一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法，负载驱动系统包括驱动模块和负载的，其中，驱动模块为恒流线性调整器，输出短路保护电路包括：钳压模块，分别与驱动模块和负载连接，用于在负载驱动系统发生输出短路时，将负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压；分压模块，分别与驱动模块和负载连接，用于在负载驱动系统发生输出短路时，对恒流线性调整器的负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压恒流线性调整器的负载驱动系统的第二子输入电压。本发明实现了对负载进行恒流驱动过程中若发生短路，恒流线性调整器内部的电子器件均会处于安全的工作范围内。
【专利说明】
一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于LED驱动应用技术领域，涉及一种电路和驱动系统及方法，特别是涉及一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现有的LED驱动应用中，经常会采用恒流线性调整器芯片对LED灯串进行恒流驱动。而由于芯片加工工艺的限制，线性调整器的内部集成功率管的耐压值有限。现有技术中会采用恒流线性调整器芯片，输入输出端连接一大电解电容。例如，总输入电压为80V，当输出LED负载的电压为75V时，LED灯串相对于电压输入端的压差平均值为80V-75V = 5V时，恒流线性调整器芯片就可以安全工作。
[0003]但是在一些特殊情况下，例如，在LED驱动电源生产测试过程中，当输入电压掉电后，大电解电容上存储80V的电压，此时因为人工操作原因造成LEDP对地短路，LEDP相对于电压输入端的压差直接为大电解电容上存储电压80V，此时会击穿恒流线性调整器芯片中电子器件并烧坏该电子器件。
[0004]因此，如何提供一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法，以解决现有技术中由于出现特殊情况而造成串接的LED灯对地短路，当发生短路时，LED灯串相对于电压输入端的压差直接为输入电压击穿并烧毁所述恒流线性调整器内部的电子器件等种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种输出短路保护电路、负载驱动系统及方法，用于解决现有技术中由于恒流线性调整器出现特殊情况而造成串接的LED灯对地短路，当发生短路时，LED灯串相对于电压输入端的压差直接为输入电压击穿并烧毁所述恒流线性调整器内部的电子器件的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种输出短路保护电路，应用于包括驱动模块和负载的负载驱动系统，其中，所述驱动模块为恒流线性调整器，所述输出短路保护电路包括:钳压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压;分压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述恒流线性调整器的负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二子输入电压。
[0007]于本发明的一实施例中，所述分压模块包括导通单元，与所述导通单元连接的分压单元，及分别与所述分压单元和导通单元连接的限流单元;其中，所述导通单元用于为所述分压单元提供导通电压;所述分压单元用于在发生输出短路时，用于分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二输入电压;所述限流单元用于在发生输出短路时，将输出电流限制在预定范围内。
[0008]于本发明的一实施例中，所述导通单元包括第一电阻，及与第一电阻连接的齐纳二极管；其中，所述第一电阻为所述齐纳二极管提供偏置电流以为所述分压单元提供导通电压;所述齐纳二极管的负极与所述第一电阻的一端相连接，所述齐纳二极管的正极接地。
[0009]于本发明的一实施例中，所述分压单元采用其工作电压大于所述输入电压源的输入电压的耐压器件。
[0010]于本发明的一实施例中，所述分压单元为一N沟道场效应管;其中，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述齐纳二极管的负极相连接，所述N沟道增强型场效应管的漏极与所述负载相连接，所述N沟道增强型场效应管的源极与所述限流单元连接。
[0011]于本发明的一实施例中，所述限流单元包括三极管，第二电阻，及第三电阻;其中，所述三极管的集电极与所述齐纳二极管的负极相连接，所述三极管的基极与所述第二电阻的一端相连接，所述三极管的发射极接地，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端接地。
[0012]于本发明的一实施例中，所述钳压模块还用于在所述负载驱动系统正常工作时，分流一部分负载驱动系统的恒流电流。
[0013]本发明另一方面提供一种负载驱动系统，所述负载驱动系统包括:驱动模块，与负载连接，用于对所述负载进行恒流驱动;所述驱动模块为恒流线性调整器;所述的输出短路保护电路，与所述负载和驱动模块连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对流经所述驱动模块和负载上的输出电流进行控制以保护所述负载驱动系统。
[0014]于本发明的一实施例中，所述恒流线性调整器中包括一高压MOS管;所述预设电压阈值为该尚压MOS管的击穿电压。
[0015]于本发明的一实施例中，所述钳压模块的一端与所述高压MOS管的漏极相连接，所述钳压模块的另一端与所述高压MOS管的源极相连接。
[0016]本发明又一方面提供一种负载驱动方法，应用于负载驱动系统，所述负载驱动系统包括恒流线性调整器，所述负载驱动方法包括以下几个步骤:对与所述恒流线性调整器连接的负载进行恒流驱动;在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压；同时，在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述负载驱动系统的第二子输入电压;所述第一子输入电压与所述子第二输入电压的和等于所述于输入电压源的输入电压。
[0017]如上所述，本发明的输出短路保护电路、负载驱动系统及方法，具有以下有益效果:
[0018]本发明所述的输出短路保护电路、负载驱动系统及方法实现了在对负载进行恒流驱动过程中若发生短路，恒流线性调整器内部的电子器件均会处于安全的工作范围内，并在正常工作时减少对恒流线性调整器内部芯片的热损耗。
【附图说明】
[0019]图1显示为本发明的负载驱动系统于一实施例中的原理结构示意图。
[0020]图2显示为本发明的负载驱动系统于一实施例中的电路结构示意图。
[0021]图3显示为本发明的负载驱动方法于一实施例中的流程示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]I负载驱动系统
[0024]10 输入电压源
[0025]11 负载
[0026]12 驱动模块
[0027]13 钳压模块
[0028]14 分压模块
[0029]15 储能模块
[0030]2 输出短路保护电路
[0031]SI?S3 步骤
【具体实施方式】
[0032]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0034]实施例
[0035]本实施例提供一种负载驱动系统，所述负载驱动系统包括:
[0036]驱动模块，与负载连接，用于对所述负载进行恒流驱动;所述驱动模块为恒流线性调整器；
[0037]输出短路保护电路，与所述负载和驱动模块连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对流经所述驱动模块和负载上的输出电流进行控制以保护所述负载驱动系统;所述输出短路保护电路包括:
[0038]钳压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压；
[0039]分压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述恒流线性调整器的负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二子输入电压；
[0040]所述第一子输入电压与所述第二子输入电压的和等于所述输入电压源的输入电压。
[0041]以下将结合图示对本实施例所述的负载驱动系统进行详细阐述。请参阅图1，显示为负载驱动系统于一实施例中的原理结构示意图。如图1所示，所述负载驱动系统I包括输入电压源10、负载11、驱动模块12、输出短路保护电路2、及储能模块15。所述输出短路保护电路2包括钳压模块13和分压模块14。
[0042]所述负载11包括照明模块、电阻、或马达等。于本实施例中所述负载11为照明模块，即多个串接的LED灯。
[0043]与所述照明模块11连接的驱动模块12用于对所述照明模块11进行恒流驱动。在本实施例中，所述驱动模块12采用Ium 40V BiCMOS工艺设计的恒流线性调整器。所述恒流线性调整器于实际应用中包括一高压MOS管和一误差放大器，在本实施例中，所述高压MOS管为高压PMOS管。所述高压PMOS管的漏极D与恒流源负载，即本实施例中的LED灯串相连接，所述高压PMOS管的源极S经一检测电阻连接至输入电压源的输入端，所述高压MOS管的栅极与所述误差放大器的输出端相连接，所述误差放大器，其一输入端接收流经所述恒流源负载电流的检测信号，另一输入端接收基准电压信号。
[0044]与所述负载11和驱动模块12连接的输出短路保护电路2用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对流经所述驱动模块和负载上的输出电流进行控制以保护所述负载驱动系统;所述输出短路保护电路包括:
[0045]分别与所述照明模块11和驱动模块12连接的钳压模块13用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述照明模块相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压。在本实施例中，所述预设电压阈值为所述驱动模块12，即所述恒流线性调整器中高压PMOS管的击穿电压。输出短路时候，流经钳压模块13的电流大于驱动模块12的设定电流，驱动模块12内部误差放大器会自动关断所述恒流线性调整器中的高压PMOS管。所述钳压模块13还用于在所述负载驱动系统正常工作时，分流一部分恒流电流以起到辅助所述高压PMOS管散热的作用，从而减低对芯片的热损耗。
[0046]分别与所述照明模块11和驱动模块12连接的分压模块14用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述恒流线性调整器的负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二子输入电压，也就是分担输入电压源的剩余电压，即所述第一子输入电压与所述第二子输入电压的和等于所述输入电压源的输入电压。继续参阅图1，所述分压模块14具体包括导通单元141，分压单元142，及限流单元143。其中，所述导通单元141用于为所述分压单元142提供导通电压。
[0047]与所述导通单元141连接的所述分压单元142用于在发生输出短路时，用于分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二输入电压。
[0048]分别与所述导通单元141和分压单元142和连接的限流单元143用于在发生输出短路时，将输出电流限制在预定范围内。
[0049]储能模块14分别与所述输入电压源10、驱动模块12和分压模块14连接，所述储能模块14用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，存储输入电压源16上的电能。在本实施例中，所述储能模块14为一大电解电容Cl(220uF/100V)，其实现低纹波输入电压。
[0050]以下通过具体电路结构对本实施例所述的负载驱动系统进行详细介绍。请参阅图2，显示为负载驱动系统于一实施例中的电路示意图。如图2所示，所述负载驱动系统I包括输入电压源10、照明模块11、驱动模块12、钳压模块13、钳压模块14、及储能模块15。
[0051]其中，所述输入电压源10为外部开关电源。所述照明模块11为多个串接的LED灯。所述驱动模块12包括误差放大器0amp、40VPM0S管MP1、及检测电阻R4。所述PMOS管MPl的击穿电压通常为48V。所述检测电阻R4的阻值为1.5ohm。在所述负载驱动系统正常工作的时候，通过多个串接的LED灯的输出电流设定为300mV/Rl = 300mV/1.5ohm = 200mA。如图2所示，输入电压源的输入端VDD与检测电阻R4的一端相连接，检测电阻R4的另一端与PMOS管MPl的源极相连接，PMOS管MPl的漏极与串接的LED灯相连接，PMOS管MPl的栅极与误差放大器的输出端相连接。误差放大器的正输入端与300mV电压相连接，误差放大器的负输入端与检测电阻R4的另一端相连接。
[0052]所述钳压模块13为分压电阻R5，其阻值为80ohm。如图2所示，分压电阻R5的一端与检测电阻R4的另一端相连接，分压电阻R5的另一端与串接的LED灯相连接。在本实施例中，分压电阻R5在所述负载驱动系统正常工作时对PMOS管MPl起到了辅助散热作用。所述负载驱动系统正常工作时，整个系统输出的一部分恒流电流会流经分压电阻R5，其电流值为Vcs-ledp/R5，若OUT+输出电压为75V的LED灯负载时候，即流经分压电阻R5的电流I约为(80-75-0.3)/1?2 = 58.7511^，那么从?]\?)5管1031内流过的电流为20011^-58.7511^=141.2511^，从而减低了 PMOS管MPI的热损耗。
[0053]所述分压模块14包括导通单元141，分压单元142，限流单元143。其中，导通单元141包括第一电阻Rl，及与第一电阻Rl连接的齐纳二极管DZl，所述齐纳二极管的负极与所述第一电阻的一端相连接，所述齐纳二极管的正极接地。其中，所述第一电阻Rl为所述齐纳二极管DZl提供偏置电流以为所述分压单元142提供导通电压。分压单元142采用其工作电压大于所述输入电压源的的输入电压的耐压器件，本实施例中采用1A/100V规格的N沟道场效应管MNl，所述N沟道增强型场效应管MNl的栅极与所述齐纳二极管DZl的负极相连接，所述N沟道增强型场效应管MNl的漏极与LED灯相连接，所述N沟道增强型场效应管MNl的源极与所述限流单元连接。其中，齐纳二极管DZl根据N沟道场效应管MNl的预设电压阈值选用适当的击穿电压，通常选用7.5V?15V。限流单元143包括NPN型三极管NPNl，第二电阻R2，及第三电阻R3，其中，第二电阻R2的一端与N沟道增强型场效应管MNl的源极相连接，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的一端与第二电阻的一端相连接，第三电阻R3的另一端与三极管NPNl的基极相连接，所述三极管NPNl的集电极与所述齐纳二极管DZl的负极相连接，所述三极管NPNl的发射极接地。于本实施例中，第二电阻R2的阻值为1.5ohm，第三电阻R3的阻值为IK欧姆。
[0054]在本实施例中，通过设置Rlim可实现OUT+和OUT-之间发生短路时对输出进行限流控制，其限制的电流为Ilim=Vbe/R2 = 0.55V/R2，Vbe为NPNl的基极至发射极结开启导通压降。Ilim的设定需要为恒流线性调整器所输出的恒流电流的1.2?2.5倍以确保正常工作时恒流线性调整器的恒流工作，同时MNl也处于线性低损耗工作状态。例如，第二电阻R2的阻值为 I.5ohm，那么 11 im = Vbe/R2 = 0.55V/1.5ohm = 0.3667A，约为恒定电流值200mA的 I.84倍。
[0055]因此，当所述负载驱动系统发生输出短路时，如图2中，将所述照明模块相对于输入电压源的输入端VDD的压差(图2 VDD与LEDP之间的压降)钳至小于预设电压阈值，VDD与CS之间的电压被拉高超过300mV，关断高压MOS管MPl以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压，即第一子输入电压=11丨111\(1?4+1?5)=0.36674\(80+1.5)=30V，第一子输入电压为30V小于高压MOS管MPl的击穿电压48V，保证了MPl管的安全。第二子输入电压=输入电压源的输入电压-第一子输入电压= 80-30 = 50V，由于本实施例采用IA/10V规格的N沟道场效应管MNl足以承担50V的输入电压来确保负载驱动系统在发生输出短路时各电子元器件均在安全的工作范围内。
[0056]本实施例提供一种负载驱动方法，该保护方法应用于所述负载驱动系统1，所述负载驱动系统包括恒流线性调整器，请参阅图3，显示为输出短路保护方法于一实施例中的流程示意图。如图3所示，所述负载驱动方法包括以下几个步骤:
[0057]SI，对与所述恒流线性调整器连接的照明模块进行恒流驱动；
[0058]S2，在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述照明模块相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压;同时，
[0059]S3，在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述负载驱动系统的第二子输入电压;所述第一子输入电压与所述子第二输入电压的和等于所述于输入电压源的输入电压。
[0060]综上所述，本发明所述的输出短路保护电路、负载驱动系统及方法实现了在对负载进行进行恒流驱动过程中若发生短路，恒流线性调整器内部的电子器件均会处于安全的工作范围内，并在正常工作时减少对恒流线性调整器内部芯片的热损耗。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0061]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种输出短路保护电路，应用于包括驱动模块和负载的负载驱动系统，其中，所述驱动模块为恒流线性调整器，其特征在于，所述输出短路保护电路包括: 钳压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压； 分压模块，分别与所述驱动模块和负载连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述恒流线性调整器的负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二子输入电压。2.根据权利要求1所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述分压模块包括导通单元，与所述导通单元连接的分压单元，及分别与所述分压单元和导通单元连接的限流单元； 其中，所述导通单元用于为所述分压单元提供导通电压； 所述分压单元用于在发生输出短路时，用于分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第二输入电压； 所述限流单元用于在发生输出短路时，将输出电流限制在预定范围内。3.根据权利要求2所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述导通单元包括第一电阻，及与第一电阻连接的齐纳二极管;其中，所述第一电阻为所述齐纳二极管提供偏置电流以为所述分压单元提供导通电压;所述齐纳二极管的负极与所述第一电阻的一端相连接，所述齐纳二极管的正极接地。4.根据权利要求3所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述分压单元为一N沟道场效应管;其中，所述N沟道增强型场效应管的栅极与所述齐纳二极管的负极相连接，所述N沟道增强型场效应管的漏极与所述负载相连接，所述N沟道增强型场效应管的源极与所述限流单元连接。5.根据权利要求2所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述分压单元采用其工作电压大于所述输入电压源的输入电压的耐压器件。6.根据权利要求3所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述限流单元包括三极管，第二电阻，及第三电阻；其中，所述三极管的集电极与所述齐纳二极管的负极相连接，所述三极管的基极与所述第二电阻的一端相连接，所述三极管的发射极接地，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连接，所述第三电阻的另一端接地。7.根据权利要求1所述的输出短路保护电路，其特征在于:所述钳压模块还用于在所述负载驱动系统正常工作时，分流一部分负载驱动系统的恒流电流。8.一种负载驱动系统，其特征在于，所述负载驱动系统包括: 驱动模块，与负载连接，用于对所述负载进行恒流驱动;所述驱动模块为恒流线性调整器； 如权利要求1-7任一项所述的输出短路保护电路，与所述负载和驱动模块连接，用于在所述负载驱动系统发生输出短路时，对流经所述驱动模块和负载上的输出电流进行控制以保护所述负载驱动系统。9.根据权利要求8所述的负载驱动系统，其特征在于:所述恒流线性调整器中包括一高压MOS管;所述预设电压阈值为该高压MOS管的击穿电压。10.根据权利要求9所述的负载驱动系统，其特征在于:所述钳压模块的一端与所述高压MOS管的漏极相连接，所述钳压模块的另一端与所述高压MOS管的源极相连接。11.一种负载驱动方法，其特征在于，应用于负载驱动系统，所述负载驱动系统包括恒流线性调整器，所述负载驱动方法包括以下几个步骤: 对与所述恒流线性调整器连接的负载进行恒流驱动； 在所述负载驱动系统发生输出短路时，将所述负载相对于输入电压源的输入端的压差钳至小于预设电压阈值以分压所述恒流线性调整器的负载驱动系统的第一子输入电压；同时， 在所述负载驱动系统发生输出短路时，对所述负载驱动系统的输出电流进行限流控制以分压所述负载驱动系统的第二子输入电压;所述第一子输入电压与所述子第二输入电压的和等于所述于输入电压源的输入电压。
【文档编号】H02H9/02GK105870896SQ201610343053
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】易坤
【申请人】上海晶丰明源半导体有限公司