专利名称：一种用于led驱动的尖刺电流保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明应用领域，具体涉及一种LED照明产品在允许空载后接通LED 发光芯片的热线保护电路。
背景技术：
随着大功率LED (发光二极管)技术的发展，白光LED的发光亮度已经得到了大幅度的提升。凭借其高节能、利环保、寿命长、体积小、发光稳定等特点，大功率白光LED已被应用于室内家居照明、道路照明、商业照明等场所，被誉为继白炽灯、荧光灯之后照明光源的第三次革命。按LED照明产品结构可以分为一体化LED照明产品和采用可更换镇流器的 LED照明产品。第一类一体化的LED照明产品，可以直接替换如白炽灯等传统照明光源，不需要更换灯头、电线等其它照明设施，如LED球泡灯，LED筒灯，LED射灯等。由于这类灯具的驱动电路和LED负载是装在一个不可拆卸的灯具内，所以它们的工作具有同步性，即只要灯具接通电源，LED会立即发光，切断电源，LED会立即熄灭，不存在可允许的空载情况 如驱动电路有电流流过，而LED负载断路。酒店大堂、超市照明也会涉及到一体化LED照明产品。第二类采用可更换镇流器的LED照明产品。此类LED产品驱动电源常采用模块化的镇流器，即其驱动电源是模块化，可更换的，如LED路灯，LED灯管T8，T12以及壁橱、冰箱类照明。它与一体化照明产品的区别在于，镇流器和LED的工作具有异步性。通常壁橱、冰箱里的镇流器一直处于与电源接通状态，负载为空载状态，而在开区壁橱门或冰箱门等需要照明的操作时，LED负载才会被接通点亮。这类照明产品在不需要照明时，允许驱动镇流器空载。在更换LED路灯和灯管负载时，也可能出现空载后直接连通LED负载的情况。LED 应用照明都会面临由驱动电路、环境、温度等因素带来的寿命问题。寿命缩短会加大单位时间的成本投入。由于LED照明产品都是以驱动电路为依托的发光源，电子线路具有诸多不确定的安全因素，它可能自身损坏，也可能因为非正常输出电流过大等类似情况毁坏LED负载。从驱动电路角度，如何应对影响LED照明寿命的可预见问题，成为LED照明工程领域又一新课题。在LED驱动电路的输出端都有一个大容值的电解电容。大多数LED驱动电路都工作在恒流模式。这就意味着，如果输出不接LED，即空载的时候，驱动电路的输出电压会比接入 LED正向导通电压的之和大。如果突然连接上LED，将有一个非常大的尖刺电流流过LED负载，这个尖刺电流甚至可能毁坏LED发光芯片。避免此种情况发生的传统方案有(1)与LED 串联一个NTC(负温度系数的热敏电阻)，但是NTC不能承受重复的电流尖刺冲击；( 设置空载时的输出电压略高于LED正向导通电压之和。但这种方法只适合应用于特定的LED负载；C3)与LED串联一个半导体开关，如图1所示。这种电路的缺点在于在接通LED负载之前，MOS开关一直处与导通状态，功耗增加。而整个LED照明产品正常工作后，随着环境温度的升高，三极管Q3的基极-发射极电压Vbe将减小，可能导致Q3错误开启，甚至损坏 MOS开关管。
发明内容
本发明的目的在于针对在允许空载后接通LED发光芯片的照明产品，克服现有技术的上述不足，提供一种简单、有效的热线保护电路，以保证LED照明产品的寿命，减少单位时间投入成本。为此，本发明采用如下的技术方案一种用于LED驱动的尖刺电流保护电路，所述的保护电路包括与LED负载一起串接在LED芯片驱动电路输出端的MOS开关管和MOS开关管保护电路，设LED芯片驱动电路输出端为第一电压源，维持MOS开关管开启的电压为第二电压源，所述的保护电路还包括负载检测电路，所述的负载检测电路包括稳压管、第一三极管Q2和第二三极管Q4，稳压管与第一三极管Q2相串联后接在LED芯片驱动电路输出端，稳压管的负极与第一电压源的正极相接，第一三极管Q2的基极与LED负载的负极及MOS开关管的漏极相接，第一三极管Q2 的发射极接地，第一三极管Q2的集电极与第二三极管Q4的基极相接；第二三极管Q4的集电极与MOS开关管的栅极相接，第二三极管Q4的发射极接地。作为优选实施方式，所述的MOS开关管保护电路包括第三三极管Q3，所述的第三三极管Q3的基极分两路，一路通过电阻R3接地，另一路通过电容C2连接到MOS开关管的源端，MOS开关管的源端通过电阻接地，第三三极管Q3的集电极接MOS开关管的栅极。本发明的稳压管工作电压高于LED发光芯片正想导通电压降之和，低于驱动电路空载输出电压值，与现有技术相比，其改进之处在于(1)在所述MOS开光管和驱动电路输出端之间设置一个所述负载检测电路。在驱动电路为空载的情况下，所述MOS开关管为关闭状态，降低功耗。在接通LED发光芯片负载的时，所述负载检测电路开通所述MOS开关管；(2)所述MOS开关管保护电路中设置了关键的隔直流、通交流的电容。避免随着环境温度的升高，三极管Q3的基极-发射极电压Vbe将减小，第四电阻上的低压降可能导致Q3错误开启。
图1是现有的尖刺电流保护电路。图2本发明的电路原理图。图3是采用本发明的尖刺电流保护电路后，流过LED负载的尖刺电流(示波器屏幕输出图)。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。如图2所示，本发明的尖刺电流保护电路包括负载检测电路(子电路1)、M0S开关管(子电路2)、以及MOS开关管保护电路(子电路3)几个部分。简化驱动电路输出为第一电压源。维持MOS开关管开启的为第二电压源。负载检测电路的稳压管D4的负极分两路一路接驱动电路输出Vl的正极，驱动电路输出Vl负极接地；另一路接LED发光芯片串Dl的正极；稳压管D4的正极经电阻R5、三极管Q4的基极、三极管Q2的集电极、三极管Q2的发射极接地。三极管Q2的基极经电阻R6 后分两路，一路接LED发光芯片串D3的负极，一路接MOS开关管Ql的漏端；三极管Q2的发射极接地；三极管Q2的集电极分两路，一路接三极管Q4的基极，另一路经电阻R5接稳压管D4的正极。三极管Q3基极接三极管Q2的集电极；三极管Q4的发射极接地；三极管Q4的集电极分三路一路经三极管Q3的集电极、三极管Q3的发射极接地，第二路接MOS开关管 Ql的栅极，第三路经电阻Rl后再分两路，一路经电容Cl接地，另一路经电阻R2接第二电压源V2正极，第二电压源V2负极接地。所述MOS开关Ql管保护电路的三极管Q3基极分两路一路经电阻R3接地，另一路经电容C2后再分两路，一路接MOS开关管Ql的源端，另一路经电阻R4接地；三极管Q3的发射极接地；三极管Q3的集电极接MOS开关管Ql的栅极。本发明的工作原理如下LED驱动电路输出为空载的情况下，Vl输出的电压超过稳压管D4的稳压值，D4导通。此时，三极管Q4的基极为高电位，Q4处于开启状态。使Q4的集电极与发射极同时为地电位，MOS管Ql的栅极也为地电位，Ql处于关闭状态。如果突然接通LED发光芯片负载 (01、02、03)，三极管02的基极将通过电阻R6变为高电位，开启Q2。同时也拉低Q4的基极电位，使得Q4关闭。此时V2的输出正电压直接加在了 MOS开关管Ql的栅极上，使Ql开启导通，驱动电路输出电流流过Q1，经电阻R4，流入地，形成回路。LED发光芯片负载被点亮。在接通LED负载的瞬间，Ql开启。LED负载电流流经R4(限流电阻)，并增加很快。电容C2能探测到此峰值电流，通过R4转换为高电位，使三极管Q3的基极为高电位，开启Q3，同时拉低MOS管的栅极高电压值。较低的MOS管Ql栅极电压让Ql处于高阻抗状态， 从而限制了流经Ql漏源两端的电流大小，即限制了此刻流经LED发光芯片负载的尖刺电流值，如图3所示，电流峰值为0. 81A，比原始峰值下降了 44. 14%。整个电路随后进入正常工作模式，电路的环境温度会上升很多。由于三极管的固有特性，随着环境温度的上升，三极管Q3的基极-发射极电压(Vbe3)会下降。虽然限流电阻R4阻值较小，但是VR4依然存在。假如没有隔直流电容C2的存在，可能出现VR4 > Vbe3 的情况，从而突然触发开启Q3，拉低MOS管栅极电位，增加MOS管的开关损耗，长时间累积发热可能损坏开关管，并熄灭LED发光芯片。C2的存在可以阻止直流电流流到Q3的基极。 当电路正常工作的后，电容C2隔直流的特性让Q3的基极电位一直处于0。无论在恶劣的高温条件下，Q3的基极-发射极电压降低到什么程度，Q3也不会被触发导通。C2只允许脉冲尖刺信电流通过，作用在Q3上，以致关闭Ql去限制LED被尖刺电流所点亮。C2允许可重复的尖刺电流流过。MOS开关管保护电路可重复保护LED发光芯片不被尖刺电流所损坏，并保护MOS开关管。
权利要求
1.一种用于LED驱动的尖刺电流保护电路，所述的保护电路包括与LED负载一起串接在LED芯片驱动电路输出端的MOS开关管和MOS开关管保护电路，设LED芯片驱动电路输出端为第一电压源，维持MOS开关管开启的电压为第二电压源，其特征在于，所述的保护电路还包括负载检测电路，所述的负载检测电路包括稳压管、第一三极管和第二三极管 (Q4)，稳压管与第一三极管相串联后接在LED芯片驱动电路输出端，稳压管的负极与第一电压源的正极相接，第一三极管0^2)的基极与LED负载的负极及MOS开关管的漏极相接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极与第二三极管0H)的基极相接；第二三极管0H)的集电极与MOS开关管的栅极相接，第二三极管0H)的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的用于LED驱动的尖刺电流保护电路，其特征在于，所述的MOS 开关管保护电路包括第三三极管(Q3)，所述的第三三极管的基极分两路，一路通过电阻(旧)接地，另一路通过电容(口)连接到MOS开关管的源端，MOS开关管的源端通过电阻接地，第三三极管的集电极接MOS开关管的栅极。
全文摘要
本发明属于LED照明应用领域，涉及一种用于LED驱动的尖刺电流保护电路，包括MOS开关管及其保护电路和负载检测电路，设LED芯片驱动电路输出端为第一电压源，维持MOS开关管开启的电压为第二电压源，负载检测电路包括稳压管、第一三极管和第二三极管，稳压管与第一三极管相串联后接在LED芯片驱动电路输出端，稳压管的负极与第一电压源的正极相接，第一三极管的基极与LED负载的负极及MOS开关管的漏极相接，其发射极接地，第一三极管的集电极与第二三极管的基极相接；第二三极管的集电极与MOS开关管的栅极相接，发射极接地。本发明能够在空载后接通LED发光芯片时进行保护，提高LED芯片的使用寿命。
文档编号H02H9/02GK102421223SQ20111025870
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者付贤松, 李晓云, 李静仪, 杨广华, 牛萍娟, 范强 申请人:天津工业大学