CN219018467U - 一种短路保护电路及led显示屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路保护电路及LED显示屏，所述短路保护电路包括：保护装置、电压检测装置和启动装置，其中：所述保护装置的第一端与连接着电源输入端，所述保护装置的第三端连接着电源输出端，所述保护装置的第二端连接着所述电压检测装置的第一端和所述启动装置的第一端；所述电压检测装置的第一端连接着所述保护装置的第二端和所述启动装置的第一端，所述电压检测装置的第二端连接着电源输出端，所述电压检测装置的第三端连接着所述启动装置的第二端和电源接地端。本实用新型通过启动装置可以在接通电源时让保护电路快速导通，从而保障短路保护电路的正常工作。

Description

一种短路保护电路及LED显示屏

技术领域

本实用新型主要涉及电子电路技术领域，具体涉及一种短路保护电路及LED显示屏。

背景技术

随着LED显示屏的点间距越来越小，所用各种元器件封装也越来越小，例如在P0.9模组PCB上的滤波电容只能用体积较小的钽电容，钽电容的关键成分是Ta2O5，该介质受热后应力不稳定，可靠使用的电压低，抗浪涌电压和浪涌电流能力都较差，且失效的模式是短路，容易引起高温、火灾等其它伤害。

目前，低压直流电路的短路保护电路一般是检测短路时的电压完成短路保护，图1示出了现有技术中的短路保护电路结构示意图，图1所示的11端为电源输入端，12端为电源输出端，P沟道增强型MOS管(VT1)为保护电路，N沟道增强型MOS管(VT2)为输出电压检测电路。正常情况下VT2的导通需要通过VT1的源极-漏极之间的漏电流对其栅极电容充电，一般情况下P沟道增强型MOS管源极-漏极之间的漏电流是微安级的，如果该短路保护电路输出端接入大容量滤波电容即钽电容，则VT2充电达到开启电压所需时间较长，甚至无法导通，因此这种电路会导致在接入大容量滤波电容时不能正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种短路保护电路及LED显示屏，通过启动装置可以在接通电源时让保护电路快速导通，从而保障短路保护电路的正常工作。

本实用新型提供了一种短路保护电路，所述短路保护电路包括：保护装置、电压检测装置和启动装置，其中：

所述保护装置的第一端与连接着电源输入端，所述保护装置的第三端连接着电源输出端，所述保护装置的第二端连接着所述电压检测装置的第一端和所述启动装置的第一端；

所述电压检测装置的第一端连接着所述保护装置的第二端和所述启动装置的第一端，所述电压检测装置的第二端连接着电源输出端，所述电压检测装置的第三端连接着所述启动装置的第二端和电源接地端。

所述保护装置为P沟道增强型MOS管，所述P沟道增强型MOS管的源极为所述保护装置的第一端，所述P沟道增强型MOS管的栅极为所述保护装置的第二端，所述P沟道增强型MOS管的漏级为所述保护装置的第三端。

所述电压检测装置为NPN三极管，所述NPN三极管的集电极为所述电压检测装置的第一端，所述NPN三极管的基级为所述电压检测装置的第二端，所述NPN三极管的发射极为所述电压检测装置的第三端。

所述NPN三极管上设置有基级的偏置电压电路，所述偏置电压电路连接在所述NPN三极管的基级上。

所述偏置电压电路包括第一电阻和第二电阻，其中：

所述第一电阻的一端连接着所述NPN三极管的基级，另一端连接着电源输出端；

所述第二电阻的一端连接着所述NPN三极管的基级，另一端连接着所述NPN三极管的发射极。

所述述NPN三极管的集电极上串联有第三电阻。

所述启动装置为电容。

所述短路保护电路还包括：电压释放装置，所述电压释放装置的第一端连接着所述保护装置的第一端，所述电压释放装置的第二端连接着所述保护装置的第二端。

所述电压释放装置为第四电阻。

所述电压检测装置的开启电压为Ube，所述电源输出端的电压为Vout，电压检测装置的短路检测电压阀值为Uset，所述第一电阻的阻值为R1，所述第二电阻的阻值为R2，所述电压检测装置的短路检测电压阀值约束关系如下：

1V＜Uset＜Vout×90％，Uset×R2/(R1+R2)≥Ube。

相应的，本实用新型还提供了一种LED显示屏，所述LED显示屏包括以上所述的短路保护电路和滤波电容，所述短路保护电路的电源输入端用于连接直流电源，所述电路保护电路的电源输出端连接着所述滤波电容。

本实用新型所涉及的短路保护电路及LED显示屏，在保护装置、电压检测装置的基础上配置一个启动装置，该启动装置可以在接通电源时让保护电路快速导通，从而使得短路保护电路在接入大容量滤波电容时也能保持正常工作。由于整个短路保护电路处于短路保护动作时的短路检测电压阀值可以在1V到直流电源电压的90％之间任意设定，让短路保护电路的短路保护动作提前，可以使得短路保护电路在较高的输出电压下进入保护状态，减少短路电流对直流电源的冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的短路保护电路结构示意图；

图2是本实用新型第一实施例中的短路保护电路的结构示意图；

图3是本实用新型第二实施例中的短路保护电路的结构示意图；

图4是本实用新型第三实施例中的短路保护电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中的LED显示屏的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

图2示出了本实用新型实施例中的短路保护电路的第一结构示意图，该短路保护电路包括：保护装置、电压检测装置和启动装置，其中：

所述保护装置的第一端21与连接着电源输入端11，所述保护装置的第三端22连接着电源输出端12，所述保护装置的第二端23连接着所述电压检测装置的第一端31和所述启动装置的第一端41；

所述电压检测装置的第一端31连接着所述保护装置的第二端23和所述启动装置的第一端41，所述电压检测装置的第二端32连接着电源输出端12，所述电压检测装置的第三端33连接着所述启动装置的第二端42和电源接地端。

需要说明的是，该保护装置为P沟道增强型MOS管，所述P沟道增强型MOS管的源极为所述保护装置的第一端21，所述P沟道增强型MOS管的栅极为所述保护装置的第二端23，所述P沟道增强型MOS管的漏级为所述保护装置的第三端22。

需要说明的是，该电压检测装置为NPN三极管，所述NPN三极管的集电极为所述电压检测装置的第一端31，所述NPN三极管的基极为所述电压检测装置的第二端32，所述NPN三极管的发射极为所述电压检测装置的第三端33。

需要说明的是，该启动装置为一电容。

保护装置的第一端21与电源输入端11相连接，保护装置的第三端22与电源输出端12相连接，保护装置用于在感知到电压检测装置已经截止的情况下，执行截止操作以切断电源输出。电压检测装置用于在检测到电源输出端的电压低于预定阈值时，执行截止操作。启动装置用于在直流电源通电瞬间让保护装置导通，电源输出端12输出电压从而让电压检测装置导通，保护装置正常导通。通过启动装置快速使得保护装置正常导通，保障了短路保护电路在接入直流电源的瞬间就能实现正常工作，不需要长时间等待就进入正常工作状态。

需要注意的是，短路保护电路要求输入电源电压(Vin)大于保护装置和电压检测装置的开启电压，否则电路无效。所选保护装置和电压检测装置的最大工作电压应大于输入电源电压，否则不保证电路无损。

在实际工作中，正常状态下(非短路情况)，当Vin(电源输入端11)端通电后，由于启动装置的两端电压不能突变，所以启动装置的第一端41电压为零，保护装置的第二端23相当于接地，保护装置在第一端21电压与第二端23电压之差大于开启电压后导通，Vout电源输出端12所接的滤波电容被大电流快速充电，Vout(电源输出端12)的电压迅速升高，电压检测装置在第二端32电压与第三端33电压之差达到开启电压后导通，启动装置的第一端41被电压检测装置的第一端31下拉到地电位进行放电，保护装置的第二端23被电压检测装置的第一端31下拉到地电位，使保护装置保持导通状态，电源输入端11与电源输出端12输出电压相同。

短路状态时，电源输出端12电压迅速下降(短路时趋于地电压)，导致电压检测装置的第二端32电压与电压检测装置的第三端33电压差减小，该电压差小于电压检测装置的导通电压时，电压检测装置截止，启动装置通过充电使得保护装置的第二端23电压逐步升高，当保护装置的第二端23电压与保护装置的第一端21电压之差小于保护装置开启电压时，保护装置截止，切断输出电源。保护装置截止后即使负载短路状态消失也不会再次导通，直到Vin(电源输入端11)断电后，启动装置向直流电源回路放电，启动装置的第一端41的电压归零，在负载无短路状态下Vin(电源输入端11)重新通电，保护装置才会导通。

本实用新型实施例在保护装置、电压检测装置的基础上配置一个启动装置，通过启动装置快速使得保护装置正常导通，整个短路保护电路不需要长时间等待就进入正常工作状态，使得短路保护电路可以在接通电源时让保护电路快速导通，从而使得短路保护电路在接入大容量滤波电容时也能保持正常工作。

实施例二

图3示出了本实用新型实施例中的短路保护电路的第二结构示意图，该短路保护电路包括：保护装置、电压检测装置、启动装置和电压释放装置，其中：

所述保护装置的第一端21与连接着电源输入端11，所述保护装置的第三端22连接着电源输出端12，所述保护装置的第二端23连接着所述电压检测装置的第一端31和所述启动装置的第一端41；

所述电压检测装置的第一端31连接着所述保护装置的第二端23和所述启动装置的第一端41，所述电压检测装置的第二端32连接着电源输出端12，所述电压检测装置的第三端33连接着所述启动装置的第二端42和电源接地端；

所述电压释放装置的第一端连接着所述保护装置的第一端21，所述电压释放装置的第二端连接着所述保护装置的第二端23。

需要说明的是，该保护装置为P沟道增强型MOS管，所述P沟道增强型MOS管的源极为所述保护装置的第一端21，所述P沟道增强型MOS管的栅极为所述保护装置的第二端23，所述P沟道增强型MOS管的漏级为所述保护装置的第三端22。

需要说明的是，该电压检测装置为NPN三极管，所述NPN三极管的集电极为所述电压检测装置的第一端31，所述NPN三极管的基级为所述电压检测装置的第二端32，所述NPN三极管的发射极为所述电压检测装置的第三端33。

需要说明的是，该启动装置为一电容。

在实际工作中，正常状态下(非短路情况)，当Vin(电源输入端11)通电后，由于启动装置的两端电压不能突变，该启动装置的第一端41电压为零，保护装置的第二端23相当于接地，保护装置在第一端21电压与第二端23电压之差大于开启电压后导通，Vout电源输出端12所接的滤波电容被大电流快速充电，Vout(电源输出端12)的电压迅速升高，电压检测装置在第二端32电压与第三端33电压之差达到开启电压后导通，启动装置的第一端41通过电压释放装置被电压检测装置的第一端31下拉到地电位进行放电，保护装置的第二端23被电压检测装置的第一端31下拉到地电位，使保护装置保持导通状态，电源输入端11与电源输出端12输出电压相同。

短路状态时，电源输出端12电压迅速下降(短路时趋于地电压)，导致电压检测装置的第二端32电压与电压检测装置的第三端33电压差减小，该电压差小于电压检测装置的导通电压时，电压检测装置截止，启动装置通过电压释放装置充电使得保护装置的第二端23电压逐步升高，当保护装置的第二端23电压与保护装置的第一端21电压之差小于保护装置开启电压时，保护装置截止，切断输出电源。保护装置截止后即使负载短路状态消失也不会再次导通，直到Vin(电源输入端11)断电后，启动装置通过电压释放装置向直流电源回路放电，启动装置的第一端41的电压归零，在负载无短路状态下Vin(电源输入端11)端重新通电，保护装置才会导通。

本实用新型实施例在保护装置、电压检测装置的基础上配置一个启动装置，使得短路保护电路可以在接通电源时让保护电路快速导通，从而使得短路保护电路在接入大容量滤波电容时也能保持正常工作。

实施例三

图4示出了本实用新型实施例中的短路保护电路的第三结构示意图，该短路保护电路包括保护装置、电压检测装置、启动装置和电压释放装置等，其中：

保护装置为P沟道增强型MOS管(Q1)，所述P沟道增强型MOS管的源极为所述保护装置的第一端21，所述P沟道增强型MOS管的栅极为所述保护装置的第二端23，所述P沟道增强型MOS管的漏级为所述保护装置的第三端22，Q1的第一端21与电源输入端11相连接，Q1的第三端22与电源输出端12相连接，用于在感知到电压检测装置已经截止的情况下，执行截止操作以切断电源输出；

R4是Q1寄生电容Cgs的泄放电阻，即R4为电压释放装置，与Q1的第一端21和第二端23相连，在保护电路中加入电阻R4，可以对Q1寄生电容Cgs的电压进行及时的释放，这样有利于提高电路的可靠性，可以避免G极没有控制信号时误动作；

电压检测装置为NPN三极管(Q2)，所述NPN三极管的集电极为所述电压检测装置的第一端31，所述NPN三极管的基级为所述电压检测装置的第二端32，所述NPN三极管的发射极为所述电压检测装置的第三端33，所述NPN三极管上设置有基级的偏置电压电路，所述偏置电压电路连接在所述NPN三极管的基级上，这里的R1与R2是Q2基极的偏置电压电路，两者串联后并联在电源输出端12和GND之间，R1与R2串联节点51端与电压检测装置Q2的第二端32连接；即R1的一端连接着Q2的基级，R1的另一端连接着电源输出端12；R2的一端连接着Q2的基级，R2的另一端连接着Q2的发射极；Q2的集电极上串联有第三电阻R3，R3是Q2的集电极电阻，连接在电压检测装置Q2的第一端31和保护装置Q1的第二端23之间，电压检测装置用于在检测到电源输出端的电压低于预定阈值时，执行截止操作；

启动装置为电容C1，电容C1的第一端41与Q2的第一端31相连，电容C1的第二端42与Q2的第三端33相连，启动装置用于在直流电源通电瞬间让保护装置Q1导通，电源输出端12输出电压从而让电压检测装置Q2导通，保护装置Q1正常导通。

需要注意的是，本发明的短路保护电路要求输入电源电压(Vin)大于保护装置Q1和电压检测装置Q2的开启电压，否则电路无效。所选保护装置Q1和电压检测装置Q2的最大工作电压应大于输入电源电压，否则不保证电路无损。

在实际工作中，正常状态下(非短路情况)，当Vin(电源输入端11)通电后，由于电容C1的两端电压不能突变，电容C1的第一端41电压为零，保护装置Q1的栅极即第二端23端相当于接地，保护装置Q1在栅源极电压(即第一端21电压与第二端23电压之差)大于开启电压后导通，Vout电源输出端12所接的滤波电容被大电流快速充电，Vout(电源输出端12)的电压迅速升高，电压检测装置Q2在Ube(即第二端32电压与第三端33电压之差)达到开启电压后导通，C1的第一端41通过R3被电压检测装置Q2的第一端31下拉到地电位进行放电，保护装置Q1的栅极即第二端23被电压检测装置Q2的第一端31下拉到地电位，使保护装置Q1保持导通状态，电源输入端11与电源输出端12输出电压相同。

短路状态时，电源输出端12电压迅速下降(短路时趋于地电压)，电压检测装置的第二端32电压与电压检测装置的第三端33电压差减小，该电压差小于电压检测装置Q2的导通电压时，电压检测装置Q2截止，C1通过R4充电，保护装置的第二端23电压逐步升高，当保护装置的第二端23电压与保护装置的第一端21电压之差小于保护装置Q1开启电压时，保护装置Q1截止，切断输出电源。保护装置Q1截止后即使负载短路状态消失也不会再次导通，直到Vin(电源输入端11)断电后，C1通过R4向直流电源回路放电，C1的第一端41的电压归零，在负载无短路状态下Vin(电源输入端11)重新通电，保护装置Q1才会导通。

本实用新型中短路检测电压阀值可以在1V到直流电源电压的90％之间任意设定，优选地将短路检测电压阀值设置为直流电源电压的一半，这样可以让短路保护动作提前，可以减少短路电流对直流电源的冲击，减少直流电源进入短路保护模式的概率。

本实用新型通过以下计算公式设置短路检测电压阀值：

电压检测装置Q2的开启电压：Ube；

电源输出端12的电压：Vout；

短路检测电压阀值：Uset，1＜Uset＜Vout×90％；

R1的阻值：R1；

R2的阻值：R2；

公式：Uset×R2/(R1+R2)≥Ube。

电容C1的容值按以下计算公式选择：

保护装置Q1的导通电阻：RDS(on)；

短路保护电路的Vout所接的滤波电容容值：Cload；

电容C1的容值：C1；

R4的阻值：R4；

公式：R4×C1＝RDS(on)×Cload。

实施例四

图5是本实用新型实施例中的LED显示屏的电路原理图，该LED显示屏包括短路保护电路和滤波电容，所述短路保护电路的电源输入端用于连接直流电源，所述电路保护电路的电源输出端连接着所述滤波电容。

这里的短路保护电路的Vin接直流电源的正极，短路保护电路的Vout接滤波电容的正极，短路保护电路的GND与直流电源的负极、滤波电容的负极连接在一起。

当LED显示屏接入直流电源时，由于短路保护电路上的启动装置使得短路保护电路可以在接通电源时让保护电路快速导通，使得LED显示屏可以快速进入正常工作状态。当滤波电容短路时，短路保护电路断开直流电源的正极与滤波电容正极的连接，能够快速通过短路保护电路响应钽电容短路故障，从而避免对LED显示屏造成进一步损坏。

这里的短路保护电路的具体内容参阅实施例一至实施例三中的具体阐述，这里不再一一赘述。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路包括：保护装置、电压检测装置和启动装置，其中：

所述保护装置的第一端与连接着电源输入端，所述保护装置的第三端连接着电源输出端，所述保护装置的第二端连接着所述电压检测装置的第一端和所述启动装置的第一端；

所述电压检测装置的第一端连接着所述保护装置的第二端和所述启动装置的第一端，所述电压检测装置的第二端连接着电源输出端，所述电压检测装置的第三端连接着所述启动装置的第二端和电源接地端；

所述电压检测装置为NPN三极管，所述NPN三极管的集电极为所述电压检测装置的第一端，所述NPN三极管的基级为所述电压检测装置的第二端，所述NPN三极管的发射极为所述电压检测装置的第三端；

所述NPN三极管的集电极上串联有第三电阻。

2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述保护装置为P沟道增强型MOS管，所述P沟道增强型MOS管的源极为所述保护装置的第一端，所述P沟道增强型MOS管的栅极为所述保护装置的第二端，所述P沟道增强型MOS管的漏级为所述保护装置的第三端。

3.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述NPN三极管上设置有基级的偏置电压电路，所述偏置电压电路连接在所述NPN三极管的基级上。

4.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述偏置电压电路包括第一电阻和第二电阻，其中：

所述第一电阻的一端连接着所述NPN三极管的基级，另一端连接着电源输出端；

所述第二电阻的一端连接着所述NPN三极管的基级，另一端连接着所述NPN三极管的发射极。

5.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述启动装置为电容。

6.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括：电压释放装置，所述电压释放装置的第一端连接着所述保护装置的第一端，所述电压释放装置的第二端连接着所述保护装置的第二端。

7.如权利要求6所述的短路保护电路，其特征在于，所述电压释放装置为第四电阻。

8.如权利要求4所述的短路保护电路，其特征在于，所述电压检测装置的开启电压为Ube，所述电源输出端的电压为Vout，电压检测装置的短路检测电压阀值为Uset，所述第一电阻的阻值为R1，所述第二电阻的阻值为R2，所述电压检测装置的短路检测电压阀值约束关系如下：

1V＜Uset＜Vout×90％，Uset×R2/(R1+R2)≥Ube。

9.一种LED显示屏，其特征在于，所述LED显示屏包括如权利要求1至8任一项所述的短路保护电路和滤波电容，所述短路保护电路的电源输入端用于连接直流电源，所述电路保护电路的电源输出端连接着所述滤波电容。

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