可鎖死并自恢復(fù)的快速過(guò)載及短路保護(hù)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可鎖死并自恢復(fù)的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，包括檢測(cè)單元和控制單元，該檢測(cè)單元進(jìn)一步包括：電流檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電源輸出回路提供給負(fù)載的電流；以及電壓檢測(cè)單元，用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓；該控制單元用于在電流檢測(cè)單元檢測(cè)到過(guò)載電流時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件，而在電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的電壓為正常時(shí)恢復(fù)開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通；其中電流檢測(cè)單元和電壓檢測(cè)單元連接在電源輸出回路的相同低端或高端。該裝置在輸出側(cè)迅速響應(yīng)短路或過(guò)載，在短路或過(guò)載消除后切斷負(fù)載回路，并在負(fù)載接上之前不提供試探電流，而在正常的負(fù)載接入后再提供負(fù)載回路的電流。此外，當(dāng)錯(cuò)誤負(fù)載接入時(shí)，仍保持不重起。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可鎖死并自恢復(fù)的快速過(guò)載及短路保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電源輸出回路的短路/過(guò)載保護(hù)，尤其涉及照明領(lǐng)域的LED驅(qū)動(dòng)電源以及其它電源輸出裝置的短路/過(guò)載保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于道路照明、裝飾照明、工業(yè)照明、商業(yè)照明和家居照明。LED的驅(qū)動(dòng)電路通常分為恒壓和恒流電路。恒壓驅(qū)動(dòng)由于其應(yīng)用簡(jiǎn)單，適用于更多LED負(fù)載而被廣泛采用。恒流電路因其符合LED的工作特性要求，但應(yīng)用成本高，常常用于大功率LED的驅(qū)動(dòng)。無(wú)論是恒壓或恒流電路，或者開(kāi)關(guān)電源，都需要過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)。本實(shí)用新型電路擬在解決過(guò)載和短路保護(hù)中所出現(xiàn)的問(wèn)題。
[0003]在一般電源或LED驅(qū)動(dòng)電源的使用過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生過(guò)載或短路現(xiàn)象，而用戶(hù)端希望在過(guò)載或短路時(shí)，電源能夠不損壞，負(fù)載能夠得到保護(hù)，在過(guò)載或短路因素去除后，正常負(fù)載接上時(shí)，系統(tǒng)仍能無(wú)須斷開(kāi)輸入電源而恢復(fù)正常工作。
[0004]當(dāng)恒壓線路過(guò)載時(shí)，其輸出回路中的電流將會(huì)超過(guò)設(shè)定的上限值，當(dāng)恒流線路負(fù)載電壓過(guò)低超過(guò)所能恒流的下限時(shí)，輸出回路的電流將無(wú)法保持設(shè)定電流而上飄，若沒(méi)有防護(hù)，這些會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)電路，或者使得負(fù)載在非預(yù)期的電流下工作，造成系統(tǒng)性能無(wú)法達(dá)到而失效。而恒壓和恒流電路在負(fù)載出現(xiàn)斷路時(shí)，會(huì)在電路輸出級(jí)產(chǎn)生很大的電流，因而對(duì)輸出級(jí)的檢測(cè)元器件，輸出電容和線路板等造成大的應(yīng)力，對(duì)于反激線路輸入側(cè)也造成很大的應(yīng)力沖擊，降低產(chǎn)品可靠性，或因采用高降額的元器件使得產(chǎn)品成本增高，體積增大。因而提高快速響應(yīng)能力和在負(fù)載恢復(fù)前確保沒(méi)有電流沖擊是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。
[0005]目前實(shí)現(xiàn)短路或過(guò)載保護(hù)的電路多采用兩種模式，一是通過(guò)原邊的過(guò)載檢測(cè)，一是通過(guò)次邊的電流檢測(cè)，通過(guò)動(dòng)態(tài)地不斷試探性重新啟動(dòng)而又檢測(cè)到過(guò)載或短路而進(jìn)入又一次保護(hù)性負(fù)載回路切斷動(dòng)作，這種保護(hù)過(guò)程顯然會(huì)造成應(yīng)力和損耗問(wèn)題，有些芯片通過(guò)降低重起頻率來(lái)降低應(yīng)力和損耗，但是都沒(méi)有徹底切斷次級(jí)回路。如圖1和圖2所示。
[0006]因此，需要克服在各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中短路后通過(guò)試探重起方式恢復(fù)供電，并由此造成的聞應(yīng)力和聞?chuàng)p耗問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型提出了一種新的解決方案，該方案在輸出側(cè)迅速響應(yīng)短路，在短路后切斷負(fù)載回路，并在負(fù)載接上之前不提供試探電流，而在正常的負(fù)載接入后再提供負(fù)載回路的電流。此外，當(dāng)錯(cuò)誤負(fù)載接入時(shí)，仍保持不重起。
[0008]本實(shí)用新型涉及一種可鎖死并自恢復(fù)的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其中電源用于通過(guò)開(kāi)關(guān)元件向負(fù)載供電，包括:檢測(cè)單元和控制單元，該檢測(cè)單元進(jìn)一步包括:電流檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電源輸出回路提供給負(fù)載的電流，以及電壓檢測(cè)單元，用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓；該控制單元用于在電流檢測(cè)單元檢測(cè)到過(guò)載電流時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件，而在電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的電壓為正常時(shí)恢復(fù)開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通；其中電流檢測(cè)單元和電壓檢測(cè)單元連接在電源輸出回路的相同低端或高端。
[0009]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，在開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)觸發(fā)保護(hù)電路。
[0010]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，在電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的電壓為高壓時(shí)鎖死開(kāi)關(guān)元件使之處于斷開(kāi)的狀態(tài)。
[0011 ] 在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)單元和控制單元可在一個(gè)元器件上實(shí)現(xiàn)。
[0012]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流是通過(guò)電源輸出回路中的電阻器的電流。
[0013]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件為帶控制的三端器件。該三端器件為MOSFET、IGBT 或BJT。
[0014]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件是芯片內(nèi)部的控制開(kāi)關(guān)器件。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，電源為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源。
[0015]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載為L(zhǎng)ED負(fù)載。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1示出常規(guī)的短路測(cè)控方案。
[0017]圖2圖示不斷重復(fù)試探負(fù)載是否恢復(fù)造成的輸出回路大電流。
[0018]圖3示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0019]圖4示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0020]圖5示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的又一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0021]圖6示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的再一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0022]圖7示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0023]圖8示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的又一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0024]圖9示出實(shí)現(xiàn)圖3所示的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的具體電路。
[0025]圖10示出圖3所示的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的過(guò)載保護(hù)精確控制變體的具體電路。
[0026]圖11圖示消除了不斷地試探性重啟的需要之后的輸出回路電流。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)用新型的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的一種實(shí)現(xiàn)方式是采用單獨(dú)的檢測(cè)單元和控制單元，該檢測(cè)單元進(jìn)一步包括:電流檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述電源輸出回路提供給負(fù)載的電流，以及電壓檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓；該控制單元用于在電流檢測(cè)單元檢測(cè)到過(guò)載電流時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件并觸發(fā)保護(hù)電路，并且在電壓檢測(cè)單元開(kāi)關(guān)元件檢測(cè)到的電壓為高壓時(shí)鎖死開(kāi)關(guān)元件使之處于斷開(kāi)的狀態(tài)，而在電壓檢測(cè)單元開(kāi)關(guān)元件檢測(cè)到的電壓為正常時(shí)恢復(fù)開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通；其中電流檢測(cè)單元和電壓檢測(cè)單元連接在電源輸出回路的同一低端或高端。
[0028]圖3示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
[0029]如圖3所示，Vdc和地之間是一個(gè)電源，在實(shí)際使用中可以是AC/DC或DC/DC的輸出。該電源用于給LED負(fù)載供電；Q1是一個(gè)開(kāi)關(guān)管，在正常工作時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，或用于實(shí)施對(duì)該電壓源根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制，實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能；R1用于檢測(cè)過(guò)載和短路時(shí)的電流，觸發(fā)保護(hù)電路工作觸發(fā)保護(hù)和鎖死及恢復(fù)電路:通過(guò)檢測(cè)到Rl兩端的高壓判斷短路狀態(tài)，并斷開(kāi)Ql，Ql兩端的電壓被檢測(cè)到高壓鎖住斷開(kāi)Ql的狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)Ql兩端的電壓獲得是否正常負(fù)載接入，若接入則恢復(fù)，否則保持觸發(fā)后鎖住的Ql斷開(kāi)狀態(tài)。圖3所示的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的具體電路實(shí)現(xiàn)如以下參照?qǐng)D9進(jìn)行描述。
[0030]圖4示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。與圖3實(shí)施例不同的是，檢測(cè)在聞端進(jìn)行，Rl和Ql的連接關(guān)系不變。
[0031]圖5示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的又一個(gè)實(shí)施例的框圖。檢測(cè)在低端進(jìn)行。與圖3實(shí)施例不同的是，Ql連接在接地和Rl之間，而Rl則連接在Ql和LED負(fù)載之間。
[0032]圖6示出快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的再一個(gè)實(shí)施例的框圖。與圖3實(shí)施例不同的是，檢測(cè)在高端進(jìn)行，Ql連接在Vdc和Rl之間，而Rl則連接在Ql和LED負(fù)載之間。
[0033]本實(shí)用新型的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的另一種實(shí)現(xiàn)方式是將檢測(cè)和控制放在一個(gè)元器件上，即采用通過(guò)檢測(cè)MOSFET的Rds來(lái)檢測(cè)電流，該技術(shù)通常用在集成電路中，QS是同時(shí)檢測(cè)及控制通斷的模塊。具體線路如圖7、圖8所示。
[0034]基于圖3所示的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置的實(shí)施例，以下的描述涉及該實(shí)施例的具體工作原理和過(guò)程。
[0035]正常工作狀態(tài)時(shí)，圖騰柱線路接收到控制信號(hào)PWM，控制QSl的開(kāi)通和關(guān)斷，不同的占空比導(dǎo)致不同的LED平均電流，實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。
[0036]當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載或短路狀態(tài)時(shí)，過(guò)大的電流通過(guò)RS13，使得RS19，RS15和CS8構(gòu)成的偏置電路觸發(fā)QS3開(kāi)通，繼而拉低圖騰柱的驅(qū)動(dòng)端，使得QSl門(mén)極電壓降低關(guān)斷QS1。
[0037]QSl關(guān)斷后，Vd和Vs之間的電壓差抬升至恒壓源電壓，QS5通過(guò)RS18，RS17，QS3(已經(jīng)對(duì)地導(dǎo)通)的偏置電路導(dǎo)通，Vd通過(guò)QS5，ZDSl，RS14，RS15，CS8形成對(duì)QS3的偏置電路，使得QS3在電路過(guò)載/短路時(shí)保持導(dǎo)通狀態(tài)，即鎖定了短路保護(hù)功能。CS8在此要確保在過(guò)載/短路瞬間所獲得能量維持QS3導(dǎo)通直至QS5導(dǎo)通以提供持續(xù)的偏置電流來(lái)鎖定其導(dǎo)通狀態(tài)。
[0038]在過(guò)載/短路狀態(tài)消失時(shí)，LED的輸出端可能有兩種情況，一個(gè)是開(kāi)路，一個(gè)是接LED負(fù)載。當(dāng)輸出由過(guò)載/短路變?yōu)殚_(kāi)路或接LED負(fù)載時(shí)，Vd的電壓瞬間變?yōu)榻咏?V，QS5斷開(kāi)，QS3失去偏置電流斷開(kāi)，QS5和QS3構(gòu)成的自鎖線路解鎖，此時(shí)QS3釋放對(duì)PWM信號(hào)的拉低作用，使得PWM控制開(kāi)始作用于QSl。因?yàn)榇藭r(shí)是開(kāi)路狀態(tài)，所以沒(méi)有輸出電流。
[0039]當(dāng)輸出由過(guò)載/短路變?yōu)榻覮ED負(fù)載時(shí)，線路由LED+通過(guò)LED負(fù)載至VD-，再通過(guò)QS5的EC結(jié)，和ZDS1，RS14至QS3的BE結(jié)。Vd和Vs之間的電壓是恒壓源電壓減去LED負(fù)載的電壓，若該電壓大于ZDSl的擊穿電壓，則無(wú)法使得QS3關(guān)斷，那么PffM信號(hào)仍被拉低，無(wú)法作用于QSl，LED負(fù)載無(wú)法恢復(fù)工作；當(dāng)LED負(fù)載電壓足夠大，使得ZDSl不能被擊穿，則QS3因失去偏置電流而關(guān)斷，則釋放PWM信號(hào)，使整個(gè)電路恢復(fù)正常。這樣的做法會(huì)使當(dāng)LED錯(cuò)接時(shí)(LED負(fù)載前向壓降過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致過(guò)載)，線路將不恢復(fù)，進(jìn)而保護(hù)了 LED負(fù)載的安全。
[0040]如果希望精確控制過(guò)載保護(hù)，則可采用如圖10所示的電路。
[0041]在圖10中，從一個(gè)精確的參考電壓源Vref通過(guò)Rl和R2分壓并Cl濾波得到一個(gè)參考電壓連接比較器U2D的反相輸入端，而運(yùn)放的同相輸入端通過(guò)連接Vref的R3，R4分壓得到一個(gè)偏置電壓，正常工作時(shí)該分壓值使得U2D輸出為低，Ql無(wú)基極驅(qū)動(dòng)并由RlO拉低處于關(guān)斷狀態(tài)，C4起到濾出噪聲的作用，因?yàn)镼l關(guān)斷，Q4無(wú)驅(qū)動(dòng)電流，所以也處于關(guān)斷狀態(tài)。
QSl的門(mén)極連接到Q2和Q3組成的圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，因Ql關(guān)斷，所以QSl通過(guò)Vref，Q2驅(qū)
動(dòng)門(mén)極處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)輸出過(guò)載時(shí)，較器U2的V+大于V-，輸出高阻狀態(tài)，Ql由Vref通
過(guò)R5，Dl, R6驅(qū)動(dòng)基極而導(dǎo)通，正如上一個(gè)電路的過(guò)程，QSl被關(guān)斷，QSl兩端的電壓因負(fù)載
電壓降低而升高，擊穿ZDl使得Q4和Ql組成的鎖死電路動(dòng)作，持續(xù)拉低QSl的門(mén)極，直到
正常負(fù)載接入為止。在該電路中，輸出過(guò)載電流保護(hù)點(diǎn)可以精確地控制，公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種可鎖死并自恢復(fù)的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其中電源用于通過(guò)開(kāi)關(guān)元件向負(fù)載供電，包括: 檢測(cè)單元，進(jìn)一步包括: 電流檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述電源輸出回路提供給負(fù)載的電流；以及 電壓檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓； 控制單元，用于在所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)到過(guò)載電流時(shí)斷開(kāi)所述開(kāi)關(guān)元件，而在所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的電壓為正常時(shí)恢復(fù)所述開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通， 其中所述電流檢測(cè)單元和所述電壓檢測(cè)單元連接在所述電源輸出回路的相同低端或高端。
2.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，在所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到的電壓為高壓時(shí)，所述控制單元鎖死所述開(kāi)關(guān)元件使之處于斷開(kāi)的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，在所述開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)時(shí)觸發(fā)保護(hù)電路。
4.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)單元和所述控制單元可在一個(gè)元器件上實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流是通過(guò)所述電源輸出回路中的電阻器的電流。
6.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元件為帶控制的三端器件。
7.如權(quán)利要求6所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述三端器件為MOSFET、IGBT 或 BJT。
8.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元件是芯片內(nèi)部的控制開(kāi)關(guān)器件。
9.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述電源為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源。
10.如權(quán)利要求1所述的快速過(guò)載和短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述負(fù)載為L(zhǎng)ED負(fù)載。
【文檔編號(hào)】H05B37/03GK203590570SQ201320502921
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
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