《電子技術(shù)應用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > 設計應用 > LED電源的幾種保護電路
LED電源的幾種保護電路
摘要: 半橋和全橋是開關(guān)電源常用的拓撲結(jié)構(gòu),,“直通”對其有很大的威脅,,直通是同一橋臂兩只晶體管在同一時間內(nèi)同時導通的現(xiàn)象,。在換流期,,開關(guān)電源易受干擾而造成直通,,過大的直通電流會損壞用于逆變的電力電子器件,。一旦出現(xiàn)直通現(xiàn)象,,須盡快檢測到并立即關(guān)斷驅(qū)動,,以避免開關(guān)器件的PN結(jié)積累過大的熱量而燒壞,。這里利用雙單穩(wěn)態(tài)集成觸發(fā)器CD4528設計了一種針對全橋和半橋的直通檢測、保護電路,。
Abstract:
Key words :

1. 直通保護電路

  半橋和全橋是開關(guān)電源" title="電源">電源常用的拓撲結(jié)構(gòu),,“直通”對其有很大的威脅,直通是同一橋臂兩只晶體管在同一時間內(nèi)同時導通的現(xiàn)象,。在換流期,,開關(guān)電源易受干擾而造成直通,過大的直通電流會損壞用于逆變的電力電子器件,。一旦出現(xiàn)直通現(xiàn)象,,須盡快檢測到并立即關(guān)斷驅(qū)動,以避免開關(guān)器件的PN結(jié)積累過大的熱量而燒壞,。這里利用雙單穩(wěn)態(tài)集成觸發(fā)器CD4528設計了一種針對全橋和半橋的直通檢測,、保護電路。

  CD4528含兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,,其真值表如圖1.芯片3腳與13腳分別為其內(nèi)部兩個獨立單穩(wěn)態(tài)電路的Clear端,,5腳和11腳為單穩(wěn)態(tài)的B輸入端,,4腳與12腳為單穩(wěn)態(tài)的A輸入端。B端接高電平,,只有當Clear端為高電平時,,A端輸入的上升沿觸發(fā)才會有效。


  

  PWM1與PWM2為PWM芯片輸出的兩路互補脈沖信號,,主電路(見圖2)中Q1,、Q4的驅(qū)動與圖3中PWM1同步,Q2,、Q3的驅(qū)動與PWM2同步,。在A、B,、C和D4點進行電流上升率采樣然后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?,并分別給圖3中的直通信號1與直通信號2.


  

  主電路中的左右橋臂對稱,就左橋臂的直通保護進行分析,。正常狀態(tài)下,,當Q1、Q4導通時,,PWM1為高電平,,PWM2為低電平,3腳高電平輸入有效,,A點和D點沒有電流流過,,不會觸發(fā)單穩(wěn)態(tài);雖然B點和C點采到了正常輸出的上升沿信號,,但是13腳低電平時輸入無效,所以不會觸發(fā)單穩(wěn)態(tài),,沒有保護信號輸出,;而在直通時,Q3由于某種原因誤導通了,,A點將檢測到很大的電流上升率并轉(zhuǎn)換為電壓信號,;此時PWM1為高電平,圖3中左邊的單穩(wěn)態(tài)被觸發(fā)產(chǎn)生保護信號送到PWM 芯片的shutdow n 端,,封鎖PWM 脈沖輸出,。

  2 過流保護電路

  當出現(xiàn)負載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時,,會引起流過開關(guān)管的電流過大,,使管子功耗增大、發(fā)熱,,若沒有過流保護裝置,,大功率開關(guān)管就可能損壞,; 調(diào)節(jié)電路失效還可能導致LED過流損壞。 過流保護一般通過取樣電阻或霍爾傳感器等來檢測,、比較,,從而實現(xiàn)保護,但它們都有體積大和成本高的缺點,。

  這里采用如圖4的方法,,在正激變換器扼流圈放置相同匝數(shù)的線徑較細的線圈。 這兩個繞組是磁平衡的,,它們之間本應沒有電壓差,。 但是主繞組有直流電阻,大電流時產(chǎn)生了微小的電壓差,,該電壓差由負載電流決定,。這個微小的電壓差被運放檢測,并且通過調(diào)節(jié)Rx可以設置電流限制,。該電路的缺點是電流限制不是很精細的,,這是因為銅電阻在溫度每上升10℃時增加4%.但是這個電路依然可以滿足我們的設計要求。

  3.開,、關(guān)機電流過沖保護電路

  穩(wěn)流型開關(guān)電源在開機和關(guān)機時容易造成電流過沖,,LED之類的負載對ms級的電流過沖都是不允許的,瞬間大電流的沖擊有可能損壞LED器件,,因此必須嚴格防止電流過沖,。

  3.1開機電流過沖保護

  開機時,由于電源濾波電容大,,以及各延遲環(huán)節(jié)使得電流采樣反饋值與給定值在調(diào)節(jié)器輸入端不同,,這會使得負載電流上升過沖,實測過沖波形如圖5所示,。 為了解決這一問題,,可以將調(diào)節(jié)器給定端RC 的值適當加大,調(diào)節(jié)以后的開機電流沒有發(fā)生過沖,,波形如圖6.

 

 

3.2 關(guān)機電流過沖保護

 

  在我們設計的30A/20V開關(guān)型穩(wěn)流電源中,,采用控制電路單獨供電。主電路的濾波電容在工作時存儲了大量的電能,,切斷總電源后,,其中存儲的電荷持續(xù)數(shù)秒才能放完。 所以關(guān)機后單獨供電的采樣電路先關(guān)而主電路延遲關(guān)閉,。調(diào)節(jié)器的給定輸入端由主電路供電,,即關(guān)機后調(diào)節(jié)器的采樣輸入端先降低,給定端緩慢降低,于是其輸出誤差電壓增大,,控制芯片增加PWM 的占空比,,由此導致了關(guān)機時負載電流的嚴重過沖,過沖時的電流波形如圖7所示,。

 

 

  圖8 為關(guān)機電流過沖保護電路,,該電路能在3ms內(nèi)迅速檢測出交流電源是否關(guān)閉,并且在電源關(guān)閉后強行將調(diào)節(jié)器給定輸入端的電壓拉低,,防止電流過沖,,具體動作過程如下。

 

  光耦U1,、U 2 隨被測電源的正負半周交替導通,,當A 點交流電壓大于光耦中發(fā)光二極管的導通電壓Von時,光耦開啟,,C3通過光耦中三極管放電,,使B 點的電壓達不到場效應管的開啟電壓; 當交流電壓小于Von時,,光耦不導通,,C3充電,B點的電壓增加,,此時應使C3的電壓上升到場效應管閾值的時間大于光耦關(guān)閉的時間,,以保證Q2不導通。 在t1時刻交流電源斷開,,光耦輸出呈高阻態(tài),,C2中存儲的電荷經(jīng)R1向C3充電,C3上的電壓迅速增加,,當B點電壓大于場效應管的開啟電壓時,,場效應管Q2導通,導通后可迅速將Vs 拉低,,圖8中Vs是調(diào)節(jié)器的給定輸入端電壓,。 關(guān)機瞬間負載電流和圖8中B點的波形如圖9.改變R1和R4的參數(shù),可以改變給C3充電的時間,。 R4選用較大阻值的,,可以提高C3上的電壓,,同時延長C3的放電時間,。 C2的大小可以決定交流電源斷電后維持該電路工作的時間。 綜上所述,,設置合理的參數(shù),,便可保證在主電路電源沒有完全關(guān)閉的情況下,Q2一直導通,即誤差放大器的給定輸入端一直為零,,避免了電流過沖,。

  4.過壓保護電路


  穩(wěn)流型電源若負載發(fā)生斷路,電流檢測電阻兩端的電壓下降到零,,一旦給定值不為零,,調(diào)節(jié)器會使得輸出電壓急劇飆升至最大值,這對負載連接接觸不良時是很危險的,。 對LED,、半導體制冷等負載來說,過壓發(fā)生時,,首要任務是保護負載,,其次是保護開關(guān)功率管。


  為解決以上問題,,有兩種保護方法同時使用,,一是放置雙向TVS來實現(xiàn)對瞬間沖擊電壓的防護。


  TVS是一種二極管形式的高效能保護器件,。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時,,它能以納秒級的速度,將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?,吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率,,使兩極間的電壓箝位于一個預定值,有效地保護電子線路中的元器件免受各種浪涌脈沖損壞,。 還可將電阻與TVS串聯(lián),,當TVS未擊穿時,電阻上沒有電流,,若發(fā)生過壓,,TVS被擊穿,電阻上有電流流過,,產(chǎn)生壓降,,以此作為保護信號,送到PWM 芯片的shutdown 端,,封鎖PWM脈沖輸出,。 另外一種方法是當負載斷路時使電源立即停止工作,如圖10所示,,圖中R24和R27給運放同相輸入端提供固定的小電壓U+.R26為取樣的負載電流輸入,,當負載發(fā)生斷路時,運放反相輸入端電壓U-=0, 因而U+>U-, 運放輸出電壓為高電平,,給出空載保護信號,。 同時將時間常數(shù)R30×C15與電源給定的時間常數(shù)配合調(diào)節(jié),使得空載保護不發(fā)生誤動作。

  結(jié)語

  文中主要討論了LED電源的幾種保護方式,,并介紹了一些具體電路,。 對一個給定的直流開關(guān)電源來說,保護電路是否完善并按預定設置工作,,對電源裝置的安全性和可靠性至關(guān)重要,。 而電源的可靠性將會影響到LED產(chǎn)品的壽命,因此通常需要用幾種保護方式加以組合來構(gòu)成完善的保護系統(tǒng),,確保直流開關(guān)電源的正常工作,。 我們將這些措施實際用于驅(qū)動LED負載,工作安全可靠,。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。