CN104349546B

CN104349546B - 低电流保护电路

Info

Publication number: CN104349546B
Application number: CN201410360410.7A
Authority: CN
Inventors: 大竹修
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: JP2015027226A; US20150029628A1; CN104349546A; US9306383B2; JP6135366B2

Abstract

本发明提供一种低电流保护电路，该低电流保护电路能够根据外部脉冲信号的占空比而适当设定对异常检测进行屏蔽的屏蔽时间。低电流保护电路具有：检测电阻(R1)，其检测LED电流ILED；比较器(CP1)，其通过对由检测电阻(R1)检测为电压VFB的LED电流ILED和预先设定的基准电压Vref1进行比较，检测LED电流ILED的降低；保护电路(10)，其在由比较器(CP1)检测到LED电流ILED的降低时进行低电流保护动作；以及比较器(CP2)，其在由比较器(CP1)检测到LED电流ILED的降低后，在经过根据PWM信号的占空比设定的屏蔽时间之前，对保护电路(10)的所述低电流保护动作进行屏蔽。

Description

低电流保护电路

技术领域

本发明涉及低电流保护电路，该低电流保护电路被安装于利用基于PWM控制(Pulse Width Modulation：脉宽调制)的脉冲信号(以下称为PWM信号)以恒流驱动负载的恒流电源装置中。

背景技术

LED(light emitting diode：发光二极管)具有根据电流的大小而使色调变化的特性。因此，一般以恒流驱动LED，在进行调光控制的情况下，利用作为外部脉冲信号的PWM信号驱动LED接通/断开，根据PWM信号的占空比对光量进行调整。

另一方面，在使用开关电源作为以恒流驱动负载的恒流电源装置的情况下，需要检测输出电流并进行反馈控制。如上所述，在通过PWM信号驱动LED的情况下，LED反复处于点亮期间和熄灭期间，当然，在熄灭期间内，在LED中不流过电流，输出电流被反馈为零。这样，当输出电流被反馈为零时，供应过剩的电力，所以，提出了如下方案：通过将反馈控制限制在LED的点亮期间中，防止供应过剩的电力(例如参照专利文献1)。

在专利文献1中公开了非绝缘方式的升压斩波型开关电源，在点亮LED的接通(ON)期间内，根据LED动作电流指示值供应动作电流，在熄灭LED的断开(OFF)期间内，利用n型MOS晶体管切断LED和供应电压，并且，LED供应电压源即开关电源的开关动作也同步断开。这样，在专利文献1中，通过与PWM信号同步地对开关电源进行接通/断开动作，降低待机时的消耗电力。

【专利文献1】日本特开2004-147435号

如现有技术那样，恒流电源装置与驱动负载接通/断开的外部脉冲信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，并且，使用供应到输出侧的电力以所设定的恒流驱动负载，在该恒流电源装置中，在安装有通过流过负载的负载电流的降低来检测异常的低电流(UV)保护电路的情况下，在起动时的输出电压从零上升为规定的电压的期间内，不流过规定的负载电流，所以进行异常检测。因此，需要临时对低电流保护电路的异常检测进行屏蔽，在负载电流的降低持续了规定时间以上的情况下，开始进行异常检测。

该情况下，如果PWM信号的占空比较大，则输出电压能够在短时间内充分上升，但是，当PWM信号的占空比较小时，输出电压上升需要数倍的时间，所以，需要设定为大幅延长对异常检测进行屏蔽的屏蔽期间。

但是，当设定为延长对异常检测进行屏蔽的屏蔽时间时，现在存在如下问题：在连续动作等的PWM信号的占空比较大时，进行异常检测，在进入低电流保护动作之前，部件可能由于发热等而破损。

发明内容

本发明的目的在于，鉴于上述问题，解决现有技术的问题，提供能够根据外部脉冲信号的占空比而适当设定对异常检测进行屏蔽的屏蔽时间的低电流保护电路。

本发明的低电流保护电路在恒流电源装置中检测负载中流过的负载电流的降低而进行低电流保护动作，该恒流电源装置与驱动所述负载接通/断开的外部脉冲信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，并且，使用供应到输出侧的电力以所设定的恒流驱动所述负载，所述低电流保护电路的特征在于，具有：负载电流检测单元，其检测所述负载电流；低电流检测单元，其通过对由该负载电流检测单元检测到的所述负载电流和预先设定的基准值进行比较，检测所述负载电流的降低；保护单元，其在由该低电流检测单元检测到所述负载电流的降低时进行所述低电流保护动作；以及屏蔽单元，其在由所述低电流检测单元检测到所述负载电流的降低后，对所述保护单元的所述低电流保护动作进行屏蔽，直到经过了根据所述外部脉冲信号的占空比设定的屏蔽时间为止。

进而，在本发明的低电流保护电路中，也可以是，与所述外部脉冲信号的占空比较大时的所述屏蔽时间相比，所述外部脉冲信号的占空比较小时的所述屏蔽时间被设定得较长。

进而，在本发明的低电流保护电路中，也可以是，所述屏蔽时间被设定为所述外部脉冲信号处于接通的工作状态的累计时间达到规定时间的时间。

根据本发明，发挥以下效果：能够根据外部脉冲信号的接通工作状态而适当设定对异常检测进行屏蔽的屏蔽时间，在外部脉冲信号的占空比较小时，能够延长屏蔽时间来防止误检测，并且，在外部脉冲信号的占空比较大时，缩短屏蔽时间而快速地进行异常检测，能够防止部件由于发热等而破损。

附图说明

图1是示出本发明的低电流保护电路的实施方式的电路结构的电路结构图。

图2是示出图1所示的低电流保护电路中的占空比为100％时的各部的信号波形和动作波形的波形图。

图3是示出图1所示的低电流保护电路中的占空比为50％时的各部的信号波形和动作波形的波形图。

图4是示出图1所示的低电流保护电路中的占空比为15％时的各部的信号波形和动作波形的波形图。

图5是示出本发明的低电流保护电路的另一个实施方式的电路结构的电路结构图。

标号说明

1、1a：低电流保护电路；

2：LED阵列；

10：保护电路；

20：计数器电路；

21～2n：LED；

AND1、AND2：“与”电路；

BF：缓冲器；

CC：恒流电路；

Co、C1：电容器；

CP1、CP2：比较器；

FF1：触发器电路；

ILED：LED电流；

Q1、Q2：NMOS；

R1：检测电阻；

R2：电阻；

SW：开关；

Vref1、Vref2：基准电压。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。

参照图1，本实施方式的低电流保护电路1被安装于未图示的恒流电源装置中，该恒流电源装置根据作为外部脉冲信号的调光信号等PWM信号，以恒流驱动串联连接n个(n表示任意自然数)LED21～2n而构成的LED阵列2。另外，PWM信号是外部脉冲信号，是根据其占空比来决定LED阵列2的明亮度的调暗信号(DimmingSignal)等调光信号。

LED阵列2、N型MOSFET(以下称为NMOS)Q1、用于检测与流过负载的负载电流、即流过LED阵列2的LED电流ILED对应的电压VFB的检测电阻R1被串联连接在未图示的恒流电源装置的输出侧的电容器Co的正极端子+与GND之间。成为这样的结构：与驱动作为负载的LED阵列2接通/断开的PWM信号同步地，从输入侧对输出侧的电容器Co供应电力。

在LED阵列2的负极侧端子上连接NMOSQ1的漏极端子，NMOSQ1的源极端子经由电阻R1而与GND连接。并且，PWM信号作为LED驱动信号而经由缓冲器BF输入到NMOSQ1的栅极端子。由此，通过基于PWM信号的LED驱动信号，NMOSQ1被接通/断开，与PWM信号同步地，以所设定的恒流驱动作为负载的LED阵列2接通/断开。

参照图1，低电流保护电路1具有比较器CP1、CP2、基准电压Vref1、基准电压Vref2、“与”电路AND1、AND2、开关SW、电容器C1、恒流电路CC、电阻R2、NMOSQ2、RS型触发器电路FF1、保护电路10。

NMOSQ1的源极端子与检测电阻R1的连接点被连接在比较器CP1的反转输入端子上，在比较器CP1的非反转输入端子上连接有基准电压Vref1。该基准电压Vref1是检测流过LED阵列2的LED电流ILED降低的阈电压。

比较器CP1的输出端子与“与”电路AND1的一个输入端子和“与”电路AND2的一个反转输入端子连接。而且，对“与”电路AND1的另一个输入端子和“与”电路AND2的另一个输入端子输入PWM信号。在比较器CP1中，对电压VFB和基准电压Vref1进行比较，在电压VFB小于基准电压Vref1时，比较器CP1的输出为H(高)电平，在电压VFB为基准电压Vref1以上时，比较器CP1的输出为L(低)电平。由此，“与”电路AND1的输出作为检测低电流的异常检测信号发挥功能，因电压VFB小于基准电压Vref1且PWM信号处于接通的工作状态而成为H电平。而且，“与”电路AND2的输出因电压VFB为基准电压Vref1以上且PWM信号处于接通的工作状态而成为H电平。

通过“与”电路AND1的输出而接通/断开的开关SW和电容器C1串联连接在恒流电路CC与GND之间，并且，在开关SW与电容器C1的连接点和GND之间串联连接有电阻R2和NMOSQ2。而且，“与”电路AND1的输出与RS型触发器FF1的置位端子S连接，并且，“与”电路AND2的输出与触发器FF1的复位端子R连接，来自触发器FF1的反转输出端子Q的输出与NMOSQ2的栅极端子连接。由此，当“与”电路AND1的输出成为H电平时，触发器FF1被置位，NMOSQ2断开，开关SW被接通，所以，开始对电容器C1充入电荷。然后，在电压VFB小于基准电压Vref1的状态持续的期间内，仅在PWM信号处于接通的工作状态时，以恒流对电容器C1充入电荷。并且，当“与”电路AND2的输出成为H电平时，触发器FF1被复位，NMOSQ2被接通，对充入到电容器C1中的电荷进行放电。

开关SW与电容器C1的连接点被连接在比较器CP2的非反转输入端子上，在比较器CP2的反转输入端子上连接有基准电压Vref2。而且，比较器CP2的输出被输入到保护电路10。保护电路10是如下电路：当比较器CP2的输出成为H电平时，执行使恒流电源装置的动作停止的低电流保护动作。即，开始对电容器C1充入电荷且电压VFB超过基准电压Vref2之前的期间成为对“与”电路AND1输出的异常检测信号进行屏蔽的屏蔽时间。

图2～图4示出本实施方式的低电流保护电路1中的起动时的上升顺序，图2示出PWM信号为占空比100％时，图3示出PWM信号为占空比50％时，图4示出PWM信号为占空比15％时。并且，在图2～图4中，(a)表示PWM信号，(b)表示输出电压Vo，(c)表示电压VFB，(d)表示异常检测信号，(e)表示电压Vdc。

如图2的(a)所示，当在时刻t0输入占空比100％的PWM信号时，如图2的(b)所示，与PWM信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，输出电压Vo开始上升。输出电压Vo充分上升而开始流过LED电流ILED，如图2的(c)所示，在时刻t1，电压VFB达到基准电压Vref1，在此之前，如图2的(d)所示，在PWM信号处于接通的工作状态时，“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平。

当“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平时，触发器FF1被置位，NMOSQ2断开，开关SW被接通，所以，如图2的(e)所示，开始对电容器C1充入电荷，电压Vdc开始上升。然后，在占空比为100％的情况下，开关SW持续被接通，所以，连续对电容器C1充入电荷。

接着，在时刻t1，当电压VFB达到基准电压Vref1时，触发器FF1被复位，NMOSQ2被接通，如图2的(e)所示，对充入到电容器C1中的电荷进行放电，电压Vdc达到基准电压Vref2，在比较器CP2的输出成为H电平之前下降。由此，在起动时，从“与”电路AND1输出的异常检测信号被屏蔽。

另一方面，在电压VFB未达到基准电压Vref1的情况下，如图2的(e)所示的虚线所示，电压Vdc继续上升，在时刻t2，当电压Vdc达到基准电压Vref1时，比较器CP2的输出成为H电平，保护电路10执行低电流保护动作。换言之，在时刻t2之前，当电压VFB达到基准电压Vref1时，不进行异常检测，时刻t0～时刻t2的时间成为屏蔽时间。另外，根据决定电压VFB上升的速度、即电容器C1的充电速度的恒流电路CC的电流值、电容器C1的电容、基准电压Vref2，决定屏蔽时间。因此，恒流电路CC的电流值、电容器C1的电容、基准电压Vref2被设定为：与起动时电压VFB达到低电流保护开始电压即基准电压Vref1的时刻t0～时刻t1的时间相比，电容器C1开始充电而使电压Vdc达到基准电压Vref2的时刻t0～时刻t2的时间较长。

接着，如图3的(a)所示，当在时刻t10输入占空比为50％的PWM信号时，如图3的(b)所示，与PWM信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，输出电压Vo开始上升。输出电压Vo充分上升而开始流过LED电流ILED，如图3的(c)所示，在时刻t11，电压VFB达到基准电压Vref1，在此之前，如图3的(d)所示，在PWM信号处于接通的工作状态时，“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平。

当“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平时，触发器FF1被置位，NMOSQ2断开，开关SW被接通，所以，如图3的(e)所示，开始对电容器C1充入电荷，电压Vdc开始上升。然后，在占空比为50％的情况下，仅在接通的工作状态时接通开关SW，所以，间歇地对电容器C1充入电荷。

接着，在时刻t11，当电压VFB达到基准电压Vref1时，触发器FF2被复位，NMOSQ2被接通，如图3的(e)所示，对充入到电容器C1中的电荷进行放电，电压Vdc达到基准电压Vref2，在比较器CP2的输出成为H电平之前下降。由此，在输入占空比为50％的PWM信号的情况下，在起动时，从“与”电路AND1输出的异常检测信号也被屏蔽。

另一方面，在电压VFB未达到基准电压Vref1的情况下，如图3的(e)所示的虚线所示，电压Vdc继续间歇地上升，在时刻t12，当电压Vdc达到基准电压Vref2时，比较器CP2的输出成为H电平，保护电路10执行低电流保护动作。换言之，在时刻t12之前，当电压VFB达到基准电压Vref1时，不进行异常检测，时刻t10～时刻t12的时间成为屏蔽时间。另外，如图3的(b)所示，仅在从输入侧供应电力的PWM信号的接通工作状态时，输出电压Vo上升，电压VFB达到基准电压Vref1之前的时刻t10～时刻t11的期间比PWM信号为占空比100％的情况下的时刻t0～时刻t1的期间长，异常检测信号成为H电平的期间也延长。相应地，在占空比为50％的情况下，仅在PWM信号处于接通的工作状态时对电容器C1充入电荷，所以，与占空比为100％的情况相比，屏蔽时间也被延长。

接着，如图4的(a)所示，当在时刻t20输入占空比为15％的PWM信号时，如图4的(b)所示，与PWM信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，输出电压Vo开始上升。输出电压Vo充分上升而开始流过LED电流ILED，如图4的(c)所示，在时刻t21，电压VFB达到基准电压Vref1，在此之前，如图4的(d)所示，在PWM信号处于接通的工作状态时，“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平。

当“与”电路AND1的输出即异常检测信号成为H电平时，触发器FF1被置位，NMOSQ2断开，开关SW被接通，所以，如图4的(e)所示，开始对电容器C1充入电荷，电压Vdc开始上升。然后，在占空比为15％的情况下，仅在接通的工作状态时接通开关SW，所以，间歇地对电容器C1充入电荷。

接着，在时刻t21，当电压VFB达到基准电压Vref1时，触发器FF2被复位，NMOSQ2被接通，如图4的(e)所示，对充入到电容器C1中的电荷进行放电，电压Vdc达到基准电压Vref1，在比较器CP2的输出成为H电平之前下降。由此，在输入占空比为15％的PWM信号的情况下，在起动时，从“与”电路AND1输出的异常检测信号也被屏蔽。

另一方面，在电压VFB未达到基准电压Vref1的情况下，如图4的(e)所示的虚线所示，电压Vdc继续间歇地上升，在时刻t22，当电压Vdc达到基准电压Vref2时，比较器CP2的输出成为H电平，保护电路10执行低电流保护动作。换言之，在时刻t22之前，当电压VFB达到基准电压Vref1时，不进行异常检测，时刻t20～时刻t22的时间成为屏蔽时间。另外，如图4的(b)所示，仅在从输入侧供应电力的PWM信号的接通工作状态时，输出电压Vo上升，电压VFB达到基准电压Vref1之前的时刻t20～时刻t21的期间比PWM信号为占空比50％的情况下的时刻t10～时刻t11的期间更长，异常检测信号成为H电平的期间也延长。相应地，在占空比为15％的情况下，与占空比为50％的情况相比，一次对电容器C1充入电荷的期间较短，所以，与占空比为50％的情况相比，屏蔽时间也进一步延长。

另外，在本实施方式中，根据PWM信号的占空比改变针对电容器C1的电荷充电量，变更屏蔽时间，但是，如果能够生成时钟信号，则如图5所示，也可以构成为通过计数器电路20的计数时间来变更屏蔽时间。在图5所示的低电流保护电路1a中，“与”电路AND1的输出和来自触发器FF1的输出端子Q的输出被输入到计数器电路20，并且，计数器电路20的输出被输入到保护电路10。然后，在来自触发器FF1的输出端子Q的输出为H电平且“与”电路AND1的输出为H电平的情况下，计数器电路20进行计数，在规定数的计数后使输出成为H电平。然后，当来自触发器FF1的输出端子Q的输出成为L电平时，对计数进行复位。由此，能够根据PWM信号的占空比改变计数器电路20的计数时间，能够变更屏蔽时间。

如上所述，根据本实施方式，低电流保护电路1在恒流电源装置中检测LED阵列2中流过的LED电流ILED的降低而进行低电流保护动作，该恒流电源装置与驱动LED阵列2接通/断开的PWM信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，并且，使用供应到输出侧的电力以所设定的恒流驱动LED阵列，其中，该低电流保护电路1具有：负载电流检测单元(检测电阻R1)，其检测LED电流ILED；低电流检测单元(比较器CP1)，其通过对由检测电阻R1检测为电压FB的LED电流ILED和预先设定的基准电压Vref1进行比较，检测LED电流ILED的降低；保护电路10，其在由比较器CP1检测到LED电流ILED的降低时进行低电流保护动作；以及屏蔽单元(比较器CP2)，其在由比较器CP1检测到LED电流ILED的降低后，在经过根据PWM信号的占空比设定的屏蔽时间之前，对保护电路10的所述低电流保护动作进行屏蔽。

根据该结构，能够根据PWM信号的占空比而适当地设定对保护电路的低电流保护动作进行屏蔽的屏蔽时间。

进而，根据本实施方式，与PWM信号的占空比较大时的所述屏蔽时间相比，PWM信号的占空比较小时的屏蔽时间被设定得较长。

根据该结构，在PWM信号的占空比较小时，延长对保护电路的低电流保护动作进行屏蔽的屏蔽时间，能够防止误检测，并且，在PWM信号的占空比较大时，缩短对保护电路的低电流保护动作进行屏蔽的屏蔽时间，能够防止在进入低电流保护动作之前部件由于发热等而破损。

进而，根据本实施方式，所述屏蔽时间被设定为所述外部脉冲信号处于接通的工作状态的累计时间达到规定时间的时间。即，仅在PWM信号处于接通的工作状态时，以恒流对电容器C1充入电荷，检测其电压Vdc是否达到基准电压Vref2。因此，PWM信号处于接通的工作状态的累计时间和电容器C1中的电荷量成为比例关系。

根据该结构，起动时的检测异常检测信号的期间根据输出电压Vo的上升时间而变化，但是，能够根据由于输出电压Vo的上升时间而引起的PWM信号处于接通的工作状态的累计时间来决定屏蔽时间，所以，能够适当对起动时的检测异常检测信号的期间进行屏蔽。

另外，本发明不限于上述各实施方式，显而易见，在本发明的技术思想范围内，各实施方式能够适当变更。并且，上述结构部件的数量、位置、形状等不限于上述实施方式，可以是适合于实施本发明的数量、位置、形状等。另外，在各图中，对相同的结构要素标注相同的标号。

Claims

1.一种低电流保护电路，其在恒流电源装置中检测负载中流过的负载电流的降低而进行低电流保护动作，该恒流电源装置与驱动所述负载接通/断开的外部脉冲信号同步地从输入侧向输出侧供应电力，并且，使用供应到输出侧的电力以所设定的恒流驱动所述负载，所述低电流保护电路的特征在于，具有：

负载电流检测单元，其检测所述负载电流；

低电流检测单元，其通过对由该负载电流检测单元检测到的所述负载电流和预先设定的基准值进行比较，检测所述负载电流的降低；

保护单元，其在由该低电流检测单元检测到所述负载电流的降低时，进行所述低电流保护动作；以及

屏蔽单元，其在由所述低电流检测单元检测到所述负载电流的降低后，对所述保护单元的所述低电流保护动作进行屏蔽，直到经过了根据所述外部脉冲信号的占空比设定的屏蔽时间为止。

2.根据权利要求1所述的低电流保护电路，其特征在于，

与所述外部脉冲信号的占空比较大时的所述屏蔽时间相比，所述外部脉冲信号的占空比较小时的所述屏蔽时间被设定得较长。

3.根据权利要求1或2所述的低电流保护电路，其特征在于，

所述屏蔽时间被设定为所述外部脉冲信号处于接通的工作状态的累计时间达到规定时间的时间。