CN203800573U - 一种无需辅助绕组的led驱动电源中的过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，采样保持单元检测流过驱动电源的电流采样电阻上的电压Vcs；时间检测单元检测驱动电源的副边二极管的导通时间，并利用导通时间通过电流源和充电电容产生一电压Vref；在副边二极管导通时间结束时，第一比较器比较电压Vref和电压Vcs，当电压Vref小于电压Vcs时，第一比较器输出过压信号至控制逻辑单元；控制逻辑单元根据过压信号输出开关信号至开关驱动单元；开关驱动单元根据接收到的开关信号关断驱动电源的功率管。本实用新型不需要单独的变压器绕组来检测输出电压，也不需要检测脚位，能够使得制成的LED驱动电源的体积更小、成本更低。

Description

一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及LED过压保护技术领域，更具体的说，是涉及一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路。 

背景技术

随着电子技术的不断发展，LED灯的应用范围也越来越广。LED灯的工作原理为，通过LED驱动电源提供恒定的输出电流使LED灯点亮。因此，在输出LED开路或者其它情况使输出电压变高的情况下，LED驱动电源必须采取相应的措施，让输出电压不超过输出电容的耐压，否则输出电容就容易被烧坏。在传统的LED驱动电源中，一般采用一个单独的变压器绕组来检测输出电压，然后通过电阻分压，输入到芯片单独的脚位来直接检测输出电压，从而判定驱动电源是否发生过压。 

如图1所示，为现有技术中LED驱动电源中过压保护部分的电路原理图。图1所给出的是一种降压型Buck电路的典型应用图。通常包括：整流桥101，输入滤波电容102，输出电容103，电压器原边绕组104，变压器辅助绕组110，整流二极管105，供电电容109，LED负载113，开关功率管107，电流采样电阻108，分压电阻111，分压电阻112，控制芯片120。当开关功率管107导通时，变压器原边104电流上升，电流流经采样电阻108产生电压信号，当该电压信号达到芯片110内的电流基准电压时，开关功率管107关断，原边绕组104里面的电流通过整流管105续流，当芯片120检测到整流管105中的电流为零时，开关功率管107打开。当开关功率管107关断时，在原边绕组104上的电压差为LED的输出电压，此时辅助绕组110上感应的电压也是输出电压的正比关系，比例系数为绕组的匝比。如果此时LED开路，输出电压变高，如果FB电压高于芯片的内部基准，芯片120判定***进入过压状态，实现保护功能。 

由此可以看出，传统的LED过压保护方案中增加了LED的整个驱动电源的体积和成本，为了检测过压点，需要增加一个变压器绕组，两个分压电阻，而且芯片也要多一个检测脚位，不适合目前市场LED小体积、低成本的发展趋势。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，不需要单独的变压器绕组来检测输出电压，也不需要检测脚位，能够使得制成的LED驱动电源的体积更小、成本更低。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，应用于LED驱动电源，包括：采样保持单元、电流源、充电电容、第一比较器、控制逻辑单元、开关驱动单元和时间检测单元；其中： 

所述采样保持单元检测流过所述LED驱动电源的电流采样电阻上的电压Vcs； 

所述时间检测单元检测所述LED驱动电源的副边二极管的导通时间，并利用所述导通时间通过所述电流源和充电电容产生一电压Vref； 

在所述副边二极管导通时间结束时，所述第一比较器比较所述电压Vref和所述电压Vcs，当所述电压Vref小于所述电压Vcs时，所述第一比较器输出过压信号至所述控制逻辑单元； 

所述控制逻辑单元根据接收到的所述过压信号输出开关信号至所述开关驱动单元； 

所述开关驱动单元根据接收到的所述开关信号关断所述LED驱动电源的功率管。 

优选地，所述采样保持单元的输入端与所述LED驱动电源的电流采样电阻连接，输出端与所述第一比较器的正极输入端连接； 

所述第一比较器的负极输入端与所述充电电容和所述电流源连接，所述第一比较器的输出端与所述控制逻辑单元的输入端连接； 

所述控制逻辑单元的输出端与所述开关驱动单元的输入端连接； 

所述开关驱动单元的输出端与所述LED驱动电源的第一功率开关管的栅极连接； 

所述时间检测单元的输入端与所述LED驱动电源的第一功率开关管的漏极连接，所述时间检测单元的输出端与所述充电电容和所述电流源连接。 

优选地，所述LED驱动电源还包括第二功率开关管，所述时间检测单元包括：第一电容、电流检测电路、电流转电压电路以及第二比较器； 

所述第一电容的第一端与所述LED驱动电源的第二功率开关管的栅极相连，在所述第二功率开关管的栅极电压下降时，所述第一电容放电，产生第一电流； 

所述电流检测电路的输入端与所述第一电容的第二端相连，检测所述第一电流； 

所述电流转电压电路的输入端与所述电流检测电路的输出端相连，将所述第一电流转化为第一电压V0； 

所述第二比较器的同相输入端接预设电压V1，所述第二比较器的反相输入端与所述电流转电压电路的输出端相连，用于比较所述第一电压V0与所述预设电压V1的大小，产生所述副边二极管电流过零点信号。 

优选地，所述电流检测电路包括：第一MOS管、第三MOS管以及第二电容； 

所述第一MOS管的源极接外接电压，所述第一MOS管的栅极作为所述电流检测电路的输出端，所述第一MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端以及所述第一MOS管的栅极相连，所述第二电容的第二端与所述第三MOS管的源极相连，所述第三MOS管的漏极作为所述电流检测电路的输入端，所述第三MOS管的栅极接偏置电压。 

优选地，所述电流转电压电路包括：第二MOS管、第三电容以及第一电阻； 

所述第二MOS管的源极接外接电压，所述第二MOS管的栅极作为所述电流转电压电路的输入端，所述第二MOS管的漏极分别与所述第三电容的第一端以及所述第一电阻的第一端相连，且作为所述电流转电压电路的输出端，所述第三电容的第二端以及所述第一电阻的第二端均接地。 

优选地，所述预设电压V1为基准电压源产生的一基准电压。 

本实用新型所提供的一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，通过采样保持单元检测流过LED驱动电源的电流采样电阻上的电压，并通过时间检测单元检测LED驱动电源的副边二极管的导通时间，并利用导通时间通过电流源和充电电容产生一电压，通过第一比较器比较两个电压，当电流采样电阻上的电压大于副边二极管导通时所产生的电压时，第一比较器输出过压信号至控制逻辑单元，控制逻辑单元根据接收到的过压信号输出开关信号至开关驱动单元，开关驱动单元根据接收到的开关信号关断LED驱动电源的第一功率开关管，从而实现过压保护。由此可以看出，本实用新型与现有技术相比不需要单独的变压器绕组来检测输出电压，也不需要检测脚位，能够使得制成的LED驱动电源的体积更小、成本更低。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 

图1为现有技术中LED驱动电源电路原理图； 

图2为本实用新型公开的一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路的示意图； 

图3为本实用新型公开的另一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路的示意图； 

图4为本实用新型公开的时间检测单元的结构示意图； 

图5为本实用新型公开的时间检测单元中的电流检测电路的结构示意图； 

图6为本实用新型公开的时间检测单元中的电流转电压电路的结构示意图； 

图7为本实用新型公开的一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路中过压保护点的电压波形示意图。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

本实用新型实施例公开了一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，不需要单独的变压器绕组来检测输出电压，也不需要检测脚位，就能够使得制成的LED驱动电源的体积更小、成本更低。 

为了解决现有技术中成本高，应用受限的问题，本实用新型提供了一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路。本实用新型提供的电路省掉了现有技术中的辅助绕组110，分压电阻111和分压电阻112，并且省掉了芯片120的FB引脚。并且可以在峰值电流变化的应用中，检测输出电压是否过压，从而达到低成本，可靠性强的目标。 

如图2所示，为本实用新型公开的一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路。其中，LED驱动电源包括：整流桥201、滤波电感202、稳压电容203、变压器204、变压器副边二极管205、输出电容206、输出电感207、第一功率开关管208、电流采样电阻209。过压保护电路包括：采样保持单元210、电流源211、充电电容212、第一比较器213、控制逻辑单元214、开关驱动单元215和时间检测单元216。其中： 

整流桥201的输出端与滤波电感202的输入端连接，滤波电感202的输出端与稳压电容203的输入端和变压器204的原边绕组连接，稳压电容203的输出端接地，变压器副边二极管205与变压器204的副边连接，输出电容206和输出电感207分别并联在变压器204的副边绕组上。第一功率管208的漏极与变压器204的原边连接，源极与电流采样电阻209的输入端连接，电流采样电阻209的输出端接地。 

采样保持单元210的输入端与电流采样电阻209的输入端连接，输出端与比较器213的正极输入端连接；比较器213的负极输入端与充电电容212和电流源211连接，比较器213的输出端与控制逻辑单元214的输入端连接； 

控制逻辑单元214的输出端与所述开关驱动单元215的输入端连接；开关驱动单元215的输出端与第一功率开关管208的栅极连接；时间检测单元216的输入端与第一功率开关管208的漏极连接，时间检测单元216的输出端与充电电容212和电流源211连接。 

上述过压保护电路的工作过程及原理为：采样保持单元210检测流过电流采样电阻209上的电压Vcs，将Vcs的峰值采样出来保存为Vcspeak。时间检测单元216检测变压器副边二极管205的导通时间Tons，利用检测到的时间Tons通过电流源211和充电电容212产生一个电压Vref，在检测到变压器副边二极管205导通时间Tons结束的时，将产生的电压Vref与采样保持单元210检测到的电压Vcspeak在比较器213中进行比较，如果Vref<Vcspeak，则比较器213输出过压信号OVP到控制逻辑单元214，控制逻辑单元214输出开关信号到开关驱动单元215，驱动单元215根据接收到的开关信号关断第一功率开关管208，从而实现对LED的过压保护。 

如图3所示，为本实用新型公开的一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路。其中，LED驱动电源包括：整流桥301、滤波电感302、稳压电容303、供电电阻304、供电电容305、变压器306、变压器副边二极管307、输出电容308、输出电感309、第一功率开关管310、二极管311、第二功率开关管312、电流采样电阻313。过压保护电路包括：采样保持单元314、电流源315、充电电容316、第一比较器317、控制逻辑单元318、开关驱动单元319和时间检测单元320。其中： 

整流桥301的输出端与滤波电感302的输入端连接，滤波电感302的输出端分别与稳压电容303的输入端、供电电阻304的输入端和变压器306的原边绕组连接，稳压电容303的输出端接地，供电电阻304的输出端分别与供电电容305的输入端和电源VCC连接，供电电容305的输出端接地。变压器副边二极管307与变压器306的副边连接，输出电容308和输出电感309分别并联在变压器306的副边绕组上。第二功率开关管312的栅极与电源连 接，漏极与变压器306的原边绕组连接，源极与二极管311的阳极和第一功率管310的漏极连接。二极管311的阴极与电源VCC连接，第一功率管310的源极与电流采样电阻313的输入端连接，电流采样电阻313的输出端接地。 

采样保持单元314的输入端与电流采样电阻313的输入端连接，输出端与第一比较器317的正极输入端连接；第一比较器317的负极输入端与充电电容316和电流源315连接，第一比较器317的输出端与控制逻辑单元318的输入端连接； 

控制逻辑单元318的输出端与所述开关驱动单元319的输入端连接；开关驱动单元319的输出端与第一功率开关管310的栅极连接；时间检测单元320的输入端与二极管311的阳极和第二功率开关管310的源极连接，时间检测单元320的输出端与充电电容316和电流源315连接。 

上述过压保护电路的工作过程及原理为：采样保持单元314检测流过电流采样电阻313上的电压Vcs，将Vcs的峰值采样出来保存为Vcspeak。时间检测单元320检测变压器副边二极管307的导通时间Tons，利用检测到的时间Tons通过电流源215和充电电容216产生一个电压Vref，在检测到变压器副边二极管307导通时间Tons结束的时，将产生的电压Vref与采样保持单元314检测到的电压Vcspeak在第一比较器317中进行比较，如果Vref<Vcspeak，则第一比较器317输出过压信号OVP到控制逻辑单元318，控制逻辑单元318输出开关信号到开关驱动单元319，驱动单元319根据接收到的开关信号关断第二功率开关管310，从而实现对LED的过压保护。 

上述电压Vref可以用下列公式表述： 

V_ref＝K×I_ref×T_ons/C_ref

其中，K为时间检测单元芯片内部的固有系数，Iref为电流源大小，Tons为副边二极管导通时间，Cref为充电电容。 

上述电压Vcspeak可以用下列公式表述： 

V_cspeak＝V_out×N×T_ons×R_cs/L_m

其中Lm为变压器原边线圈的电感电量，Vout为变压器输出电压的大小，Rcs为电路采用采样电阻的阻值，N为变压器原边副边匝数比。 

当Vcs>Vref时，认为输出电压过高，发生OVP保护，过压保护点为 

$V_{\mathrm{OVP}}=\frac{I_{\mathrm{ref}}\&times;L_m}{K\&times;C_{\mathrm{ref}}\&times;R_{\mathrm{cs}}}$

从上式可以看出过压保护点可以由***参数设定。 

具体的，如图4所示，时间检测单元包括：第一电容C4、电流检测电路401、电流转电压电路402以及第二比较器403。 

其电路连接关系为： 

第一电容C4的第一端与图3中LED驱动电源的第二功率管310的源极相连，在第二功率管310的源极电压下降时，第一电容C4放电，产生第一电流； 

电流检测电路410的输入端与第一电容C4的第二端相连，检测所述第一电流； 

电流转电压电路402的输入端与电流检测电路401的输出端相连，将所述第一电流转化为第一电压V0； 

第二比较器403的同相输入端接预设电压V1，第二比较器403的反相输入端与电流转电压电路402的输出端相连，用于比较所述第一电压V0与所述预设电压V1的大小，产生所述副边二极管电流过零点信号。 

这里需要说明的是，电流检测电路401以及电流转电压电路402的实现电路有很多种，在本实施例中，并不逐一列举。本领域技术人员在本实用新型的思想上，对电流检测电路以及电流转电压电路的不同结构的选用均属于本实用新型的保护范围之内。 

优选地，本实用新型提供了一种具体的电流检测电路，如图5所示，包括：第一MOS管P1、第三MOS管P3以及第二电容CC1。 

各器件的连接关系为： 

第一MOS管的源极接外接电压，第一MOS管的栅极作为电流检测电路的输出端，第一MOS管的漏极分别与第二电容的第一端以及第一MOS管的栅极相连，第二电容的第二端与第三MOS管的源极相连，第三MOS管的漏极作为电流检测电路的输入端，第三MOS管的栅极接偏置电压。 

其电流检测原理为：当输入端Iin有电流向外流出的时候，该电流会被第一MOS管P1检测到，即实现电流检测的作用。需要说明的是，其中，Vb为驱动电路内置的偏置电压。 

同样的，本实用新型也提供了一种具体的电流转电压电路，如图6所示，包括：第二MOS管P2、第三电容CC2以及第一电阻RR1。 

该电流转电压电路中，各器件的连接关系如下： 

第二MOS管的源极接外接电压，第二MOS管的栅极作为电流转电压电路的输入端，第二MOS管的漏极分别与第三电容的第一端以及第一电阻的第一端相连，且作为电流转电压电路的输出端，第三电容的第二端以及第一电阻的第二端均接地。 

其电流转电压的工作原理为：被第一MOS管检测到的电流通过第二MOS管P2流入到第三电容CC2和第一电阻RR1，经过该第三电容CC2和第一电阻RR1的滤波处理后，转化为第一电压V0。 

之后将该第一电压V0与预设电压V1进行比较，第二比较器303产生一副边二极管电流过零点信号。 

需要说明的是，上述时间检测单元中的预设电压V1可以为驱动电路内部的基准电压源产生的一基准电压，也可以是由外置的电压源产生的一基准电压，在本实施例中并不对预设电压的产生过程进行限定。 

可见，本实用新型提供的时间检测单元，既能实现检测副边二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。 

如图7所示，为本实用新型公开的过压保护电路过压保护点的波形图。具体的，在Gate_on为高电平的时候，第一功率开关管导通，它的源极电压Vcs线性上升，当Gate_on变为低电平的时候，导通结束，Vcs的最大值为Vcspeak，同时副边二极管导通时间开始(Tons为高)，Vref开始线性上升，当副边二极管导通时间Tons结束的时候(Tons为低)，Vref停止上升，将此时的Vref和之前采样并保持住的Vcspeak做比较，如果此时的Vref小于Vcspeak，则输出过压保护信号OVP。芯片进入过压保护状态。 

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。 

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (6)

1.一种无需辅助绕组的LED驱动电源中的过压保护电路，应用于LED驱动电源，其特征在于，包括：采样保持单元、电流源、充电电容、第一比较器、控制逻辑单元、开关驱动单元和时间检测单元；其中： 

所述采样保持单元检测流过所述LED驱动电源的电流采样电阻上的电压Vcs； 

所述时间检测单元检测所述LED驱动电源的副边二极管的导通时间，并利用所述导通时间通过所述电流源和充电电容产生一电压Vref； 

在所述副边二极管导通时间结束时，所述第一比较器比较所述电压Vref和所述电压Vcs，当所述电压Vref小于所述电压Vcs时，所述第一比较器输出过压信号至所述控制逻辑单元； 

所述控制逻辑单元根据接收到的所述过压信号输出开关信号至所述开关驱动单元； 

所述开关驱动单元根据接收到的所述开关信号关断所述LED驱动电源的功率管。 

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述采样保持单元的输入端与所述LED驱动电源的电流采样电阻连接，输出端与所述第一比较器的正极输入端连接； 

所述第一比较器的负极输入端与所述充电电容和所述电流源连接，所述第一比较器的输出端与所述控制逻辑单元的输入端连接； 

所述控制逻辑单元的输出端与所述开关驱动单元的输入端连接； 

所述开关驱动单元的输出端与所述LED驱动电源的第一功率开关管的栅极连接； 

所述时间检测单元的输入端与所述LED驱动电源的第一功率开关管的漏极连接，所述时间检测单元的输出端与所述充电电容和所述电流源连接。 

3.根据权利要求1或2所述的过压保护电路，其特征在于，所述LED驱动电源还包括第二功率开关管，所述时间检测单元包括：第一电容、电流检测电路、电流转电压电路以及第二比较器； 

所述第一电容的第一端与所述LED驱动电源的第二功率开关管的栅极相连，在所述第二功率开关管的栅极电压下降时，所述第一电容放电，产生第一电流； 

所述电流检测电路的输入端与所述第一电容的第二端相连，检测所述第一电流； 

所述电流转电压电路的输入端与所述电流检测电路的输出端相连，将所述第一电流转化为第一电压V0； 

所述第二比较器的同相输入端接预设电压V1，所述第二比较器的反相输入端与所述电流转电压电路的输出端相连，用于比较所述第一电压V0与所述预设电压V1的大小，产生所述副边二极管电流过零点信号。 

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述电流检测电路包括：第一MOS管、第三MOS管以及第二电容； 

所述第一MOS管的源极接外接电压，所述第一MOS管的栅极作为所述电流检测电路的输出端，所述第一MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端以及所述第一MOS管的栅极相连，所述第二电容的第二端与所述第三MOS管的源极相连，所述第三MOS管的漏极作为所述电流检测电路的输入端，所述第三MOS管的栅极接偏置电压。 

5.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述电流转电压电路包括：第二MOS管、第三电容以及第一电阻； 

所述第二MOS管的源极接外接电压，所述第二MOS管的栅极作为所述电流转电压电路的输入端，所述第二MOS管的漏极分别与所述第三电容的第一端以及所述第一电阻的第一端相连，且作为所述电流转电压电路的输出端，所述第三电容的第二端以及所述第一电阻的第二端均接地。 

6.根据权利要求3所述的过压保护电路，其特征在于，所述预设电压V1为基准电压源产生的一基准电压。