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電路開路保護的工作原理介紹

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2024-01-23 瀏覽:-

電路開路保護的工作原理介紹

在恒流驅動 LED 應用方案中,常會遇到因 LED 損壞或其他原因導致系統開路,出現輸出電容損壞或芯片損壞,或者 先開路上電,再接負載,出現 LED 損壞,采樣電阻損壞等現象。下面我們一起分析造成此類現象的根源并提供解決對策。

開路時的工作狀態

以 XL3001 為例說明下 BUCK 拓撲開路時情況,XL3001 典型應用電路如圖 1。
1.png

XL3001 通過 CS 引腳檢測采樣電阻 RCS 上電壓,從而控制輸出電流。一旦 LED 開路,RCS 上沒有電流流過,CS 引腳電壓幾乎為 0V,由于是開路狀態,RCS 上電壓不會達到基準值,芯片內置功率 MOS 管以最大占空比導通,從而導 致輸出端電壓不斷上升,經幾毫秒后,輸出電容電壓便抬高至與輸入電壓相等。此時,如果輸出電容耐壓不足,將會造成輸 出電容損壞。

由 LED 的 V-I 特性曲線(圖 2 為某 LED 的特性曲線)可以看出即使 LED 兩端電壓升高很小,電流也會增大很多。 如果先空載上電(此時輸出電容電壓約為輸入電壓),再接上 LED,輸出電容較高的電壓加到 LED 上,瞬態會有很大的電 流流過 LED 及 RCS,瞬間過大的能量容易導致 RCS 或 LED 燒毀(尤其是空載電壓比實際輸出電壓高很多時)。
2.png

對于 BOOST 升壓電路,情況往往會更嚴重,因為一旦開路,理論上輸出電壓可以達到無窮大,由于升壓芯片均內置 開路保護功能,所以輸出端電壓會上升至芯片允許的最大值,如 XL60XX 系列(XL6001 除外),輸出端電壓會達到 65V 左右。如果肖特基二極管、輸出電容耐壓不夠,則會造成肖特基二極管與輸出電容損壞,并導致芯片損壞;如果測試時先空 載上電(輸出電容與肖特基耐壓足夠),再連接 LED,則會造成 LED 燈損壞,RCS 采樣電阻損壞。

開路保護的原理

通過上述分析,我們大致了解了恒流電路開路的危害性,通??梢酝ㄟ^添加開路保護電路來解決,下面討論開路保護工 作原理。

一種簡單的辦法就是使空載電壓略高于實際的輸出電壓,這樣既可以保證正常工作時不受影響,又可以確保開路后,不 會造成異常問題發生。 對于既有恒壓、又有恒流環路的芯片(如 XL4201),我們可以簡單的使用 CS 引腳設置輸出電流,使用 FB 引腳設置 開路電壓(一般開路電壓設置為 1.2 倍的正常工作電壓)即可。 對只有一個恒流環路的芯片(如 XL30XX 和 XL60XX 的恒流芯片),我們可以使用圖 3 的方法進行開路保護(XL30XX 設置方法與之類似)。

我們以圖 3 中的 XL6006 為例,簡要說明工作原理。
3.png

開路保護電路由兩個器件組成,DZ(穩壓二極管)和 R1(限流電阻,通常選擇 1K)。一旦 LED 開路,RCS 兩端電 壓幾乎為 0V,FB 檢測的電壓低于內部基準時,芯片以最大占空比工作,當輸出電容電壓升高至 DZ 的擊穿電壓后,DZ 導 通,流經穩壓管的電流在 R1 上產生的壓降會被 FB 檢測到,當 FB 檢測到 R1 電壓大于或等于基準電壓后,芯片停止工作, 輸出電容電壓不再繼續提高,將輸出端電壓控制在設定值,從而實現開路保護。開路輸出電壓為 VDZ+VFB,由于 VFB 很 小,可以認為開路電壓為穩壓二極管的電壓,DZ 穩壓管的耐壓通??扇?1.2 倍輸出電壓(考慮到穩壓二極管的 V-I 特性, 可根據實際需求適當調整

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