LED驱动过压保护电路的制作方法

本实用新型涉及过压保护电路领域，特别涉及在潮湿环境下的过压保护电路的应用领域，具体是指一种抗潮湿LED驱动过压保护电路。

背景技术：

随着LED照明的普及，LED灯在各种场合下得到了广泛应用。为了保证应用的安全性和可靠性，目前市场上主流的恒流LED驱动芯片内部都集成了多重保护功能。当LED灯珠损坏导致输出开路时，输出电压会不断升高至线缆电压，会造成触电等危险，而当输出电容耐压选择较低时，还可能发生电容爆炸等危害。通常LED驱动器会集成输出过压保护电路，防止输出电压过高的情况发生。而目前市场上的集成了过压保护功能的LED电路，当其应用于浴室、户外等潮湿环境中时，会误触发过压保护，造成LED灯不断闪烁，无法保证LED照明的正常使用。

如图1所示，是一种典型的LED驱动电路，当M1内部功率管开启时，电感L1充电电流逐渐增大，给输出提供电流，并对负载输出电容C3充电，当达到设定的峰值电流时，开关管标记关断，名称D1导通，负载输出电容C3放电，电感L1放电，忽略D1上的压降，L1两端电压近似等于输出电压。有公式(1)

其中Vout为输出电压，Ipeak为电感峰值电流，Tdem为电感消磁时间。由公式(1)可见，Tdem与Vout成反比关系。当LED输出开路，处于空载状态时，负载电容失去放电回路，如果没有保护，功率管仍然开启，对电容充电，使空载时，输出电压一直升高，直到到达输入电压，而输入电压通常为120～380V的高压，不仅容易造成危险，也对输出电容的耐压有更高的要求。输出过压保护电路的原理是，在开关管关断后，控制芯片M1内部产生一个预设的比较时间Tovp，对应外部输出过压保护阈值Vovp，将采样到的时间Tdem与Tovp比较，当Tdem小于Tovp时，说明输出电压Vout大于Vovp，芯片关闭功率管，停止对负载输出电容C3充电，并控制芯片重新启动。

如图2所示，一种典型的过压保护核心电路结构。功率管开启时，CTR为高电平，MN3开启，电容C1放电，C1上的电压为0V，比较器COMP1输出为低电平，经或非门NOR1，OUT输出低电平。当功率管关闭时，CTR跳变为低电平，MN3截止，运放AMP形成的单位增益负反馈，使OVP引脚电压与V1电压相等，通过外置采样电阻标记，形成电流，镜像后，对电容C1充电。在C1电压充电至VREF电压之前，比较器标记输出低电平，从而输出OUT输出高电平。当电容标记充电至VREF电压之后，比较器翻转，输出高电平，OUT输出低电平。通过这种方式，该电路在功率管标记关断后形成一个高脉冲。波形如图3所示。产生的脉冲宽度计算公式(2)为：

可见Tovp与Rovp成正比关系。

当OVP引脚存在灌电流时，电流Ib、Ic减小，电容充电时间变大，Tovp变大。

现有的过压保护电路的问题是：当驱动电路应用于潮湿环境中时，由于芯片漏端高压，受PCB板材影响，芯片容易出现从高压漏端到Rovp引脚的灌漏电电流，这在小尺寸封装芯片情况下更为严重。漏电电流经过Rovp电阻到地，使芯片内部产生的电流减小，电容充电时间变长，Tovp时间变长。由于过压保护阈值和Tovp成反比关系，从而过压保护阈值会降低，低于输出电压时，会误触发过压保护，造成芯片重启，LED灯熄灭，重启后点亮，如此往复，导致LED灯不断闪烁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够避免在潮湿应用环境下预设保护阈值电压下降、保证LED驱动在潮湿环境下得以正常使用的LED驱动过压保护电路。

为了实现上述的目的，本实用新型的过压保护电路具有如下构成：

该LED驱动过压保护电路，包括电压比较脉冲输出电路模块、延时升压控制电路模块和参考电压产生电路模块，所述的延时升压控制电路模块的升压控制端、所述的电压比较脉冲输出电路模块的输出控制端均与LED驱动芯片的CTR管脚相连接，所述的延时升压控制电路模块的输出端接于所述的电压比较脉冲输出电路模块的第一输入端，所述的参考电压产生电路模块的输入端与LED驱动芯片的OVP管脚相连接，且该参考电压产生电路模块的输出端接于所述的电压比较脉冲输出电路模块的第二输入端，所述的电压比较脉冲输出电路模块的输出端为所述的LED驱动过压保护电路的输出端；从而，当所述的OVP管脚注入漏电电流时，所述的参考电压产生电路模块的输出端的电压降低。

所述参考电压产生电路模块包括内置恒流源的外置采样电阻输出电路单元、恒流源电流变换电路单元，所述外置采样电阻输出电路单元用于输出端通过与所述的OVP管脚相连接，且通过一外置采样电阻接地。所述的外置采样电阻输出电路单元还被用于其输出端通过所述的恒流源电流变换电路单元接于所述的电压比较脉冲输出电路模块的第二输入端。

所述的内置恒流源的外置采样电阻输出电路单元包括第一恒流源、单位增益负反馈电路和第一NMOS管，所述的第一恒流源用于连接于电源VDD和所述的单位增益负反馈电路的同相输入端之间，且依次通过所述的OVP管脚、外置采样电阻接地，第一NMOS管连接于所述的恒流源电流变换电路单元与单位增益负反馈电路的反相输入端之间。

所述的单位增益负反馈电路包括集成运放、第一电阻、第三电阻和第四电阻，所述的集成运放的输出端用于连接于所述的第一NOMS管的栅极，且第一NMOS管、第三电阻、第一电阻依次用于串接于恒流源电流变换电路单元与地之间，所述的第四电阻用于其一端连接于第三电阻和第一电阻之间，另一端连接于集成运放的反相输入端。

所述的恒流源电流变换电路单元可以包括第二恒流源、第二电阻、依次级联连接于所述的外置采样电阻输出电路单元与电压比较脉冲输出电路模块的第一输入端之间的第一电流镜像电路和第二电流镜像电路，所述的第二恒流源接于所述的第一电流镜像电路的输出端和地之间，所述的第二电阻接于所述的第二电流镜像电路的输出端和地之间。

所述的第一电流镜像电路包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管，第一PMOS管和第二PMOS管用于依次串接于电源VDD与外置采样电阻输出电路单元的输出端之间，第三PMOS管和第四PMOS管用于依次串接于电源VDD与第二恒流源之间，第一PMOS管与第三PMOS管共栅极且用于共同接于第一PMOS管和第二PMOS管之间，第二PMOS管与第四PMOS管共栅极且用于共同接于第二PMOS管和外置采样电阻输出电路单元的输出端之间。

所述的第二电流镜像电路包括第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管和第八PMOS管，第五PMOS管和第六PMOS管用于依次串接于电源VDD与第二恒流源之间，第七PMOS管和第八PMOS管用于依次串接于电源VDD与第二电阻之间，第五PMOS管与第七PMOS管共栅极且用于共同接于第五PMOS管和第六PMOS管之间，第六PMOS管与第八PMOS管共栅极且用于共同接于第六PMOS管和第二恒流源之间。

所述的恒流源电流变换电路单元中的第一电流镜像电路和第二电流镜像电路可以组成低压共源共栅结构。

所述的恒流源电流变换电路单元中的第一电流镜像电路和/或第二电流镜像电路也可以为单层镜像电路。

所述的延时升压控制电路模块包括第三恒流源、电容、第二NMOS管，第三恒流源与电容用于依次串接于电源VDD与地之间，第二NMOS管的栅极用于连接于LED驱动芯片的CTR管脚，电容还用于跨接于第二NMOS管的源极和漏极之间；电压比较脉冲输出电路模块的第一输入端用于连接于第三恒流源与电容之间。

所述的电压比较脉冲输出电路模块可以包括电压比较器、与门和反相器，延时升压控制电路模块用于其输出端接入电压比较器的负端，参考电压产生电路模块用于其输出端接入电压比较器的正端，电压比较器用于其输出端接入与门的第一输入端，LED驱动芯片用于其CTR管脚通过反相器接入与门的第二输入端，与门的输出端为LED驱动过压保护电路的输出端。

所述的电压比较脉冲输出电路模块也可以包括电压比较器、或非门，延时升压控制电路模块的用于其输出端接入电压比较器的正端，参考电压产生电路模块用于其输出端接入电压比较器的负端，电压比较器用于其输出端接入或非门的第一输入端，LED驱动芯片用于其CTR管脚接入或非门的第二输入端，或非门的输出端为LED驱动过压保护电路的输出端。

采用了上述实用新型的过压保护电路，在潮湿环境中，OVP引脚存在灌电流，OVP引脚电压升高，流经MP7、MP9支路电流增大，MP13、MP14电路电流减小，比较电压VREF4降低，电容充电时间变短，Tovp时间减小。Tovp电压减小，过压保护电压升高。输出过压阈值高于输出电压，避免了潮湿环境下，LED灯闪烁的现象。

附图说明

图1为现有技术中的一种恒流LED驱动电路结构图。

图2为现有技术中的一种过压保护核心电路原理示意图。

图3为图2中的电路的关键节点波形示意图。

图4为本实用新型的LED驱动过压保护电路的第一种实施方式的电路原理示意图。

图5为本实用新型的LED驱动过压保护电路的第二种实施方式的电路原理示意图。

图6为本实用新型的LED驱动过压保护电路的第三种实施方式的电路原理示意图。

附图标记

电压比较脉冲输出电路模块 I

延时升压控制电路模块 II

参考电压产生电路模块 III

外置采样电阻输出电路单元 III.1

恒流源电流变换电路单元 III.2

ROVP 外置电阻

AMP2 集成运放

Iref1 第一恒流源

Iref2 第二恒流源

Iref3 第三恒流源

R1 第一电阻

R2 第二电阻

R3 第三电阻

R4 第四电阻

MN2 第一NMOS管

MN3 第二NMOS管

MP7 第一PMOS管

MP8 第二PMOS管

MP9 第三PMOS管

MP10 第四PMOS管

MP11 第七PMOS管

MP12 第八PMOS管

MP13 第五PMOS管

MP14 第六PMOS管

C0 电容

COMP2 电压比较器

AND1 与门

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。

在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图4所示，其为本实用新型的LED驱动过压保护电路的第一种实施方式的电路原理示意图，所述的过压保护电路包括：电压比较脉冲输出电路模块I、延时升压控制电路模块II和参考电压产生电路模块III。所述的延时升压控制电路模块II的升压控制端、所述的电压比较脉冲输出电路模块I的输出控制端均与LED驱动芯片的CTR管脚相连接，所述的延时升压控制电路模块II的输出端接于所述的电压比较脉冲输出电路模块I的第一输入端。所述的参考电压产生电路模块III的输入端与LED驱动芯片的OVP管脚相连接，且该参考电压产生电路模块III的输出端接于所述的电压比较脉冲输出电路模块I的第二输入端，所述的电压比较脉冲输出电路模块I的输出端为所述的LED驱动过压保护电路的输出端；从而，当所述的OVP管脚注入漏电电流时，所述的参考电压产生电路模块III的输出端的电压降低。

所述的参考电压产生电路模块III包括内置恒流源的外置采样电阻输出电路单元III.1、恒流源电流变换电路单元III.2，所述的外置采样电阻输出电路单元III.1的输入端与所述的OVP管脚相连接，且通过一外置采样电阻Rovp接地；所述的外置采样电阻输出电路单元III.1的输出端通过所述的恒流源电流变换电路单元III.2接于所述的电压比较脉冲输出电路模块I的第二输入端。

所述的内置恒流源的外置采样电阻输出电路单元III.1包括第一恒流源Iref1、单位增益负反馈电路和第一NMOS管MN2，所述的第一恒流源Iref1接于电源VDD和所述的单位增益负反馈电路的同相输入端之间，且该第一恒流源Iref1依次通过所述的OVP管脚、所述的外置采样电阻接地Rovp，所述的第一NMOS管MN2接于所述的恒流源电流变换电路单元与单位增益负反馈电路的反相输入端之间。

所述的单位增益负反馈电路包括集成运放AMP2、第一电阻R1、第三电阻R3和第四电阻R4，所述的集成运放AMP2的输出端接于所述的第一NOMS管MN2的栅极，且所述的第一NMOS管MN2、第三电阻R3、第一电阻R1依次串接于所述的恒流源电流变换电路单元与地之间，所述的第四电阻R4的一端接于所述的第三电阻R3和第一电阻R1之间，该第四电阻R4的另一端接于所述的集成运放AMP2的反相输入端。

作为本实用新型的第一种较佳实施方式，所述的恒流源电流变换电路单元III.2可以包括第二恒流源Iref2、第二电阻R2、依次级联连接于所述的外置采样电阻输出电路单元与电压比较脉冲输出电路模块的第一输入端之间的第一电流镜像电路和第二电流镜像电路，所述的第二恒流源Iref2接于所述的第一电流镜像电路的输出端和地之间，所述的第二电阻R2接于所述的第二电流镜像电路的输出端和地之间。

所述的第一电流镜像电路包括第一PMOS管MP7、第二PMOS管MP8、第三PMOS管MP9和第四PMOS管MP10，所述的第一PMOS管MP7和第二PMOS管MP8依次串接于电源VDD与所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间，所述的第三PMOS管MP9和第四PMOS管MP10依次串接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第一PMOS管MP7与第三PMOS管MP9共栅极且共同接于所述的第一PMOS管MP7和第二PMOS管MP8之间，所述的第二PMOS管MP8与第四PMOS管MP10共栅极且共同接于所述的第二PMOS管MP8和所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间。

所述的第二电流镜像电路包括第五PMOS管MP13、第六PMOS管MP14、第七PMOS管MP11和第八PMOS管MP12，所述的第五PMOS管MP13和第六PMOS管MP14依次串接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第七PMOS管MP11和第八PMOS管MP12依次串接于电源VDD与所述的第二电阻R2之间，所述的第五PMOS管MP13与第七PMOS管MP11共栅极且共同接于所述的第五PMOS管MP13和第六PMOS管MP14之间，所述的第六PMOS管MP14与第八PMOS管MP12共栅极且共同接于所述的第六PMOS管MP14和所述的第二恒流源Iref2之间。

再请参阅图5所示，作为本实用新型的第二种实施方式，当电源电压低时，所述的恒流源电流变换电路单元III.2中的第一电流镜像电路和第二电流镜像电路可以组成低压共源共栅结构。

其中，所述的第一电流镜像电路包括第一PMOS管MP7、第二PMOS管MP8、第三PMOS管MP9和第四PMOS管MP10，所述的第一PMOS管MP7和第二PMOS管MP8依次串接于电源VDD与所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间，所述的第三PMOS管MP9和第四PMOS管MP10依次串接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第一PMOS管MP7与第三PMOS管MP9共栅极且共同接于所述的第二PMOS管MP8和所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间，所述的第二PMOS管MP8与第四PMOS管MP10共栅极且共同接于电路内置的一偏置电压输出端Vb。

所述的第二电流镜像电路包括第五PMOS管MP13、第六PMOS管MP14、第七PMOS管MP11和第八PMOS管MP12，所述的第五PMOS管MP13和第六PMOS管MP14依次串接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第七PMOS管MP11和第八PMOS管MP12依次串接于电源VDD与所述的第二电阻R2之间，所述的第五PMOS管MP13与第七PMOS管MP11共栅极且共同接于所述的第六PMOS管MP14和所述的第二恒流源Iref2之间之间，所述的第六PMOS管MP14与第八PMOS管MP12共栅极且共同接于所述的偏置电压输出端Vb。

再请参阅图6所示，作为本实用新型的第三种实施方式，所述的恒流源电流变换电路单元III.2中的第一电流镜像电路和/或第二电流镜像电路也可以采用单层镜像电路。

当第一电流镜像电路采用单层镜像电路时，所述的第一电流镜像电路包括第一PMOS管MP7和第三PMOS管MP9，所述的第一PMOS管MP7接于电源VDD与所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间，所述的第三PMOS管MP9接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第一PMOS管MP7与第三PMOS管MP9共栅极且共同接于所述的第一PMOS管MP7和所述的外置采样电阻输出电路单元的输出端之间。

当第二电流镜像电路采用单层镜像电路时，所述的第二电流镜像电路包括第五PMOS管MP13和第七PMOS管MP11，所述的第五PMOS管MP13接于电源VDD与所述的第二恒流源Iref2之间，所述的第七PMOS管MP11接于电源VDD与所述的第二电阻R2之间，所述的第五PMOS管MP13与第七PMOS管MP11共栅极且共同接于所述的第五PMOS管MP13和所述的第二恒流源Iref2之间。

所述的延时升压控制电路模块II包括第三恒流源Iref3、电容、第二NMOS管MN3，所述的第三恒流源Iref3与电容C0依次串接于电源VDD与地之间，所述的第二NMOS管MN3的栅极接于所述的LED驱动芯片的CTR管脚，且所述的电容C0跨接于所述的第二NMOS管MN3的源极和漏极之间；所述的电压比较脉冲输出电路模块的第一输入端接于所述的第三恒流源Iref3与电容C0之间。

所述的电压比较脉冲输出电路模块I可以包括电压比较器COMP2、与门AND1和反相器，所述的延时升压控制电路模块的输出端接入所述的电压比较器的负端，所述的参考电压产生电路模块的输出端接入所述的电压比较器的正端，所述的电压比较器的输出端接入所述的与门的第一输入端，所述的LED驱动芯片的CTR管脚通过所述的反相器接入所述的与门的第二输入端，所述的与门的输出端为所述的LED驱动过压保护电路的输出端。

所述的电压比较脉冲输出电路模块I也可以包括电压比较器COMP2、或非门，所述的延时升压控制电路模块的输出端接入所述的电压比较器COMP2的正端，所述的参考电压产生电路模块的输出端接入所述的电压比较器COMP2的负端，所述的电压比较器COMP2的输出端接入所述的或非门的第一输入端，所述的LED驱动芯片的CTR管脚接入所述的或非门的第二输入端，所述的或非门的输出端为所述的LED驱动过压保护电路的输出端。

在实际使用当中，本实用新型的LED驱动过压保护电路的的具体工作过程具体如下：

(1)所述第一恒定电流源Iref1恒定输出一个恒定电流，通过改变所述外置采样电阻Rovp，产生不同大小的MP7电流；

(2)产生的不同大小的MP7电流经过所述第一电流镜像电路后，所述第二恒定电流源Iref2与其相减，再经过所述第二电流镜像电路镜，最终流过所述第二电阻R2，产生一个与所述外置采样电阻Rovp相关的恒定电压V1。

(3)当功率管导通时，所述LED驱动芯片的CTR为高电平，所述的延时升压控制电路模块的电容电压为0，所述的电压比较脉冲输出电路模块的输出控制端OUT输出为低电平。

(4)当功率管关断，所述LED驱动芯片的CTR信号变低，DRV的反相信号先到达所述电压比较脉冲输出电路模块与门AND1，此时，所述的延时升压控制电路模块的电容开始充电，在电容充电至V1之前，所述的电压比较脉冲输出电路模块的电压比较器始终输出高电平，与CTR反相信号相与，OUT由功率管关断时的低电平变为高电平。

(5)当所述的延时升压控制电路模块的电容充电至大于V1，所述电压比较器翻转，输出低电平，OUT信号由高变低。

(6)综上所述，所述的电压比较脉冲输出电路模块的输出控制端OUT在LED驱动芯片的CTR信号由高变低，即功率管关断后，产生一个高脉冲。其脉冲宽度等于电容从0V充电至V1所需的时间，该时间即为设定的最小消磁时间，当系统的消磁时间小于该时间时，芯片会进行重启。

计算OUT高脉冲时间宽度Tovp，得公式(3)：

通过公式(3)，可见所述时间宽度Tovp与所述外置采样电阻Rovp关系为：

Tovp＝A-B·Rovp……(4)

其中，

由以上公式(4)～(6)可以看出，潮湿环境中，OVP引脚存在灌电流，OVP引脚电压升高，流经MP7、MP9支路电流增大，MP13、MP14电路电流减小。比较电压VREF4降低，电容充电时间变短，Tovp时间减小。Tovp电压减小，过压保护电压升高。

在本实用新型所述的过压保护电路结构下，当OVP引脚存在灌电流时，输出过压阈值高于输出电压，避免了潮湿环境下，LED灯闪烁的现象。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。