CN112020180B - 具有限流和短路保护功能的pwm调光电路及其应用电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路；所述电阻R1一端连接所述第一电源，另一端与所述电阻R2、所述发光二极管D3和所述三极管Q2的基极连接；所述电阻R2连接所述三极管Q1的集电极；所述发光二极管D3连接所述第三电源；所述电阻R3一端连接所述第二电源，另一端连接所述三极管Q1的基极和所述电阻R4；所述电阻R4与所述三极管Q2的集电极连接及连接处连接LED光源；所述三极管Q1的发射极用于接收电平信号；所述第三电源还连接所述电阻R5，所述电阻R5连接所述三极管Q2的发射极；所述发光二极管D3用于对所述电阻R5限压。本发明电路简易，成本低，能在短路和超重载情况下保护设备不损坏。

Description

具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路
技术领域
本发明属于电路保护领域，特别涉及一种具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路。
背景技术
LED光源是一种恒压负载，加载的电压稍有波动，流过LED光源的电流波动就会非常的大，很容易就会超过LED光源的极限电流，以致损LED光源。因此对流过LED光源的电流要加以限制，必须限制流过LED光源的电流在设定值以下。 现市面上大多PWM调光输出电路是使用单晶体管的，如果是使用小功率晶体管，短路就会损坏晶体管，电路失效；如果使用大功率晶体管，虽然短路不致损坏，但是成本也增加了，同时短路或超重载时，输出流会很大，致使晶体管非常热，对电路稳定工作很不利，同时由于大电流可能会损坏设备。因此需要一种成本低，能解决短路损坏和重载严重发热的问题的PWM调光输出电路，用于调节LED光源的亮度，同时也保护设备不损坏。
发明内容
为解决上述的技术问题本发明提供一种具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路，目的在于使电路恒定输出电流，能在短路和超重载情况下保护设备不损坏。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路，包括第一电源、第二电源、第三电源、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和发光二极管D3；
所述电阻R1一端连接所述第一电源，另一端与所述电阻R2、所述发光二极管D3和所述三极管Q2的基极连接；所述电阻R2连接所述三极管Q1的集电极；所述发光二极管D3连接所述第三电源；
所述电阻R3一端连接所述第二电源，另一端连接所述三极管Q1的基极和所述电阻R4；所述电阻R4与所述三极管Q2的集电极连接及连接处连接LED光源；所述三极管Q1的发射极用于接收PWM调光电平信号“红”；
所述第三电源还连接所述电阻R5，所述电阻R5连接所述三极管Q2的发射极；所述发光二极管D3用于对所述电阻R5限压。
优选地，所述第一电源电压56V，所述第二电源电压3.3V，所述第三电源电压7V。
优选地，所述电阻R1阻值18kΩ，所述电阻R2阻值1.6kΩ，所述电阻R3阻值10kΩ，所述电阻R4阻值150kΩ，所述电阻R5阻值8.2Ω。
优选地，所述发光二极管D3的正极连接所述电阻R1，负极连接所述第三电源。
具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的应用电路，其特征在于，包括DCDC开关电源调光电路、3.3V线性稳压电路、控制模块、所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路；所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路和DCDC开关电源调光电路并联；所述3.3V线性稳压电路和所述控制模块串联；所述控制模块分别与所述DCDC开关电源调光电路和所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路串联。
优选地，所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路输出连接红光源、蓝光源和绿光源；所述DCDC开关电源调光电路输出连接冷光源和暖光源。
本发明具有以下有益效果：与现常用电路相比，在超重负载或输出短路的情况下，限制或降低输出电流，保护电路不会出现过电流或过热情况导致损坏，提高LED电源品质，达到限流和短路保护作用，电路简易，低成本，在短路和重载下保护设备不损坏。
附图说明
图1为具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的结构示意图；
图2为具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的应用电路的结构示意图；
其中，附图标记:
第一电源1、第二电源2、第三电源3。
具体实施方式
如图1所示的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路，现说明：
具有限流和短路保护功能的PWM调光电路及其应用电路，包括第一电源1、第二电源2、第三电源3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和发光二极管D3；
所述电阻R1一端连接所述第一电源1，另一端与所述电阻R2、所述发光二极管D3和所述三极管Q2的基极连接；所述电阻R2连接所述三极管Q1的集电极；所述发光二极管D3连接所述第三电源3；
所述电阻R3一端连接所述第二电源2，另一端连接所述三极管Q1的基极和所述电阻R4；所述电阻R4与所述三极管Q2的集电极连接及连接处连接负载；所述三极管Q1的发射极用于接收电平信号；
所述第三电源3还连接所述电阻R5，所述电阻R5连接所述三极管Q2的发射极；所述发光二极管D3用于对所述电阻R5限压。
所述三极管Q1的发射极接收PWM信号“红”或“绿”或“蓝”中的一种信号，对所述三极管Q1起到开关控制的作用。电路的最大输出电流计算式为“所述发光二极管D3限定电压减去所述三极管Q2的导通电压0.7V的差除去所述电阻R5的阻值”，是为电路设定的最大输出电流值，即限定电流值。当电路输出重载时，电路电流被限制在限定电流值以下，电路处于限流保护状态。
另外地，电路处于关闭无输出状态，PWM信号“红”输入低电平，即所述三极管Q1的发射极电压0V，所述第二电源2电流被所述电阻R3限流后，流到所述三极管Q1的基极，再从三极管Q1的发射极流出到0V的，所以所述三极管Q1导通状态的。所述电阻R2与所述三极管Q1的集电极串联，由于所述电阻R2取值很大，因此三极管Q1是饱和导通状态的。另一方面，所述电阻R2和所述三极管Q2的基极均与所述电阻R1连接，所述电阻R2和所述三极管Q2的基极并联。所述第一电源1电流被所述电阻R1限流后，分别流入所述电阻R2和所述三极管Q2，所述电阻R2对所述三极管Q2的基极起分流作用，由于所述电阻R2分流比较大，致所述三极管Q2的基极与发射极未达到导通压差，处于截止状态，与所述三极管Q2连接的负载无电流通过，电路无输出。其中，所述三极管Q2的发射极最低电压相当于所述第三电源3的电压。
另外地，电路处于正常输出状态，PWM信号“红”输入高电平到所述三极管Q1的发射极时，所述三极管Q1未达到发射结导通电压，所述三极管Q1不导通，所述电阻R2无电流通过，不对所述三极管Q2的基极起分流作用，所有电流都流入所述三极管Q2的基极，使所述三极管Q2饱和导通。此时流经LED光源的电流未达到限定电流值，所述三极管Q2的基极电压未达到所述发光二极管D3限定电压，也不对所述三极管Q2的基极起分流作用，因此所述三极管Q2工作于饱和导通状态。由于所述三极管Q2工作饱和导通状态，所以损耗最小，效率最高。
另外地，电路处于限流保护输出状态，电流已达到限定电流值，所述三极管Q2的基极电压增大，达到所述发光二极管D3的导通电压，会对所述三极管Q2的基极起分流作用，这时有部分电流流入所述发光二极管D3，使得所述三极管Q2处于放大工作状态，所述发光二极管D3限定所述电阻R5的最高电压，以限定电路的最大输出电流值，以保护电路和保护LED光源不损坏。
另外地，电路处于短路涓流保护状态，当电路输出短路或超重负载时，所述三极管Q2集电极电压就会增大，导致所述三极管Q1的基极电压升高，达到发射结导通电压，使所述三极管Q1饱和导通，所述电阻R2有电流通过，对所述三极管Q2的基极起分流作用，进而使所述三极管Q2的集电极电流减小。所述三极管Q2工作于放大状态，但电路以微小的涓流输出，达到保护电路和LED光源的作用。
在一实施例中，所述第一电源1电压56V，所述第二电源2电压3.3V，所述第三电源3电压7V。
在一实施例中，所述电阻R1阻值18kΩ，所述电阻R2阻值1.6kΩ，所述电阻R3阻值10kΩ，所述电阻R4阻值150kΩ，所述电阻R5阻值8.2Ω。
另外地，所述第一电源1电压56V，所述第二电源2电压3.3V，所述第三电源3电压7V，所述电阻R1阻值18kΩ，所述电阻R2阻值1.6kΩ，所述电阻R3阻值10kΩ，所述电阻R4阻值150kΩ，所述电阻R5阻值8.2Ω，所述发光二极管D3限定电压1.8V，PWM输入电平为3.3V。
若电路处于关闭状态下，所述三极管Q1的发射极电压0V，三极管处于饱和导通状态，所以集电极电压为0.3V，此时三极管Q2基极的电压是：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。三极管Q2基极的电压是4.8V低于所述第三电源3电压7V，三极管Q2的发射结处于反偏，所以三极管Q2工作于截止状态。
若电路处于正常输出状态，我们设定的额定电流值是100mA，即通过所述电阻R5的电流约为100mA，R5电压为0.8V，所述三极管Q2的集电极电压为7V+0.8V+0.3V＝8.1V ，而所述三极管Q1的基极电压是：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。所以所述三极管Q1的基极与发射极压差为0.3V，小于发射结导通电压0.7V，所述三极管Q1截止，所述三极管Q2饱和导通状态。
若电路处于限流保护输出状态，所述发光二极管D3导通，所述Q1三级管截止，所述三极管Q2处于放大工作状态，同时要求所述三极管Q1基极电压小于3.3V+0.7V=4V，因此所述三极管Q2集电极的电压要小于：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
若电路处于短路涓流保护状态，所述三极管Q2的集电极电压将高于14.5V，此时所述三极管Q1饱和导通，所述电阻R2有电流通过，对所述三极管Q2的基极起分流作用，进而使所述三极管Q2的集电极电流减小，所述三极管Q2工作于放大状态，但输出电流是约10%涓流输出，所述三极管Q1的C极的电压是3.3V+0.3V＝3.6V，所述三极管Q2的B极的电压是：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。其中0.05mA为流入所述三极管Q2的基极的电流，则短路保护状态下输出电流是：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，小电流下能有效地保护电路，减少电路损耗。
在一实施例中，所述发光二极管D3的正极连接所述电阻R1，负极连接所述第三电源3。
具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的应用电路，包括DCDC开关电源调光电路、3.3V线性稳压电路、控制模块以及上述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路和DCDC开关电源调光电路并联；所述3.3V线性稳压电路和所述控制模块串联；所述控制模块分别与所述DCDC开关电源调光电路和所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路串联，所述控制模块分别控制所述DCDC开关电源调光电路和所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路。
在一实施例中，所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路输出连接红光源、蓝光源和绿光源；所述DCDC开关电源调光电路输出连接冷光源和暖光源。
所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路应用于多路调光输出的电路中，满足使用不同的所述LED光源的需要；所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路分别连接对应的红光源、绿光源和蓝光源，由于红光源、绿光源和蓝光源在应用中需要功率比较小，输出的品质要求也稍低点，很合适使用由分立元件搭建的、较为简单的、成本低的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路。所述DCDC开关电源调光电路输出连接暖光源和冷光源，由于暖光源和冷光源在应用中需要的功率相对比较大，对输出纹波等要求也比较高，因此只能使用成本相对稍高的DCDC开关电源调光电路。所述3.3V线性稳压电路为所述控制模块和所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路供电。所述控制模块控制所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路和所述DCDC开关电源调光电路的输出功率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，其特征在于，包括第一电源、第二电源、第三电源、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和发光二极管D3；
所述电阻R1一端连接所述第一电源，另一端与所述电阻R2、所述发光二极管D3和所述三极管Q2的基极连接；所述电阻R2连接所述三极管Q1的集电极；所述发光二极管D3连接所述第三电源；
所述电阻R3一端连接所述第二电源，另一端连接所述三极管Q1的基极和所述电阻R4；所述电阻R4与所述三极管Q2的集电极连接及连接处连接LED光源；所述三极管Q1的发射极用于接收电平信号；
所述第三电源还连接所述电阻R5，所述电阻R5连接所述三极管Q2的发射极；所述发光二极管D3用于对所述电阻R5限压。
2.根据权利要求1所述的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，其特征在于，所述第一电源电压56V，所述第二电源电压3.3V，所述第三电源电压7V。
3.根据权利要求1所述的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，其特征在于，所述电阻R1阻值18kΩ，所述电阻R2阻值1.6kΩ，所述电阻R3阻值10kΩ，所述电阻R4阻值150kΩ，所述电阻R5阻值8.2Ω。
4.根据权利要求1所述的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，其特征在于，所述发光二极管D3的正极连接所述电阻R1，负极连接所述第三电源。
5.具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的应用电路，包括如权利要求1-4任一所述的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路，其特征在于，还包括DCDC开关电源调光电路、3.3V线性稳压电路、控制模块；所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路和所述DCDC开关电源调光电路并联；所述3.3V线性稳压电路和所述控制模块串联；所述控制模块分别与所述DCDC开关电源调光电路和所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路串联。
6.根据权利要求5所述的具有限流和短路保护功能的PWM调光电路的应用电路，其特征在于，所述具有限流和短路保护功能的PWM调光电路输出连接红光源、蓝光源和绿光源；所述DCDC开关电源调光电路输出连接冷光源和暖光源。
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