抗干扰led过压保护模块以及抗干扰led过压保护系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种抗干扰LED过压保护模块以及抗干扰LED过压保护系统，抗干扰LED过压保护模块包括一稳压管等元件，所述过压保护设置电阻、所述最小退磁时间电容以及所述最小退磁时间比较器设定一最小退磁时间，当所述退磁检测单元检测到的电路退磁时间小于所述最小退磁时间时，所述过压保护单元检测到输出电压过压。本发明通过上拉至稳压管的过压保护设置电阻来实现最小退磁时间的设置，从而实现抗干扰的过压保护功能，克服了传统过压保护方式的成本高，外围电路复杂，或者易受干扰的技术问题。
【专利说明】
抗干扰LED过压保护模块以及抗干扰LED过压保护系统
技术领域
[0001]本发明涉及开关电源中的过压保护检测技术领域，尤其涉及一种抗干扰LED过压保护模块以及抗干扰LED过压保护系统。
【背景技术】
[0002]LED驱动电源的功能是提供LED灯恒定的输出电流，但是如果输出LED开路或者发生其他使输出电压变高的情况，LED驱动电源必须做出相应措施让输出电压不超过输出电容的耐压，否则输出电容就会被破坏。在传统的LED驱动电源方案中，一般采用一个单独的变压器绕组来检测输出电压，然后通过电阻分压，输入到芯片单独的脚位来直接检测输出电压，从而判定驱动电源是否发生过压。
[0003]传统的过压保护方案增加了 LED的整个驱动电源的体积和成本，为了检测过压点，需要增加一个变压器绕组，两个分压电阻，而且芯片也要多一个检测脚位，不适合目前市场LED小体积、低成本的发展趋势。
[0004]图1为现有技术中LED驱动电源中过压保护部分的电路原理图。图1所给出的是一种降压型Buck电路的典型应用图，该电路通常包括整流桥Z1、输入滤波电容Cl、供电电容C2、输出电容C3、变压器原边绕组L1、变压器辅助绕组L2、整流二极管Dl、供电电阻R1、负载LED、功率开关管M1、电流采样电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、供电二极管D2、第一控制芯片101。当功率开关管Ml导通时，变压器原边绕组LI电流上升，电流流经电流采样电阻R2产生电压信号，当该电压信号达到第一控制芯片101内的电流基准电压时，功率开关管Ml关断，变压器原边绕组LI里面的电流通过整流管Dl续流，当第一控制芯片101检测到整流二极管Dl中的电流为零时，功率开关管Ml打开。当功率开关管Ml关断时，在变压器原边绕组LI上的电压差为负载LED的输出电压，此时变压器辅助绕组L2上感应的电压也是输出电压的正比关系，比例系数为绕组的匝比。如果此时负载LED开路，输出电压变高，如果FB电压高于芯片的内部基准，第一控制芯片101判定系统进入过压状态，实现保护功能。
[0005]现有技术中所使用的另一种技术方案是省掉了图1中变压器辅助绕组，通过检测所述整流二极管中电流续流时间来判定输出电压是否过压。图2为现有技术中另一种LED驱动电源中过压保护部分的电路原理图，该电路通常包括:整流桥Z1、输入滤波电容Cl、供电电容C2、输出电容C3、变压器原边绕组L1、整流二极管Dl、供电电阻Rl、负载LED、电流采样电阻R2、过压保护电阻R31、负载LED、第二控制芯片201，一般通过过压保护电阻R31设置一个固定的时间常数，当整流二极管中的电流续流时间超过这个固定时间常数，则认为芯片没有过压，如果整流二极管中的电流续流时间短于这个固定时间常数，则认为芯片出现过压。这种过压保护方案的问题是:过压保护电阻上的电流经常收到电路板上寄生参数的影响，如PCB板材或助焊剂的有限阻抗使得电路中高压元件到过压保护电阻上产生漏电流，干扰过压保护电阻上的电流，使过压保护电压降低，从而容易被误触发，在批量生产时，或不同的温湿度条件下出现闪灯的现象。
[0006]现有的图1方案的过压保护电路精度较高，但需要增加辅助绕组及若干元件，较为复杂；图2方案的过压保护电路则容易受到干扰，存在精度和批量生产不良的问题。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种抗干扰LED过压保护模块以及抗干扰LED过压保护系统，其通过上拉至VCC的过压保护设置电阻来实现最小退磁时间的设置，从而实现抗干扰的过压保护功能，克服了传统过压保护方式的成本高，外围电路复杂，或者易受干扰的技术问题。
[0008]根据本发明的一个方面，提供一种抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，包括一稳压管、一过压保护设置电阻、一运算放大器、一信号MOS管、一最小退磁时间电容、一逻辑开关、一最小退磁时间比较器、一退磁检测单元、一过压保护单元、一 RS触发器、一驱动电路以及一峰值电流比较器；
[0009]所述稳压管连接所述过压保护设置电阻，所述过压保护设置电阻连接所述运算放大器的一个输入端，并且与所述信号MOS管的源级连接，所述运算放大器的输出端连接所述信号MOS管栅极，所述信号MOS管的漏极连接所述最小退磁时间电容，并且与所述逻辑开关连接，所述最小退磁时间电容同时连接所述最小退磁时间比较器的一个输入端，所述最小退磁时间比较器的输出端连接所述过压保护单元；
[0010]所述退磁检测单元连接所述过压保护单元，并且与RS触发器的一个输入端连接，所述峰值电流比较器的输出端连接所述RS触发器的另一个输入端，所述RS触发器的一个输出端连接所述驱动电路，并且与所述逻辑开关的控制级连接；
[0011]其中，所述过压保护设置电阻、所述最小退磁时间电容以及所述最小退磁时间比较器设定一最小退磁时间，当所述退磁检测单元检测到的电路退磁时间小于所述最小退磁时间时，所述过压保护单元检测到输出电压过压。
[0012]优选地，所述运算放大器的另一个输入端连接一固定电压，该固定电压和所述稳压管电压成比例。
[0013]优选地，所述运算放大器控制所述信号MOS管的源级电压等于所述固定电压。
[0014]优选地，所述最小退磁时间电容的充电电流等于或者正比于所述过压保护设置电阻上的电流。
[0015]优选地，所述最小退磁时间比较器的另一个输入端连接一基准电压，该基准电压固定不变。
[0016]优选地，所述过压保护单元比较所述最小退磁时间比较器输出信号及退磁检测单元输出信号的先后顺序，并依此判断LED驱动器是否处于正常工作状态或者输出过压状
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[0017]本发明还提供一种抗干扰LED过压保护系统，其特征在于，包括一功率电感、一续流二极管、一输出电容、一母线电容、一供电电阻、一供电电容、一功率开关管、一采样电阻、如上所述的抗干扰LED过压保护模块；
[0018]所述功率开关管的漏极分别电学连接所述功率电感以及所述续流二极管，所述功率开关管的源极电学连接所述采样电阻，所述功率电感电学连接所述输出电容；
[0019]所述母线电容电学连接所述续流二极管，所述供电电阻耦接在所述母线电容与供电电容之间，所述供电电容另一端接电路地；
[0020]所述抗干扰LED过压保护模块通过所述峰值电流比较器的输入端耦接在所述功率开关管的源极与所述峰值电流采样单元之间，通过所述驱动电路的输出端电学连接至所述功率开关管的栅极；所述供电电容与所述抗干扰LED过压保护模块中的所述稳压管并耳关;
[0021]其中，当所述峰值电流比较器上的电压到达一基准电压时，所述抗干扰LED过压保护模块关断所述功率开关管；当所述退磁检测单元检测到所述功率电感电流下降至零时，所述抗干扰LED过压保护模块导通所述功率开关管。
[0022]优选地，所述功率开关管由一高压开关管和一低压开关管串联组成，当所述功率开关管由所述高压开关管和低压开关管串联组成时，所述退磁检测单元耦接在所述高压开关管和低压开关管之间。
[0023]优选地，所述抗干扰LED过压保护系统为降压结构、升降压结构或反激结构。
[0024]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:本发明通过控制上拉至稳压管电压的过压保护设置电阻两端的电压，得到一准确的过压保护设置电流，该过压保护设置电流为最小退磁时间电容充电，在每个开关周期中得到一准确的最小退磁时间。当所述退磁检测单元检测到电路实际的退磁时间早于所述最小退磁时间时，判断电路过压。该过压检测方式的成本低，外围电路简单。同时，当电路实际应用中出现漏电流等问题时，最小退磁时间上升，过压保护电压升高，避免了过压保护误触发的风险。
【附图说明】
[0025]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0026]图1为现有的LED过压保护电路的实现电路图；
[0027]图2为另一种现有的LED过压保护的实现电路图；
[0028]图3为本发明所述的抗干扰LED过压保护系统一实施方式的示意图；
[0029]图4为本发明所述的抗干扰LED过压保护系统关键点的工作波形图；
[0030]图5为本发明所述的源级驱动的抗干扰LED过压保护系统实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0032]本发明抗干扰过压保护检测控制模块以及抗干扰过压保护系统用在无辅助绕组的LED电源方案中。本发明通过分析现有的LED驱动电源过压保护的实现电路发现，当采用辅助绕组检测输出电压时，对输出电压的信息采样较准确，过压保护电压也较精确，但是其电路复杂，需要辅助绕组、分压电阻以及相应的控制芯片脚位。而相对简单的，连接电路地的电阻设置最小退磁时间方式检测则遇到过压保护精度差，易受漏电干扰等问题。基于以上问题，本发明通过上拉至VCC的过压保护设置方式以及相应电路，实现了简单准确，而且抗干扰的LED过压检测功能。下面结合附图对本发明提供的抗干扰LED过压保护模块以及抗干扰LED过压保护系统做详细说明。
[0033]参考图3，本发明所述的抗干扰LED过压保护系统一实施方式的示意图，其为LED开关电源中常用的降压型Buck结构。所述抗干扰LED过压保护系统包括:一整流桥Z1、一功率电感LI 1、一续流二极管Dl 1、一输出电容C3、一母线电容Cl 1、一供电电阻Rl、一供电电容C2、一功率开关管M1，一峰值电流采样电阻RCS以及一抗干扰LED过压保护模块300。
[0034]在本实施方式中，所述峰值电流采样单元采用峰值电流采样电阻RCS以获取功率开关管的源端电压；在其它实施方式中，所述峰值电流采样单元也可采用其它电压采样方式对功率开关管的源端电压进行采样。
[0035]整流桥的输入端连接输入交流电压，整流桥的两个输出端耦接在母线电容Cll的两端，功率电感LI 一端通过并联输出电容C3与负载LED耦接于母线电容Cll ;功率电感LI另一端通过续流二极管Dll耦接于母线电容CU。功率开关管Ml的漏极连接功率电感LI的一端以及续流二极管Dll的阳极，功率开关管Ml的源极通过峰值电流采样电阻RCS接地。供电电阻Rl —端连接母线电容C11，供电电阻Rl另一端连接供电电容C2。
[0036]当所述功率开关管Ml导通时，功率电感LI上的电流流经功率开关管Ml并且线性上升，其斜率为(Vin-Vout)/L，其中，Vin为母线电容Cl上的电压，Vout为输出电容C3上的电压，L为功率电感LI的电感量。当所述功率开关管Ml关断时，功率电感LI上的电流流经续流二极管Dl并且线性下降，其斜率为Vout/L。
[0037]所述抗干扰LED过压保护模块300包括:一稳压管ZD1、一过压保护设置电阻R0VP、一运算放大器301、一信号MOS管M2、一最小退磁时间电容C4、一逻辑开关S1、一最小退磁时间比较器302、一退磁检测单元304、一过压保护单元303、一 RS触发器305、一驱动电路306以及一峰值电流比较器307。其中，除过压保护设置电阻ROVP之外，所述抗干扰LED过压保护模块300上的各组件可以集成在一块控制芯片上实现。
[0038]所述峰值电流比较器307的一个输入端耦接在功率开关管Ml的源极与采样电阻RCS之间，另一个输入端连接基准电压REF1，当所述功率开关管Ml的源级电流上升至使峰值电流采样电阻RCS上的电压和基准电压REFl相等时，所述峰值电流比较器输出信号，表示电感电流达到设定的峰值。
[0039]所述峰值电流比较器307的输出端电学连接至所述RS触发器305 ;当所述峰值电流比较器307的输出信号上跳变时，RS触发器305复位。所述RS触发器305的输出端连接至驱动电路306，所述驱动电路306的输出端连接至功率开关管Ml的栅极，当所述RS触发器305复位时，所述功率开关管Ml关断。所述退磁检测单元304的输入端连接功率开关管Ml的栅极，所述退磁检测单元的输出端连接至所述RS触发器305的另一个输入端，当所述退磁检测单元304检测到功率电感LI的电流下降至零时，RS触发器305置位，所述功率开关管Ml导通。
[0040]所述稳压管ZDl耦接至供电电阻Rl和供电电容Cl之间，所述供电电容Cl上的电压为VCC电压，为过压保护电路以及逻辑驱动电路供电。所述过压保护设置电阻ROVP连接所述稳压管ZDl及所述信号MOS管M2的源级，该信号MOS管M2的源级电压记为V0VP。所述运算放大器301的一个输入端连接一与稳压管ZDl电压VCC成正比并且小于VCC的固定电压VCC/N，例如VCC/2，另一个输入端连接所述过压保护设置电阻RV0P，所述运算放大器301的输出端连接所述信号MOS管M2的栅极，所述运算放大器301工作在闭环状态，即运算放大器301的两个输入端电压相等，VOVP = VCC/No则所述过压保护设置电阻ROVP上的电流为 1VP = (VCC-VOVP) /ROVP = VCC* (1-1/N)/ROVP。该电流只与 VCC 电压以及 ROVP 电阻有关。
[0041]所述信号MOS管M2的漏极耦接至所述最小退磁时间电容C4、逻辑开关SI以及最小退磁时间比较器302，所述最小退磁时间比较器302的输出端连接所述过压保护单元303，1VP流经信号MOS管M2，并且流入最小退磁时间电容C4，在实际实施例中，流入最小退磁时间电容C4的电流可以为IVOP的镜像，即正比于IV0P。逻辑开关SI受到所述RS触发器305的控制，当所述功率开关Ml关闭时，所述逻辑开关SI也关闭，同时最小退磁时间电容C4上的电压开始上升，当最小退磁时间电容C4上的电压上升至一固定电压REF2时，所述最小退磁时间比较器302输出信号给所述过压保护单元303。
[0042]所述退磁检测单元304的输出端也连接至所述过压保护单元303。在每个工作周期中功率开关Ml关闭之后，所述过压保护单元303比较所述退磁检测单元304的输出信号以及所述最小退磁时间比较器302的输出信号的先后顺序。当所述退磁检测单元304的输出信号早于所述最小退磁时间比较器302的输出信号时，触发开路保护逻辑。
[0043]参考图4，本发明所述抗干扰LED过压保护系统的工作原理示意图。其中，功率电感LI工作在临界连续模式，当功率开关管Ml导通时，功率电感LI电流上升，当功率开关管Ml关断时，功率电感LI电流下降，当功率电感LI电流下降至零时，退磁检测单元304输出信号，使功率开关管Ml再次开启，完成一个工作周期。图4中电路工作在开路状态，由于没有负载LED消耗能量，所以LED驱动器输出电压逐渐上升。当功率开关管Ml导通时，逻辑开关SI也导通，最小退磁时间电容C4电压保持为零，当功率开关管Ml关闭后，逻辑开关SI也关闭，最小退磁时间电容C4电压开始线性上升，其上升的斜率取决于VCC电压以及ROVP电阻，当最小退磁时间电容C4电压上升至REF2时，最小退磁时间比较器302输出信号给所述过压保护单元303。如果在退磁检测单元304输出信号时，仍然没有最小退磁时间比较器302的输出信号出现，则系统判断输出电压过压，触发保护逻辑。
[0044]参考图5，本发明所述抗干扰LED过压保护系统的另一种实施例，该实施例采用源级驱动方式，图3中的功率开关管Ml被图5中的尚压功率开关管MlH和低压功率开关管MlL串联取代，同时，退磁检测单元304的输入信号由图3中的功率开关Ml的栅极改为耦接于图5中的高压功率开关MlH和低压功率开关MlL的中点。图5所示的源级驱动的抗干扰LED过压保护系统实施方式和图3所示的门极驱动的抗干扰LED过压保护系统实施方式原理类似，在此不再赘述。
[0045]本发明所述抗干扰LED过压保护系统在实际应用中，当LED驱动器电路板上使用助焊剂或者在高温高湿环境时，高压元器件向OVP电位可能出现漏电流，该漏电流增加了所述信号MOS管M2上的电流，从而使最小退磁时间电容C4上的充电电流增大，继而使得最小退磁时间缩短，使LED驱动器的输出过压保护电压上升。避免了现有技术中漏电使输出过压保护电压下降而误触发过压保护的现象和风险。
[0046]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明同时也可以应用于反激结构，升压结构或者升降压结构中。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0047]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，包括一稳压管、一过压保护设置电阻、一运算放大器、一信号MOS管、一最小退磁时间电容、一逻辑开关、一最小退磁时间比较器、一退磁检测单元、一过压保护单元、一 RS触发器、一驱动电路以及一峰值电流比较器； 所述稳压管连接所述过压保护设置电阻，所述过压保护设置电阻连接所述运算放大器的一个输入端，并且与所述信号MOS管的源级连接，所述运算放大器的输出端连接所述信号MOS管栅极，所述信号MOS管的漏极连接所述最小退磁时间电容，并且与所述逻辑开关连接，所述最小退磁时间电容同时连接所述最小退磁时间比较器的一个输入端，所述最小退磁时间比较器的输出端连接所述过压保护单元； 所述退磁检测单元连接所述过压保护单元，并且与RS触发器的一个输入端连接，所述峰值电流比较器的输出端连接所述RS触发器的另一个输入端，所述RS触发器的一个输出端连接所述驱动电路，并且与所述逻辑开关的控制级连接； 其中，所述过压保护设置电阻、所述最小退磁时间电容以及所述最小退磁时间比较器设定一最小退磁时间，当所述退磁检测单元检测到的电路退磁时间小于所述最小退磁时间时，所述过压保护单元检测到输出电压过压。2.根据权利要求1所述的抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，所述运算放大器的另一个输入端连接一固定电压，该固定电压和所述稳压管电压成比例。3.根据权利要求2所述的抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，所述运算放大器控制所述信号MOS管的源级电压等于所述固定电压。4.根据权利要求1所述的抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，所述最小退磁时间电容的充电电流等于或者正比于所述过压保护设置电阻上的电流。5.根据权利要求1所述的抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，所述最小退磁时间比较器的另一个输入端连接一基准电压，该基准电压固定不变。6.根据权利要求1所述的抗干扰LED过压保护模块，其特征在于，所述过压保护单元比较所述最小退磁时间比较器输出信号及退磁检测单元输出信号的先后顺序，并依此判断LED驱动器是否处于正常工作状态或者输出过压状态。7.一种抗干扰LED过压保护系统，其特征在于，包括一功率电感、一续流二极管、一输出电容、一母线电容、一供电电阻、一供电电容、一功率开关管、一采样电阻、权利要求1所述的抗干扰LED过压保护模块； 所述功率开关管的漏极分别电学连接所述功率电感以及所述续流二极管，所述功率开关管的源极电学连接所述采样电阻，所述功率电感电学连接所述输出电容； 所述母线电容电学连接所述续流二极管，所述供电电阻耦接在所述母线电容与供电电容之间，所述供电电容另一端接电路地； 所述抗干扰LED过压保护模块通过所述峰值电流比较器的输入端耦接在所述功率开关管的源极与所述峰值电流采样单元之间，通过所述驱动电路的输出端电学连接至所述功率开关管的栅极；所述供电电容与所述抗干扰LED过压保护模块中的所述稳压管并联； 其中，当所述峰值电流比较器上的电压到达一基准电压时，所述抗干扰LED过压保护模块关断所述功率开关管；当所述退磁检测单元检测到所述功率电感电流下降至零时，所述抗干扰LED过压保护模块导通所述功率开关管。8.根据权利要求7所述的抗干扰LED过压保护系统，其特征在于，所述功率开关管由一高压开关管和一低压开关管串联组成，当所述功率开关管由所述高压开关管和低压开关管串联组成时，所述退磁检测单元耦接在所述高压开关管和低压开关管之间。9.根据权利要求7所述的抗干扰LED过压保护系统，其特征在于，所述抗干扰LED过压保护系统为降压结构、升降压结构或反激结构。
【文档编号】H05B37/02GK105992435SQ201510076494
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月12日
【发明人】李君
【申请人】上海含英微电子有限公司