中心議題：

• LED電源保護電路方案

解決方案：

• 直通保護電路設計
• 過流保護電路設計
• 開、關機電流過衝保護電路設計
• 過壓保護電路設計

近年來，隨著led技術的日趨成熟，LED光源因其具有使用低壓電源、耗能少、適用性強、穩定性高、響應時間短
、多色發光等的優點被越來越廣泛地使用。 LED電源大都采用開關電源技術，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動 。根據LED的伏安特性，電壓的微小變化可導致電流的很大變化
，有可能損壞LED, 且開關電源中控製電路比較複雜
，晶體管和集成器件耐受電
、熱衝擊的能力較差。因此驅動電源的可靠性影響了LED應用產品的壽命，為了保護開關電源自身和負載的安全，延長使用壽命，必須設計安全可靠的保護電路。

1. 直通保護電路

半橋和全橋是開關電源常用的拓撲結構
，“直通”對其有很大的威脅，直通是同一橋臂兩隻晶體管在同一時間內同時導通的現象。 在zai換huan流liu期qi，開kai關guan電dian源yuan易yi受shou幹gan擾rao而er造zao成cheng直zhi通tong
，過guo大da的de直zhi通tong電dian流liu會hui損sun壞huai用yong於yu逆ni變bian的de電dian力li電dian子zi器qi件jian。一yi旦dan出chu現xian直zhi通tong現xian象xiang，須xu盡jin快kuai檢jian測ce到dao並bing立li即ji關guan斷duan驅qu動dong
，以yi避bi免mian開kai關guan器qi件jian的dePN 結積累過大的熱量而燒壞。這裏利用雙單穩態集成觸發器CD4528設計了一種針對全橋和半橋的直通檢測、保護電路。

CD4528含兩個單穩態觸發器，其真值表如圖1。芯片3腳與13腳分別為其內部兩個獨立單穩態電路的Clear 端
，5腳和11腳為單穩態的B輸入端，4腳與12腳為單穩態的A輸入端。B端接高電平，隻有當Clear端為高電平時，A端輸入的上升沿觸發才會有效。

PWM1與PWM2為PWM芯片輸出的兩路互補脈衝信號
，主電路（見圖2）中Q1
、Q4的驅動與圖3中PWM1同步，Q2、Q3的驅動與PWM2同步。 在A、B、C和D4點進行電流上升率采樣然後轉變為電壓信號，並分別給圖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
，不會觸發單穩態

；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，所以不會觸發單穩態
，沒有保護信號輸出
； 而在直通時
，Q3由於某種原因誤導通了

，A點將檢測到很大的電流上升率並轉換為電壓信號； 此時PWM1為高電平，圖3中左邊的單穩態被觸發產生保護信號送到PWM 芯片的shutdow n 端，封鎖PWM 脈衝輸出。
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2 過流保護電路

當出現負載短路、過載或者控製電路失效等意外情況時，會引起流過開關管的電流過大
，使管子功耗增大、發熱
，若沒有過流保護裝置，大功率開關管就可能損壞
； 調節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，從而實現保護，但它們都有體積大和成本高的缺點。

這裏采用如圖4的方法，在正激變換器扼流圈放置相同匝數的線徑較細的線圈。 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，並且通過調節Rx可以設置電流限製。該電路的缺點是電流限製不是很精細的，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、關機電流過衝保護電路

穩流型開關電源在開機和關機時容易造成電流過衝，LED之類的負載對ms級的電流過衝都是不允許的

，瞬間大電流的衝擊有可能損壞LED器件，因此必須嚴格防止電流過衝。

3.1開機電流過衝保護

開kai機ji時shi，由you於yu電dian源yuan濾lv波bo電dian容rong大da，以yi及ji各ge延yan遲chi環huan節jie使shi得de電dian流liu采cai樣yang反fan饋kui值zhi與yu給gei定ding值zhi在zai調tiao節jie器qi輸shu入ru端duan不bu同tong，這zhe會hui使shi得de負fu載zai電dian流liu上shang升sheng過guo衝chong

，實shi測ce過guo衝chong波bo形xing如ru圖tu5所示。 為了解決這一問題，可以將調節器給定端RC 的值適當加大，調節以後的開機電流沒有發生過衝，波形如圖6.

3.2 關機電流過衝保護

在我們設計的30A/20V開kai關guan型xing穩wen流liu電dian源yuan中zhong，采cai用yong控kong製zhi電dian路lu單dan獨du供gong電dian。主zhu電dian路lu的de濾lv波bo電dian容rong在zai工gong作zuo時shi存cun儲chu了le大da量liang的de電dian能neng，切qie斷duan總zong電dian源yuan後hou
，其qi中zhong存cun儲chu的de電dian荷he持chi續xu數shu秒miao才cai能neng放fang完wan。 suoyiguanjihoudandugongdiandecaiyangdianluxianguanerzhudianluyanchiguanbi。tiaojieqidegeidingshuruduanyouzhudianlugongdian，jiguanjihoutiaojieqidecaiyangshuruduanxianjiangdi
，geidingduanhuanmanjiangdi，yushiqishuchuwuchadianyazengda
，kongzhixinpianzengjiaPWM 的占空比，由此導致了關機時負載電流的嚴重過衝，過衝時的電流波形如圖7所示。

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圖8 為關機電流過衝保護電路，該電路能在3ms內迅速檢測出交流電源是否關閉，並且在電源關閉後強行將調節器給定輸入端的電壓拉低，防止電流過衝，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 點交流電壓大於光耦中發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； 當交流電壓小於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於光耦關閉的時間
，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，C2中存儲的電荷經R1向C3充電，C3上的電壓迅速增加
，當B點電壓大於場效應管的開啟電壓時，場效應管Q2導通

，導通後可迅速將Vs 拉低，圖8中Vs是調節器的給定輸入端電壓。 關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，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後維持該電路工作的時間。 綜上所述，設置合理的參數，便可保證在主電路電源沒有完全關閉的情況下
，Q2一直導通

，即誤差放大器的給定輸入端一直為零，避免了電流過衝。

4.過壓保護電路

wenliuxingdianyuanruofuzaifashengduanlu，dianliujiancedianzuliangduandedianyaxiajiangdaoling，yidangeidingzhibuweiling，tiaojieqihuishideshuchudianyajijubiaoshengzhizuidazhi

，zheduifuzailianjiejiechubuliangshishihenweixiande。 對LED
、半導體製冷等負載來說，過壓發生時，首要任務是保護負載，其次是保護開關功率管。

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來實現對瞬間衝擊電壓的防護。

TVS是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二er極ji管guan的de兩liang極ji受shou到dao反fan向xiang瞬shun態tai高gao能neng量liang衝chong擊ji時shi
，它ta能neng以yi納na秒miao級ji的de速su度du，將jiang其qi兩liang極ji間jian的de高gao阻zu抗kang變bian為wei低di阻zu抗kang，吸xi收shou高gao達da數shu千qian瓦wa的de浪lang湧yong功gong率lv
，使shi兩liang極ji間jian的de電dian壓ya箝qian位wei於yu一yi個ge預yu定ding值zhi，有you效xiao地di保bao護hu電dian子zi線xian路lu中zhong的de元yuan器qi件jian免mian受shou各ge種zhong浪lang湧yong脈mai衝chong損sun壞huai。 還可將電阻與TVS串聯，當TVS未擊穿時，電阻上沒有電流，若發生過壓
，TVS被擊穿，電阻上有電流流過，產生壓降
，以此作為保護信號

，送到PWM 芯片的shutdown 端
，封鎖PWM脈衝輸出。 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R30×C15與電源給定的時間常數配合調節，使得空載保護不發生誤動作。

結語

文中主要討論了LED電源的幾種保護方式
，並介紹了一些具體電路。 對一個給定的直流開關電源來說，保護電路是否完善並按預定設置工作，對電源裝置的安全性和可靠性至關重要。 而電源的可靠性將會影響到LED產品的壽命，因此通常需要用幾種保護方式加以組合來構成完善的保護係統，確保直流開關電源的正常工作。 我們將這些措施實際用於驅動LED負載
，工作安全可靠。