浅析几种常见LED开关电源保护电路

郑则炯

摘 要 目前，LED开关电源在电源市场中占有很大比例，其本身具有稳定、可靠的特点。正常工作时开关电源损坏概率小，损坏多发生在过流或过压复杂环境中，为了对开关电源电路和负载进行有效保护，各种保护电路设计方案已受到业界内广泛关注。本文主要分析了过电流保护电路、过电压保护电路、软启动保护电路及过热保护电路等保护电路。

关键词 LED；开关电源；软启动；保护电路

中图分类号 TN86 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0069-02

当前，LED开关电源常采用恒压或恒流控制[1-2]，随着技术日新月异变化，业界内对开关电源功率研究由小功率到大功率不断提高，这使得电源电路中的功率器件发热也剧增。根据LED的伏安特性，电压的微小变化可导致电流的很大变化，有可能损坏LED[3]。因此驱动电源设计是否可靠直接影响LED的寿命。本文从开关电源本身特性出发，介绍了几种常见的保护电路设计方案，很好地解决了功率器件和集成器件的耐压、耐热问题，有效地控制LED开关电源免受损坏，乃致元器件的失效，提高LED产品的稳定性、可靠性。

1 过电流保护电路

该方案主要是由电阻R1、R2组成的分压电阻，与三极管BG1共同构成控制电路，如图1。当接上电源Usr正常供电时，经电阻R1、R2分压后，此时三极管BG1 发射极Ue大于基极Ub，即Ube小于零，反向加压，三极管BG1截止（开路状态），原有电路稳定性不受干扰。

当电路短路时，USC为零，三极管BG1的发射极Ue=0，则三极管BG1饱和导通（短路状态），使三极管BG2基极Ub和发射极Ue接近短路（约为零），使得呈现截止状态，打破原有电路稳定性，达到切断电源Usr目的。

这种控制方法能有效自动切断LED开关电源短路电流。通过将三极管管脚电压反向偏置，及时调节三极管输出，避免因电流过大损坏LED器件。

2 过电压保护电路

该保护电路方案主要由三极管、接触器等元器件构成，如图2。在该电路中，当稳压二极管的端电压高于其本身击穿电压时，稳压管二极管被击穿，直流电源部分电压将直接加在电阻R上，导致三极管T的Ube>0.7V，使三极管T导通，接触器常闭触点动作，变成断开，让直流电源停止向开关稳压器供电，也使二级负载避免谐波冲击，很好地保护了整个电路。

此种方法采用输入过电压保护，目的是为了防止开关稳压器中，诸如储源设备、储能元件等构成的未稳压电源电压过高，直接擊穿开关稳压器内部器件，导致其正常工作。因此，输入过电压保护电路在LED开关电源中有广泛的运用。

3 软启动保护电路

所谓软启动电路是指在复杂的开关稳压电源电路中，在开关稳压器的输入端接有电容和电感的输入滤波器。目的在于防止开机时，数10倍正常电流的浪涌会直接将电源开关的元器件和接触器的触点立即熔化，导致输入端保险丝熔断。

但电容也会受到浪涌的损害，长期冲击会缩短其寿命。为解决这个问题，可在起动瞬间接入一个分流电阻，让电容通过此分流电阻来实现充放电。但该分流电阻不能有过多的功率损耗，否则将会直接驱使开关稳压器停止工作，常用的方法是在起动暂态进入稳态瞬间，设法让它短路，如让元器件触点去控制，最终保证对开关稳压器供电稳定。

图3所示就是软启动电路，在电源起动时，交流电源200V经二极管D1～D4组成的整流桥整流后，经分流电阻R1对电容C直接充电，很好地控制了浪涌。当充电电压达到约额定电压80%时，晶闸管S开始起动。当变压器原边辅助绕组的电流达到触发晶闸管的阀值时，晶闸管导通，分流电阻R1被短接，整个开关电源电路处于稳定运行状态。

4 过热保护电路

图4（a）所示为P型热晶闸管（TT102）控制电路，原理是将它放在功率开关三极管附近，该晶闸管导通温度由电阻Rr大小决定，成反比例关系，即Rr越小，导通温度越大。而热晶闸管导通取决于其允许值是否被附近功率开关三极管管壳温度、电路元器件本身温度发热超过，导致发光二极管发出报警信号。如想进一步保护电路，可在设计电路中增加光电耦合元件，当温度超过设定值时，直接起动报警电路控制。另一种设计方式如图4（b）所示，为N型热晶闸管（TT201）控制电路，原理是当功率开关三极管管壳温度或电路元器件本身温度发热过高时，在N型热晶闸管TT201的控制作用下，三极管基极电流被短路，集电极电流被开路，导致整个三极管被截止，起到防热、过热保护。

该方案在保护过程中采用了温度传感器测量开关电源内部温度方法，当其温度设定值被超过时就会自动报警，能很好地对开关电源电路的进行过热保护。

5 结论

通过浅析LED开关电源的几种常见保护方式及原理分析，未来LED开关电源技术的发展趋势将更轻巧、更高集成。对一个开关电源来说，保护电路是否完善，对整个开关电源装置的稳定性至关重要，如果对其工作环境没有明确保护，最终会让电路系统提前衰竭，元器件性能提前失效。将直接影响到LED产品的寿命。因此，每个开关电源电路设计都需要保护方式来保护系统，确保LED开关电源的正常、安全、可靠工作。

参考文献：

[1]Billings K.开关电源手册[M].张占松，汪仁煌，谢丽萍，译.北京：人民邮电出版社，2006.

[2]魏惠凤，秦大为.大功率LED路灯驱动电源的设计[J].电工技术，2009（5）：78-80.

[3]侯建国，陈鸣，陈健.高亮度白光发光二极管发光特性的研究[J].光源与照明，2006（2）：12-14.endprint