输出开路保护电路、可控硅调光LED驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种输出开路保护电路、可控硅调光LED驱动系统及方法。驱动系统包括可控硅调光器、驱动芯片、LED灯串以及输入电压采样模块；输入电压采样模块分别电性连接驱动系统的输入电压端以及驱动芯片的OVP引脚，用于采样驱动系统的包含输入电压的信息，得到采样信息，并将采样信息送入驱动芯片；驱动芯片内部进一步设有输出开路保护模块，输出开路保护模块分别电性连接驱动芯片的OVP、GATE引脚，根据采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对输出电压进行判断以保持开路电压不变，从而实现输出开路保护。本发明专利技术在开路保护时输出电压不受输入电压参数的影响，提升了输出开路电压精度，降低系统成本，提高系统可靠性。

Output open circuit protection circuit, thyristor light regulating LED drive system and method

The invention discloses an output open circuit protection circuit, a controllable silicon dimming LED drive system and a method thereof. The drive system comprises a controllable silicon dimmer, driving chip, LED lamp series and the input voltage sampling module; input voltage sampling module is respectively electrically connected with the driving system of the input voltage end and the driver chip OVP pin used to include the input voltage sampling information of the drive system to get the sample information, and sampling information to the driver drive; chip is further provided with an output open circuit protection module, output open circuit protection module is respectively electrically connected with the driving chip OVP, GATE pin, according to the sampling information, the volt second balance principle gets the output voltage and the output voltage based on the judgment to maintain a constant open circuit voltage, to realize output open circuit protection. In the open circuit protection, the output voltage is not influenced by the input voltage parameter, the output open circuit voltage accuracy is improved, the system cost is reduced, and the system reliability is improved.

【技术实现步骤摘要】
输出开路保护电路、可控硅调光LED驱动系统及方法
本专利技术涉及集成电路驱动
，尤其涉及应用于需要可控硅调光的LED照明驱动行业的一种输出开路保护电路、可控硅调光LED驱动系统及方法。
技术介绍
LED照明因具有节能、绿色、环保等优点获得了广泛的应用，逐渐取代传统光源(白炽灯，卤素灯等)成为主流光源。在白炽灯时代，可控硅调光在北美和西欧地区普及率达到了90％以上，在房屋建造时已将可控硅调光器埋入照明线路中，无法轻松摘除。因此LED照明要在这些国家和地区取代白炽灯，必须兼容可控硅调光。除兼容性外，驱动器还必须具备输出开路保护功能，以保证在驱动系统生产和灯具组装时不会损坏元器件和灯珠。精准的开路保护还可以降低对输出电容的耐压要求，降低系统成本。另外为了降低灯具成本，选用散热稍差的结构件，要求驱动系统具备过温降输出功率的功能。现有的可控硅调光LED驱动系统具有如下缺点：1)输出开路保护性能不佳，开路电压不稳定，需要选择高耐压的输出电容，造成系统成本的上升，还可能在开路恢复时烧毁灯珠；2)芯片内置的过温降功率功能精度较差且无法调节，使得灯具散热设计不具备弹性。参考图1，现有的升降压拓扑可控硅调光LED驱动系统的结构示意图。所述的可控硅调光LED驱动系统包含：可控硅调光器11，整流桥堆12，储能滤波电容Cin，用于衰减可控硅导通时LC振荡的阻尼电阻Rd，由R0及C0组成的无源泄流电路，给驱动芯片13供电的电阻Rvcc，驱动芯片13电源VCC的旁路电容Cvcc，输出开路电压设定电阻Rovp，励磁电感L0、二极管D0、电容Cout、功率MOS管M0、电压采样电阻Rcs；由L0、D0、Cout、M0、Rcs以及驱动芯片13组成的升降压功率转换电路驱动LED灯串14。参考图2，其为图1所示可控硅调光LED驱动系统的工作波形示意图，其中，Vin为输入电压，IL为电感L0上的电流，Imos为功率MOS管M0上的电流，Iac为输入电流。所述的可控硅调光LED驱动系统采用开环控制：功率MOS管M0导通时，形成Vin-L0-M0-Rcs-GND的通路，电感L0开始励磁，电感电流IL开始上升；当IL上升到固定的峰值电流(Vcs/Rcs)或M0的导通时间达到预设的最长导通时间(Tonmax)时，M0关断。M0关断后，形成L0-D0-Cout的通路，电感L0开始退磁，IL开始下降；当IL降至零时，L0退磁完成，此时M0再次导通，进行又一次的能量转换过程。由图2可以看出：当输入电压Vin位于峰值附近时，M0为固定峰值电流(Vcs/Rcs)控制关断，此时电感L0退磁时间Td：Td＝Vcs/Rcs*L0/Vout；当输入电压Vin位于谷底处时，M0为最长导通时间(Tonmax)控制关断，此时电感L0退磁时间Td：Td＝Vin*Tonmax/Vout。对于一个确定的驱动系统，Vcs、Rcs、Tonmax及L0都是固定的值。因此输入电压Vin位于峰值附近时，退磁时间Td只和输出电压Vout有关，而输入电压Vin位于谷底处时，退磁时间Td不仅和输出电压Vout有关，还和输入电压Vin有关。输出开路电压设定电阻Rovp设定了输出开路时的参考退磁时间Tovp：Tovp＝K*Rovp，其中，K为常数，Rovp值越大，Tovp时间也越长。参考图3A-3B，其中，图3A为图1所示可控硅调光LED驱动系统中输入电压峰值处输出电压达到设定保护电压时的输出电压波形示意图，图3B为图1所示可控硅调光LED驱动系统中输入电压谷底处输出电压达到设定保护电压时的输出电压波形示意图；其中，Vin为输入电压，IL为电感L0上的电流，Vout为输出电压，Vovp为输出开路电压。当实际退磁时间Td<Tovp时，判定输出开路，停止M0的开关动作。由于Td在Vin峰值处只和Vout有关，该判断只在Vin峰值处进行，因此输出开路电压Vovp＝Vcs/Rcs*L0/Tovp，当输出电压Vout在输入电压Vin峰值处达到了设定保护电压，实际开路电压等于设定值(如图3A所示)。但如果在Vin谷底处Vout压达到了设定保护点(图3B)，由于这个区间不进行判断，输出电压Vout会继续升高，直到下个工频周期输入电压Vin峰值处才判断，那么实际开路电压会高于设定值(如图3B所示)。开路电压高于设定值会带来如下隐患：需要选择高耐压的输出电容Cout，造成系统成本的上升，还可能在开路恢复时烧毁LED灯珠。参考图4，其为图1所示可控硅调光LED驱动系统中驱动芯片内过温降功率模块示意图。三极管Q0的基极和集电极短接并接到地，Q0的发射极连接到电流源Ib，Ib的另一端连接到驱动芯片的偏上电源引脚VDD。电流源Ib在三极管Q0上形成的压降Vbe接到比较器CMP41的反相输入端，CMP41的正相输入端接参考电压Vref。比较器CMP41的逻辑输出为TSD信号，当TSD为高时认定驱动芯片过热，关断功率MOS管M0，停止能量传递；比较器CMP41的模拟输出为电流Itsd，Itsd用于减小LED灯串的输出电流，从而降低输出功率。三极管的压降Vbe呈负温度特性，当温度较低时，Vbe远高于Vref，TSD为高电平，Itsd为零；随着温度的升高，Vbe逐渐减小，当Vbe和Vref的差值达到设定值时，Itsd开始出现并随温度升高而增加，LED灯串的输出电流开始减小，此时TSD为低电平；当温度进一步升高，TSD变为高电平，停止M0的开关动作。该方式的缺点是三极管的压降Vbe的偏差较大，从而降功率的起始温度偏差很大，且无法通过外部调节，满足不了客户对散热设计的弹性要求。因此，需要对现有的可控硅调光LED驱动系统进行改进，以提升输出开路电压精度，降低系统成本，提高系统可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术中可控硅调光LED驱动系统存在的输出开路保护性能不佳，开路电压不稳定，需要选择高耐压的输出电容，造成系统成本的上升，还可能在开路恢复时烧毁灯珠，以及驱动芯片内置的过温降功率模块精度较差且无法调节，使得灯具散热设计不具备弹性的技术问题，提供一种输出开路保护电路、可控硅调光LED驱动系统及方法，实现提升输出开路电压精度，降低系统成本，提高可靠性；以及通过提供外部可调的高起始温度精度的过温降功率模块，降低灯具结构件成本，为客户散热设计提供弹性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种输出开路保护电路，应用于可控硅调光LED驱动系统，所述输出开路保护电路根据采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对输出电压进行判断以保持开路电压不变，从而实现输出开路保护，所述采样信息为包含输入电压的信息。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种可控硅调光LED驱动系统，包括可控硅调光器、驱动芯片以及LED灯串，所述驱动系统进一步包括输入电压采样模块，所述输入电压采样模块分别电性连接所述驱动系统的输入电压端以及所述驱动芯片的OVP引脚，所述输入电压采样模块用于采样所述驱动系统的包含输入电压的信息，得到采样信息，并将所述采样信息送入所述驱动芯片；所述驱动芯片内部进一步设有输出开路保护模块，所述输出开路保护模块分别电性连接所述驱动芯片的OVP引脚以及GATE引脚，所述输出开路保护模块根据所述采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出开路保护电路，应用于可控硅调光LED驱动系统，其特征在于，所述输出开路保护电路根据采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对输出电压进行判断以保持开路电压不变，从而实现输出开路保护，所述采样信息为包含输入电压的信息。

【技术特征摘要】
1.一种输出开路保护电路，应用于可控硅调光LED驱动系统，其特征在于，所述输出开路保护电路根据采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对输出电压进行判断以保持开路电压不变，从而实现输出开路保护，所述采样信息为包含输入电压的信息。2.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述采样信息为输入电压、输入电压与输出电压的和，或输入电压与输出电压的差三者其中之一。3.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，在所述采样信息为输入电压时，基于伏秒平衡原理获取的输出电压为：Vout＝Vin*Tonmax/Td；在所述采样信息为输入电压与输出电压的和时，基于伏秒平衡原理获取的输出电压为：Vout＝(Vin+Vout)*Tonmax/(Td+Tonmax)；在所述采样信息为输入电压与输出电压的差时，基于伏秒平衡原理获取的输出电压为：Vout＝(Vin-Vout)*Tonmax/(Td-Tonmax)；其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，Tonmax为所述驱动系统的功率MOS管的预设最长导通时间，Td为所述驱动系统的励磁电感的退磁时间。4.根据权利要求1所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述输出开路保护电路包括电流输出控制模块、第一电容、第二电容以及第一比较器；所述电流输出控制模块，输入端用于分别接收根据采样信息获取的分压、开路保护基准电压以及功率开关信号，输出端分别电性连接所述第一电容的第一端以及所述第二电容的第一端；所述第一电容，第一端进一步电性连接所述第一比较器的正向输入端，第二端接地；所述第二电容，第一端进一步电性连接所述第一比较器的反向输入端，第二端接地；所述第一比较器，输出端用于输出开路保护判定信号；其中，在所述功率开关信号为高电平时，所述电流输出控制模块控制所述分压产生电流为所述第一电容充电；在所述功率开关信号变为低电平时，所述电流输出控制模块停止为所述第一电容充电并控制所述开路保护基准电压产生电流为所述第二电容充电；当所述第二电容上的电压等于所述第一电容上的电压时，所述第一比较器输出高电平的开路保护判定信号，判定输出电压达到开路保护电压设定值并关断所述驱动系统的功率MOS管，实现输出开路保护。5.根据权利要求4所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述电流输出控制模块进一步包括2选1选择器、单入单出V-I转换器以及1选2选择器；所述2选1选择器，输入端分别接收所述分压、开路保护基准电压以及功率开关信号，输出端电性连接所述单入单出V-I转换器；所述单入单出V-I转换器，输出端电性连接所述1选2选择器；所述1选2选择器，输入端分别接收所述功率开关信号以及所述单入单出V-I转换器输出的电流，输出端分别电性连接所述第一电容的第一端以及所述第二电容的第一端；其中，在所述功率开关信号为高电平时，所述2选1选择器选择所述分压作为输入，所述1选2选择器选择所述第一电容作为输出，以控制所述分压产生电流为所述第一电容充电；在所述功率开关信号变为低电平时，所述2选1选择器选择所述开路保护基准电压作为输入，所述1选2选择器选择所述第二电容作为输出，以控制所述开路保护基准电压产生电流为所述第二电容充电。6.根据权利要求4所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述电流输出控制模块进一步包括第一单入单出V-I转换器以及第二单入单出V-I转换器；所述第一单入单出V-I转换器，输入端分别接收所述分压以及功率开关信号，输出端电性连接所述第一电容的第一端；所述第二单入单出V-I转换器，输入端分别接收所述开路保护基准电压以及功率开关信号，输出端电性连接所述第二电容的第一端；其中，在所述功率开关信号为高电平时，所述第一单入单出V-I转换器将所述分压转换为相应的电流，以控制所述分压产生电流为所述第一电容充电；在所述功率开关信号变为低电平时，所述第二单入单出V-I转换器将所述开路保护基准电压转换为相应的电流，以控制所述开路保护基准电压产生电流为所述第二电容充电。7.根据权利要求4所述的输出开路保护电路，其特征在于，所述电流输出控制模块进一步包括多进多出V-I转换器；所述多进多出V-I转换器，输入端分别接收所述分压、开路保护基准电压以及功率开关信号，输出端分别电性连接所述第一电容的第一端以及所述第二电容的第一端；其中，在所述功率开关信号为高电平时，所述多进多出V-I转换器将所述分压转换为相应的电流，以控制所述分压产生电流为所述第一电容充电；在所述功率开关信号变为低电平时，所述多进多出V-I转换器将所述开路保护基准电压转换为相应的电流，以控制所述开路保护基准电压产生电流为所述第二电容充电。8.根据权利要求4所述的输出开路保护电路，其特征在于，在第N个电压采样周期开始时，所述功率开关信号为高电平，所述第一电容充电；所述功率开关信号变为低电平时，所述第二电容充电；所述功率开关信号再次变为高电平时，所述第一比较器比较所述第一电容与所述第二电容上的电压并输出开路保护判定信号，当所述第二电容上的电压等于所述第一电容上的电压时，所述第一比较器输出高电平的开路保护判定信号；所述功率开关信号再次变为低电平时，所述第一电容与所述第二电容均放电清零，之后进入第N+1个电压采样周期；其中，N为正整数。9.一种可控硅调光LED驱动系统，包括可控硅调光器、驱动芯片以及LED灯串，其特征在于，所述驱动系统进一步包括输入电压采样模块，所述输入电压采样模块分别电性连接所述驱动系统的输入电压端以及所述驱动芯片的OVP引脚，所述输入电压采样模块用于采样所述驱动系统的包含输入电压的信息，得到采样信息，并将所述采样信息送入所述驱动芯片；所述驱动芯片内部进一步设有输出开路保护模块，所述输出开路保护模块分别电性连接所述驱动芯片的OVP引脚以及GATE引脚，所述输出开路保护模块根据所述采样信息，基于伏秒平衡原理获取输出电压，进而对输出电压进行判断以保持开路电压不变，从而实现输出开路保护。10.根据权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，所述采样信息为输入电压、输入电压与输出电压的和，或输入电压与输出电压的差三者其中之一。11.根据权利要求10所述的驱动系统，其特征在于，所述输入电压采样模块包括：上分压电阻以及下分压电阻；所述上分压电阻一端电性连接所述输入电压端，另一端电性连接所述下分压电阻的一端，同时电性连接所述驱动芯片的OVP引脚；所述下分压电阻另一端接地。12.根据权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，在所述采样信息为输入电压时，基于伏秒平衡原理获取的输出电压Vout为：Vout＝Vin*Tonmax/Td；根据所述采样信息获取的分压为：Vovp＝Rovp2/(Rovp1+Rovp2)*Vin；开路电压判定条件为：Vovp*Tonmax＝Vref*Td；从而可以得出：Vout＝Vref*(1+Rovp1/Rovp2)；即，在开路保护时，输出电压不受输入电压参数的影响；其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，Tonmax为所述驱动系统的功率MOS管的预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙顺根，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31