可能导致死锁：用于以线性模式驱动负载开关的小电源电压－>电源的小输出阻抗－>小输出电压－>小电源电压。驱动电路可以解决这个问题。

在本实用新型的第三方面中，提供了一种照明设备，其包括根据第二方面的驱动电路以及与照明设备的输出连接的发光负载。

该方面提供了驱动电路在照明设备中的应用。

参考下面描述的实施例，本实用新型的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

为了更好地理解本实用新型，并且为了更清楚地示出如何实现本实用新型，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1示出了包括电源、负载开关和负载以及用于负载开关的控制电路的拓扑；

图2示出了用于负载开关的控制电路的已知电路；以及

图3示出了用于负载开关的控制电路的改进电路。

具体实施方式

将参照附图描述本实用新型。

应当理解，详细描述和特定示例虽然表明了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的，而不旨在限制本实用新型的范围。本实用新型的装置、系统和方法的这些和其它的特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的，并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

如图3所示，提供了一种照明设备，其包括电源SMPS、LED负载、负载开关M1和用于负载开关M1的控制电路。更具体地，所述控制电路包括：从电源接收电源电压V2的输入，将电源电压V2转换为负载开关M1的驱动电压的转换器电路；输出，其向负载开关M1输出驱动电压，使负载开关M1导通；其特征在于，进一步包括：保护电路R4、D2，该保护电路被连接到负载端子上，该负载端子与该LED负载耦合，并且被适配于：经由所述负载端子感测所述LED负载LED的异常状况；以及当已经检测到异常状况时，禁用供给转换器电路的电源电压V2，从而防止转换器电路将电源电压V2转换为驱动电压以接通负载开关M1。

更具体地，转换器电路包括：与电源电压V2耦合并由其充电的电压存储器C2；并且所述输出包括：电压电路C3，其与电压存储器C2耦合并跨接负载开关M1的控制端子和参考端子，适于从电压存储器C2获取电压并在控制端子和参考端子之间施加所述电压。在该实施例中，负载开关M1的控制端子是MOSFET M1的栅极，负载开关M1的参考端子是MOSFET M1的源极。

更具体地，参考端子与负载端子的正端子耦合，保护电路包括电压偏置电路，该电压偏置电路连接在输入V2和负载端子的正端子之间，以使电源电压偏置在正端子上的电位，并且电压偏置电路适于：当负载短路时，将供给转换器电路的电源电压V2拉到负载端子的正端子的电位以及负端子的电位，其中负端子的电位不足以被转换为具有足以使负载开关M1进入线性模式的幅度的驱动电压。如图3所示，当LED负载短路时，V2将被短路电路拉至地。

优选地，电压偏置电路包括从输入部到正端子的正向二极管D2。电压偏置电路还包括电阻小于阈值的电阻器R4，其中所述电阻器R4与二极管D2串联在输入与正端子之间。电阻器R4用于当V2被拉到地时限制电流。由于V2被拉到地，将没有足够的电压来使MOSFETM1线性导通。电源的输出是开路的，并且它可以在电源的输出上建立输出电压。电源工作在开路负载保护模式。但是V2总是被下拉到地，并且MOSFET M1永远不会导通。因此，没有电流流过MOSFET M1，并且M1不会被损坏。

优选地，转换器电路包括开关电路，用于以高频方式控制由电源电压V2充电的电压存储器C2，以及电压电路C3从电压存储器C2获取电压。这是当LED负载不短路时的正常操作。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本实用新型时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的单纯事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应注意，术语“适于”旨在等同于术语“配置成”。

权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (9)

1.一种用于负载开关的控制电路，所述负载开关适于连接在电源(SMPS)与负载(LED)之间，所述控制电路包括：

输入，从所述电源接收电源电压(V2)；

转换器电路，将所述电源电压(V2)转换为用于所述负载开关(M1)的驱动电压；以及

输出，将所述驱动电压输出到所述负载开关(M1)以接通所述负载开关(M1)；以及

保护电路(R4、D2)，所述保护电路被连接至适于与所述负载(LED)耦合的负载端子，并且适于：

经由所述负载端子感测所述负载(LED)的异常状况；以及

当已经检测到所述异常情况时，禁用到所述转换器电路的电源电压(V2)，从而防止所述转换器电路将所述电源电压(V2)转换为所述驱动电压以接通所述负载开关(M1)；

其特征在于，

所述保护电路包括电压偏置电路，所述电压偏置电路被连接在所述输入与所述负载端子的正端子之间，以使所述电源电压偏置所述正端子上的电位，并且所述电压偏置电路适于：

当所述负载短路时，将到所述转换器电路的所述电源电压(V2)拉到所述负载端子的正端子的电位以及负端子的电位。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述转换器电路包括：

电压存储器(C2)，与所述电源电压(V2)耦合并由所述电源电压(V2)充电；并且所述输出包括：

电压电路(C3)，与所述电压存储器(C2)耦合并跨接在所述负载开关(M1)的控制端子和参考端子之间，适于从所述电压存储器(C2)获取电压并将所述电压跨所述控制端子和所述参考端子施加。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述参考端子与所述负载端子的正端子耦合，且所述负端子的电位不足以转换为具有足以使所述负载开关(M1)进入线性模式的幅度的所述驱动电压。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述电压偏置电路包括从所述输入正向到所述正端子的二极管(D2)。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述电压偏置电路进一步包括电阻小于阈值的电阻器(R4)，其中所述电阻器(R4)在所述输入与所述正端子之间与所述二极管(D2)串联连接。

6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述转换器电路包括：

开关电路，以高频方式控制由所述电源电压(V2)充电的所述电压存储器(C2)，以及所述电压电路(C3)从所述电压存储器(C2)获取电压。

7.一种驱动电路，包括：

电源；

与负载连接的输出；

在所述电源和所述输出之间的负载开关(M1)；以及

根据权利要求1至6中任一项所述的控制电路；

其中所述电源适于产生用于所述控制电路的电源电压，所述电源电压与由所述电源产生的到所述负载的所述输出两端的电压相关。

8.根据权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，当所述电源不能将所述输出电压建立在某一电平以上且不能产生足以完全接通所述负载开关(M1)的所述电源电压时，所述电源适于以打嗝/突发模式操作。

9.一种照明设备，包括根据权利要求7和8中任一项所述的驱动电路，以及与所述照明设备的输出连接的发光负载。

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