抗干擾led過壓保護模塊以及抗干擾led過壓保護系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種抗干擾LED過壓保護模塊以及抗干擾LED過壓保護系統，抗干擾LED過壓保護模塊包括一穩壓管等元件，所述過壓保護設置電阻、所述最小退磁時間電容以及所述最小退磁時間比較器設定一最小退磁時間，當所述退磁檢測單元檢測到的電路退磁時間小于所述最小退磁時間時，所述過壓保護單元檢測到輸出電壓過壓。本發明通過上拉至穩壓管的過壓保護設置電阻來實現最小退磁時間的設置，從而實現抗干擾的過壓保護功能，克服了傳統過壓保護方式的成本高，外圍電路復雜，或者易受干擾的技術問題。
【專利說明】
抗干擾LED過壓保護模塊以及抗干擾LED過壓保護系統
技術領域
[0001]本發明涉及開關電源中的過壓保護檢測技術領域，尤其涉及一種抗干擾LED過壓保護模塊以及抗干擾LED過壓保護系統。
【背景技術】
[0002]LED驅動電源的功能是提供LED燈恒定的輸出電流，但是如果輸出LED開路或者發生其他使輸出電壓變高的情況，LED驅動電源必須做出相應措施讓輸出電壓不超過輸出電容的耐壓，否則輸出電容就會被破壞。在傳統的LED驅動電源方案中，一般采用一個單獨的變壓器繞組來檢測輸出電壓，然后通過電阻分壓，輸入到芯片單獨的腳位來直接檢測輸出電壓，從而判定驅動電源是否發生過壓。
[0003]傳統的過壓保護方案增加了 LED的整個驅動電源的體積和成本，為了檢測過壓點，需要增加一個變壓器繞組，兩個分壓電阻，而且芯片也要多一個檢測腳位，不適合目前市場LED小體積、低成本的發展趨勢。
[0004]圖1為現有技術中LED驅動電源中過壓保護部分的電路原理圖。圖1所給出的是一種降壓型Buck電路的典型應用圖，該電路通常包括整流橋Z1、輸入濾波電容Cl、供電電容C2、輸出電容C3、變壓器原邊繞組L1、變壓器輔助繞組L2、整流二極管Dl、供電電阻R1、負載LED、功率開關管M1、電流采樣電阻R2、分壓電阻R3、分壓電阻R4、供電二極管D2、第一控制芯片101。當功率開關管Ml導通時，變壓器原邊繞組LI電流上升，電流流經電流采樣電阻R2產生電壓信號，當該電壓信號達到第一控制芯片101內的電流基準電壓時，功率開關管Ml關斷，變壓器原邊繞組LI里面的電流通過整流管Dl續流，當第一控制芯片101檢測到整流二極管Dl中的電流為零時，功率開關管Ml打開。當功率開關管Ml關斷時，在變壓器原邊繞組LI上的電壓差為負載LED的輸出電壓，此時變壓器輔助繞組L2上感應的電壓也是輸出電壓的正比關系，比例系數為繞組的匝比。如果此時負載LED開路，輸出電壓變高，如果FB電壓高于芯片的內部基準，第一控制芯片101判定系統進入過壓狀態，實現保護功能。
[0005]現有技術中所使用的另一種技術方案是省掉了圖1中變壓器輔助繞組，通過檢測所述整流二極管中電流續流時間來判定輸出電壓是否過壓。圖2為現有技術中另一種LED驅動電源中過壓保護部分的電路原理圖，該電路通常包括:整流橋Z1、輸入濾波電容Cl、供電電容C2、輸出電容C3、變壓器原邊繞組L1、整流二極管Dl、供電電阻Rl、負載LED、電流采樣電阻R2、過壓保護電阻R31、負載LED、第二控制芯片201，一般通過過壓保護電阻R31設置一個固定的時間常數，當整流二極管中的電流續流時間超過這個固定時間常數，則認為芯片沒有過壓，如果整流二極管中的電流續流時間短于這個固定時間常數，則認為芯片出現過壓。這種過壓保護方案的問題是:過壓保護電阻上的電流經常收到電路板上寄生參數的影響，如PCB板材或助焊劑的有限阻抗使得電路中高壓元件到過壓保護電阻上產生漏電流，干擾過壓保護電阻上的電流，使過壓保護電壓降低，從而容易被誤觸發，在批量生產時，或不同的溫濕度條件下出現閃燈的現象。
[0006]現有的圖1方案的過壓保護電路精度較高，但需要增加輔助繞組及若干元件，較為復雜；圖2方案的過壓保護電路則容易受到干擾，存在精度和批量生產不良的問題。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種抗干擾LED過壓保護模塊以及抗干擾LED過壓保護系統，其通過上拉至VCC的過壓保護設置電阻來實現最小退磁時間的設置，從而實現抗干擾的過壓保護功能，克服了傳統過壓保護方式的成本高，外圍電路復雜，或者易受干擾的技術問題。
[0008]根據本發明的一個方面，提供一種抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，包括一穩壓管、一過壓保護設置電阻、一運算放大器、一信號MOS管、一最小退磁時間電容、一邏輯開關、一最小退磁時間比較器、一退磁檢測單元、一過壓保護單元、一 RS觸發器、一驅動電路以及一峰值電流比較器；
[0009]所述穩壓管連接所述過壓保護設置電阻，所述過壓保護設置電阻連接所述運算放大器的一個輸入端，并且與所述信號MOS管的源級連接，所述運算放大器的輸出端連接所述信號MOS管柵極，所述信號MOS管的漏極連接所述最小退磁時間電容，并且與所述邏輯開關連接，所述最小退磁時間電容同時連接所述最小退磁時間比較器的一個輸入端，所述最小退磁時間比較器的輸出端連接所述過壓保護單元；
[0010]所述退磁檢測單元連接所述過壓保護單元，并且與RS觸發器的一個輸入端連接，所述峰值電流比較器的輸出端連接所述RS觸發器的另一個輸入端，所述RS觸發器的一個輸出端連接所述驅動電路，并且與所述邏輯開關的控制級連接；
[0011]其中，所述過壓保護設置電阻、所述最小退磁時間電容以及所述最小退磁時間比較器設定一最小退磁時間，當所述退磁檢測單元檢測到的電路退磁時間小于所述最小退磁時間時，所述過壓保護單元檢測到輸出電壓過壓。
[0012]優選地，所述運算放大器的另一個輸入端連接一固定電壓，該固定電壓和所述穩壓管電壓成比例。
[0013]優選地，所述運算放大器控制所述信號MOS管的源級電壓等于所述固定電壓。
[0014]優選地，所述最小退磁時間電容的充電電流等于或者正比于所述過壓保護設置電阻上的電流。
[0015]優選地，所述最小退磁時間比較器的另一個輸入端連接一基準電壓，該基準電壓固定不變。
[0016]優選地，所述過壓保護單元比較所述最小退磁時間比較器輸出信號及退磁檢測單元輸出信號的先后順序，并依此判斷LED驅動器是否處于正常工作狀態或者輸出過壓狀
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[0017]本發明還提供一種抗干擾LED過壓保護系統，其特征在于，包括一功率電感、一續流二極管、一輸出電容、一母線電容、一供電電阻、一供電電容、一功率開關管、一采樣電阻、如上所述的抗干擾LED過壓保護模塊；
[0018]所述功率開關管的漏極分別電學連接所述功率電感以及所述續流二極管，所述功率開關管的源極電學連接所述采樣電阻，所述功率電感電學連接所述輸出電容；
[0019]所述母線電容電學連接所述續流二極管，所述供電電阻耦接在所述母線電容與供電電容之間，所述供電電容另一端接電路地；
[0020]所述抗干擾LED過壓保護模塊通過所述峰值電流比較器的輸入端耦接在所述功率開關管的源極與所述峰值電流采樣單元之間，通過所述驅動電路的輸出端電學連接至所述功率開關管的柵極；所述供電電容與所述抗干擾LED過壓保護模塊中的所述穩壓管并耳關;
[0021]其中，當所述峰值電流比較器上的電壓到達一基準電壓時，所述抗干擾LED過壓保護模塊關斷所述功率開關管；當所述退磁檢測單元檢測到所述功率電感電流下降至零時，所述抗干擾LED過壓保護模塊導通所述功率開關管。
[0022]優選地，所述功率開關管由一高壓開關管和一低壓開關管串聯組成，當所述功率開關管由所述高壓開關管和低壓開關管串聯組成時，所述退磁檢測單元耦接在所述高壓開關管和低壓開關管之間。
[0023]優選地，所述抗干擾LED過壓保護系統為降壓結構、升降壓結構或反激結構。
[0024]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:本發明通過控制上拉至穩壓管電壓的過壓保護設置電阻兩端的電壓，得到一準確的過壓保護設置電流，該過壓保護設置電流為最小退磁時間電容充電，在每個開關周期中得到一準確的最小退磁時間。當所述退磁檢測單元檢測到電路實際的退磁時間早于所述最小退磁時間時，判斷電路過壓。該過壓檢測方式的成本低，外圍電路簡單。同時，當電路實際應用中出現漏電流等問題時，最小退磁時間上升，過壓保護電壓升高，避免了過壓保護誤觸發的風險。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0026]圖1為現有的LED過壓保護電路的實現電路圖；
[0027]圖2為另一種現有的LED過壓保護的實現電路圖；
[0028]圖3為本發明所述的抗干擾LED過壓保護系統一實施方式的示意圖；
[0029]圖4為本發明所述的抗干擾LED過壓保護系統關鍵點的工作波形圖；
[0030]圖5為本發明所述的源級驅動的抗干擾LED過壓保護系統實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0032]本發明抗干擾過壓保護檢測控制模塊以及抗干擾過壓保護系統用在無輔助繞組的LED電源方案中。本發明通過分析現有的LED驅動電源過壓保護的實現電路發現，當采用輔助繞組檢測輸出電壓時，對輸出電壓的信息采樣較準確，過壓保護電壓也較精確，但是其電路復雜，需要輔助繞組、分壓電阻以及相應的控制芯片腳位。而相對簡單的，連接電路地的電阻設置最小退磁時間方式檢測則遇到過壓保護精度差，易受漏電干擾等問題。基于以上問題，本發明通過上拉至VCC的過壓保護設置方式以及相應電路，實現了簡單準確，而且抗干擾的LED過壓檢測功能。下面結合附圖對本發明提供的抗干擾LED過壓保護模塊以及抗干擾LED過壓保護系統做詳細說明。
[0033]參考圖3，本發明所述的抗干擾LED過壓保護系統一實施方式的示意圖，其為LED開關電源中常用的降壓型Buck結構。所述抗干擾LED過壓保護系統包括:一整流橋Z1、一功率電感LI 1、一續流二極管Dl 1、一輸出電容C3、一母線電容Cl 1、一供電電阻Rl、一供電電容C2、一功率開關管M1，一峰值電流采樣電阻RCS以及一抗干擾LED過壓保護模塊300。
[0034]在本實施方式中，所述峰值電流采樣單元采用峰值電流采樣電阻RCS以獲取功率開關管的源端電壓；在其它實施方式中，所述峰值電流采樣單元也可采用其它電壓采樣方式對功率開關管的源端電壓進行采樣。
[0035]整流橋的輸入端連接輸入交流電壓，整流橋的兩個輸出端耦接在母線電容Cll的兩端，功率電感LI 一端通過并聯輸出電容C3與負載LED耦接于母線電容Cll ;功率電感LI另一端通過續流二極管Dll耦接于母線電容CU。功率開關管Ml的漏極連接功率電感LI的一端以及續流二極管Dll的陽極，功率開關管Ml的源極通過峰值電流采樣電阻RCS接地。供電電阻Rl —端連接母線電容C11，供電電阻Rl另一端連接供電電容C2。
[0036]當所述功率開關管Ml導通時，功率電感LI上的電流流經功率開關管Ml并且線性上升，其斜率為(Vin-Vout)/L，其中，Vin為母線電容Cl上的電壓，Vout為輸出電容C3上的電壓，L為功率電感LI的電感量。當所述功率開關管Ml關斷時，功率電感LI上的電流流經續流二極管Dl并且線性下降，其斜率為Vout/L。
[0037]所述抗干擾LED過壓保護模塊300包括:一穩壓管ZD1、一過壓保護設置電阻R0VP、一運算放大器301、一信號MOS管M2、一最小退磁時間電容C4、一邏輯開關S1、一最小退磁時間比較器302、一退磁檢測單元304、一過壓保護單元303、一 RS觸發器305、一驅動電路306以及一峰值電流比較器307。其中，除過壓保護設置電阻ROVP之外，所述抗干擾LED過壓保護模塊300上的各組件可以集成在一塊控制芯片上實現。
[0038]所述峰值電流比較器307的一個輸入端耦接在功率開關管Ml的源極與采樣電阻RCS之間，另一個輸入端連接基準電壓REF1，當所述功率開關管Ml的源級電流上升至使峰值電流采樣電阻RCS上的電壓和基準電壓REFl相等時，所述峰值電流比較器輸出信號，表示電感電流達到設定的峰值。
[0039]所述峰值電流比較器307的輸出端電學連接至所述RS觸發器305 ;當所述峰值電流比較器307的輸出信號上跳變時，RS觸發器305復位。所述RS觸發器305的輸出端連接至驅動電路306，所述驅動電路306的輸出端連接至功率開關管Ml的柵極，當所述RS觸發器305復位時，所述功率開關管Ml關斷。所述退磁檢測單元304的輸入端連接功率開關管Ml的柵極，所述退磁檢測單元的輸出端連接至所述RS觸發器305的另一個輸入端，當所述退磁檢測單元304檢測到功率電感LI的電流下降至零時，RS觸發器305置位，所述功率開關管Ml導通。
[0040]所述穩壓管ZDl耦接至供電電阻Rl和供電電容Cl之間，所述供電電容Cl上的電壓為VCC電壓，為過壓保護電路以及邏輯驅動電路供電。所述過壓保護設置電阻ROVP連接所述穩壓管ZDl及所述信號MOS管M2的源級，該信號MOS管M2的源級電壓記為V0VP。所述運算放大器301的一個輸入端連接一與穩壓管ZDl電壓VCC成正比并且小于VCC的固定電壓VCC/N，例如VCC/2，另一個輸入端連接所述過壓保護設置電阻RV0P，所述運算放大器301的輸出端連接所述信號MOS管M2的柵極，所述運算放大器301工作在閉環狀態，即運算放大器301的兩個輸入端電壓相等，VOVP = VCC/No則所述過壓保護設置電阻ROVP上的電流為 1VP = (VCC-VOVP) /ROVP = VCC* (1-1/N)/ROVP。該電流只與 VCC 電壓以及 ROVP 電阻有關。
[0041]所述信號MOS管M2的漏極耦接至所述最小退磁時間電容C4、邏輯開關SI以及最小退磁時間比較器302，所述最小退磁時間比較器302的輸出端連接所述過壓保護單元303，1VP流經信號MOS管M2，并且流入最小退磁時間電容C4，在實際實施例中，流入最小退磁時間電容C4的電流可以為IVOP的鏡像，即正比于IV0P。邏輯開關SI受到所述RS觸發器305的控制，當所述功率開關Ml關閉時，所述邏輯開關SI也關閉，同時最小退磁時間電容C4上的電壓開始上升，當最小退磁時間電容C4上的電壓上升至一固定電壓REF2時，所述最小退磁時間比較器302輸出信號給所述過壓保護單元303。
[0042]所述退磁檢測單元304的輸出端也連接至所述過壓保護單元303。在每個工作周期中功率開關Ml關閉之后，所述過壓保護單元303比較所述退磁檢測單元304的輸出信號以及所述最小退磁時間比較器302的輸出信號的先后順序。當所述退磁檢測單元304的輸出信號早于所述最小退磁時間比較器302的輸出信號時，觸發開路保護邏輯。
[0043]參考圖4，本發明所述抗干擾LED過壓保護系統的工作原理示意圖。其中，功率電感LI工作在臨界連續模式，當功率開關管Ml導通時，功率電感LI電流上升，當功率開關管Ml關斷時，功率電感LI電流下降，當功率電感LI電流下降至零時，退磁檢測單元304輸出信號，使功率開關管Ml再次開啟，完成一個工作周期。圖4中電路工作在開路狀態，由于沒有負載LED消耗能量，所以LED驅動器輸出電壓逐漸上升。當功率開關管Ml導通時，邏輯開關SI也導通，最小退磁時間電容C4電壓保持為零，當功率開關管Ml關閉后，邏輯開關SI也關閉，最小退磁時間電容C4電壓開始線性上升，其上升的斜率取決于VCC電壓以及ROVP電阻，當最小退磁時間電容C4電壓上升至REF2時，最小退磁時間比較器302輸出信號給所述過壓保護單元303。如果在退磁檢測單元304輸出信號時，仍然沒有最小退磁時間比較器302的輸出信號出現，則系統判斷輸出電壓過壓，觸發保護邏輯。
[0044]參考圖5，本發明所述抗干擾LED過壓保護系統的另一種實施例，該實施例采用源級驅動方式，圖3中的功率開關管Ml被圖5中的尚壓功率開關管MlH和低壓功率開關管MlL串聯取代，同時，退磁檢測單元304的輸入信號由圖3中的功率開關Ml的柵極改為耦接于圖5中的高壓功率開關MlH和低壓功率開關MlL的中點。圖5所示的源級驅動的抗干擾LED過壓保護系統實施方式和圖3所示的門極驅動的抗干擾LED過壓保護系統實施方式原理類似，在此不再贅述。
[0045]本發明所述抗干擾LED過壓保護系統在實際應用中，當LED驅動器電路板上使用助焊劑或者在高溫高濕環境時，高壓元器件向OVP電位可能出現漏電流，該漏電流增加了所述信號MOS管M2上的電流，從而使最小退磁時間電容C4上的充電電流增大，繼而使得最小退磁時間縮短，使LED驅動器的輸出過壓保護電壓上升。避免了現有技術中漏電使輸出過壓保護電壓下降而誤觸發過壓保護的現象和風險。
[0046]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明同時也可以應用于反激結構，升壓結構或者升降壓結構中。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
[0047]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【主權項】
1.一種抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，包括一穩壓管、一過壓保護設置電阻、一運算放大器、一信號MOS管、一最小退磁時間電容、一邏輯開關、一最小退磁時間比較器、一退磁檢測單元、一過壓保護單元、一 RS觸發器、一驅動電路以及一峰值電流比較器； 所述穩壓管連接所述過壓保護設置電阻，所述過壓保護設置電阻連接所述運算放大器的一個輸入端，并且與所述信號MOS管的源級連接，所述運算放大器的輸出端連接所述信號MOS管柵極，所述信號MOS管的漏極連接所述最小退磁時間電容，并且與所述邏輯開關連接，所述最小退磁時間電容同時連接所述最小退磁時間比較器的一個輸入端，所述最小退磁時間比較器的輸出端連接所述過壓保護單元； 所述退磁檢測單元連接所述過壓保護單元，并且與RS觸發器的一個輸入端連接，所述峰值電流比較器的輸出端連接所述RS觸發器的另一個輸入端，所述RS觸發器的一個輸出端連接所述驅動電路，并且與所述邏輯開關的控制級連接； 其中，所述過壓保護設置電阻、所述最小退磁時間電容以及所述最小退磁時間比較器設定一最小退磁時間，當所述退磁檢測單元檢測到的電路退磁時間小于所述最小退磁時間時，所述過壓保護單元檢測到輸出電壓過壓。2.根據權利要求1所述的抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，所述運算放大器的另一個輸入端連接一固定電壓，該固定電壓和所述穩壓管電壓成比例。3.根據權利要求2所述的抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，所述運算放大器控制所述信號MOS管的源級電壓等于所述固定電壓。4.根據權利要求1所述的抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，所述最小退磁時間電容的充電電流等于或者正比于所述過壓保護設置電阻上的電流。5.根據權利要求1所述的抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，所述最小退磁時間比較器的另一個輸入端連接一基準電壓，該基準電壓固定不變。6.根據權利要求1所述的抗干擾LED過壓保護模塊，其特征在于，所述過壓保護單元比較所述最小退磁時間比較器輸出信號及退磁檢測單元輸出信號的先后順序，并依此判斷LED驅動器是否處于正常工作狀態或者輸出過壓狀態。7.一種抗干擾LED過壓保護系統，其特征在于，包括一功率電感、一續流二極管、一輸出電容、一母線電容、一供電電阻、一供電電容、一功率開關管、一采樣電阻、權利要求1所述的抗干擾LED過壓保護模塊； 所述功率開關管的漏極分別電學連接所述功率電感以及所述續流二極管，所述功率開關管的源極電學連接所述采樣電阻，所述功率電感電學連接所述輸出電容； 所述母線電容電學連接所述續流二極管，所述供電電阻耦接在所述母線電容與供電電容之間，所述供電電容另一端接電路地； 所述抗干擾LED過壓保護模塊通過所述峰值電流比較器的輸入端耦接在所述功率開關管的源極與所述峰值電流采樣單元之間，通過所述驅動電路的輸出端電學連接至所述功率開關管的柵極；所述供電電容與所述抗干擾LED過壓保護模塊中的所述穩壓管并聯； 其中，當所述峰值電流比較器上的電壓到達一基準電壓時，所述抗干擾LED過壓保護模塊關斷所述功率開關管；當所述退磁檢測單元檢測到所述功率電感電流下降至零時，所述抗干擾LED過壓保護模塊導通所述功率開關管。8.根據權利要求7所述的抗干擾LED過壓保護系統，其特征在于，所述功率開關管由一高壓開關管和一低壓開關管串聯組成，當所述功率開關管由所述高壓開關管和低壓開關管串聯組成時，所述退磁檢測單元耦接在所述高壓開關管和低壓開關管之間。9.根據權利要求7所述的抗干擾LED過壓保護系統，其特征在于，所述抗干擾LED過壓保護系統為降壓結構、升降壓結構或反激結構。
【文檔編號】H05B37/02GK105992435SQ201510076494
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】李君
【申請人】上海含英微電子有限公司