一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路的制作方法

本实用新型公开了一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，主要用于DC电源、LED驱动等领域及其他基于线性工作的系统并实现对输出电压或电流的调节功能，能够可靠的提高LED线性恒流电路线性调整率，提高输出电流的精度，并实现输出短路保护功能。

背景技术：

LED线性恒流电路具有系统成本低，芯片外围电路少，可兼容E14和E16灯头应用，容易同过EMI测试等优点被广泛使用。

图1为一种传统的LED线性恒流电路的电路图。

传统的LED线性恒流电路会出现输出电流随输入电压变化而变化过大的问题。并且无法在输出短路时保护系统，从而导致芯片因内部损耗过高而损坏。

如图2所示，由于当输入电压小于LED负载的电压时，LED负载的电流主要依靠输出电容Cout来维持。而不同的输入电压下，一个工频周期内的输入电压小于LED负载的电压的时间变化很大，导致传统LED线性恒流电路的线性调整率很差，导致输入电压低时的灯具的光通量变差，影响了用户使用的舒适度。另外，由在每个工频谷地处都无法保证于芯片供电正常，所以传统的LED线性恒流电路都无法实现输出短路保护功能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题在于提供一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，能够改善LED线性恒流电路的线性调整率特性，实现输入电压低时的灯具的较高的光通量，提高了用户使用的舒适度。另外，提供在输出短路时，关闭功率管，保护芯片不会因为内部损耗过高而损坏的功能。

本实用新型提供一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，包括：线性恒流电路、短路保护电路、供电电路、整流桥、母线电容Cbus、LED负载、输出电容Cout；整流桥的输入端输入AC交流电源，整流桥的一个输出端分别与母线电容Cbus的一端、供电电路、LED负载的一端、输出电容Cout的一端连接；LED负载的另一端分别与输出电容Cout的另一端、短路保护电路、线性恒流电路连接；短路保护电路与线性恒流电路连接；母线电容Cbus的另一端接地；整流桥的另一个输出端也接地。

作为优选，短路保护电路包括，开关M1；开关M1的漏极与线性恒流电路连接。

作为优选，短路保护电路还包括，第一比较器cmp1、电流源I1、三极管pnp1、第二比较器cmp2、第三比较器cmp3、与门and1、或非门nor1和或非门nor2；LED负载的另一端分别与第一比较器cmp1的正端、短路保护电路中第三比较器cmp3的负端连接；短路保护电路的第一比较器cmp1的负端接固定电压vrefH，第一比较器cmp1的输出端接与门and1的一端；电流源I1的上端接电源Vdd；电流源I1的下端接三极管pnp1的发射极、运放第二比较器cmp2的负端；三极管pnp1的基极和集电极接地；第二比较器cmp2的输出端接与门and1的另一端；第三比较器cmp3的正端接固定电压vrefL，第三比较器cmp3的输出端接或非门nor2的一端；与门and1的输出端接或非门nor1的一端；或非门nor1的输出端接或非门nor2的另一端；或非门nor2的输出端接或非门nor2的另一端和开关M1的栅极；开关M1的源极接地。

作为优选，线性恒流电路包括，功率管Mdrain；功率管Mdrain的漏极与LED负载的另一端连接，栅极与短路保护电路连接。

作为优选，线性恒流电路还包括，第一运放amp1、功率管Mdrain、输出电流检测电阻Rs、第二运放amp2和电容Cea；线性恒流电路的第二运放amp2的正端接第一固定电压Vref1，第二运放amp2的负端接第一运放amp1的负端、功率管Mdrain的源端和输出电流检测电阻Rcs；第二运放amp1的输出端分别接电容Cea的一端、第一运放amp1的正端；第一运放amp1的输出端分别接功率管Mdrain的栅端、短路保护；输出电流检测电阻Rs另一端接地；电容Cea的另一端接地。

作为优选，供电电路包括：高压耗尽型MOS管jfet1；耗尽型MOSjfet1的栅端接芯片内部电源vdd，耗尽型MOS jfet1的栅端接地。

作为优选，功率管Mdrain可采用PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管。

作为优选，三极管pnp1可采用pnp管、npn管、二极管或MOS管。

作为优选，开关M1可以采用PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管。

本实用新型提供的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，由于增加恒流基准的动态调节功能，能够可靠的提高LED线性恒流电路线性调整率，提高输出电流的精度；并且由于增加输出短路保护功能，能够提高系统的可靠性，防止应用中系统损坏。

附图说明

图1为传统的LED线性恒流电路的电路图。

图2为传统的LED线性恒流电路的工作波形。

图3为本实用新型中的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路的框图。

图4为本实用新型中的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路恒流控制的工作波形。

图5为本实用新型中的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路非短路保护状态的工作波形。

图6为本实用新型中的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路短路保护状态的工作波形。

具体实施方式：

以下结合附图，对本实用新型做进一步说明。

图3为一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路的框图。

如图3所示，一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，包括：包括：线性恒流电路、短路保护电路、供电电路、整流桥、母线电容Cbus、LED负载、输出电容Cout。

线性恒流电路包括：第一运放amp1、功率管Mdrain、输出电流检测电阻Rs、第二运放amp2和电容Cea。短路保护电路包括：第一比较器cmp1、电流源I1、三极管pnp1、第二比较器cmp2、第三比较器cmp3、与门and1、或非门nor1、或非门nor2和开关M1。供电电路包括：高压耗尽型MOS管jfet1。

整流桥的输入端输入AC交流电源。整流桥的一个输出端分别与母线电容Cbus的一端、供电电路的耗尽型MOS jfet1的漏端、LED负载的正端、输出电容Cout的一端连接。LED负载的负端分别与输出电容Cout的另一端、短路保护电路中第一比较器cmp1的正端、短路保护电路中第三比较器cmp3的负端以及功率管Mdrain的漏端连接；母线电容Cbus的另一端接地；整流桥的另一个输出端也接地。

线性恒流电路的第二运放amp2的正端接第一固定电压Vref1。第二运放amp2的负端接第一运放amp1的负端、功率管Mdrain的源端和输出电流检测电阻Rcs。第二运放amp1的输出端分别接电容Cea的一端、第一运放amp1的正端。电容Cea的另一端接地。第一运放amp1的输出端分别接功率管Mdrain的栅端、短路保护电路中开关M1的漏端。输出电流检测电阻Rs的一端接功率管Mdrain的源极，另一端接地。

短路保护电路的第一比较器cmp1的负端接固定电压vrefH。第一比较器cmp1的输出端接与门and1的一端。短路保护电路的第二比较器cmp2的正端接固定电压vref2。电流源I1的上端接电源Vdd；电流源I1的下端接三极管pnp1的发射极、运放第二比较器cmp2的负端。三极管pnp1的基极和集电极接地。第二比较器cmp2的输出端接与门and1的另一端。第三比较器cmp3的正端接固定电压vrefL。第三比较器cmp3的输出端接或非门nor2的一端。与门and1的输出端接或非门nor1的一端。或非门nor1的输出端接或非门nor2的另一端。或非门nor2的输出端接或非门nor2的另一端和开关M1的栅极。开关M1的源极接地。

耗尽型MOS jfet1的源端接芯片内部电源vdd；耗尽型MOS jfet1的栅端接地。

功率管Mdrain可采用PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管。

三极管pnp1可采用pnp管、npn管、二极管或MOS管。

开关M1可以采用PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管。

本实用新型提供的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路，由于增加恒流基准的动态调节功能，能够可靠的提高LED线性恒流电路线性调整率，提高输出电流的精度；由于增加输出短路保护功能，能够提高系统的可靠性，防止应用中系统损坏。

本实用新型提供的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路恒流控制的具体工作原理为：

如图4所示，当输入电压Vac大于LED负载电压Vled时，电路处于输入供电状态，LED通过AC交流电源供电；当输入电压Vac小于LED负载电压Vled时，电路处于电容维持状态，LED通过输出电容Cout供电。

输入电压Vac越大，电路处于输入供电状态的时间越长，电路处于电容维持状态的时间越短，输出电流越大；反之，越小。LED负载电压Vled越大，电路处于输入供电状态的时间越短，电路处于电容维持状态的时间越长，输出电流越小；反之，越大。

检测输出电流检测电阻Rcs上的电压Vs反映整个工频周期内的输出电流平均值信息。通过检测整个工频周期内输出电流检测电阻Rcs上的电压Vs，与固定电压vref1比较，如果电压Vs的平均值小于vref1，则第二运放amp2对电容Cea进行充电，增加电容Cea的电压Vea，进而增大电路处于输入供电状态时的输出电流，从而增大输出电流；反之，如果电压Vs的平均值大于vref1，则第二运放amp2对电容Cea进行放电，减小电容Cea的电压Vea，进而减小电路处于输入供电状态时的输出电流，从而减小输出电流。

输出电流Io的大小为：

本实用新型提供的一种具输出短路保护功能的LED线性恒流电路输出短路保护的具体工作原理为：

如图3所示，芯片供电电路从母线Vbus采样供电，从而保证芯片在工频谷地附近能够供电充足，不会下电重启，从而能够时芯片内部保护逻辑能够在多个工频周期内一直保持。

如图5所示，固定电压vrefH设定为大于正常工作时的功率管Mdrain漏极的最大电压，小于正常工作时的母线BUS的电压；一般选取30～100V。固定电压vrefH设定为小于正常工作时的功率管Mdrain漏极的最大电压，一般选取30～3V。

由于输出电容Cout两端需要从0V缓慢上升到LED正常导通压降，当芯片正常启动的时候，功率管Mdrain漏极的最大电压大于固定电压vrefH，DH逻辑输出高电平；由于三极管pnp1的发射极和基极的压差vbe随温度变化呈负温度特性，当芯片正常启动的时候，芯片温度处于正常范围内，电压vbe大于固定电压vref2，TH逻辑输出低电平；scp逻辑为低，开关M1关闭，系统正常工作。随着输出电压的增大，功率管Mdrain漏极的最大电压从等于母线BUS的电压逐渐变小至正常值，DH逻辑输出保持低电平。

如图6所示，当发生输出短路的时候，功率管Mdrain漏极电压等于母线电压，功率管Mdrain漏极的最大电压大于固定电压vrefH，DH逻辑输出高电平；由于三极管pnp1的发射极和基极的压差vbe随温度变化呈负温度特性，当发生输出短路的时候，芯片热损耗很大，芯片温度从正常范围以内逐渐升高，电压vbe逐渐降低，直至电压vbe小于固定电压vref2，TH逻辑输出高电平；scp逻辑为高，开关M1导通，功率管Mdrain关断，系统进入输出短路保护状态。

当输出从短路状态恢复正常后，功率管Mdrain漏极电压逐渐降低，当功率管Mdrain漏极电压小于固定电压vrefL，DH逻辑输出变低，scp逻辑输出变低，开关M1关断，系统重新正常工作。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。任何不超出本实用新型实质精神范围的实用新型创造，包括但不限于电阻实现方式如Rcs采用普通电阻或MOS电阻、对元器件的类型或型号的替换如将Mdrain替换成三极管、第二比较器的输入改为固定电压和增温度系数电压比较等、电路局部构造的变更如供电电路改为闭环控制方式、去掉母线电容Cbus或者将母线电容Cbus改为RC串并联网络等，以及其他非实质性的替换、变形或修改，均落入本实用新型保护范围之内。