淺析幾種常見LED開關電源保護電路

鄭則炯

摘 要 目前，LED開關電源在電源市場中占有很大比例，其本身具有穩定、可靠的特點。正常工作時開關電源損壞概率小，損壞多發生在過流或過壓復雜環境中，為了對開關電源電路和負載進行有效保護，各種保護電路設計方案已受到業界內廣泛關注。本文主要分析了過電流保護電路、過電壓保護電路、軟啟動保護電路及過熱保護電路等保護電路。

關鍵詞 LED；開關電源；軟啟動；保護電路

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

當前，LED開關電源常采用恒壓或恒流控制[1-2]，隨著技術日新月異變化，業界內對開關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熱也劇增。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[3]。因此驅動電源設計是否可靠直接影響LED的壽命。本文從開關電源本身特性出發，介紹了幾種常見的保護電路設計方案，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開關電源免受損壞，乃致元器件的失效，提高LED產品的穩定性、可靠性。

1 過電流保護電路

該方案主要是由電阻R1、R2組成的分壓電阻，與三極管BG1共同構成控制電路，如圖1。當接上電源Usr正常供電時，經電阻R1、R2分壓后，此時三極管BG1 發射極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），原有電路穩定性不受干擾。

當電路短路時，USC為零，三極管BG1的發射極Ue=0，則三極管BG1飽和導通（短路狀態），使三極管BG2基極Ub和發射極Ue接近短路（約為零），使得呈現截止狀態，打破原有電路穩定性，達到切斷電源Usr目的。

這種控制方法能有效自動切斷LED開關電源短路電流。通過將三極管管腳電壓反向偏置，及時調節三極管輸出，避免因電流過大損壞LED器件。

2 過電壓保護電路

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

此種方法采用輸入過電壓保護，目的是為了防止開關穩壓器中，諸如儲源設備、儲能元件等構成的未穩壓電源電壓過高，直接擊穿開關穩壓器內部器件，導致其正常工作。因此，輸入過電壓保護電路在LED開關電源中有廣泛的運用。

3 軟啟動保護電路

所謂軟啟動電路是指在復雜的開關穩壓電源電路中，在開關穩壓器的輸入端接有電容和電感的輸入濾波器。目的在于防止開機時，數10倍正常電流的浪涌會直接將電源開關的元器件和接觸器的觸點立即熔化，導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現充放電。但該分流電阻不能有過多的功率損耗，否則將會直接驅使開關穩壓器停止工作，常用的方法是在起動暫態進入穩態瞬間，設法讓它短路，如讓元器件觸點去控制，最終保證對開關穩壓器供電穩定。

圖3所示就是軟啟動電路，在電源起動時，交流電源200V經二極管D1～D4組成的整流橋整流后，經分流電阻R1對電容C直接充電，很好地控制了浪涌。當充電電壓達到約額定電壓80%時，晶閘管S開始起動。當變壓器原邊輔助繞組的電流達到觸發晶閘管的閥值時，晶閘管導通，分流電阻R1被短接，整個開關電源電路處于穩定運行狀態。

4 過熱保護電路

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三極管附近，該晶閘管導通溫度由電阻Rr大小決定，成反比例關系，即Rr越小，導通溫度越大。而熱晶閘管導通取決于其允許值是否被附近功率開關三極管管殼溫度、電路元器件本身溫度發熱超過，導致發光二極管發出報警信號。如想進一步保護電路，可在設計電路中增加光電耦合元件，當溫度超過設定值時，直接起動報警電路控制。另一種設計方式如圖4（b）所示，為N型熱晶閘管（TT201）控制電路，原理是當功率開關三極管管殼溫度或電路元器件本身溫度發熱過高時，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，導致整個三極管被截止，起到防熱、過熱保護。

該方案在保護過程中采用了溫度傳感器測量開關電源內部溫度方法，當其溫度設定值被超過時就會自動報警，能很好地對開關電源電路的進行過熱保護。

5 結論

通過淺析LED開關電源的幾種常見保護方式及原理分析，未來LED開關電源技術的發展趨勢將更輕巧、更高集成。對一個開關電源來說，保護電路是否完善，對整個開關電源裝置的穩定性至關重要，如果對其工作環境沒有明確保護，最終會讓電路系統提前衰竭，元器件性能提前失效。將直接影響到LED產品的壽命。因此，每個開關電源電路設計都需要保護方式來保護系統，確保LED開關電源的正常、安全、可靠工作。

參考文獻：

[1]Billings K.開關電源手冊[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路燈驅動電源的設計[J].電工技術，2009（5）：78-80.

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