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1、(10)申请公布号 CN 102132627 A (43)申请公布日 2011.07.20 CN 102132627 A *CN102132627A* (21)申请号 200980132126.1 (22)申请日 2009.08.06 08105075.9 2008.08.19 EP H05B 33/08(2006.01) H02H 3/20(2006.01) H02H 3/06(2006.01) H02H 3/08(2006.01) (71)申请人 NXP 股份有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 G-J科林 彼得胡贝图斯弗朗西斯科德兰 博格 威廉默斯辛德瑞库斯玛莉亚朗 厄斯莱格 。
2、(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 王波波 (54) 发明名称 浪涌保护电路 (57) 摘要 公开了一种用于电负载的浪涌保护电路， 所 述电负载可以是例如直接与电源(如， 干线电源) 相连的 LED 负载， 所述浪涌保护电路包括跨过多 个半导体管芯而分布的多个开关。浪涌检测器检 测电源中尖峰的开始并断开所有开关， 所述尖峰 的开始是由于例如附近电感负载的开始或中断而 引起的。与使用单一管芯相比， 通过跨过多个管 芯来分布开关， 减小了跨过每个管芯的峰值电压 ； 从而每个管芯可以保持在绝对最大电压容量之 内。每个管芯可以具有其自己的浪涌检测器 ； 备 选地，。
3、 可以使用与每个管芯上的开关通信的单一 浪涌检测器。 在扩展中， 可以将桥式整流器集成到 跨过管芯而分布的电路中。 在该实施例中， 需要附 加的管芯间钳位二极管， 以防止每个管芯的边缘 连接的不安全浮动。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.02.17 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2009/053436 2009.08.06 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/020898 EN 2010.02.25 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 6 页 CN 10。
4、2132636 A1/2 页 2 1. 一种用于电负载的浪涌保护电路 (301)， 所述电负载直接与对瞬变敏感的电源相 连， 实质上工作在电源电压上， 所述浪涌保护电路 (301) 包括 ： 多个串联的开关 (304， 306， 606)， 在使用中可与负载和电源相连， 所述多个串联的开关 (304， 306， 606) 包括 ： 第一开关 (304)， 在第一半导体管芯 (305) 上， 在使用中可与电负载串联， 以及 第二开关 (306， 606)， 在第二半导体管芯 (307， 607) 上， 所述浪涌保护电路还包括 ： 浪涌检测装置 (308)， 在第一和第二半导体管芯中的至少一个上，。
5、 用于检测电源中的浪 涌， 第一开关驱动器 (312)， 响应于浪涌检测装置而断开第一开关， 以及 第二开关驱动器 (309， 609)， 响应于浪涌检测装置而断开第二开关。 2. 根据权利要求 1 所述的浪涌保护电路， 其中电负载是 LED 负载。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的浪涌保护电路， 其中电源是干线电源。 4. 根据前述任一权利要求所述的浪涌保护电路， 其中浪涌检测装置包括用于在浪涌开 始的检测与浪涌结束的检测之间引入滞后的装置。 5. 根据前述任一权利要求所述的浪涌保护电路， 包括用于提供第一和第二半导体管芯 之间的电连接的连接装置， 还包括在第一和第二半导体管芯中的每一。
6、个上并连接在连接装 置与相应半导体管芯的衬底之间的钳位二极管 (D3， D4)。 6. 根据前述任一权利要求所述的浪涌保护电路， 其中浪涌检测装置包括第一半导体管 芯上的第一浪涌检测器和第二半导体管芯上的第二浪涌检测器。 7. 根据权利要求 6 所述的浪涌保护电路， 其中第一开关驱动器响应于第一浪涌检测 器， 第二开关驱动器响应于第二浪涌检测器。 8. 根据权利要求 6 或 7 所述的浪涌保护电路， 其中浪涌检测装置被配置为检测电流中 的浪涌。 9. 根据权利要求 1 至 5 中任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中浪涌检测装置在 第一半导体管芯上， 所述浪涌保护电路还包括用于在浪涌检测装置。
7、与第二半导体管芯之间 通信的通信装置 (C3， C4， 311)。 10. 根据权利要求 9 所述的浪涌保护电路， 其中通信装置包括电压耦合。 11. 根据权利要求 10 所述的浪涌保护电路， 其中通信装置包括响应于电压耦合的共源 共栅器件 (M1， M2， I2)。 12. 根据权利要求 9 所述的浪涌保护电路， 其中通信装置包括电容耦合。 13. 根据权利要求 9 所述的浪涌保护电路， 其中通信装置包括光耦合。 14. 根据权利要求 9 所述的浪涌保护电路， 其中通信装置包括电感耦合。 15. 根据权利要求 9 至 14 中任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中通信装置是基 于脉冲的并且。
8、包括一个或多个脉冲。 16. 根据权利要求 9 至 15 中任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中浪涌检测装置 被配置为检测电压中的浪涌。 17. 根据前述任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中电源是整流后的干线电源。 权 利 要 求 书 CN 102132627 A CN 102132636 A2/2 页 3 18. 根据权利要求 1 至 16 中任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中电源是未整流 的干线电源， 所述浪涌保护电路还包括用于整流干线电压并跨过至少第一半导体管芯和第 二半导体管芯而集成的桥式整流装置 (511a， 511b， D5， D3， D4， D6， 511b， 51。
9、1d)。 19. 根据权利要求 18 所述的浪涌保护电路， 其中桥式整流装置包括全桥式整流器， 所 述全桥式整流器在串联的第一和第二半导体管芯中的每一个上， 所述全桥式整流器分别限 定第一对和第二对整流端子， 第二开关 (306) 连接在第二对整流端子之间， 第一开关 (304) 在使用中可与负载串联在第一对整流端子之间。 20. 根据前述任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中第一开关和第二开关是 MOSFET。 21. 根据前述任一项权利要求所述的浪涌保护电路， 其中所述多个开关还包括至少一 个另外开关(306)， 所述至少一个另外开关(306)在相应的至少一个另外半导体管芯(307) 上。
10、并且在使用中可连接在第二开关 (606) 与电源之间。 22. 根据权利要求 21 所述的浪涌保护电路， 包括桥式整流装置， 其中桥式整流装置包 括在所述至少一个另外半导体管芯中的每一个另外半导体管芯上的全桥式整流器。 23.根据权利要求21或22所述的浪涌保护电路， 还包括在所述至少一个另一半导体管 芯中的每一个另外半导体管芯上的另外浪涌检测器， 所述至少一个另外开关响应于相应的 另外浪涌检测器。 24.根据权利要求21或22所述的浪涌保护电路， 还包括用于在浪涌检测装置与所述至 少一个另外管芯之间通信的通信装置。 权 利 要 求 书 CN 102132627 A CN 102132636 。
11、A1/8 页 4 浪涌保护电路 技术领域 0001 本发明涉及浪涌保护电路。具体涉及用于电负载的浪涌保护电路， 所述电负载直 接连接至对功率瞬变敏感的电源。 背景技术 0002 直接与对功率瞬变敏感的电源相连的电负载的例子是干线驱动的 LED 电路。 0003 近来， 大多数由干线供电的LED灯使用DC/DC转换器以将高干线电压调适为低LED 电压。 然而， 这种方法不是特别方便， 包括附加的组件， 并且设计相对复杂， 尤其是当作为改 型应用到现有灯和灯固定装置时。因此越来越需要修改 LED 负载使得 LED 负载能够直接根 据干线电压来工作。专利申请公开 WO2008-060469 公开了一。
12、种这样的可变 LED 负载。 0004 然而， 如果LED负载适于直接根据干线来工作， 则LED驱动电子器件也应当由干线 电源直接驱动。 0005 这样就出现了问题 ： 基于硅的典型的甚至高端的集成电路具有 800V 左右的最大 允许电压。相比之下， 干线上的浪涌常常可以是在大概 400V 电源 AC 电压以上 1 至 2kV 的范围内。例如在国际电工委员会的文件 IEC61000-4 中关于瞬变抗扰性要求标准描述了 由于浪涌而引起的瞬变的等级， 其中在干线上可以预期所述浪涌。这样的瞬变典型地发生 在干线电源所提供的总负载发生突然变化时。 例如， 当如传统马达之类的电感负载接通时， 会产生大的。
13、、 短期的反电动势 EMF， 该反 EMF 以尖峰信号或瞬变的形式出现在干线上。当中 断电感负载时发生类似情况。 0006 在干线浪涌期间， 电压在几微秒内上升到 1 至 2kV 区域， 之后在几十微秒内衰减。 浪涌保护电路是已知的， 典型地包含诸如通常与电阻器相结合的变阻器或电容器之类的能 量吸收器。这种系统笨重且将附加组件引入电路中， 增加电路成本， 并因此不尽如人意。 0007 因此对于直接与对瞬变敏感的电源相连的电负载的浪涌保护问题， 目前需要一种 高性价比的解决方案。 0008 尽管已经关于直接与干线电源相连的 LED 负载描述了问题， 将容易理解的是， 直 接模拟问题与直接连接至电。
14、压源的其他负载共存， 其中所述其他负载并入了可以不与电源 中的瞬变浪涌兼容的控制电子器件或驱动电子器件。这种系统的示例包括具有附加功能 的干线电压风扇电源， 所述附加功能例如是依赖于温度的风扇速度控制、 在干线电压或 24V 的典型控制电压上运行的继电器控制、 或干线定时器。 0009 此外， 将理解的是， 本发明所应用于的 LED 负载不限于基于晶体半导体的 LED， 而 是包括例如但不限于 OLED( 有机 LED)、 POLYLED( 聚合物 LED)、 smOLED( 小分子 LED) 等基于 备选技术的 LED。 发明内容 0010 本发明的目的是提供一种浪涌保护电路。 0011 根。
15、据本发明， 提供了一种用于电负载的浪涌保护电路， 所述电负载直接与对功率 说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A2/8 页 5 瞬变敏感的电源相连， 实质上工作在电源电压上， 浪涌保护电路包括多个串联的开关， 所述 多个串联的开关在使用中可与负载和电源相连， 所述多个串联的开关还包括在第一半导体 管芯上的第一开关以及在第二半导体管芯上的第二开关， 所述第一开关在使用中可与电负 载串联， 浪涌保护电路还包括浪涌检测装置以及第一开关驱动器和第二开关驱动器， 所述 浪涌检测装置在第一和第二半导体管芯中的至少一个上， 用于检测干线电源中的浪涌 ； 所 述第一开关驱动器响。
16、应于浪涌检测装置而断开第一开关 ； 所述第二开关驱动器响应于浪涌 检测装置而断开第二开关。因此浪涌的电压跨过第一和第二管芯而分布， 从而每个管芯较 不易受到不可挽回的高电压损坏。 0012 在优选实施例中， 电负载是 LED 负载， 电源是干线电源。因此本发明尤其适于不用 其他分立电组件而直接连接至干线的干线驱动 LED 灯， 并提供了一种具体节省空间和成本 的解决方案以因此而提高驱动器电路的鲁棒性。 0013 优选地， 浪涌检测装置包括用于在检测到浪涌开始和检测到浪涌结束之间引入滞 后的装置。此外， 当在电压域检测到干线浪涌时， 断开开关使电压跨过管芯而分布， 从而将 该电压减小到检测水平以。
17、下。 这避免了系统在浪涌和非浪涌状态之间跳动的风险。 有益地， 浪涌检测装置被配置为检测电压中的浪涌。这允许简单的分布检测。 0014 优选地浪涌保护电路包括用于提供第一与第二半导体管芯之间的电连接的连接 装置， 还包括钳位二极管， 所述钳位二极管在第一和第二半导体管芯中的每一个上并且连 接在连接装置与相应的半导体管芯的衬底之间。 0015 在一个实施例中， 浪涌检测装置包括第一半导体管芯上的第一浪涌检测器和第二 半导体管芯上的第二浪涌检测器。 优选地， 第一开关驱动器响应于第一浪涌检测器， 第二开 关驱动器响应于第二浪涌检测器。这使得无需管芯之间的通信， 但代价是每个管芯上的组 件更多。 0。
18、016 备选地但非限制性地， 浪涌检测装置在第一半导体管芯上， 浪涌保护电路还包括 用于在浪涌检测装置与第二半导体管芯之间通信的通信装置。 因此本发明包括单一浪涌检 测器的使用， 因此这可以降低总复杂度。 0017 优选地， 具体考虑到简单的设计， 通信装置包括电压耦合 (coupling)， 有利地， 通 信装置可以包括共源共栅器件。 0018 备选地但非限制性地， 通信装置可以包括电容耦合、 光耦合或电感耦合中的任何 一个或多个。 0019 优选地， 通信装置是基于脉冲的并且包括一个或多个脉冲。使用多个脉冲尤其有 利， 这是由于因此提高了浪涌保护电路对误报或甚至漏报的鲁棒性。 备选地， 通。
19、信装置可以 是基于电平的。 0020 电源可以是整流后的干线电源。 备选地， 电源可以是未整流的干线电源， 浪涌检测 装置还可以包括桥式整流装置， 所述桥式整流装置用于整流干线电压并且跨过至少第一半 导体管芯和第二半导体管芯而集成。 有利地， 桥式整流装置可以包括全桥式整流器， 所述全 桥式整流器在串联的第一和第二半导体管芯中的每一个半导体管芯上， 全桥式整流器分别 限定第一对和第二对整流端子， 第二开关连接在第二对整流端子之间， 第一开关在使用中 可以与负载串联在第一对整流端子之间。因此桥式整流器被并入浪涌保护电路中， 从而节 省了空间和总体组件个数， 进而节省了成本。 说 明 书 CN 1。
20、02132627 A CN 102132636 A3/8 页 6 0021 在便于制造的布置中， 第一开关和第二开关是 MOSFET。 0022 有利地， 所述多个开关还包括至少一个另外开关， 所述至少一个另外开关在相应 的至少一个另一半导体管芯上并且在使用中可与第二开关和电源相连。 因此峰值电压可以 跨过多于两个管芯而分布， 从而有效地减小了跨过任何一个单独管芯的电压。 优选地， 浪涌 包括电路包括桥式整流装置， 其中桥式整流装置包括全桥式整流器， 所述全桥式整流器在 所述至少一个另外半导体管芯中的每一个上。 因此全桥式整流可以跨过三个或更多管芯中 的每一个而分布。 0023 这种浪涌保护电。
21、路还可以包括另外浪涌检测器， 所述另外浪涌检测器在所述至少 一个另外半导体管芯中的每一个上， 所述至少一个另外开关响应于相应的另外浪涌检测 器。备选地， 浪涌保护电路还可以包括用于在浪涌检测装置与所述至少一个另外管芯之间 通信的通信装置。 因此分布式浪涌检测以及利用通信装置的单一浪涌检测的构思均可应用 于具有多于两个管芯的实施例。 0024 从一个观点看来， 本发明基于以下理解 ： 可以将功率浪涌中的电压跨过多个半导 体管芯而分布， 使得跨过任何单独半导体管芯的电压小于该管芯能够承受的电压。 0025 通过参考以下描述的实施例， 将清楚地说明本发明的这些和其他方面。 附图说明 0026 参考附。
22、图， 仅以示例的方式对本发明的实施例进行描述， 在附图中 ： 0027 图 1 演示了与电源电压中的典型浪涌或瞬变相对应的电压轮廓 ； 0028 图 2 演示了与图 1 相同的电压轮廓， 并且包括针对示例浪涌检测电路的时间指 示 ； 0029 图 3 示出了在集成到负载中的电路处的浪涌保护的示意图， 所述负载直接由干线 电源驱动 ； 0030 图 4 示出了实现图 3 的示意图的示例电路 ； 0031 图 5 示出了可与未整流的干线电源一起工作的的本发明实施例的示意图， 在半导 体管芯边缘处并入了钳位 ； 0032 图 6 示出了利用多于两个半导体管芯的本发明另一实施例的示意图 ； 0033 。
23、图 7 示出了振荡器的示意电路图， 所述振荡器适于将两个管芯的电容耦合 ； 0034 图 8 示出了与图 7 的振荡器一起使用的窄带滤波器的示意电路图。 0035 应注意的是， 附图是图示性的而不是按比例绘制的。 为了清楚和便于绘制， 这些附 图的一部分的相关维度和比例在尺寸上被放大或缩小显示。 相同的参考标号一般用于表示 修改的和不同的实施例中的相同或相似特征。 具体实施方式 0036 图 1 演示了与电源电压中的典型浪涌或瞬变相对应的电压轮廓。应理解的是， 已 经扩展了 X 轴的一部分， 这是因为电压典型地在 1.2s 中上升而在几百 s 中下降。当电 压电平超过正常电压范围 2( 例如 。
24、400Vdc) 时， 在时刻 3 进行如断开开关之类的浪涌保护动 作。开关在电压浪涌时间段内保持断开， 即在电压超过正常电压范围的时间段 5 期间保持 断开， 当电压返回正常电压范围之内时， 在时刻 4 浪涌保护动作结束所以在该示例中， 说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A4/8 页 7 开关接通。 0037 在图2中示出了对相同电压瞬变1的更复杂的响应 ； 在该情况中， 尽管在电压超过 正常电压范围 2 时的时刻 3 发起浪涌保护响应， 然而由于比较器、 开关驱动等的反应时间， 将有特定的响应动作延迟， 使得响应直到时刻 23 时才生效。一定要注意， 由于该。
25、延迟， 没有 过电压情况出现。此外， 浪涌保护响应没有在电压返回正常电压范围时的时刻 4 结束， 而是 在稍后的时刻 24 结束。时刻 24 被选择为与电压回落到某电平时的时间相对应， 其中该电 平使得时刻24处的电压与时刻3处的电压相差电压差h。 在如以下描述的包括两个管芯的 本发明实施例的情况中， 时刻 24 可以被选择为与电压回落到某电平时的时间相对应， 该电 平最多是时刻 23 的电压的一半 ； 类似地， 对于三管芯实施例来说， 时刻 24 处的电压可以比 时刻 23 处的电压的三分之一小。该布置确保了系统中有滞后从而没有跳动发生。 0038 图 3 示出了本发明的第一实施例。图中示出。
26、了用于 LED 负载 302 的浪涌保护电路 301， LED 负载 302 直接连接至整流后的干线电源 303。因此 Led 负载 302 和整流后的干线 电源 303 不构成浪涌保护电路的一部分。电路包括半导体管芯 305 上的第一开关 304 和第 二半导体管芯 307 上的第二开关 306。除第一开关 304 外， 第一半导体管芯 305 还包括浪 涌检测器 308 以及在浪涌检测器 308 与第一开关 304 之间的开关驱动器 312。在所示示例 中浪涌检测器通过检测电压中的浪涌来工作 ； 也可以通过检测电流中的浪涌来进行浪涌检 测。浪涌检测器通过通信装置 311 连接至开关驱动器 。
27、309， 开关驱动器 309 构成第二管芯 307 的部分。通信装置 311 可以是形成流电或电压通信装置的简单有线链路 ； 然而， 通信装 置 311 同样也可以是诸如光通信或电感通信等不同形式的通信装置， 如在下文中将更详细 地描述的。在电压比阈值电压大或在滞后窗口内的时间段内， 即， 在时间段 25 期间， 开关保 持断开。 0039 在工作中， 浪涌检测器 308 检测超过电源的正常电压范围 2 的电压。浪涌检测器 通过相同半导体管芯上的开关驱动器 312 来断开开关 304 ； 此外， 浪涌检测器还通过通信装 置 311 与第二半导体管芯 307 上的开关驱动器 309 通信。开关驱。
28、动器 309 工作以断开第二 半导体管芯 307 上的开关 306。因此， 当浪涌检测器 308 检测到电源中任何浪涌的开始时， 开关 304 和开关 306 都断开。这意味着两个半导体管芯上的电路都中断 (broken) ； 从而在 每个管芯的电容和泄漏电流几乎相等的情况下， 功率浪涌期间的电压几乎相等地分布在两 个管芯之间 ； 这是设计所需要考虑的问题以确保情况是这样。 0040 此外， 可以用附加的钳位二极管 ( 未示出 ) 对每个管芯连接进行钳位， 以保证这 些节点上的电压保持在管芯的电压容量之内。为确保有效的钳位， 可以与每个钳位二极管 ( 也未示出 ) 一起提供串联电阻器 ( 未示。
29、出 )。如技术人员将立刻理解的， 钳位二极管将管 芯连接与相应的管芯衬底相连接。 0041 光耦合可以作为上述电压耦合的备选来使用。为实现光耦合， 可以将光发射器件 ( 如非常小的超低功率 LED) 与密封管芯合并。管芯 1305 根据浪涌检测来驱动来驱动该器 件， 使得当检测到浪涌时发射光。另一管芯 2307( 或每一个管芯， 如下文将描述的， 对于具 有多于两个管芯的实施例来说 ) 具有光响应器件 ( 如光电二极管 ) 并通过断开开关 306 来 响应此光。仅可以产生一个或若干 ( 短 ) 光脉冲， 因为在当电压比正常大时的浪涌部分期 间从电源几乎不能获取电流 ( 以防止过多耗散 )。若干。
30、光脉冲可以用于减少对噪声的敏感 性并提高鲁棒性。应注意的是管芯 ( 包括光发射和检测器件 ) 的封装应当是遮光的， 以防 说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A5/8 页 8 止外部光进入封装。也可以要求对管芯的其他部件 ( 具体地， 晶体管和二极管 ) 遮光， 使得 发射的光不影响这些其他部件的性能。 0042 电感耦合可以作为电压耦合的另一非限制性备选来使用 ： 为实现这一点， 管芯 1305 可以包含小的 ( 芯片上 ) 电感器， 当检测到浪涌时该电感器产生小的磁场。由于管芯 2307 与管芯 1305 非常近 ( 1cm 距离 )， 所以管芯 2307 。
31、可以利用另一电感器拾取该场并 断开管芯 2307 的开关 306。为提高鲁棒性并减小对噪声的敏感性， 应当产生具有特定频率 ( 指纹 ) 的脉冲串。由于地球的磁场， 依赖于 dc 场可能并不合适。等同、 调整和改变很明显 适合于具有多个菊花链管芯的实施例， 例如为每个管芯提供不同的指纹 (fingerprint)， 然 而应理解， 由于管芯之间的通信不需要限制于邻近的管芯之间， 所以并不要求每个管芯上 的开关驱动器都需要由邻近管芯来唯一地触发。 0043 图 4 示出了实现图 3 的实施例的浪涌保护器的电路图。在该实施例中， LED 负载 402与第一半导体管芯405上的第一开关M3串联， 第。
32、一开关M3与第二半导体管芯407上的 第二半导体开关 M4 串联。电压比较器 A9 包括浪涌检测器。电压比较器 A9 产生分别指示 浪涌状态和非浪涌状态的输出 423 和 424。非浪涌输出 424 连接至晶体管 M3 的栅极 ； 浪涌 输出423通过链路411和晶体管M1连接至第二半导体管芯407， 晶体管M1构成了共源共栅 的一部分。 0044 在该实施例中， 链路 411 是单一有线或流电链路 ； 晶体管 M1 位于第二半导体管芯 407 上， 作为源极跟随器而连接， 并与 M2 和电流产生器 I2 一起被布置为包括共源共栅。当 没有浪涌出现时， 因此 M1 不导通， 电阻器 R2 下拉。
33、晶体管 M2 的栅极以使其非导通。因此， 晶 体管M4的栅极节点上的电容(该电容包括至少晶体管M2的漏极-源极电容和晶体管M4的 栅极 - 源极电容 ) 由电流源 I1 来充电， 其中钳位二极管 D2 限制此栅极节点上的电压。类 似地， 档晶体管 M1 导通时， 二极管 D1 对晶体管 M2 的栅极节点的电压进行钳位。在工作中， 当电压比较器 A9 检测到电压浪涌时， 电压比较器 A9 通过链路 411 将此情况传达给与第二 半导体管芯上的晶体管 M1。包括 M1、 M2 和 I2 的共源共栅缓冲来自管芯 1 的信号并针对第 二开关M4将该信号转换为适合的电压电平 ： M1开始导通， M2的栅。
34、极被拉起， 因此M2也开始 导通， 所以 M4 的栅极被拉下， 从而 M4 断开。当检测到浪涌时迅速启用 M2， 因此具有使禁用 M4 的过程加速的功能。 0045 图 5 中示出了本发明的另一实施例。图 5 示出了图 3 的实施例的改进版本， 其中 将桥式整流器集成入器件中。相对于图 3， 相似的参考数字与相似组件相对应， 相似的组件 执行相同功能。然而， 这里桥式整流器分布在两个管芯之间， 即， 每个管芯需要四个整流二 极管 ( 第一半导体管芯 305 上的二极管 511a、 511b、 D3 和 D5， 以及第二半导体管芯 307 上 的二极管 511c、 511d、 D4 和 D6) 。
35、来实现干线电压的全整流。 0046 该实施例与图 3 所描述的实施例之间的其他主要不同是半导体管芯的电容耦合。 电容器 C3 和 C4 与管芯间 (inter-die) 链路 311 串联 ； C3 位于第一半导体管芯 305 上， C4 位于第二半导体管芯 307 上。电容器 C3 和 C4 区分浪涌检测器的电压信号， 从而去除任何 DC 电压电平。 0047 关于第一管芯， 应当通过钳位二极管 ( 未示出 ) 来限制第二管芯的管芯连接节点 的电压。 0048 在该实施例中， 有利的是， 构成桥式整流器的二极管均匀且对称地分布在多个管 说 明 书 CN 102132627 A CN 1021。
36、32636 A6/8 页 9 芯上， 在电流的两个方向上具有同等数量的二极管。 此外， 经由二极管的信号路径取决于输 入电压的方向。因此， 两个管芯的高侧和低侧位置在每个干线循环内交替。 0049 图 5 所示的管芯之间的通信依赖于基于脉冲的电容耦合。也就是说， 当检测到浪 涌电压时产生单一脉冲。 在有噪环境中， 这可以导致以下错误情况 ： 在用管芯(即， 驱动LED 的管芯 ) 没有看到浪涌， 但其他管芯由于通信线路上的噪声而断开。在改进实施例中， 使用 基于电平的通信而不是上述基于脉冲的系统。为了用电容耦合来实现这一点， 浪涌检测器 不应产生单一脉冲而是产生连续脉冲串。 因此当符合浪涌状态。
37、时， 浪涌检测器启用振荡器。 通过采用在正确频率上的窄带滤波器， 其他的一个或多个管芯检测这些脉冲并实现对断开 的判定。 这极大地提高了通信的鲁棒性， 但代价需要时间来检测若干脉冲， 以确保检测的是 实际信号而不仅仅是来自系统的噪声。将理解的是， 这种基于脉冲的通信不仅限于电容耦 合， 而可以应用于其他类型的耦合， 例如电感或光耦合。 0050 适合于作为根据该实施例的振荡器和窄带滤波器的电路对技术人员是显而易见 的 ； 图 7 示出了这种振荡器的示例， 图 8 示出了这种窄带滤波器的示例。 0051 图 7 的振荡器包括组件 A6、 A7、 R61 和 C61。浪涌检测器 A9 将该振荡器接。
38、通 / 断 开， 如节点 OSC_ON/OFF 所指示的。该振荡器包括 NAND 逻辑 A6 和 INVERTOR A7， NAND 逻辑 A6和INVERTOR A7相连， 使得在OSC_ON/OFF节点处对于来自A9的高输入而言NAND的输出 无法稳定。在 OSC_OUT 处指示了振荡器的输出。 0052 类似地， 如图 8 中所示， 示例窄带滤波器包括组件 C72、 R71、 D71、 R72 和 C72。该滤 波器的输入由 FILT_IN 指示， 并通过与串联的二极管 D71 和电阻器串联并通过电阻器 R72 接地的电容器 C72 连接至输出 FILT_OUT ； 输出 FILT_OU。
39、T 通过电容器 C71 接地。当跨过 C71 的电压 (FILT_OUT) 已经上升到足够高时 ( 因此已经检测到足够的脉冲 )， 开关 S3 导通。 0053 图6示出了本发明的另一实施例。 总体上， 该实施例与图5所示实施例类似 ； 然而， 该实施例将浪涌保护电路扩展至第三半导体管芯 607。与图 5 的实施例的组件执行相同功 能的相似组件具有相似的参考数字。第三半导体管芯 607 包括驱动第三开关 606 的开关驱 动器609， 驱动方式与第二半导体管芯307的布置相类似。 开关驱动器609可操作用于控制 第三开关 606， 第三开关 606 将第三管芯 607 与电路的其余部分隔离。另。
40、一电容器 C6 将第 二和第三半导体管芯彼此电容耦合， 形成管芯的菊花链网络。在该实施例中， 电容器 C7 在 3 管芯解决方案中没有任何用途， 但可用于连接第四管芯。因此电容器 C7 出于可扩展性的 原因而出现。 尽管可以使用备选的网络或管芯， 如， 其中所有其他管芯都直接连接至第一管 芯的星形网络， 然而在本申请中菊花链是优选网络， 这是因为菊花链避免了管芯之间的电 容不平衡的产生 ： 这种不平衡会引起不希望的浪涌电压传播的不平衡， 优选的是将电压相 等地分布在所有管芯上， 以最小化由任何一个管芯所见的最高电压。 0054 除了与开关驱动器 309 和 312 通信之外， 浪涌检测器 30。
41、8 还与开关驱动器 609 通 信， 以在浪涌检测器 308 检测到电源电压中的浪涌的情况下通过断开开关 304、 306 和 606 来保护所有半导体管芯 607。 0055 在该实施例中， 要求二极管 ( 例如第二菊花链管芯上的 D4、 D6、 D7 和 D10) 在电流 的两个方向上都沿着正确的路径引导电流通过所有三个开关。 此外， 有利的是， 这些二极管 相对于其他管芯均匀且对称地分布。 此外， 通过管芯的电流路径取决于输入电压的极性。 因 此， 顶部和底部管芯的高侧和低侧位置在每个主循环内交替。 说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A7/8 页 10 。
42、0056 对于技术人员来说显而易见的是， 图 6 的实施例可以容易地扩展至第四或更多管 芯， 以增加浪涌保护电压容量。 电路中包括的管芯的数目越大， 跨过每个管芯而产生的总峰 值浪涌电压的分数越小， 从而浪涌保护电压容量越高。 0057 在另一实施例中， 每个半导体管芯包括独立的浪涌检测器和开关。每个半导体管 芯上的浪涌检测器操作用于当检测到电流或电压中的浪涌时断开开关。 由于每个管芯具有 其自己的浪涌检测器， 所以该实施例中不需要独立的管芯之间的任何通信装置。因此可以 认为浪涌检测是跨过管芯而分布的。 0058 单独管芯上的浪涌检测器优选地检测电流。针对每个管芯使用电流检测器是更 复杂的， 。
43、因为电流的上升时间比电压的上升时间快 ( 典型地大约 200ns 而不是大约 1s)。 也可以使用比较器来实现这一点， 比较器监测电流， 并将过高的电流解释为浪涌， 使得开关 必须断开。 在该实施例中滞后是没有用的， 因为电流总是降至零， 使得不可以检测浪涌的结 束。取而代之地， 可以限定特定的延迟， 可以期望该延迟极大地超过浪涌的持续时间 ( 该时 间可以被选择为选择远远长于 200s， 200s 是浪涌的典型持续时间 ； 因此可以选择例如 400s 或 1ms)。在延迟之后可以缓慢接通开关。如果电流仍然上升至不可接受的水平， 则 浪涌显然没有结束， 或者另一浪涌在进行中。 这样， 需要与每。
44、个管芯并联的附加齐纳二极管 以限制最大电压。如何可以产生延迟的示例是依赖于管芯上的一个在用器件的泄漏电流。 0059 只有在限定的最小等待时间或延迟时间之后才可以进行隔离管芯的动作， 以保证 所有管芯都能够检测浪涌。否则， 一个管芯上的浪涌检测器可以检测浪涌并在其他管芯上 的浪涌检测器能够识别浪涌之前隔离管芯， 从而使得浪涌检测器无法开始动作以隔离这些 管芯。 0060 已经关于包括由干线电源直接驱动的 LED 的负载描述了上述实施例。然而本发明 不限于该类型的负载。 具体地， 对于技术人员来说显而易见的是， 本发明广泛地可应用于具 体地具有以下若干特性的系统 ： 首先， 低涌入电流 ； 第二。
45、， 低功率或低电流应用 ； 第三， 其中 驱动器输入和输出电压彼此非常接近的应用 ； 第四， 其中不要求提供干线隔离的应用 ； 以 及第五， 其中不期望包括缓冲电容器的应用， 因为这种电容器(典型地是电解电容器)会使 得不需要这种浪涌保护方案。此外， 本发明不限于用干线电源来工作的系统 ： 具体地， 本发 明可以有利地与备选电源一起使用 ( 如， 自动应用或为便携设备提供 24V 电源的便携发电 机 )， 更具体地， 用在备选电源由于例如电感负载 ( 如马达 ) 的开始或中断而对功率浪涌敏 感的情况下。 0061 通过阅读本公开， 其他变化和修改对技术人员是显而易见的。这种变化和修改可 以包含。
46、等同物以及在浪涌保护电路领域已知的其他特征， 这些其他特征可以取代这里已描 述的特征来使用， 或与这里已描述的特征一起使用。 0062 尽管所附权利要求针对特征的具体组合， 然而应理解的是本发明的公开范围也包 括任何新特征或任何这里显式或隐式公开的特征的新组合或其任何概括， 无论其是否涉及 与任何权利要求中目前要求保护的发明相同的发明， 也无论其是否解决了与本发明所解决 的任何或所有技术问题相同的问题。 0063 在分开的实施例的上下文中所描述的特征也可以在单一实施例中以组合的形式 来提供。相反， 为简明起见而在单一实施例中所描述的多种特征也可以单独地提供或以任 何合适的子组合的形式来提供。 。
47、说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A8/8 页 11 0064 申请人在此给出声明， 在本申请或得子本申请的任何其他申请的诉讼期间可以将 新的权利要求构造为这种特征和 / 或这种特征的组合。 0065 为了完整性， 还声明术语 “包括” 的使用并不排除其他元件或步骤， 术语 “一” 或 “一 种” 并不排除多个， 单一处理器或其他单元可以实现在权利要求中列举的若干装置的功能， 权利要求中的参考标记不应被理解为限制权利要求的范围。 0066 通过以上内容显而易见， 公开了一种用于电负载的浪涌保护电路， 所述电负载可 以是例如直接与电源 ( 如， 干线电源 ) 相。
48、连的 LED 或 OLED 负载， 所述浪涌保护电路包括跨 过多个半导体管芯而分布的多个开关。浪涌检测器检测电源中尖峰的开始并断开所有开 关， 所述尖峰的开始是由于例如附近电感负载的开始或中断而引起的。与使用单一管芯相 比， 通过跨过多个管芯来分布开关， 减小了跨过每个管芯的峰值电压 ； 从而每个管芯可以保 持在绝对最大电压容量之内。 0067 每个管芯可以具有其自己的浪涌检测器 ； 备选地， 可以使用与每个管芯上的开关 通信的单一浪涌检测器。 0068 在扩展中， 可以将桥式整流器集成到跨过管芯而分布的电路中。 在该实施例中， 需 要附加的管芯间 (inter-die) 钳位二极管， 以防止。
49、每个管芯的边缘连接的不安全浮动。 说 明 书 CN 102132627 A CN 102132636 A1/6 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102132627 A CN 102132636 A2/6 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 102132627 A CN 102132636 A3/6 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 102132627 A CN 102132636 A4/6 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 102132627 A CN 102132636 A5/6 页 16 图 6 说 明 书 附 图 CN 102132627 A CN 102132636 A6/6 页 17 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102132627 A 。