本實用新型屬于LED驅動應用技術領域，涉及一種電路和驅動系統(tǒng)，特別是涉及一種輸出短路保護電路和負載驅動系統(tǒng)。

背景技術：

在現(xiàn)有的LED驅動應用中，經(jīng)常會采用恒流線性調整器芯片對LED燈串進行恒流驅動。而由于芯片加工工藝的限制，線性調整器的內部集成功率管的耐壓值有限。現(xiàn)有技術中會采用恒流線性調整器芯片，輸入輸出端連接一大電解電容。例如，總輸入電壓為80V，當輸出LED負載的電壓為75V時，LED燈串相對于電壓輸入端的壓差平均值為80V-75V＝5V時，恒流線性調整器芯片就可以安全工作。

但是在一些特殊情況下，例如，在LED驅動電源生產(chǎn)測試過程中，當輸入電壓掉電后，大電解電容上存儲80V的電壓，此時因為人工操作原因造成LEDP對地短路，LEDP相對于電壓輸入端的壓差直接為大電解電容上存儲電壓80V，此時會擊穿恒流線性調整器芯片中電子器件并燒壞該電子器件。

因此，如何提供一種輸出短路保護電路和負載驅動系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中由于出現(xiàn)特殊情況而造成串接的LED燈對地短路，當發(fā)生短路時，LED燈串相對于電壓輸入端的壓差直接為輸入電壓擊穿并燒毀所述恒流線性調整器內部的電子器件等種種缺陷，實已成為本領域從業(yè)者亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種輸出短路保護電路和負載驅動系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術中由于恒流線性調整器出現(xiàn)特殊情況而造成串接的LED燈對地短路，當發(fā)生短路時，LED燈串相對于電壓輸入端的壓差直接為輸入電壓擊穿并燒毀所述恒流線性調整器內部的電子器件的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型一方面提供一種輸出短路保護電路，應用于包括驅動模塊和負載的負載驅動系統(tǒng)，其中，所述驅動模塊為恒流線性調整器，所述輸出短路保護電路包括：鉗壓模塊，分別與所述驅動模塊和負載連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，將所述負載相對于輸入電壓源的輸入端的壓差鉗至小于預設電壓閾值以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第一子輸入電壓；分壓模塊，分別與所述驅動模塊和負載連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的輸出電流進行限流控制以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第二子輸入電壓。

于本實用新型的一實施例中，所述分壓模塊包括導通單元，與所述導通單元連接的分壓單元，及分別與所述分壓單元和導通單元連接的限流單元；其中，所述導通單元用于為所述分壓單元提供導通電壓；所述分壓單元用于在發(fā)生輸出短路時，用于分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第二輸入電壓；所述限流單元用于在發(fā)生輸出短路時，將輸出電流限制在預定范圍內。

于本實用新型的一實施例中，所述導通單元包括第一電阻，及與第一電阻連接的齊納二極管；其中，所述第一電阻為所述齊納二極管提供偏置電流以為所述分壓單元提供導通電壓；所述齊納二極管的負極與所述第一電阻的一端相連接，所述齊納二極管的正極接地。

于本實用新型的一實施例中，所述分壓單元采用其工作電壓大于所述輸入電壓源的輸入電壓的耐壓器件。

于本實用新型的一實施例中，所述分壓單元為一N溝道場效應管；其中，所述N溝道增強型場效應管的柵極與所述齊納二極管的負極相連接，所述N溝道增強型場效應管的漏極與所述負載相連接，所述N溝道增強型場效應管的源極與所述限流單元連接。

于本實用新型的一實施例中，所述限流單元包括三極管，第二電阻，及第三電阻；其中，所述三極管的集電極與所述齊納二極管的負極相連接，所述三極管的基極與所述第二電阻的一端相連接，所述三極管的發(fā)射極接地，所述第二電阻的另一端與所述第三電阻的一端相連接，所述第三電阻的另一端接地。

于本實用新型的一實施例中，所述鉗壓模塊還用于在所述負載驅動系統(tǒng)正常工作時，分流一部分負載驅動系統(tǒng)的恒流電流。

本實用新型另一方面提供一種負載驅動系統(tǒng)，所述負載驅動系統(tǒng)包括：驅動模塊，與負載連接，用于對所述負載進行恒流驅動；所述驅動模塊為恒流線性調整器；所述的輸出短路保護電路，與所述負載和驅動模塊連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對流經(jīng)所述驅動模塊和負載上的輸出電流進行控制以保護所述負載驅動系統(tǒng)。

于本實用新型的一實施例中，所述恒流線性調整器中包括一高壓MOS管；所述預設電壓閾值為該高壓MOS管的擊穿電壓。

于本實用新型的一實施例中，所述鉗壓模塊的一端與所述高壓MOS管的漏極相連接，所述鉗壓模塊的另一端與所述高壓MOS管的源極相連接。

如上所述，本實用新型的輸出短路保護電路和負載驅動系統(tǒng)，具有以下有益效果：

本實用新型所述的輸出短路保護電路和負載驅動系統(tǒng)實現(xiàn)了在對負載進行恒流驅動過程中若發(fā)生短路，恒流線性調整器內部的電子器件均會處于安全的工作范圍內，并在正常工作時減少對恒流線性調整器內部芯片的熱損耗。

附圖說明

圖1顯示為本實用新型的負載驅動系統(tǒng)于一實施例中的原理結構示意圖。

圖2顯示為本實用新型的負載驅動系統(tǒng)于一實施例中的電路結構示意圖。

元件標號說明

1 負載驅動系統(tǒng)

10 輸入電壓源

11 負載

12 驅動模塊

13 鉗壓模塊

14 分壓模塊

15 儲能模塊

2 輸出短路保護電路

S1～S3 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

實施例

本實施例提供一種負載驅動系統(tǒng)，所述負載驅動系統(tǒng)包括：

驅動模塊，與負載連接，用于對所述負載進行恒流驅動；所述驅動模塊為恒流線性調整器；

輸出短路保護電路，與所述負載和驅動模塊連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對流經(jīng)所述驅動模塊和負載上的輸出電流進行控制以保護所述負載驅動系統(tǒng)；所述輸出短路保護電路包括：

鉗壓模塊，分別與所述驅動模塊和負載連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，將所述負載相對于輸入電壓源的輸入端的壓差鉗至小于預設電壓閾值以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第一子輸入電壓；

分壓模塊，分別與所述驅動模塊和負載連接，用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的輸出電流進行限流控制以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第二子輸入電壓；

所述第一子輸入電壓與所述第二子輸入電壓的和等于所述輸入電壓源的輸入電壓。

以下將結合圖示對本實施例所述的負載驅動系統(tǒng)進行詳細闡述。請參閱圖1，顯示為負載驅動系統(tǒng)于一實施例中的原理結構示意圖。如圖1所示，所述負載驅動系統(tǒng)1包括輸入電壓源10、負載11、驅動模塊12、輸出短路保護電路2、及儲能模塊15。所述輸出短路保護電路2包括鉗壓模塊13和分壓模塊14。

所述負載11包括照明模塊、電阻、或馬達等。于本實施例中所述負載11為照明模塊，即多個串接的LED燈。

與所述照明模塊11連接的驅動模塊12用于對所述照明模塊11進行恒流驅動。在本實施例中，所述驅動模塊12采用1um 40V BiCMOS工藝設計的恒流線性調整器。所述恒流線性調整器于實際應用中包括一高壓MOS管和一誤差放大器，在本實施例中，所述高壓MOS管為高壓PMOS管。所述高壓PMOS管的漏極D與恒流源負載，即本實施例中的LED燈串相連接，所述高壓PMOS管的源極S經(jīng)一檢測電阻連接至輸入電壓源的輸入端，所述高壓MOS管的柵極與所述誤差放大器的輸出端相連接，所述誤差放大器，其一輸入端接收流經(jīng)所述恒流源負載電流的檢測信號，另一輸入端接收基準電壓信號。

與所述負載11和驅動模塊12連接的輸出短路保護電路2用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對流經(jīng)所述驅動模塊和負載上的輸出電流進行控制以保護所述負載驅動系統(tǒng)；所述輸出短路保護電路包括：

分別與所述照明模塊11和驅動模塊12連接的鉗壓模塊13用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，將所述照明模塊相對于輸入電壓源的輸入端的壓差鉗至小于預設電壓閾值以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第一子輸入電壓。在本實施例中，所述預設電壓閾值為所述驅動模塊12，即所述恒流線性調整器中高壓PMOS管的擊穿電壓。輸出短路時候，流經(jīng)鉗壓模塊13的電流大于驅動模塊12的設定電流，驅動模塊12內部誤差放大器會自動關斷所述恒流線性調整器中的高壓PMOS管。所述鉗壓模塊13還用于在所述負載驅動系統(tǒng)正常工作時，分流一部分恒流電流以起到輔助所述高壓PMOS管散熱的作用，從而減低對芯片的熱損耗。

分別與所述照明模塊11和驅動模塊12連接的分壓模塊14用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，對所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的輸出電流進行限流控制以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第二子輸入電壓，也就是分擔輸入電壓源的剩余電壓，即所述第一子輸入電壓與所述第二子輸入電壓的和等于所述輸入電壓源的輸入電壓。繼續(xù)參閱圖1，所述分壓模塊14具體包括導通單元141，分壓單元142，及限流單元143。其中，所述導通單元141用于為所述分壓單元142提供導通電壓。

與所述導通單元141連接的所述分壓單元142用于在發(fā)生輸出短路時，用于分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第二輸入電壓。

分別與所述導通單元141和分壓單元142和連接的限流單元143用于在發(fā)生輸出短路時，將輸出電流限制在預定范圍內。

儲能模塊14分別與所述輸入電壓源10、驅動模塊12和分壓模塊14連接，所述儲能模塊14用于在所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，存儲輸入電壓源16上的電能。在本實施例中，所述儲能模塊14為一大電解電容C1(220uF/100V)，其實現(xiàn)低紋波輸入電壓。

以下通過具體電路結構對本實施例所述的負載驅動系統(tǒng)進行詳細介紹。請參閱圖2，顯示為負載驅動系統(tǒng)于一實施例中的電路示意圖。如圖2所示，所述負載驅動系統(tǒng)1包括輸入電壓源10、照明模塊11、驅動模塊12、鉗壓模塊13、鉗壓模塊14、及儲能模塊15。

其中，所述輸入電壓源10為外部開關電源。所述照明模塊11為多個串接的LED燈。所述驅動模塊12包括誤差放大器Oamp、40VPMOS管MP1、及檢測電阻R4。所述PMOS管MP1的擊穿電壓通常為48V。所述檢測電阻R4的阻值為1.5ohm。在所述負載驅動系統(tǒng)正常工作的時候，通過多個串接的LED燈的輸出電流設定為300mV/R1＝300mV/1.5ohm＝200mA。如圖2所示，輸入電壓源的輸入端VDD與檢測電阻R4的一端相連接，檢測電阻R4的另一端與PMOS管MP1的源極相連接，PMOS管MP1的漏極與串接的LED燈相連接，PMOS管MP1的柵極與誤差放大器的輸出端相連接。誤差放大器的正輸入端與300mV電壓相連接，誤差放大器的負輸入端與檢測電阻R4的另一端相連接。

所述鉗壓模塊13為分壓電阻R5，其阻值為80ohm。如圖2所示，分壓電阻R5的一端與檢測電阻R4的另一端相連接，分壓電阻R5的另一端與串接的LED燈相連接。在本實施例中，分壓電阻R5在所述負載驅動系統(tǒng)正常工作時對PMOS管MP1起到了輔助散熱作用。所述負載驅動系統(tǒng)正常工作時，整個系統(tǒng)輸出的一部分恒流電流會流經(jīng)分壓電阻R5，其電流值為V_CS-LEDP/R5，若OUT+輸出電壓為75V的LED燈負載時候，即流經(jīng)分壓電阻R5的電流I約為(80-75-0.3)/R2＝58.75mA，那么從PMOS管MP1內流過的電流為200mA-58.75mA＝141.25mA，從而減低了PMOS管MP1的熱損耗。

所述分壓模塊14包括導通單元141，分壓單元142，限流單元143。其中，導通單元141包括第一電阻R1，及與第一電阻R1連接的齊納二極管DZ1，所述齊納二極管的負極與所述第一電阻的一端相連接，所述齊納二極管的正極接地。其中，所述第一電阻R1為所述齊納二極管DZ1提供偏置電流以為所述分壓單元142提供導通電壓。分壓單元142采用其工作電壓大于所述輸入電壓源的的輸入電壓的耐壓器件，本實施例中采用1A/100V規(guī)格的N溝道場效應管MN1，所述N溝道增強型場效應管MN1的柵極與所述齊納二極管DZ1的負極相連接，所述N溝道增強型場效應管MN1的漏極與LED燈相連接，所述N溝道增強型場效應管MN1的源極與所述限流單元連接。其中，齊納二極管DZ1根據(jù)N溝道場效應管MN1的預設電壓閾值選用適當?shù)膿舸╇妷海ǔ＿x用7.5V～15V。限流單元143包括NPN型三極管NPN1，第二電阻R2，及第三電阻R3，其中，第二電阻R2的一端與N溝道增強型場效應管MN1的源極相連接，第二電阻R2的另一端接地，第三電阻R3的一端與第二電阻的一端相連接，第三電阻R3的另一端與三極管NPN1的基極相連接，所述三極管NPN1的集電極與所述齊納二極管DZ1的負極相連接，所述三極管NPN1的發(fā)射極接地。于本實施例中，第二電阻R2的阻值為1.5ohm，第三電阻R3的阻值為1K歐姆。

在本實施例中，通過設置Rlim可實現(xiàn)OUT+和OUT-之間發(fā)生短路時對輸出進行限流控制，其限制的電流為Ilim＝Vbe/R2＝0.55V/R2，Vbe為NPN1的基極至發(fā)射極結開啟導通壓降。Ilim的設定需要為恒流線性調整器所輸出的恒流電流的1.2～2.5倍以確保正常工作時恒流線性調整器的恒流工作，同時MN1也處于線性低損耗工作狀態(tài)。例如，第二電阻R2的阻值為1.5ohm，那么Ilim＝Vbe/R2＝0.55V/1.5ohm＝0.3667A，約為恒定電流值200mA的1.84倍。

因此，當所述負載驅動系統(tǒng)發(fā)生輸出短路時，如圖2中，將所述照明模塊相對于輸入電壓源的輸入端VDD的壓差(圖2 VDD與LEDP之間的壓降)鉗至小于預設電壓閾值，VDD與CS之間的電壓被拉高超過300mV，關斷高壓MOS管MP1以分壓所述恒流線性調整器的負載驅動系統(tǒng)的第一子輸入電壓，即第一子輸入電壓＝Ilim×(R4+R5)＝0.3667A×(80+1.5)＝30V，第一子輸入電壓為30V小于高壓MOS管MP1的擊穿電壓48V，保證了MP1管的安全。第二子輸入電壓＝輸入電壓源的輸入電壓-第一子輸入電壓＝80-30＝50V，由于本實施例采用1A/100V規(guī)格的N溝道場效應管MN1足以承擔50V的輸入電壓來確保負載驅動系統(tǒng)在發(fā)生輸出短路時各電子元器件均在安全的工作范圍內。

綜上所述，本實用新型所述的輸出短路保護電路、負載驅動系統(tǒng)及方法實現(xiàn)了在對負載進行恒流驅動過程中若發(fā)生短路，恒流線性調整器內部的電子器件均會處于安全的工作范圍內，并在正常工作時減少對恒流線性調整器內部芯片的熱損耗。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。