CN110049594B - 一种负载过压保护电路及保护芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种负载过压保护电路及保护芯片，设置于负载与所述负载的前级驱动单元之间，其特征在于，所述保护电路包括：第一比较单元，用于比较负载的输出电压大于第一阈值电压时输出第一比较信号；驱动单元，与第一比较单元的输出端连接；开关器件，用于基于驱动单元持续输出的驱动信号拉低负载的输出电压；第二比较单元，用于比较开关器件的电流大于所述阈值电流时，向前级驱动单元输出第二比较信号，所述前级驱动单元停止工作。基于本发明提供的负载过压保护电路可以检测到负载出现高压打火时输出的高压电缆，并主动拉低输出电压，并向负载的前级驱动单元输出故障信号，由前级驱动单元根据该信号关闭前级输出，从而降低风险。

Description

一种负载过压保护电路及保护芯片

技术领域

本发明涉及电路领域，特别是涉及一种负载过压保护电路及保护芯片。

背景技术

目前，负载驱动输出多为高压小电流，尤其在灯具领域中，LED多采用无 需隔离的内置电源，为高压输出提供便利。但是在200-400V的输出条件下， 如果发生虚焊、LED开路，较高的电压会在不满足爬电距离的情况下发生打火， 进而引起LED起火或者使纸基PCB板碳化起火。实际应用中，为防止上述现 象的发生，需要特殊的保护机制。目前，常用的LED驱动IC提供输出过压保 护，但是响应时间较长，无法应对短时间打火的情况下的保护，而且输出过压保护误差较大，无法准确的进行判断与控制。

发明内容

本发明提供了一种负载过压保护电路及保护芯片以克服上述问题或者至 少部分地解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种负载过压保护电路，所述负载包括输 入端和输出端，所述负载的输入端连接为所述负载提供驱动电源的前级驱动单 元，所述负载的输出端连接所述保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

第一比较单元，包括第一输入端、第一输出端，所述第一输入端与负载的 输出端连接，用于获取所述负载的输出电压，并与预设的第一阈值电压进行比 较，若所述负载的输出电压大于所述第一阈值电压，则输出第一比较信号；

驱动单元，与所述第一比较单元的第一输出端连接，用于接收所述第一比 较单元输出的第一比较信号，基于所述第一比较信号输出驱动信号；

开关器件，用于基于所述驱动单元持续输出的驱动信号进入放大状态，进 而拉低所述负载的输出电压；

第二比较单元，包括第二输入端和第二输出端，所述第二比较单元的第二 输入端与所述开关器件连接，所述第二输出端与所述前级驱动单元连接，用于 获取所述开关器件的电流后与阈值电流进行比较，若所述开关器件的电流大于 所述阈值电流，则向所述前级驱动单元输出第二比较信号，所述前级驱动单元停止工作。

可选地，所述负载的输出端还设置有第一电阻和第二电阻；

第一电阻以及与所述第一电阻串联的第二电阻，所述第一电阻的一端与所 述负载的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接的同 时与所述第一比较单元的第一输入端连接；

所述第二电阻的另一端与所述驱动单元连接；

所述第一比较单元，用于获取经过所述第一电阻和第二电阻的分压后的输 出电压与所述第一阈值电压进行比较，若所述分压后的输出电压大于所述第一 阈值电压，则输出第一比较信号。

可选地，所述开关器件为三极管；

所述开关器件的基极与所述驱动单元的输出端连接，所述开关器件的集电 极与所述负载的输出端连接，所述开关器件的发射极与所述第二比较单元的第 二输入端连接。

可选地，所述保护电路还包括并联的第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻和第四电阻并联的一端同时连接所述开关器件的发射极，另 一端同时连接所述负载的输出端。

可选地，所述保护电路还包括第三比较单元和可控硅结构单元；

所述第三比较单元，用于检测所述第三电阻和第四电阻的电压，当所述第 三电阻和第四电阻的电压大于预设的第二阈值电压时，向所述驱动单元输出第 三比较信号，由所述驱动单元关闭所述开关器件，进而使电流通过所述可控硅 结构单元，驱动所述可控硅结构单元工作；

其中，所述第三比较单元包括第三输入端和第三输出端，所述第三比较单 元的第三输入端与所述第三电阻和第四电阻并联的一端连接，所述第三输出端 与所述驱动单元连接。

可选地，所述可控硅结构单元包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的发射极连接所述负载的输出端，所述第一三极管集电极 和所述第二三极管的基极同时连接所述第三比较单元的第三输出端，所述第一 三极管基极连接所述第二三极管的集电极；

所述第二三极管的发射极连接所述第二比较单元的第二输入端。

可选地，所述保护电路还包括：

第一前沿消隐单元，设置于所述第三比较单元和所述开关器件之间，用于 滤除所述第三输入单元中输入电压中的干扰信号。

可选地，所述保护电路还包括：

信号输出单元，所述信号输出单元包括第四输入端、第五输入端和第四输 出端，所述第四输入端与所述第二比较单元的第二输出端连接；所述第四输出 端与所述前级驱动单元连接。

可选地，所述保护电路还包括：

温度保护单元，与所述信号输出单元的第五输入端连接，用于检测周围温 度变化，当所述温度保护单元检测到的温度大于指定温度阈值时，通过所述信 号输出单元向所述前级驱动单元输出信号。

可选地，所述保护电路还包括：

第二前沿消隐单元，设置于所述负载的输出端和所述第一比较单元之间， 用于滤除所述负载的输出电压中的干扰信号。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种保护芯片，封装有上述任一项所 述的负载过压保护电路。

本发明提供了一种负载过压保护电路，可以检测到负载出现高压打火时输 出的高压信号，并主动拉低输出电压，同时向负载的前级驱动单元输出故障信 号，由前级驱动单元根据该信号关闭前级输出，从而降低风险，保护负载产品 的可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、 特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会 更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的 部件。在附图中：

图1是根据本发明实施例的负载光源保护电路结构示意图；

图2是根据本发明优选实施例的负载光源保护电路结构示意图；

图3是根据本发明优选实施例的负载光源保护电路工作时的电压变化V-T 曲线示意图；

图4是根据本发明优选实施例的负载光源保护电路工作时的电流变化I-T 曲线示意图；

图5是根据本发明实施例的保护芯片结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了 本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被 这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本 发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种负载过压保护电路，设置于负载和向该负载提供 驱动电源的前级驱动单元1之间，如图1所示，负载2包括输入端X21和输出 端Y22，负载2的输入端X21连接为负载2提供驱动电源的前级驱动单元1， 负载1的输出端Y22连接保护电路。本发明实施例提供的负载过压保护电路可 以包括：依次连接的第一比较单元10、驱动单元20以及第二比较单元30。

其中，第一比较单元10，包括第一输入端X11、第一输出端Y12，第一输 入端X11与负载2的输出端Y22连接，用于获取负载2的输出电压，并与预 设的第一阈值电压进行比较，若负载2的输出电压大于第一阈值电压，则输出 第一比较信号；驱动单元20，与第一比较单元10的第一输出端Y12连接，用于接收第一比较单元10输出的第一比较信号，基于第一比较信号输出驱动信 号，其可以包括驱动电路；开关器件SW，基于驱动单元20持续输出的驱动信 号后进入放大状态，进而拉低负载2的输出电压。第二比较单元30包括第二 输入端X31和第二输出端Y32，第二比较单元30的第二输入端X31与驱动单 元20连接，第二输出端Y32与前级驱动单元1连接，用于获取开关三级管SW 的电流后与阈值电流进行比较，若开关三级管SW的电流大于阈值电流，则向 前级驱动单元1输出第二比较信号，前级驱动单元1停止工作，进而停止向负 载2提供驱动电源。

本发明实施例提供了一种负载过压保护电路，可以检测到负载2出现高压 打火时输出的高压信号，并主动拉低输出电压，并向负载2的前级驱动单元1 输出故障信号，由前级驱动单元1根据该信号关闭前级输出，从而降低风险， 保护负载产品的可靠性。尤其是当多颗LED串联使用的时候，如果出现了LED 开路情况下，由于LED内部结构间距较小、引脚封装距离较小，造成爬电距 离较小且无法承受高电压，进而出现爬电间隙打火的现象。基于本发明实施例 提供的保护电路可以快速检测到来自负载的高压信号，并进行高效处理。另外， 本发明实施例提供的保护电路在触发异常保护的过程中，驱动单元20会缓慢 开启开关器件SW，使其经历线性放大区，可以慢慢释放出电解中的能量，避免瞬间拉低输出电压，造成大的浪涌电流而损伤电路。当负载为LED时，本 发明实施例中的前级驱动单元可以是LED恒流驱动器等器件或是其他可向负 载提供驱动电源的器件。

其中，开关器件SW优选为三极管；开关器件SW的基极与驱动单元20 的输出端连接，开关器件SW的集电极与负载2的输出端Y22连接，开关器件 SW的发射极与第二比较单元30的第二输入端X31连接，开关器件SW可以 基于可变电流源设置于负载过压保护电路中，或是通过其他方式进行设置，本 发明不做限定。

图2示出了根据本发明优选实施例的负载过压保护电路，参见图2可知， 图2所示的负载为LED，负载的输出端Y22还可以设置有第一电阻R1以及与 第一电阻R1串联的第二电阻R2，第一电阻R1的一端与负载的输出端Y22连 接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接的同时与第一比较单元 10的第一输入端X11连接；第二电阻R2的另一端与驱动单元20连接；第一 比较单元10，还可以获取经过第一电阻R1和第二电阻R2的分压后的输出电 压与第一阈值电压进行比较，若分压后的输出电压大于第一阈值电压，则输出 第一比较信号。对于第一阈值电压的电压值和第一电阻R1、第二电阻R2以及负载2的输入电压Vo相关，假设第一阈值电压为V₃₀，若(Vo*R2)/(R1+R2)＞ V₃₀，则第一比较单元10有信号输出。

实际应用中，当负载的输出电压升高时，第一电阻R1和第二电阻R2的 分压电压也会升高，本发明实施例提供的方法可利用外部电阻与第一阈值电压 进行比较，当负载电源输出电压超过此阈值时，就可以通过第一比较单元10 输出相应的比较信号。

继续参见图2可知，本发明实施例提供的负载过压保护电路还可以包括并 联的第三电阻R3和第四电阻R4；第三电阻R3和第四电阻R4并联的一端同 时连接开关器件SW的发射极，另一端同时连接负载的输出端Y22。

另外，负载过压保护电路还可以包括：第三比较单元40和可控硅结构单 元50；第三比较单元40，用于检测第三电阻R3和第四电阻R4的电压，当第 三电阻R3和第四电阻R4的电压大于预设的第二阈值电压时，向驱动单元20 输出第三比较信号，由驱动单元20关闭开关器件SW，进而使电流通过可控硅 结构单元50，驱动可控硅结构单元50工作；其中，第三比较单元40包括第三 输入端X41和第三输出端Y42，第三比较单元40的第三输入端X41与第三电 阻R3和第四电阻R4并联的一端连接，第三比较单元40的第三输出端Y42与 驱动单元20连接。当线路处于故障状态时，本发明实施例提供的过压保护电路不仅可以通过***分压电阻进行检测，还可以通过开关器件的电流进行检测 判断，并输出一个故障信号，该信号可以传递至负载的前级驱动单元1，使前 级驱动单元1停止工作，进而使负载停止工作。

第二阈值电压可基于第三电阻R3和第四电阻R4的阻值进行设定，假设 第二阈值电压为V₄₀，流过开关器件SW的电流为Isw，若Isw*R3*R4/(R3+R4) ＞V₄₀，则第三比较单元40有信号输出。

对于第二比较单元30来讲，其也可以先基于第三电阻R3和第四电阻R4 的阻值进行设定基准电压V₃₀，阈值电流I₃₀＝V₃₀*(R3+R4)/(R3*R4)，当 Isw*R3*R4/(R3+R4)＞V₃₀时，则第二比较单元30有信号输出。

可选地，参见图2可知，可控硅结构单元50可以包括：第一三极管Q1 和第二三极管Q2；第一三极管Q1的发射极连接负载的输出端Y22，第一三极 管Q1的集电极和第二三极管Q2的基极同时连接第三比较单元40的第三输出 端Y42，第一三极管Q1的基极连接第二三极管Q2的集电极；第二三极管Q2 的发射极连接第二比较单元30的第二输入端X31。本发明实施例通过设置可 控硅结构单元50，来自负载的过压信号只需一次触发，无需持续驱动即可使得 负载过压保护电路进入保护程序。

本发明实施例提供的负载过压保护电路还可以包括：第一前沿消隐单元60， 设置于第三比较单元40和开关器件SW之间，用于滤除第三比较单元40的输 入电压中的干扰信号。另外，在第二比较单元30的第二输出端Y32处还可以 设置信号输出单元70，信号输出单元70包括第四输入端X71、第五输入端X72和第四输出端Y73，该第四输入端X71与第二比较单元30的第二输出端Y32 连接；信号输出单元70的第四输出端73与前级驱动单元1连接。

信号输出单元70的第五输入端X72可以连接温度保护单元80，温度保护 单元80用于检测周围温度变化，当温度保护单元80检测到的温度大于指定温 度阈值时，通过信号输出单元70向前级驱动单元1输出信号。

基于本发明实施例提供的电路中，如果经过第二比较单元30电流较高， 温度上升也会较大，通过设置温度保护单元80检测其周围温度，当其附近温 度异常时，可以通过信号输出单元70向前级驱动单元1输出信号，同样起到 信号异常输出的功能。

可选地，如图2可知，本实施例提供的负载过压保护电路中，还可以包括 第二前沿消隐单元90，设置于负载的输出端Y22和第一比较单元10之间，用 于滤除负载的输出电压中的干扰信号。

除上述介绍的之后，图2所示了负载过压保护电路还可以包括电路内部的 供电模块，为整个电路的工作提供电源，还可以设置与供电模块连接的线性稳 压源。

参见图2可知，图中设置了LED1～LENn，n个串联的LED作为负载，并 使用LED恒流驱动作为LED₁～LEN_n的前级驱动单元1，其工作过程如下：

1、当LED灯串开路的时候，Vo电压会升高，LED的输出电压为V1，由 于LED₂开路，爬电距离较小，会造成打火现象，导致出现示意图3中t0处的 尖峰电压V3，此电压V3冲过了第一电阻R1和第二电阻R2设的保护电压V2 时，触发LED过压保护电路工作进入保护机制。

2、V_o升高造成第一电阻R1与第二电阻R2连接处的分压电压也升高， 即A点电压，通过第二前沿消隐单元90滤除一部分干扰后于第一比较单元10 进行比较，当A点电压高于第一比较单元10的基准(即第一阈值电压)时， 便输出信号到驱动单元20，驱动信号缓慢上升，使开关器件SW管处于放大状 态，使其流过的电流慢慢变大，电流方向是LED输出→LED1→B端口→SW →C/E端口→LEDn→GND。此时电流变化过程参考示意图4中I-T曲线中的 t1-t2，电压变化示意图3中V-T同样为t1-t2。

t1时刻，过压保护电路工作，驱动开关器件SW进入放大区，使输出电压 缓慢下降，缓慢释放输出滤波点解内部的能量，放大区持续时间为t1-t2。t2 时刻，过压保护电路将输出电压钳位到一个较低的水平，防止发生打火现象。

3、通过设置于端口E处的第三电阻R3，对第二比较单元30进行设置， 当流过开关器件SW的电流，即流过R3、R4电流达到一定值时，第二比较单 元30和其基准(阈值电流)进行比较，通过D端口可以输出一个高电平信号，表明当前可能处于故障状态，可以通过此信号来控制前级驱动单元1是否需要 关闭。该阈值电流可基于第三电阻R3进行设置。

因为此电路会流过较高电流，如果因为流过电流较高，温升较大，或者周 边温度较高时，可以通过温度保护单元80，从D端输出信号，同样起到异常 信号输出的功能。

4、第三比较单元40也可以检测第三电阻R3与第四电阻R4的电压，以 控制可控硅结构单元50导通，因为可控硅结构单元50导通后，无需持续驱动，即使当前电路供电很低停止工作，只要流过可控硅结构单元50的电流可以维 持，可控硅结构单元50可以持续导通，直到外部电路切断。

可控硅结构单元50导通，可以得到较低的导通压降进一步降低损耗，可 参考示意图3中V-T曲线中t3-t4阶段，此时过压保护电路无需额外供电，可进一步降低损耗。当第三比较单元40有信号输出时，同时信号也会输出到SW 的驱动，关闭SW，使电流通过可控硅结构单元50。

5、图2所示电路还可以设置RESET复位单元，当负载过压保护电路的外 围电路掉电重新上电时，其可复位重启，进而重新进行异常状态监测。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种保护芯片，封装有上述任 一实施例所述的负载过压保护电路。图5示出了根据本发明实施例的保护芯片 的结构示意图，参见图5可知，该保护芯片可包括7个引脚，分别是引脚C(1)、 引脚D(2)、引脚NC(3)、引脚A(4)、引脚E(7)、引脚F(6)、引 脚B(5)。其中，引脚C表示GND：芯片基准地；引脚D表示EN：使能信 号控制引脚；引脚NC，表示空(无功能定义)；引脚A，表示FB：电压检测引脚；引脚E，表示CS：电流采样引脚；引脚F，表示VCC：芯片供电引脚； 引脚B表示HV：高压输入引脚，图5只是示意性地示出了保护芯片的结构图， 实际应用中可根据不同的需求进行调整，本发明不做限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记 载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而 这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种负载过压保护电路，所述负载包括输入端和输出端，所述负载的输入端连接为所述负载提供驱动电源的前级驱动单元，所述负载的输出端连接所述保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

第一比较单元，包括第一输入端、第一输出端，所述第一输入端与负载的输出端连接，用于获取所述负载的输出电压，并与预设的第一阈值电压进行比较，若所述负载的输出电压大于所述第一阈值电压，则输出第一比较信号；

驱动单元，与所述第一比较单元的第一输出端连接，用于接收所述第一比较单元输出的第一比较信号，基于所述第一比较信号输出驱动信号；

开关器件，用于基于所述驱动单元持续输出的驱动信号进入放大状态，进而拉低所述负载的输出电压；

第二比较单元，包括第二输入端和第二输出端，所述第二比较单元的第二输入端与所述开关器件连接，所述第二输出端与所述前级驱动单元连接，用于获取所述开关器件的电流后与阈值电流进行比较，若所述开关器件的电流大于所述阈值电流，则向所述前级驱动单元输出第二比较信号，所述前级驱动单元停止工作。

2.根据权利要求1所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述负载的输出端还设置有第一电阻和第二电阻；

第一电阻以及与所述第一电阻串联的第二电阻，所述第一电阻的一端与所述负载的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接的同时与所述第一比较单元的第一输入端连接；

所述第二电阻的另一端与所述驱动单元连接；

所述第一比较单元，用于获取经过所述第一电阻和第二电阻的分压后的输出电压与所述第一阈值电压进行比较，若所述分压后的输出电压大于所述第一阈值电压，则输出第一比较信号。

3.根据权利要求1所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述开关器件为三极管；

所述开关器件的基极与所述驱动单元的输出端连接，所述开关器件的集电极与所述负载的输出端连接，所述开关器件的发射极与所述第二比较单元的第二输入端连接。

4.根据权利要求1所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括并联的第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻和第四电阻并联的一端同时连接所述开关器件的发射极，另一端同时连接所述负载的输出端。

5.根据权利要求4所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第三比较单元和可控硅结构单元；

所述第三比较单元，用于检测所述第三电阻和第四电阻的电压，当所述第三电阻和第四电阻的电压大于预设的第二阈值电压时，向所述驱动单元输出第三比较信号，由所述驱动单元关闭所述开关器件，进而使电流通过所述可控硅结构单元，驱动所述可控硅结构单元工作；

其中，所述第三比较单元包括第三输入端和第三输出端，所述第三比较单元的第三输入端与所述第三电阻和第四电阻并联的一端连接，所述第三输出端与所述驱动单元连接。

6.根据权利要求5所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述可控硅结构单元包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的发射极连接所述负载的输出端，所述第一三极管集电极和所述第二三极管的基极同时连接所述第三比较单元的第三输出端，所述第一三极管基极连接所述第二三极管的集电极；

所述第二三极管的发射极连接所述第二比较单元的第二输入端。

7.根据权利要求5所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

第一前沿消隐单元，设置于所述第三比较单元和所述开关器件之间，用于滤除所述第三比较单元的输入电压中的干扰信号。

8.根据权利要求1所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

信号输出单元，所述信号输出单元包括第四输入端、第五输入端和第四输出端，所述第四输入端与所述第二比较单元的第二输出端连接；

所述第四输出端与所述前级驱动单元连接。

9.根据权利要求8所述的负载过压保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

温度保护单元，与所述信号输出单元的第五输入端连接，用于检测周围温度变化，当所述温度保护单元检测到的温度大于指定温度阈值时，通过所述信号输出单元向所述前级驱动单元输出信号。

10.根据权利要求1-9任一项所述的负载过压保护电路，其特征在于，还包括：

第二前沿消隐单元，设置于所述负载的输出端和所述第一比较单元之间，用于滤除所述负载的输出电压中的干扰信号。

11.一种保护芯片，封装有权利要求1-10任一项所述的负载过压保护电路。