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。

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）。

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，通常可以通過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。

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 穩壓管的耐壓通常可取 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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