131 1300 0010
其他
當(dāng)前位置: 首頁(yè)>> 元件技術(shù)>>其他>>
  • 導(dǎo)航欄目
  • 二極管
  • 整流橋
  • MOS管
  • 其他
  • LED電源的四大保護(hù)電路
    LED電源的四大保護(hù)電路
  • LED電源的四大保護(hù)電路
  •   發(fā)布日期: 2016-04-04  瀏覽次數(shù): 1,011

        近年來(lái),隨著led技術(shù)的日趨成熟,LED光源因其具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時(shí)間短、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越廣泛地使用。LED電源大都采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù),輸出多為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源即恒流驅(qū)動(dòng)。根據(jù)LED的伏安特性,電壓的微小變化可導(dǎo)致電流的很大變化,有可能損壞LED,且開(kāi)關(guān)電源中控制電路比較復(fù)雜,晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因此驅(qū)動(dòng)電源的可靠性影響了LED應(yīng)用產(chǎn)品的壽命,為了保護(hù)開(kāi)關(guān)電源自身和負(fù)載的安全,延長(zhǎng)使用壽命,必須設(shè)計(jì)安全可靠的保護(hù)電路。

      1. 直通保護(hù)電路

      半橋和全橋是開(kāi)關(guān)電源常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),“直通”對(duì)其有很大的威脅,直通是同一橋臂兩只晶體管在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象。在換流期,開(kāi)關(guān)電源易受干擾而造成直通,過(guò)大的直通電流會(huì)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(cè)到并立即關(guān)斷驅(qū)動(dòng),以避免開(kāi)關(guān)器件的PN結(jié)積累過(guò)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(shè)計(jì)了一種針對(duì)全橋和半橋的直通檢測(cè)、保護(hù)電路。

      CD4528含兩個(gè)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?jī)蓚€(gè)獨(dú)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(dāng)Clear端為高電平時(shí),A端輸入的上升沿觸發(fā)才會(huì)有效。



      

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



      

      主電路中的左右橋臂對(duì)稱,就左橋臂的直通保護(hù)進(jìn)行分析。正常狀態(tài)下,當(dāng)Q1、Q4導(dǎo)通時(shí),PWM1為高電平,PWM2為低電平,3腳高電平輸入有效,A點(diǎn)和D點(diǎn)沒(méi)有電流流過(guò),不會(huì)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài);雖然B點(diǎn)和C點(diǎn)采到了正常輸出的上升沿信號(hào),但是13腳低電平時(shí)輸入無(wú)效,所以不會(huì)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài),沒(méi)有保護(hù)信號(hào)輸出;而在直通時(shí),Q3由于某種原因誤導(dǎo)通了,A點(diǎn)將檢測(cè)到很大的電流上升率并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);此時(shí)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(hù)信號(hào)送到PWM 芯片的shutdow n 端,封鎖PWM 脈沖輸出。

      2 過(guò)流保護(hù)電路

      當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過(guò)載或者控制電路失效等意外情況時(shí),會(huì)引起流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流過(guò)大,使管子功耗增大、發(fā)熱,若沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置,大功率開(kāi)關(guān)管就可能損壞; 調(diào)節(jié)電路失效還可能導(dǎo)致LED過(guò)流損壞。 過(guò)流保護(hù)一般通過(guò)取樣電阻或霍爾傳感器等來(lái)檢測(cè)、比較,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù),但它們都有體積大和成本高的缺點(diǎn)。

      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(xì)的線圈。 這兩個(gè)繞組是磁平衡的,它們之間本應(yīng)沒(méi)有電壓差。 但是主繞組有直流電阻,大電流時(shí)產(chǎn)生了微小的電壓差,該電壓差由負(fù)載電流決定。這個(gè)微小的電壓差被運(yùn)放檢測(cè),并且通過(guò)調(diào)節(jié)Rx可以設(shè)置電流限制。該電路的缺點(diǎn)是電流限制不是很精細(xì)的,這是因?yàn)殂~電阻在溫度每上升10℃時(shí)增加4%.但是這個(gè)電路依然可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。

      3.開(kāi)、關(guān)機(jī)電流過(guò)沖保護(hù)電路

      穩(wěn)流型開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)容易造成電流過(guò)沖,LED之類的負(fù)載對(duì)ms級(jí)的電流過(guò)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(yán)格防止電流過(guò)沖。

      3.1開(kāi)機(jī)電流過(guò)沖保護(hù)

      開(kāi)機(jī)時(shí),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(huì)使得負(fù)載電流上升過(guò)沖,實(shí)測(cè)過(guò)沖波形如圖5所示。 為了解決這一問(wèn)題,可以將調(diào)節(jié)器給定端RC 的值適當(dāng)加大,調(diào)節(jié)以后的開(kāi)機(jī)電流沒(méi)有發(fā)生過(guò)沖,波形如圖6.

     

     

      3.2 關(guān)機(jī)電流過(guò)沖保護(hù)

      在我們?cè)O(shè)計(jì)的30A/20V開(kāi)關(guān)型穩(wěn)流電源中,采用控制電路單獨(dú)供電。主電路的濾波電容在工作時(shí)存儲(chǔ)了大量的電能,切斷總電源后,其中存儲(chǔ)的電荷持續(xù)數(shù)秒才能放完。 所以關(guān)機(jī)后單獨(dú)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(jī)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(dǎo)致了關(guān)機(jī)時(shí)負(fù)載電流的嚴(yán)重過(guò)沖,過(guò)沖時(shí)的電流波形如圖7所示。

     

     

      圖8 為關(guān)機(jī)電流過(guò)沖保護(hù)電路,該電路能在3ms內(nèi)迅速檢測(cè)出交流電源是否關(guān)閉,并且在電源關(guān)閉后強(qiáng)行將調(diào)節(jié)器給定輸入端的電壓拉低,防止電流過(guò)沖,具體動(dòng)作過(guò)程如下。

     

      光耦U1、U 2 隨被測(cè)電源的正負(fù)半周交替導(dǎo)通,當(dāng)A 點(diǎn)交流電壓大于光耦中發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓Von時(shí),光耦開(kāi)啟,C3通過(guò)光耦中三極管放電,使B 點(diǎn)的電壓達(dá)不到場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟電壓; 當(dāng)交流電壓小于Von時(shí),光耦不導(dǎo)通,C3充電,B點(diǎn)的電壓增加,此時(shí)應(yīng)使C3的電壓上升到場(chǎng)效應(yīng)管閾值的時(shí)間大于光耦關(guān)閉的時(shí)間,以保證Q2不導(dǎo)通。 在t1時(shí)刻交流電源斷開(kāi),光耦輸出呈高阻態(tài),C2中存儲(chǔ)的電荷經(jīng)R1向C3充電,C3上的電壓迅速增加,當(dāng)B點(diǎn)電壓大于場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟電壓時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通,導(dǎo)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(jī)瞬間負(fù)載電流和圖8中B點(diǎn)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(shí)間。 R4選用較大阻值的,可以提高C3上的電壓,同時(shí)延長(zhǎng)C3的放電時(shí)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(shí)間。 綜上所述,設(shè)置合理的參數(shù),便可保證在主電路電源沒(méi)有完全關(guān)閉的情況下,Q2一直導(dǎo)通,即誤差放大器的給定輸入端一直為零,避免了電流過(guò)沖。

      4.過(guò)壓保護(hù)電路



      穩(wěn)流型電源若負(fù)載發(fā)生斷路,電流檢測(cè)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(huì)使得輸出電壓急劇飆升至最大值,這對(duì)負(fù)載連接接觸不良時(shí)是很危險(xiǎn)的。 對(duì)LED、半導(dǎo)體制冷等負(fù)載來(lái)說(shuō),過(guò)壓發(fā)生時(shí),首要任務(wù)是保護(hù)負(fù)載,其次是保護(hù)開(kāi)關(guān)功率管。



      為解決以上問(wèn)題,有兩種保護(hù)方法同時(shí)使用,一是放置雙向TVS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬間沖擊電壓的防護(hù)。



      TVS是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí),它能以納秒級(jí)的速度,將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?,吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值,有效地保護(hù)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(dāng)TVS未擊穿時(shí),電阻上沒(méi)有電流,若發(fā)生過(guò)壓,TVS被擊穿,電阻上有電流流過(guò),產(chǎn)生壓降,以此作為保護(hù)信號(hào),送到PWM 芯片的shutdown 端,封鎖PWM脈沖輸出。 另外一種方法是當(dāng)負(fù)載斷路時(shí)使電源立即停止工作,如圖10所示,圖中R24和R27給運(yùn)放同相輸入端提供固定的小電壓U+.R26為取樣的負(fù)載電流輸入,當(dāng)負(fù)載發(fā)生斷路時(shí),運(yùn)放反相輸入端電壓U-=0, 因而U+>U-, 運(yùn)放輸出電壓為高電平,給出空載保護(hù)信號(hào)。 同時(shí)將時(shí)間常數(shù)R30×C15與電源給定的時(shí)間常數(shù)配合調(diào)節(jié),使得空載保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)作。

      結(jié)語(yǔ)

      文中主要討論了LED電源的幾種保護(hù)方式,并介紹了一些具體電路。 對(duì)一個(gè)給定的直流開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō),保護(hù)電路是否完善并按預(yù)定設(shè)置工作,對(duì)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(huì)影響到LED產(chǎn)品的壽命,因此通常需要用幾種保護(hù)方式加以組合來(lái)構(gòu)成完善的保護(hù)系統(tǒng),確保直流開(kāi)關(guān)電源的正常工作。 我們將這些措施實(shí)際用于驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載,工作安全可靠。


  • ·上一篇:
    ·下一篇:
  • 其他關(guān)聯(lián)資訊
    深圳市日月辰科技有限公司
    地址:深圳市寶安區(qū)松崗鎮(zhèn)潭頭第二工業(yè)城A區(qū)27棟3樓
    電話:0755-2955 6626
    傳真:0755-2978 1585
    手機(jī):131 1300 0010
    郵箱:hu@szryc.com

    深圳市日月辰科技有限公司 版權(quán)所有:Copyright?2010-2023 elibeatofitness.com 電話:13113000010 粵ICP備2021111333號(hào)