CN114899802A - 一种应用过压保护电路的led驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用过压保护电路的LED驱动电源，包括：整流桥、输入电容、整流二极管、电感、输出电容、假负载、输出LED负载、电流采样电阻、OVP设置电阻、功率管以及控制芯片；所述主控芯片包括误差放大器、补偿电容、第一比较器、关断逻辑模块、第一控制逻辑模块、驱动电路、退磁检测电路以及过压保护电路。本发明省掉了现有技术中的辅助绕组及与其连接的取样电路，同时也省掉了现有技术中对CS脚的采样电路。在调光LED电源系统应用中，其电感峰值电流变化时，能够检测到输出电压是否过压，及时关断系统的开关动作，实现过压保护的目的。

Description

一种应用过压保护电路的LED驱动电源

技术领域

本发明涉及LED驱动电源技术领域，特别是涉及一种应用过压保护电路的LED驱动电源。

背景技术

LED照明具有亮度高、效率高、寿命长等优势而取得了长足发展。LED驱动电源拓扑种类也很多，其中非隔离Buck型拓扑因其结构简单，成本低，效率高而被广泛应用。LED驱动电源的输出如果开路或者过压时，LED驱动芯片必须触发输出过压保护以控制输出电压进一步上升，避免损坏输出电容及后端的其他连接设备。目前常见的过压保护方式有以下几种：

第一种如图1所示，通过对辅助绕组进行采样来监测输出电压，采样信号与内部基准电压比较，当采样电压大于基准电压时认为输出过压，关断开关动作，实现保护功能。此方法的缺点是外围元器件多，成本高且功耗大。

第二种如图2所示，利用电感的伏秒平衡原则，通过设置一个固定的基准时间，与系统的退磁时间进行比较从而监测输出电压，实现保护功能。此方法的缺点是当电感峰值电流变化时，比如在调光系统中无法应用。

第三种如图3所示，通过对CS引脚的峰值电压采样，设置一个跟随CS峰值电压的基准时间与系统的退磁时间进行比较监测输出电压，实现保护功能。此方法的缺点是电路复杂且采样精度要求高，不利于降低成本并且保护电压一致性也不高

发明内容

本发明的目的是提供一种应用过压保护电路的LED驱动电源，该保护电路适用于电感电流峰值变化的调光LED驱动电源的系统中，能够实现低成本，高一致性，连续可调整，高可靠性的目标。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种应用过压保护电路的LED驱动电源，包括：整流桥、输入电容、整流二极管、电感、输出电容、假负载、输出LED负载、电流采样电阻、OVP设置电阻、功率管以及控制芯片；

所述整流桥的一端分别与所述输入电容的一端、所述整流二极管的负极、所述输出电容的一端、所述假负载的一端以及所述输出LED负载的一端连接，所述整流桥的另一端分别与所述输入电容的另一端、所述OVP设置电阻的另一端、所述电流采样电阻的另一端以及地连接；所述整流二极管的正极分别与所述功率管的漏极以及所述电感的一端连接，所述功率管的栅极与所述主控芯片的输出端连接，所述主控芯片的输入端与所述OVP设置电阻的一端连接，所述功率管的源极与所述电流采样电阻的一端连接；所述电感的另一端分别与所述输出电容的另一端、所述假负载的另一端以及所述输出LED负载的另一端连接；

所述主控芯片包括误差放大器、补偿电容、第一比较器、关断逻辑模块、第一控制逻辑模块、驱动电路、退磁检测电路以及过压保护电路；

所述误差放大器输出端分别与所述补偿电容的一端、所述第一比较器的反相输入端以及所述过压保护电路的输入端连接，所述误差放大器的正相输入端的输入为基准电压信号，所述误差放大器的反相输入端的输入为输出电流信号，所述补偿电容的另一端接地；所述第一比较器的正相输入端与所述电流采样电阻的一端连接，所述第一比较器的输出端与所述关断逻辑模块的第二输入端连接，所述关断逻辑模块的第一输入端与所述过压保护电路的输出端连接，所述关断逻辑模块的输出端分别与所述第一控制逻辑模块的第一输入端以及所述过压保护电路的输入端连接；所述关断逻辑模块的第二输入端与所述退磁检测电路的输出端连接，所述关断逻辑模块的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端分别与所述功率管的栅极以及所述退磁检测电路的输入端连接；所述退磁检测电路的输出端还与所述过压保护电路的输入端连接。

可选地，所述过压保护电路包括：第二比较器、定时电容、开关、电压电流转换电路、第二控制逻辑模块、第三控制逻辑模块以及OVP控制逻辑模块；

所述电压电流转换电路的输入端与所述OVP设置电阻的一端连接，所述电压电流转换电路的输出端分别与所述开关的一端以及所述定时电容的一端连接，所述开关的另一端以及所述定时电容的另一端均接地；所述第二比较器的正相输入端与所述定时电容的一端连接，所述第二比较器的反相输入端与所述误差放大器的输出端连接，所述第二比较器的输出端与所述OVP控制逻辑模块的第二输入端连接，所述第二比较器的输出信号控制所述电压电流转换电路的输出电流；所述OVP控制逻辑模块的第一输入端与所述第二控制逻辑模块的输出端连接，所述OVP控制逻辑模块的第三输入端与所述第三控制逻辑模块的输出端连接，所述OVP控制逻辑模块的输出端与所述关断逻辑模块的第一输入端连接；所述第二控制逻辑模块的输入为主控芯片的最大导通时间信号，所述第三控制逻辑模块的输入端与所述退磁检测电路的输出端连接。

可选地，所述关断逻辑模块为或门。

可选地，所述第一控制逻辑模块为RS触发器；所述第一控制逻辑模块的第一输入端为R端，所述第一控制逻辑模块的第二输入端为S端。

可选地，所述OVP控制逻辑模块为三输入与门。

可选地，所述第二控制逻辑模块和所述第三控制逻辑模块均为反相器。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明省掉了现有技术中的辅助绕组及与其连接的取样电路，同时也省掉了现有技术中对CS脚的采样电路。在调光LED电源系统应用中，其电感峰值电流变化时，能够检测到输出电压是否过压，及时关断系统的开关动作，实现过压保护的目的。

本发明电路通过OVP设置电阻产生一个基准电流I0，定时电容与基准电流I0共同产生基准时间T0。通过比较T0和退磁检测电路输出的退磁时间Tdem的时长来判断输出电压是否过压。误差放大器的输出电压同时控制电感峰值电流和基准时间T0，故而本发明电路可以适用于电感峰值电流变化的LED驱动电源场合，无需电感电流峰值采样电路，即节省了成本也提高了保护电压的一致性。

附图说明

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

图1为现有通过辅助绕组监测输出电压的驱动电源结构示意图；

图2为现有的不适用于电感电流峰值变化的驱动电源结构示意图；

图3为现有对电感电流峰值采样的驱动电源结构示意图；

图4为本发明提供的用过压保护电路的LED驱动电源的电路结构示意图；

图5为本发明提供的过压保护电路的示意图；

图6为本发明提供的过压保护电路的工作原理图；

图7为本发明提供的过压保护电路的另一工作原理图；

图8为本发明在输入电压降低时屏蔽过压保护功能的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种应用过压保护电路的LED驱动电源，该保护电路适用于电感电流峰值变化的调光LED驱动电源的系统中，能够实现低成本，高一致性，连续可调整，高可靠性的目标。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图4所示，本发明提供的应用过压保护电路的LED驱动电源，包括：由二极管D1-D4构成的整流桥、输入电容C1、整流二极管D5、电感Lm、输出电容Cout、假负载Rout、输出LED负载Dload、电流采样电阻Rcs、OVP设置电阻R3、功率管Q1以及控制芯片100。

整流桥的一端分别与输入电容C1的一端、整流二极管D5的负极、输出电容Cout的一端、假负载Rout的一端以及输出LED负载Dload的一端连接，整流桥的另一端分别与输入电容C1的另一端、OVP设置电阻R3的另一端、电流采样电阻Rcs的另一端以及地连接；整流二极管D5的正极分别与功率管Q1的漏极以及电感Lm的一端连接，功率管Q1的栅极与主控芯片100的输出端连接，主控芯片100的输入端与OVP设置电阻R3的一端连接，功率管Q1的源极与电流采样电阻Rcs的一端连接；电感Lm的另一端分别与输出电容Cout的另一端、假负载Dload的另一端以及输出LED负载Dload的另一端连接。

主控芯片100包括误差放大器101、补偿电容102、第一比较器103、关断逻辑模块104、第一控制逻辑模块105、驱动电路106、退磁检测电路107以及过压保护电路108。

误差放大器101输出端分别与补偿电容102的一端、第一比较器103的反相输入端以及过压保护电路108的输入端连接，误差放大器101的正相输入端的输入为基准电压信号Vref，误差放大器101的反相输入端的输入为输出电流信号Ioutsp，补偿电容102的另一端接地；第一比较器103的正相输入端与电流采样电阻的一端连接，输入为电流采样信号CS，第一比较器103的输出端与关断逻辑模块104的第二输入端连接，关断逻辑模块104的第一输入端与过压保护电路108的输出端连接，关断逻辑模块104的输出端与第一控制逻辑模块105的第一输入端连接；关断逻辑模块104的输出信号Tonmax信号也接到压保护电路108的输入端。关断逻辑模块104的第二输入端与退磁检测电路107的输出端连接，关断逻辑模块104的输出端与驱动电路106的输入端连接，驱动电路106的输出端分别与功率管的栅极以及退磁检测电路107的输入端连接；退磁检测电路107的输出端还与过压保护电路108的输入端连接。

如图5所示，过压保护电路包括：第二比较器comp1、定时电容C0、开关K1、电压电流转换电路109、第二控制逻辑模块112、第三控制逻辑模块113以及OVP控制逻辑模块111；

电压电流转换电路109的输入端与OVP设置电阻的一端连接，电压电流转换电路的输出端分别与开关K1的一端以及定时电容C0的一端连接，开关K1的另一端以及定时电容C0的另一端均接地；第二比较器comp1的正相输入端与定时电容C0的一端连接，第二比较器comp1的反相输入端与误差放大器的输出端连接，第二比较器comp1的输出端与OVP控制逻辑模块111的第二输入端连接，第二比较器comp1的输出信号控制电压电流转换电路109的输出电流；OVP控制逻辑模块111的第一输入端与第二控制逻辑模块112的输出端连接，OVP控制逻辑模块111的第三输入端与第三控制逻辑模块113的输出端连接，OVP控制逻辑模块111的输出端与关断逻辑模块的第一输入端连接；第二控制逻辑模块112的输入为主控芯片100的最大导通时间信号，第三控制逻辑模块113的输入端与退磁检测电路的输出端连接。

电压电流转换电路109输出一个随OVP设置电阻R3变化的电流为定时电流I0，I0被第二比较器comp1的输出信号110控制，且流入定时电容C0的上极板。开关K1受主控芯片100的导通信号TON控制。当TON为高逻辑时，开关K1闭合；当TON为低逻辑时，开关K1断开。

本实施例中，关断逻辑模块为或门；第一控制逻辑模块为RS触发器，第一控制逻辑模块的第一输入端为R端，第一控制逻辑模块的第二输入端为S端；OVP控制逻辑模块为三输入与门；第二控制逻辑模块和第三控制逻辑模块均为反相器。

本发明电路的基本原理是通过内部误差放大器101的输出电压来设定一个基准时间T0，通过T0时间和退磁时间Tdem进行比较，来实现电感Lm不同峰值电流下的输出过压保护功能。主控芯片100内部通过闭环控制，误差放大器101的输出电压ea_out设置为电感电流采样端CS的阈值电压，所以电感Lm峰值电流Ipk被ea_out调制。根据伏秒平衡原则可知：

其中Vcs为电流检测引脚电压，Ipk为电感的峰值电流，Vout为输出电压，Lm为电感量，Tdem为电感的退磁时间，指电感从峰值电流下降到0所经过的时间。ea_out为误差放大器101的输出电压即电感电流采样端CS的阈值电压，电流采样电阻Rcs为电感电流采样端CS引脚到地的电流采样电阻。

主控芯片100内部设置基准时间T0，其公式如下：

I0为OVP设置电阻R3通过电压电流转换电路109产生的基准充电电流，C0为定时电容。

结合(1)式与(2)式有如下表达式：

根据(3)式可知，比较T0和Tdem的时长就可以判断输出电压是否过压。在系统正常工作时，T0的时长要小于Tdem。当输出电压逐渐升高时，根据公式(3)可知，Tdem时长逐渐减小，但T0的时长不会变化，当Tdem时长小于T0时，此时判断输出电压过压，输出响应信号ovp，主控芯片100关断开关工作。

需要说明的是，当输入电压降低时，由于电感Lm两端压差减小导致电感电流斜率减小，导通时间变长，系统此时工作在主控芯片100设置的最大导通时间Tonmax状态，本发明会屏蔽掉过压保护电路108，避免误判断发生。

本发明过压保护电路108通过闭环控制，ea_out电压与系统的恒流基准电压相关，且ea_out对T0和Tdem的影响是一样的。如式(3)所示C0为固定电容，而I0通过OVP设置电阻R3进行设置。所以最终得到的输出电压只与OVP设置电阻R3、电感Lm、电流采样电阻Rcs有关。

如图6所示，当功率管Q1开始导通时，此时TON为高逻辑。电感Lm的电流线性上升。直到达到ea_out电压后关断Q1。由于补偿电容102的存在，ea_out信号被保持住。在Q1关断时，电感Lm电流开始线性下降，电感Lm电流从峰值下降到0的时间为退磁时间Tdem。同时定时电容C0被I0充电，定时电容C0的电压波形为ramp1，当ramp1达到ea_out电压时，关断I0电流。ramp1从0上升到ea_out所用的时间为T0。此时间与退磁时间Tdem比较。当T0时间小于Tdem时间时，ovp输出信号始终为低逻辑，系统为正常工作状态；当T0时间大于Tdem时间时，ovp输出信号为高逻辑，则通过控制逻辑105关断下个周期的TON信号，关断Q1，发生输出过压保护。

如图7所示，需要说明的是，当误差放大器101的负相输入电压变化时(比如进行调光)，此时ea_out电压下降，则CS的峰值电压跟随下降，同时T0也跟随下降。根据公式(1)、(2)和(3)可以判断，此时OVP电压不会发生改变。

如图8所示，当输入电压下降时，此时ea_out保持为一个固定值，但由于最大导通时间限制，导致CS的峰值电压减小，则退磁时间也跟着减小。本发明电路利用最大导通时间信号Tonmax屏蔽第二比较器comp1的输出信号110。当主控芯片100工作在最大导通时间状态时，Tonmax信号在TON关断后翻转为高逻辑，则ovp被锁定在低逻辑，避免误触发。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (6)

1.一种应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，包括：整流桥、输入电容、整流二极管、电感、输出电容、假负载、输出LED负载、电流采样电阻、OVP设置电阻、功率管以及控制芯片；

所述整流桥的一端分别与所述输入电容的一端、所述整流二极管的负极、所述输出电容的一端、所述假负载的一端以及所述输出LED负载的一端连接，所述整流桥的另一端分别与所述输入电容的另一端、所述OVP设置电阻的另一端、所述电流采样电阻的另一端以及地连接；所述整流二极管的正极分别与所述功率管的漏极以及所述电感的一端连接，所述功率管的栅极与所述主控芯片的输出端连接，所述主控芯片的输入端与所述OVP设置电阻的一端连接，所述功率管的源极与所述电流采样电阻的一端连接；所述电感的另一端分别与所述输出电容的另一端、所述假负载的另一端以及所述输出LED负载的另一端连接；

所述主控芯片包括误差放大器、补偿电容、第一比较器、关断逻辑模块、第一控制逻辑模块、驱动电路、退磁检测电路以及过压保护电路；

所述误差放大器输出端分别与所述补偿电容的一端、所述第一比较器的反相输入端以及所述过压保护电路的输入端连接，所述误差放大器的正相输入端的输入为基准电压信号，所述误差放大器的反相输入端的输入为输出电流信号，所述补偿电容的另一端接地；所述第一比较器的正相输入端与所述电流采样电阻的一端连接，所述第一比较器的输出端与所述关断逻辑模块的第二输入端连接，所述关断逻辑模块的第一输入端与所述过压保护电路的输出端连接，所述关断逻辑模块的输出端分别与所述第一控制逻辑模块的第一输入端以及所述过压保护电路的输入端连接；所述关断逻辑模块的第二输入端与所述退磁检测电路的输出端连接，所述关断逻辑模块的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端分别与所述功率管的栅极以及所述退磁检测电路的输入端连接；所述退磁检测电路的输出端还与所述过压保护电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，所述过压保护电路包括：第二比较器、定时电容、开关、电压电流转换电路、第二控制逻辑模块、第三控制逻辑模块以及OVP控制逻辑模块；

所述电压电流转换电路的输入端与所述OVP设置电阻的一端连接，所述电压电流转换电路的输出端分别与所述开关的一端以及所述定时电容的一端连接，所述开关的另一端以及所述定时电容的另一端均接地；所述第二比较器的正相输入端与所述定时电容的一端连接，所述第二比较器的反相输入端与所述误差放大器的输出端连接，所述第二比较器的输出端与所述OVP控制逻辑模块的第二输入端连接，所述第二比较器的输出信号控制所述电压电流转换电路的输出电流；所述OVP控制逻辑模块的第一输入端与所述第二控制逻辑模块的输出端连接，所述OVP控制逻辑模块的第三输入端与所述第三控制逻辑模块的输出端连接，所述OVP控制逻辑模块的输出端与所述关断逻辑模块的第一输入端连接；所述第二控制逻辑模块的输入为主控芯片的最大导通时间信号，所述第三控制逻辑模块的输入端与所述退磁检测电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，所述关断逻辑模块为或门。

4.根据权利要求1所述的应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，所述第一控制逻辑模块为RS触发器；所述第一控制逻辑模块的第一输入端为R端，所述第一控制逻辑模块的第二输入端为S端。

5.根据权利要求2所述的应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，所述OVP控制逻辑模块为三输入与门。

6.根据权利要求1所述的应用过压保护电路的LED驱动电源，其特征在于，所述第二控制逻辑模块和所述第三控制逻辑模块均为反相器。

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