淺析幾種常見LED開關(guān)電源保護(hù)電路

鄭則炯

摘 要 目前，LED開關(guān)電源在電源市場中占有很大比例，其本身具有穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。正常工作時開關(guān)電源損壞概率小，損壞多發(fā)生在過流或過壓復(fù)雜環(huán)境中，為了對開關(guān)電源電路和負(fù)載進(jìn)行有效保護(hù)，各種保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案已受到業(yè)界內(nèi)廣泛關(guān)注。本文主要分析了過電流保護(hù)電路、過電壓保護(hù)電路、軟啟動保護(hù)電路及過熱保護(hù)電路等保護(hù)電路。

關(guān)鍵詞 LED；開關(guān)電源；軟啟動；保護(hù)電路

中圖分類號 TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0069-02

當(dāng)前，LED開關(guān)電源常采用恒壓或恒流控制[1-2]，隨著技術(shù)日新月異變化，業(yè)界內(nèi)對開關(guān)電源功率研究由小功率到大功率不斷提高，這使得電源電路中的功率器件發(fā)熱也劇增。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[3]。因此驅(qū)動電源設(shè)計(jì)是否可靠直接影響LED的壽命。本文從開關(guān)電源本身特性出發(fā)，介紹了幾種常見的保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案，很好地解決了功率器件和集成器件的耐壓、耐熱問題，有效地控制LED開關(guān)電源免受損壞，乃致元器件的失效，提高LED產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。

1 過電流保護(hù)電路

該方案主要是由電阻R1、R2組成的分壓電阻，與三極管BG1共同構(gòu)成控制電路，如圖1。當(dāng)接上電源Usr正常供電時，經(jīng)電阻R1、R2分壓后，此時三極管BG1 發(fā)射極Ue大于基極Ub，即Ube小于零，反向加壓，三極管BG1截止（開路狀態(tài)），原有電路穩(wěn)定性不受干擾。

當(dāng)電路短路時，USC為零，三極管BG1的發(fā)射極Ue=0，則三極管BG1飽和導(dǎo)通（短路狀態(tài)），使三極管BG2基極Ub和發(fā)射極Ue接近短路（約為零），使得呈現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)，打破原有電路穩(wěn)定性，達(dá)到切斷電源Usr目的。

這種控制方法能有效自動切斷LED開關(guān)電源短路電流。通過將三極管管腳電壓反向偏置，及時調(diào)節(jié)三極管輸出，避免因電流過大損壞LED器件。

2 過電壓保護(hù)電路

該保護(hù)電路方案主要由三極管、接觸器等元器件構(gòu)成，如圖2。在該電路中，當(dāng)穩(wěn)壓二極管的端電壓高于其本身擊穿電壓時，穩(wěn)壓管二極管被擊穿，直流電源部分電壓將直接加在電阻R上，導(dǎo)致三極管T的Ube>0.7V，使三極管T導(dǎo)通，接觸器常閉觸點(diǎn)動作，變成斷開，讓直流電源停止向開關(guān)穩(wěn)壓器供電，也使二級負(fù)載避免諧波沖擊，很好地保護(hù)了整個電路。

此種方法采用輸入過電壓保護(hù)，目的是為了防止開關(guān)穩(wěn)壓器中，諸如儲源設(shè)備、儲能元件等構(gòu)成的未穩(wěn)壓電源電壓過高，直接擊穿開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部器件，導(dǎo)致其正常工作。因此，輸入過電壓保護(hù)電路在LED開關(guān)電源中有廣泛的運(yùn)用。

3 軟啟動保護(hù)電路

所謂軟啟動電路是指在復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，在開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端接有電容和電感的輸入濾波器。目的在于防止開機(jī)時，數(shù)10倍正常電流的浪涌會直接將電源開關(guān)的元器件和接觸器的觸點(diǎn)立即熔化，導(dǎo)致輸入端保險絲熔斷。

但電容也會受到浪涌的損害，長期沖擊會縮短其壽命。為解決這個問題，可在起動瞬間接入一個分流電阻，讓電容通過此分流電阻來實(shí)現(xiàn)充放電。但該分流電阻不能有過多的功率損耗，否則將會直接驅(qū)使開關(guān)穩(wěn)壓器停止工作，常用的方法是在起動暫態(tài)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)瞬間，設(shè)法讓它短路，如讓元器件觸點(diǎn)去控制，最終保證對開關(guān)穩(wěn)壓器供電穩(wěn)定。

圖3所示就是軟啟動電路，在電源起動時，交流電源200V經(jīng)二極管D1～D4組成的整流橋整流后，經(jīng)分流電阻R1對電容C直接充電，很好地控制了浪涌。當(dāng)充電電壓達(dá)到約額定電壓80%時，晶閘管S開始起動。當(dāng)變壓器原邊輔助繞組的電流達(dá)到觸發(fā)晶閘管的閥值時，晶閘管導(dǎo)通，分流電阻R1被短接，整個開關(guān)電源電路處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

4 過熱保護(hù)電路

圖4（a）所示為P型熱晶閘管（TT102）控制電路，原理是將它放在功率開關(guān)三極管附近，該晶閘管導(dǎo)通溫度由電阻Rr大小決定，成反比例關(guān)系，即Rr越小，導(dǎo)通溫度越大。而熱晶閘管導(dǎo)通取決于其允許值是否被附近功率開關(guān)三極管管殼溫度、電路元器件本身溫度發(fā)熱超過，導(dǎo)致發(fā)光二極管發(fā)出報警信號。如想進(jìn)一步保護(hù)電路，可在設(shè)計(jì)電路中增加光電耦合元件，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，直接起動報警電路控制。另一種設(shè)計(jì)方式如圖4（b）所示，為N型熱晶閘管（TT201）控制電路，原理是當(dāng)功率開關(guān)三極管管殼溫度或電路元器件本身溫度發(fā)熱過高時，在N型熱晶閘管TT201的控制作用下，三極管基極電流被短路，集電極電流被開路，導(dǎo)致整個三極管被截止，起到防熱、過熱保護(hù)。

該方案在保護(hù)過程中采用了溫度傳感器測量開關(guān)電源內(nèi)部溫度方法，當(dāng)其溫度設(shè)定值被超過時就會自動報警，能很好地對開關(guān)電源電路的進(jìn)行過熱保護(hù)。

5 結(jié)論

通過淺析LED開關(guān)電源的幾種常見保護(hù)方式及原理分析，未來LED開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢將更輕巧、更高集成。對一個開關(guān)電源來說，保護(hù)電路是否完善，對整個開關(guān)電源裝置的穩(wěn)定性至關(guān)重要，如果對其工作環(huán)境沒有明確保護(hù)，最終會讓電路系統(tǒng)提前衰竭，元器件性能提前失效。將直接影響到LED產(chǎn)品的壽命。因此，每個開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)都需要保護(hù)方式來保護(hù)系統(tǒng)，確保LED開關(guān)電源的正常、安全、可靠工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]Billings K.開關(guān)電源手冊[M].張占松，汪仁煌，謝麗萍，譯.北京：人民郵電出版社，2006.

[2]魏惠鳳，秦大為.大功率LED路燈驅(qū)動電源的設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2009（5）：78-80.

[3]侯建國，陳鳴，陳健.高亮度白光發(fā)光二極管發(fā)光特性的研究[J].光源與照明，2006（2）：12-14.endprint