專利名稱：過壓識別模塊、過壓保護電路以及led驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種過壓識別模塊。此外本實用新型還涉及一種具有該過壓識別模塊的過壓保護電路以及具有該過壓保護電路的LED驅動器。
背景技術：
在電流-電壓特征曲線與常規的二極管相似的高亮度LED中，當施加以較小的dV/ dt變化率的正向電壓時，會導致具有較大的di/dt變化率的正向電流。因此，保持LED電流恒定是控制LED的最好辦法。在具有降壓拓撲結構的恒流輸出LED驅動器中，其輸出電壓應該為所有串聯的LED的正向電壓之和。一旦作為負載的LED斷開連接，那么降壓或者升降壓LED驅動器的實際負載將轉變成與輸出端子并聯的電解電容。因此，該電解電容將被快速地充電至I. 414倍輸入電壓RMS值，這超過了電解電容的最大工作電壓并且會導致安全問題，例如導致電解電容發生爆炸。因此應該在LED驅動器中加入過壓保護電路以解決安全問題并且防止在LED負載和驅動器輸出之間接觸不良時受到大的浪涌電流的沖擊。如果修改降壓或者升降壓LED驅動器，以使MOSFET管可以由控制芯片直接驅動(如圖Ia和 b所示)，那么修改型的降壓或者升降壓LED驅動器的輸出電壓的負極相對于控制芯片的地是浮動接地。因此也就不能通過簡單的電阻分壓器來監測輸出電壓，以生成過壓保護信號。 同時，也需要考慮在過壓狀態時的輸入功率消耗以及過壓保護電路的成本。在現有技術中存在多種用于降壓電路輸出的過壓保護方案，其中之一是在降壓電感中加入輔助繞組。從圖I中可見，電容Cl的電壓與輸出電壓成正比。一旦輸出電壓上升并且達到確定的值，電容Cl的電壓就會到達MOSFET管的柵極的電壓閾值，從而促使MOSFET 管導通。控制芯片或者其他的控制電路可以利用該過壓信號。然而，這種輔助繞組會導致在電感中多出兩個引腳，這會影響PCB的布局和提高電感的制造難度和成本。此外，輔助繞組僅僅在主開關斷開時檢測輸出電壓，而在其接通時則喪失了電壓檢測功能。現有技術中的另外的解決方案是使用差分放大器來監控電阻分壓器網絡的兩個分壓點之間的電位差，如圖2所示。一旦LED負載斷開，那么輸出電壓將迅速上升并且打破電阻分壓器網絡的平衡。進而，差分放大器能夠檢測到電位差的變化，并且輸出高電平以驅動MOSFET管產生過壓保護信號。然而，在該電路中使用的差分放大器顯著地提高了 LED驅動器的材料成本。在非過壓保護狀態中，電阻分壓器網絡和差分放大器消耗一些能量，從而降低了驅動器的效率。另外一種簡單的解決方案是使用可控硅整流器和功率電阻，其在LED負載與驅動器輸出斷開時替代LED負載作為虛擬負載使用，如圖3所示。顯然，在LED負載斷開以及可控硅整流器接通時，功率電阻和可控硅整流器要承受較大的熱沖擊。
實用新型內容為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種過壓識別模塊。該過壓識別模塊結構簡單，不會影響PCB布局。此外根據本實用新型的過壓識別模塊在正常的電壓的情況下幾乎沒有任何的功率消耗，其對過壓的響應更加迅速，成本更加低廉。此外本實用新型還涉及一種具有上述類型的過壓識別模塊的過壓保護電路以及具有該過壓保護電路的LED驅動器。本實用新型的第一個目的通過一種過壓識別模塊實現，即過壓識別模塊包括電壓采集單元和信號輸出單元，其中，電壓采集單元包括在負載的正負極之間彼此串聯的至少一個第一齊納二極管和晶體管，其中晶體管的發射極連接至第一齊納二極管的正極，第一齊納二極管的負極連接至負載的正極，并且晶體管的集電極連接至信號輸出單元，晶體管的基極連接至負載的負極，信號輸出單元根據晶體管的輸出來產生作為過壓保護信號的第一電壓。在本發明中，“連接至”包括直接連接和間接連接兩種情況。在根據本實用新型的設計方案中，在正常條件下，輸出到齊納二級管兩端的電壓低于第一齊納二極管的齊納電壓，因此該齊納二極管可以被視為一個無窮大電阻或者僅僅只有幾個納安培的漏電流流過該齊納二極管。但是在負載斷開時，輸出電壓迅速上升，當輸出電壓超過齊納電壓時，齊納二極管被反向擊穿，從而使第一齊納二極管導通。可通過以下公式(a)和(b)來計算出晶體管的基極和集電極的電流(b) I。^ IbX ^，其中，I。為晶體管的集電極的電流；Ib為晶體管的基極的電流；R1 為第一電阻的阻值；Vled為輸出電壓(即負載電壓)；VA為晶體管的發射極和基極之間的壓差；vz為齊納電壓；P為晶體管的放大系數。從以上公式中可知，當輸出電壓上升時，晶體管的集電極的電流也隨之上升。由此可以通過輸出電壓確定晶體管的集電極的電流。信號輸出單元根據晶體管的集電極輸出的電流的來產生作為過壓保護信號的第一電壓。在本實用新型的設計方案中，在正常條件下， 過壓識別模塊幾乎不消耗任何功率，并且其結構簡單，不會影響PCB布局。根據本實用新型的一個優選的設計方案提出，第一齊納二極管的負極通過至少一個第一電阻與負載的正極連接。該第一電阻主要用于控制流向晶體管的基極的電流。當然，可選的是，取代將第一電阻連接在第一齊納二極管的負極和負載的正極之間的方式，晶體管的基極通過至少一個第一電阻與負載的負極連接。優選的是，信號輸出單元包括至少一個第二電阻和第一電容，其中，第一電容與第二電阻并聯連接在晶體管的集電極和地之間，并且在集電極和地之間輸出第一電壓。在本實用新型的設計方案中，當過壓識別模塊檢測到過壓時，來自晶體管的集電極的電流流過第二電阻，并由以下公式(C)得出流過第二電阻的電壓值(C)Vk2 = IeXR2，其中Vk2為流過第二電阻的電壓；1。為晶體管的集電極的電流；R2 為第二電阻的阻值。從以上公式獲知，當輸出電壓增大時，晶體管的集電極的電流也增大，
(V ... I/ r )y
因此結合公式(a)和(b)以及(C)可導出公式二卩^:從該公式中獲
知，流過第二電阻的電壓與輸出電壓近似于線性相關。因此，流過第二電阻的電壓可作為過壓保護信號并且用于控制脈寬調制芯片或者其他控制電路，以實現過壓保護。根據本實用新型的一個優選的設計方案提出，晶體管是PNP型三極管。在本實用新型的設計方案中，過壓識別模塊僅僅使用了六個器件就可獲得過壓保護信號，并且這些器件在正常條件下幾乎不會消耗功率，其結構簡單，不會影響PCB布局。本實用新型的另一目的通過一種過壓保護電路由此實現，即過壓保護電路具有上 述類型的過壓識別模塊以及連接至該過壓識別模塊的控制單元。控制單元接收來自過壓識 別模塊的過壓保護信號，以對負載進行過壓保護。優選的是，過壓識別模塊通過第一 MOSFET管連接至控制單元，其中，第一 MOSFET 管的漏極連接至控制單元的輸入端，第一 MOSFET管的柵極連接至晶體管的集電極和第二 電阻之間，并且第一 MOSFET管的源極接入地。在正常的條件下，因為輸出電壓低于齊納電 壓，因此集電極的電流非常小，流過第二電阻的第一電壓遠低于第一 MOSFET管的柵極閾 值，因此第一 MOSFET管截止。但是，在過壓狀態下，流過第二電阻的第一電壓高于第一 MOSFET管的柵極閾值，因此第一 MOSFET管導通，從而為控制單元輸送過壓保護信號。優選的是，控制單元是LM3444型脈寬調制控制器，當然也可以是其他類型的能夠 執行過壓保護的控制電路。進一步優選的是，第一 MOSFET管的漏極連接至作為控制單元的輸入端的參考電 壓管腳。在過壓狀態下，第一 MOSFET管的導通電阻呈現出低阻抗狀態。因此，在過壓狀態 下，參考電壓接近于零。如果控制單元的參考電壓接近于零，那么流過負載的電流也接近于 零，因此輸出電壓也就不會上升。更加優選的是，在負載的正負極之間連接有第二齊納二極管，其中，第二齊納二極 管的負極連接至負載的正極，第二齊納二極管的正極連接至負載的負極。在將第一 MOSFET 管的漏極連接至作為控制單元的輸入端的參考電壓管腳的情況下，在控制單元上每個周期 都會出現前沿消隱時間(LEB)。在負載的正負極之間連接的第二齊納二極管用于吸收在前 沿消隱時間期間的能量。本實用新型的另一個目的通過一種LED驅動器由此實現，該LED驅動器具有上述 類型的過壓保護模塊以及功率輸出模塊，功率輸出模塊向負載輸出功率。根據本實用新型 的LED驅動器可以設計成降壓型驅動器或者升降壓型驅動器。
附圖構成本說明書的一部分，用于幫助進一步理解本實用新型。這些附圖圖解了 本實用新型的實施例，并與說明書一起用來說明本實用新型的原理。在附圖中相同的部件 用相同的標號表不。圖中不出圖I是根據現有技術的過壓保護電路的電路圖；圖2是另一根據現有技術的過壓保護電路的電路圖；圖3是又一根據現有技術的過壓保護電路的電路圖；圖4是根據實用新型的過壓識別模塊的電壓采集單元的第一實施例的電路圖；圖5是根據實用新型的過壓識別模塊的電壓采集單元的第二實施例的電路圖；圖6是根據實用新型的過壓保護模塊的第一實施例的電路圖；圖7是根據實用新型的過壓保護模塊的第二實施例的電路圖；圖8是根據本實用新型的降壓型LED驅動器的第一實施例的示意圖；圖9是根據本實用新型的降壓型LED驅動器的第二實施例的示意圖；圖10是根據本實用新型的升降壓型LED驅動器的第一實施例的示意圖；[0032]圖11是根據本實用新型的升降壓型LED驅動器的第二實施例的示意圖。
具體實施方式
圖4示出了根據實用新型的過壓識別模塊的電壓采集單元的第一實施例的電路圖。從圖中可見，過壓識別模塊具有電壓采集單元2，該電壓采集單元2包括在負載4的正負極之間彼此串聯的第一齊納二極管Dl和設計成PNP型三極管的晶體管Q1，其中晶體管 Ql的發射極e連接至第一齊納二極管Dl的正極，第一齊納二極管Dl的負極通過第一電阻 Rl與負載4的正極連接，并且晶體管Ql的集電極c連接至信號輸出單元3 (參見圖6和圖 7)，晶體管Ql的基極b連接至負載4的負極。在實際的運行狀態下，當作為負載的LED斷開時，在負載的正負極之間的輸出電壓Vled迅速上升，當輸出電壓Vled超過齊納電壓Vz時， 第一齊納二極管Dl被反向擊穿，從而使第一齊納二極管Dl導通，并進而在晶體管Ql的集電極c上輸出一個與輸出電壓Vlejd近似線性相關的集電極電流I。。圖5示出了根據實用新型的過壓識別模塊的電壓采集單元的第二實施例的電路圖，其與圖4中示出的第一實施例的唯一區別在于，第晶體管Ql的基極b通過第一電阻Rl 與負載4的負極連接。圖6示出了根據實用新型的過壓保護模塊的第一實施例的電路圖，從圖中可見， 過壓保護模塊還具有信號輸出單元3，該信號輸出單元3包括一個第二電阻R2和第一電容 C2，其中，第一電容C2與第二電阻R2并聯連接在晶體管Ql的集電極c和地GND之間，來自集電極得電流I。流過第二電阻R2，從而在集電極c和地GND之間輸出第一電壓VK2。該第一電壓Vk2可作為過壓保護信號并且用于控制脈寬調制芯片或者其他控制電路，以實現過壓保護。圖7是根據實用新型的過壓保護模塊的第二實施例的電路圖，其余圖6中示出的第一實施例的區別僅僅在于電壓采集單元2，在第一實施例中，電壓采集單元2的第一電阻 Rl連接在第一齊納二極管Dl的負極和負載4的正極之間，而在第二實施例中，電壓采集單元2的第一電阻Rl連接在晶體管Ql的基極b和負載4的負極之間。圖8示出了根據本實用新型的降壓型LED驅動器的第一實施例的示意圖，在本實施例中，控制單元5是LM3444型脈寬調制控制器，并且過壓識別模塊I通過第一 MOSFET管 (Q2)的漏極連接至作為控制單元(5)的輸入端的參考電壓管腳，而第一 MOSFET管Q2的柵極連接至晶體管Ql的集電極c和第二電阻R2之間，并且第一 MOSFET管Q2的源極接入地 GND。在將第一 MOSFET管Q2的漏極連接至作為控制單元5的輸入端的參考電壓管腳的情況下，在控制單元5上每個周期都會出現前沿消隱時間LEB。因此，在負載的正負極之間還連接有一個第二齊納二極管D2，用于吸收在前沿消隱時間期間的能量。在圖8中示出的是降壓型LED驅動器，這種類型的驅動器電路的布局已經為本領域技術人員所熟知，因此再次不再進一步描述。圖9示出了根據本實用新型的降壓型LED驅動器的第二實施例的示意圖，其與圖 8示出的第一實施例的區別僅僅在于電壓采集單元2。在第一實施例中，電壓采集單元2的第一電阻Rl連接在第一齊納二極管Dl的負極和負載4的正極之間，而在第二實施例中，電壓采集單元2的第一電阻Rl連接在晶體管Ql的基極b和負載4的負極之間。圖10和11分別示出了根據本實用新型的升降壓型LED驅動器的第一和第二實施例的示意圖，該升降壓型LED驅動器同樣采用了圖8和圖9中示出的過壓保護電路。此外， 除了根據本實用新型的過壓保護電路之外，這種類型的驅動器電路的布局也已經為本領域技術人員所熟知，因此再次不再進一步描述。此外，圖10和11的區別也僅僅在于電壓采集單元2中的第一電阻Rl的連接位置。以上僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。參考標號[0042]I過壓識別模塊[0043]2電壓采集單元[0044]3信號輸出單兀[0045]4負載[0046]5控制單元[0047]Dl第一齊納二二極管[0048]D2第二齊納二二極管[0049]Ql晶體管[0050]e發射極[0051]b基極[0052]C集電極[0053]Rl第一電阻[0054]R2第二電阻[0055]C2第一電容[0056]Q2第一 MOSFET 管[0057]GND地[0058]Vr2第一電壓[0059]Ic晶體管的集電極的電流[0060]Ib晶體管的基極的電流[0061]Vled輸出電壓[0062]Veb晶體管的發射極和基極之間的壓差[0063]Vz齊納電壓[0064]B晶體管的放大系數
權利要求1.一種過壓識別模塊，其特征在于，所述過壓識別模塊(I)包括電壓采集單元(2)和信號輸出單元(3)，其中，所述電壓采集單元(2)包括在負載(4)的正負極之間彼此串聯的至少一個第一齊納二極管(Dl)和晶體管(Ql)，其中所述晶體管(Ql)的發射極(e)連接至所述第一齊納二極管(Dl)的正極，所述第一齊納二極管(Dl)的負極連接至所述負載(4)的正極，并且所述晶體管(Ql)的集電極(c)連接至所述信號輸出單元(3)，所述晶體管 (Ql)的基極(b)連接至所述負載(4)的負極，所述信號輸出單元(3)根據所述晶體管(Ql) 的輸出來產生作為過壓保護信號(OVP)的第一電壓(Vk2)。
2.根據權利要求I所述的過壓識別模塊，其特征在于，所述第一齊納二極管(Dl)的負極通過至少一個第一電阻(Rl)與所述負載(4)的正極連接。
3.根據權利要求I所述的過壓識別模塊，其特征在于，所述晶體管(Ql)的基極(b)通過至少一個第一電阻(Rl)與所述負載(4)的負極連接。
4.根據權利要求I所述的過壓識別模塊，其特征在于，所述信號輸出單元(3)包括至少一個第二電阻(R2)和第一電容(C2)，其中，所述第一電容(C2)與所述第二電阻(R2)并聯連接在所述晶體管(Ql)的集電極(c)和地(GND)之間，并且在所述集電極(c)和地(GND) 之間輸出所述第一電壓(Vk2)。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的過壓識別模塊，其特征在于，所述晶體管(Ql) 是PNP型晶體管。
6.一種過壓保護電路，其特征在于，所述過壓保護電路具有根據權利要求I至5中任一項所述的過壓識別模塊(I)以及連接至所述過壓識別模塊(I)的控制單元(5)。
7.根據權利要求6所述的過壓保護電路，其特征在于，所述過壓識別模塊(I)通過第一 MOSFET管(Q2)連接至所述控制單元(5)。
8.根據權利要求7所述的過壓保護電路，其特征在于，所述第一MOSFET管(Q2)的漏極連接至所述控制單元(5)的輸入端，所述第一 MOSFET管(Q2)的柵極連接至所述晶體管 (Ql)的集電極(c)和所述第二電阻(R2)之間，并且所述第一MOSFET管(Q2)的源極接入地 (GND)。
9.根據權利要求6至8中任一項所述的過壓保護電路，其特征在于，所述控制單元(5) 是LM3444型脈寬調制控制器。
10.根據權利要求9所述的過壓保護電路，其特征在于，所述第一MOSFET管(Q2)的漏極連接至作為所述控制單元(5)的所述輸入端的參考電壓管腳。
11.根據權利要求8所述的過壓保護電路，其特征在于，在所述負載(4)的正負極之間連接有第二齊納二極管(D2)，其中，所述第二齊納二極管(D2)的負極連接至所述負載(4) 的正極，所述第二齊納二極管(D2)的正極連接至所述負載(4)的負極。
12.—種LED驅動器，其特征在于，所述LED驅動器具有權利要求6至11中任一項所述的過壓保護模塊以及功率輸出模塊，所述功率輸出模塊向所述負載(4)輸出功率。
專利摘要本實用新型涉及一種過壓識別模塊(1)包括電壓采集單元(2)和信號輸出單元(3)，其中，電壓采集單元(2)包括在負載(4)的正負極之間彼此串聯的至少一個第一齊納二極管(D1)和晶體管(Q1)，其中晶體管(Q1)的發射極(e)連接至第一齊納二極管(D1)的正極，第一齊納二極管(D1)的負極連接至負載(4)的正極，并且晶體管(Q1)的集電極(c)連接至信號輸出單元(3)，晶體管(Q1)的基極(b)連接至負載(4)的負極，信號輸出單元(3)根據晶體管(Q1)的輸出來產生作為過壓保護信號(OVP)的第一電壓(VR2)。此外，本實用新型還涉及一種具有該過壓識別模塊(1)的過壓保護電路以及具有該過壓保護電路的LED驅動器。
文檔編號H05B37/02GK202353850SQ201120349199
公開日2012年7月25日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者楊旭生, 陳少屏, 陳玉立 申請人:歐司朗股份有限公司