一種LED電源的直通保護(hù)電路

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。在LED電源的研發(fā)和設(shè)計(jì)過程中，工程師需要從多個(gè)方面入手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試調(diào)整，其中LED電源直通保護(hù)電路的設(shè)計(jì)尤其是重要的一環(huán)。

在這里案例中，我們以30A、20V開關(guān)型的LED電源為例進(jìn)行說明。在這種開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，半橋和全橋是都是非常常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，“直通”對(duì)其有很大的威脅。這里所講到的直通，指的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，開關(guān)電源易受干擾而造成直通，過大的直通電流會(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LED驅(qū)動(dòng)，以避免開關(guān)器件的PN結(jié)積累過大的熱量而燒壞。因此，為了避免出現(xiàn)電源運(yùn)行時(shí)的直通問題，我們利用雙單穩(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。

圖1　CD4528真值表

雙單穩(wěn)態(tài)集成觸發(fā)器CD4528是本次所設(shè)計(jì)的直通保護(hù)電路的核心，這種集成觸發(fā)器最大的特點(diǎn)是含兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其真值表如圖1所示。CD4528的芯片3腳與13腳分別為其內(nèi)部兩個(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。

在本次所設(shè)計(jì)的LED直通保護(hù)電路中，我們使用PWM1與PWM2作為PWM芯片輸出的兩路互補(bǔ)脈沖信號(hào)，所設(shè)計(jì)的主電路圖如下圖圖2所示。在主電路圖中我們可以看到，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。

在LED電源直通保護(hù)電路的設(shè)計(jì)中，該保護(hù)電路的原理圖如上圖中圖3所示。從圖3中我們可以看到，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)沒有電流流過，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)輸入無效，所以不會(huì)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，沒有保護(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shutdown端，封鎖PWM脈沖輸出。以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會(huì)由很大的提升，為我們帶來更大便利。