CN101669405A - Led故障检测电路 - Google Patents

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Abstract

为了检测有缺陷的光源(比如耦合到DC－DC转换器电路用于接收功率信号的LED)，一种故障检测电路包括耦合到该LED以用于检测该LED两端的电压的顶点电压检测器。该顶点电压检测器具有顶点电压端子以用于提供顶点电压信号。该检测电路还包括差动放大器，其耦合到顶点电压端子以用于接收顶点电压信号作为第一输入信号，并且耦合到参考电压端子。该参考电压端子被配置为提供参考电压作为第二输入信号。该差动放大器包括用于提供故障检测信号的输出端子。

Description

LED故障检测电路
技术领域
本发明涉及一种LED故障(outage)检测电路，其用于检测有缺陷的LED并且输出相应的检测信号。
背景技术
在例如汽车应用中，期望能有一种警告***来向司机指示照明***的灯(特别是尾灯和/或刹车灯)有缺陷。响应于该警告，司机可以更换有缺陷的灯。
公知的现有技术***需要测试模式或者类似的方式。例如，每次开启照明***或者启动汽车时，检查该照明***。然而，如果灯在使用期间损坏，则不会产生信号。另外，为了检测有缺陷的灯，公知的现有技术***使用复杂并且昂贵的电路。
此外，公知的现有技术警告***不适合被用于LED。特别地，当LED被调光时，例如由采用脉宽调制(PWM)调光的DC-DC转换器电路来驱动时，公知的现有技术***不适合于检测有缺陷的LED。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单的、有成本效益的LED故障检测电路，其适合于被用于可以被调光的LED。
上述目的通过根据权利要求1的故障检测电路得以实现。
根据本发明的故障检测电路包括顶点电压检测器。该顶点电压检测器被耦合到LED以用于检测LED两端的电压。当电流流过LED(即该LED在工作而没有缺陷)时，LED两端的电压具有预定值。如果LED是有缺陷的，该LED可能是断路，从而导致LED两端的电压基本上等于电源电压，其通常显著高于没有缺陷时LED两端的电压。顶点电压检测器检测LED两端的电压，即相对较低的工作电压或者相对较高的电源电压。
需要注意，顶点电压检测器确定最大电压，即顶点电压。因此，如果使用PWM驱动方法对LED调光，则检测的电压基本上等于最大电源电压，基本上与该电源电压的占空比无关。因此，如果LED没有缺陷，则顶点电压检测器可以输出相对较低的顶点电压信号；而如果LED有缺陷，则顶点电压检测器可以输出相对较高的顶点电压信号。
由顶点电压检测器输出的顶点电压信号被提供给差动放大器作为第一输入信号。该差动放大器还接收参考电压作为第二输入信号。因此，该差动放大器被配置为基于参考电压与顶点电压信号之间的差值输出故障检测信号。例如，如果顶点电压信号基本上等于相对较低的工作电压，则故障检测信号可以具有低电压；如果顶点电压信号基本上等于相对较高的电源电压，则故障检测信号可以具有高电压。
在一个实施例中，顶点电压检测器包括二极管和电容器的串联连接，并且在该二极管与该电容器之间的节点处提供顶点电压端子。在工作中，将电容器充电到LED两端的最大电压，而在LED两端的电压低于电容器两端的电压时期内，二极管防止电容器放电。这特别适合于与脉宽调制(PWM)调光结合使用。
在一个实施例中，差动放大器包括差动晶体管对，第一输入信号被施加到第一晶体管的基极，并且第二输入信号被施加到第二晶体管的基极，其中输出端子被耦合到第二晶体管的集电极。
在一个实施例中，差动放大器包括运算放大器设备，该运算放大器设备被配置为对第一输入信号与第二输入信号之间的电压差进行放大，并且输出电压差信号，故障检测电路还包括晶体管，该晶体管的基极被耦合到运算放大器设备以用于接收电压差信号，差动放大器的输出端子被耦合到该晶体管的集电极。
附图说明
在下文中，通过参考示出了非限制性实施例的附图，本发明得以阐明，其中：
图1示出了根据本发明的故障检测电路的第一实施例的电路图；
图2示出了根据本发明的故障检测电路的第二实施例的电路图；
图3示出了根据本发明的故障检测电路的第三实施例的电路图；
图4示出了根据本发明的故障检测电路的第四实施例的电路图；
具体实施方式
在附图中，相同的参考标记表示相同的元件。
图1示出了根据本发明的故障检测电路10的第一实施例。故障检测电路10包括顶点电压检测器20以及差动放大器30。顶点电压检测器20被耦合到LED D1。监测该LED D1，并且故障检测信号应当指示出该LED D1的状态。电感器L1被耦合在LED D1两端。该电感器L1是用于向LED D1提供功率的DC-DC转换器的一部分。电感器L1不是必需的。也可以应用任何其他的DC-DC转换器拓扑结构。
顶点电压检测器20包括充电二极管D2、限流电阻器R3、电容器C1以及放电电阻器R4。充电二极管D2、限流电阻器R3以及电容器C1在LED D1两端串联连接。放电电阻器R4与电容器C1并联连接。限流电阻器R 3与放电电阻器R4还用作分压器。
在工作中，假设LED D1没有缺陷，电流通过电感器L1提供并且通过LED D1流到公共端子。因此，在LED D1两端产生工作电压。该工作电压可以例如是3.5V。当工作电压在LED D1两端时，通过充电二极管D2以及限流电阻器R3将电容器C1充电至该工作电压。电容器C1两端的电压作为顶点电压信号被施加在顶点电压检测器20的输出端子Tout处。
现在假设LED D1有缺陷，并因此LED D1起到断路的作用，在断路LED D1两端呈现出与提供给DC-DC转换器的电源电压基本上相等的电压。因此，电容器C1被充电至所述电源电压，其可以被认为显著高于LED工作电压。放电电阻器R4除去例如由噪声引起的任何电压脉冲。
放电电阻器R4具有相对较大的电阻，并且对于正确的操作可以不是必需的。例如，放电电阻器R4的电阻可以关于操作(例如脉宽调制操作)进行选择。放电电阻器R4可以被用于设置该放电电阻器R4与电容器C1的并联电路的时间常数，从而使得相对较快的电压变化(例如噪音，特别是在参考电压之上的电压峰值)基本上被忽略。另外，可以提供放电电阻器R4以便允许在意料不到的情况下对电容器R4放电。
如果LED D1使用PWM电流进行工作，则工作电压只在第一时间段期间出现在LED D1两端，而在第二时间段期间，LED D1两端不产生电压(或者产生较低的电压)。(第一和第二时间段是轮流交替的。)在第一时间段期间，电容器C1可以如上所述地被充电。在第二时间段期间，充电二极管D2防止电容器C1经过LED D1放电。因此，顶点电压检测器20适合与PWM调光结合使用。
差动放大器30包括第一晶体管Q1与第二晶体管Q2对。晶体管Q1、Q2的每一个的集电极分别通过第一和第二电阻器R1、R2耦合到电源电压Vs。在第二电阻器R2与第二晶体管Q2的集电极之间连接第三二极管D3。该第三二极管D3可以防止由于电压或者电流反转引起的损害。然而，可以省略第三二极管D3而不影响故障检测电路10的正确工作。
第一和第二晶体管Q1、Q2的发射极相连接，并且电流源电阻器RE连接在公共端子与两个晶体管Q1、Q2的发射极之间。电流源电阻器RE可以由任何其他适当类型的电流源所替换而不影响故障检测电路的工作。
第一晶体管Q1的基极连接到顶点电压检测器20的输出端子Tout。第二晶体管Q2的基极连接到参考电压端子。参考电压Vref因此被施加到第二晶体管Q2的基极上。
在第二晶体管Q2的集电极与第二电阻器R2之间的节点处，配置输出端子Vout用于输出故障检测信号。
可以适当地选择参考电压Vref。例如，参考电压Vref可以显著高于工作电压。在这样的一个实施例中，在LED D1正确工作期间，第二晶体管Q2是导通的，而由于与第二晶体管Q2相比第一晶体管Q1的基极-发射极电压显著较低，第一晶体管Q1是非导通的。由于第二晶体管Q2导通，在输出端子处的电压相对较低，特别地，基本上等于电流源电阻器RE两端的电压、第二晶体管Q2上的饱和电压以及第三二极管D3两端的电压之和，其总计例如大约1V。
当LED D1有缺陷时，在第一晶体管Q1的基极处的电压基本上等于DC-DC转换器的电源电压(其可以等于电源电压Vs，但它们不必需是相等的)。通过适当选择的参考电压Vref，在第一晶体管Q1基极处的电压相对较高，第一晶体管Q1导通，而第二晶体管Q2是非导通的。因此，由电流源电阻器RE产生的电流现在流经第一电阻器R1与第一晶体管Q1，而不是如上所述地流经第二电阻器R2与第二晶体管Q2。因此，在输出端子Vout处的电压基本上等于电源电压Vs。因此，当LEDD1有缺陷时，在输出端子Vout处呈现出显著较高的电压。
需要注意，输出端子Vout可以替换地被连接在第一电阻器R1与第一晶体管Q1之间。在这样的一个实施例中，当LED D1没有缺陷时故障检测信号为高，而当LED D1没有缺陷时故障检测信号为低。
图2示出了第二实施例，其工作与图1所示的第一实施例基本上相似。与第一实施例相比，第一晶体管由运算放大器设备OA代替。该运输放大器设备OA被用作差动放大器。另外，该运算放大器设备OA连接到顶点电压检测器输出端子Tout以用于接收顶点电压信号，并且该运算放大器设备OA连接到参考电压Vref。运算放大器设备OA对顶点电压信号和参考电压Vref进行比较。运算放大器设备OA的输出经由电阻器R5连接到第二晶体管Q2的基极。如果运算放大器设备的输出为高，则第二晶体管Q2导通，从而导致在故障检测信号端子Vout处的低电压。如果运算放大器设备的输出为低，则第二晶体管Q2非导通，从而导致在故障检测信号端子Vout处的高电压(基本上等于电源电压Vs)。
适当地选择参考电压Vref确保了该参考电压Vref高于LED工作电压，从而导致高运算放大器设备输出，并因此导致在输出端子Vout处的低故障检测信号。另外，适当选择的参考电压Vref使得该参考电压Vref等于或者低于DC-DC转换器的电源电压，从而导致低运算放大器设备输出，并因此导致在输出端子Vout处的高故障检测信号。
图3示出了与图2所示电路基本上相同的电路。然而，根据图3的电路适合于检测有缺陷的LED，该LED在有缺陷时变为短路。另外，顶点电压信号和参考电压与运算放大器设备OA(或者类似的比较设备)的连接互换，并且选择参考电压使其低于所期望的LED工作电压。
图4示出了与图2所示电路基本上相同的电路，其中引入了滞后。另外，在运算放大器设备OA的输出端子之间连接了第一滞后电阻器R6和第二滞后电阻器R7的串联连接，并且在运算放大器设备OA的输入端子与参考电压Vref的输入端子之间引入第三滞后电阻器R8。另外，提供在(1)第三滞后电阻器R8和运算放大器设备OA之间的节点与(2)第一滞后电阻器R6和第二滞后电阻器R7之间的节点之间的连接。这种滞后电路为本领域所公知，因此在此省略了对其工作的详细描述。如果LED显示出不稳定的工作(例如，在有缺陷的状态与工作状态之间交替)，则由于该滞后，防止了故障检测信号交替。
需要注意，在图3和图4中所呈现的与图2相比不同的电路改变也可以被引入到如图1所示的电路布置中。另外，需要注意，用于断路缺陷LED检测的电路(例如，如图1和图2所示)以及用于短路缺陷LED检测的电路(例如，如图3所示)可以相结合，以便能够在一个检测电路中检测这两种有缺陷的LED。例如，顶点电压检测电路20可以结合，并且顶点电压信号可以被提供到两个单独的差动放大器电路。另外，根据本发明的故障检测电路旨在与LED结合使用。然而，该故障检测电路也可以适合于与在有缺陷时变成断路或短路的任何其他种类的灯或者设备结合使用。
尽管在此公开了本发明的具体实施例，应当理解所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以多种形式被实施。因此，在此公开的特定结构以及功能细节不能被解释为限制，而仅仅是权利要求书的基础，以及作为用于教导本领域技术人员，使其能够以实际的任何适当的具体结构不同地采用本发明的代表性基础。
另外，在此使用的术语和短语不是为了限制，而是为了提供对于本发明的可被理解的描述。在此使用的术语“一个”被定义为一个或者多于一个。在此使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或者更多。在此使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包含(即开放式语言)。在此使用的术语“耦合”被定义为连接，尽管不必需是直接的，也不必需是通过导线的。

Claims (6)

1.一种用于检测有缺陷的LED的故障检测电路，该LED被耦合到DC-DC转换器电路用于接收功率信号，该故障检测电路包括：
顶点电压检测器，其耦合到该LED以用于检测LED两端的电压，该顶点电压检测器具有顶点电压端子，用于提供顶点电压信号；
差动放大器，其耦合到该顶点电压端子以用于接收顶点电压信号作为第一输入信号，并且耦合到参考电压端子，该参考电压端子被配置为提供参考电压作为第二输入信号，该差动放大器包括用于提供故障检测信号的输出端子。
2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其中顶点电压检测器包括二极管和电容器的串联连接，并且其中在该二极管与该电容器之间的节点处提供顶点电压端子。
3.根据权利要求2所述的故障检测电路，其中电阻器被并联地耦合到该电容器。
4.根据权利要求1所述的故障检测电路，其中该差动放大器包括差动晶体管对，第一输入信号被施加到第一晶体管的基极，并且第二输入信号被施加到第二晶体管的基极，其中输出端子被耦合到第二晶体管的集电极。
5.根据权利要求1所述的故障检测电路，其中该差动放大器包括运算放大器设备，该运算放大器设备被配置为对第一输入信号与第二输入信号之间的电压差进行放大，并且输出电压差信号。
6.根据权利要求4所述的故障检测电路，该故障检测电路还包括晶体管，该晶体管的基极被耦合到运算放大器设备以用于接收电压差信号，差动放大器的输出端子被耦合到该晶体管的集电极。
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