CN101511142A - 负载端无反馈的开关恒流源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的负载端无反馈的开关恒流源电路，包括：亮度数据输入单元；与负载相连接的过流检测单元；总线；用于根据总线传输至的亮度数据、调光亮度初值及负载预设的额定工作电流产生相应调光亮度值的调光亮度值产生单元、用于根据调光亮度值产生相应控制信号的功率管控制信号产生单元；具有功率管、用于根据功率管控制信号开闭功率管以输出高频信号的开关电路；用于对高频信号滤波以形成驱动负载的直流信号的滤波电路；用于将检测出的当前负载电流值反馈至功率管控制信号产生单元以调整所产生的功率管控制信号以实现恒流的电流检测单元，其中，调光亮度初值根据负载电流由0持续升至过流值所需时间而产生，由此可有效解决电磁干扰和高频闪烁问题。

Description

负载端无反馈的开关恒流源电路
技术领域
本发明涉及一种开关恒流源电路，特别涉及一种负载端无反馈的开关恒流源电路。
背景技术
无论在照明、背光源还是显示板领域，驱动电路都是LED产品的重要组成部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步增强。驱动电路主要是为LED提供恒定的电流，以保证其发光强度的稳定和均匀。目前在LED的恒流驱动方面比较成熟的技术一般有线性恒流驱动控制技术和开关电源恒流驱动技术两大类，两者都是降压驱动。其中，线性恒流驱动控制技术实现结构简单、成本低廉，但由于恒流驱动串联在输入与输出之间，导致电源转换效率低，发热量大；而开关电源恒流驱动技术，相比线性恒流控制技术，其采用开关电源芯片进行恒流控制，具有比线性电源高得多的电源转换效率，因此降低了恒流驱动电路的温升，拓宽了输入电压范围，故而得到越来越广泛的应用。
为了对LED的发光强度进行调节，目前广泛采用的是低频脉冲脉宽调制(PWM)调光技术，其利用简单的数字脉冲，反复开关LED恒流驱动器，即可改变输出电流，从而调节LED的亮度。因此，无论是采用线性恒流驱动的LED，还是采用开关电源恒流驱动的LED，现有的PWM调光技术都是采用两个分离的功能模块构成，分别是PWM调光信号产生模块和恒流驱动模块，如图1所示，其中，PWM调光信号产生模块生成低频的PWM调光信号，来控制恒流驱动模块的开关，通过改变调光信号的脉冲宽度来实现LED的亮度调节，其实质是一种二级PWM调光控制技术。请参见图2，其为恒流驱动模块工作原理示意图，所述恒流驱动模块由控制电路模块和开关电源Buck电路构成，通过对负载(即LED)端的电流检测所获得的电流采样信号，使控制电路调节所产生的PWM信号，此为第一级PWM信号；同时由PWM调光信号产生模块生成的低频PWM调光信号输入至所述控制电路，控制恒流驱动模块的通断，此为第二级PWM控制，因此现有的调光技术中，由控制模块将低频PWM信号和电流采样信号合成后形成功率管控制PWM信号，去控制电源Buck电路中的开关管的通断。显然，在负载LED上得到的是一个具有很多谐波成分低频矩形波，由此就会产生电磁干扰(EMI)问题和体现在数码设备上的高频闪烁现象。虽然大多数人因为视觉暂留分辨不出光源是否在闪烁，以为LED发出的光稳定、连续，但仪器设备对此就极为敏感了，体现在相机上就是照出来的几张相片灯光亮度不一样，而录像机录像结果就是看见灯光不停地闪烁。再有，由于现有的开关恒流PWM技术一般都直接在负载端进行电流反馈采样，因此，不可能对输出的低频矩形波进行滤波处理，否则会导致恒流失效。
由上所述，如何解决现有的PWM调光技术所产生的EMI和高频闪烁问题，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载端无反馈的开关恒流源电路，以消除调光技术中所产生的电磁干扰和高频闪烁问题。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的负载端无反馈的开关恒流源电路，包括：具有总线接口且用于输入亮度数据的亮度数据输入单元；与负载相连接且用于检测所述负载电流是否达到过流值的过流检测单元；总线；与所述过流检测单元相连接，且通过所述总线与所述亮度数据输入单元相连接，用于提供初始控制信号以使所述负载电流能由0持续升至过流值，并根据所述负载电流由0持续升至过流值所需时间而产生相应调光亮度初值，再根据所述调光亮度初值、所述总线传输至的亮度数据、及所述负载预设的额定工作电流产生相应的调光亮度值的具有总线接口的调光亮度值产生单元；与所述调光亮度值产生单元相连接，用于根据所述初始控制信号产生相应的初始功率管控制信号、以及用于根据所述调光亮度值和所述初始功率管控制信号产生相应的功率管控制信号的功率管控制信号产生单元；与所述功率管控制信号产生单元输出端相连接，用于根据所述初始功率管控制信号使功率管导通以使负载电流持续上升至过流、以及用于根据功率管控制信号开启或关闭所述功率管以输出高频信号的具有功率管的开关电路；与所述开关电路输出端相连接且用于对所述高频信号滤波以形成驱动负载的无谐波的直流信号的滤波电路；与所述功率管及所述功率管控制信号产生单元相连接且用于将检测出的负载的当前电流值反馈至所述功率管控制信号产生单元以使所述功率管控制信号产生单元根据所述负载的当前电流值调整所产生的功率管控制信号的电流检测单元。
较佳的，所述亮度数据为符合DMX512协议的DMX数据；所述总线为RS485总线。
较佳的，所述过流检测单元包括光耦；所述调光亮度值产生单元包括嵌入式处理器及提供时钟信号的晶振电路；所述功率管控制信号产生单元包括与所述晶振电路相连接的复杂可编程逻辑器件。
较佳的，所述负载为LED。
综上所述，本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路通过将电流反馈采样设置在开关电路的功率管处，从而可在负载LED端进行高频滤波，使负载LED上得到一个直流电流，如此可有效解决EMI问题和高频闪烁问题。
附图说明
图1为现有调光技术原理示意图。
图2为现有调光技术中的恒流驱动模块工作原理示意图。
图3为本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路结构示意图。
图4为本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路开关单元的电路结构示意图。
图5为本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路实施例示意图。
具体实施方式
请参阅图3，本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路至少包括：亮度数据输入单元、过流检测单元、总线、调光亮度值产生单元、功率管控制信号产生单元、开关电路、滤波电路、及电流检测单元。
所述亮度数据输入单元具有总线接口，用于输入亮度数据，其中，所述亮度数据可为符合DMX512协议的DMX数据。
所述过流检测单元与负载相连接，用于检测所述负载电流是否达到过流值，其可包括与负载相连接的光耦，所述负载可为LED等。
所述总线可为RS485总线。
所述调光亮度值产生单元具有总线接口，与所述过流检测单元相连接，且通过所述总线与所述亮度数据输入单元相连接，用于提供初始控制信号以使所述负载电流由0持续升至过流值，并根据所述负载电流由0持续升至过流值所需时间而产生相应调光亮度初值，并根据所述调光亮度初值、所述总线传输至的亮度数据、及所述负载预设的额定工作电流产生相应的调光亮度值，其可包括嵌入式处理器、及提供时钟信号的晶振电路等。例如，当刚通电时，所述调光亮度值产生单元发送一初始控制信号，使负载LED导通，嵌入式处理器根据晶振电路提供的时钟信号开始计数，当所述过流检测单元的光耦由0跳变为1时，所述嵌入式处理器记录此时的计数，此即为调光亮度初值X1，而若负载LED预设的过流值为350mA，预设的额定电流值为300mA，输入的亮度值为Y，则所述调光亮度值产生单元产生的调光亮度值为X1*Y*300/350。
所述功率管控制信号产生单元与所述调光亮度值产生单元相连接，用于根据所述初始控制信号产生相应的初始功率管控制信号，以及用于根据所述调光亮度值(例如X1*Y*300/350)产生相应的功率管控制信号，其可包括复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable LogicDevice，CPLD)，所述CPLD产生PWM脉冲信号。
所述开关电路具有功率管1，与所述功率管控制信号产生单元输出端相连接，用于根据所述初始功率管控制信号使所述功率管导通以使负载电流持续上升至过流、以及用于根据功率管控制信号开启或关闭所述功率管以输出高频信号，如图4所示，其还包括：与功率管1连接的电感2、及与所述功率管1相连的续流二极管5等。所述过流检测单元的光耦8与负载LED 3相连，通过过流检测信号端9检测负载LED 3的电流是否达到过流。
所述滤波电路与所述开关电路输出端相连接，用于对所述高频信号滤波以形成驱动负载的无谐波的直流信号，其为与负载LED 3相连的滤波电容6。
所述电流检测单元与所述功率管及所述功率管控制信号产生单元相连接，用于将检测出的负载LED 3的当前电流值反馈至所述功率管控制信号产生单元以使所述功率管控制信号产生单元根据所述负载的当前电流值调整所产生的功率管控制信号，其可包括与所述功率管1串联的采样电阻4，通过电流采样信号端7可获取负载LED 3的当前电流值。
再请参见图5，其为本发明的具体实施例示意图，在本实施例中，由晶振电路向嵌入式处理器及CPLD提供时钟信号CLK，所述开关电路、滤波电路、电流检测电路及额定电流检测单元都由包含在DC-DC降压电路(即Buck电路)中，嵌入式处理器通过数据总线和控制总线与CPLD相连接，通过RS485总线与所述亮度数据输入单元相连，CPLD通过状态信号与控制信号与Buck电路相连，晶振电路通过系统时钟端口与嵌入式处理器和CPLD相连，Buck电路与负载LED相连。其工作过程是：
(1)上电启动初始化。
(2)负载检测。所述嵌入式处理器向CPLD发送初始控制信号，使CPLD产生相应的初始功率管控制信号(即占空比为1的PWM脉冲)，而所述嵌入式处理器从0开始计数，当所述过流检测信号输出从0变化到1，所述嵌入式处理器记下当前的计数值，此时对应的是所述调光亮度初值。
(3)进入正常工作状态。所述嵌入式处理器接收来自于所述RS485总线上的亮度值，并根据此DMX亮度值和预设的额定电流值等计算对应的调光亮度值，并通过所述数据总线将此调光亮度值传递给所述CPLD，所述CPLD根据所述调光亮度值及初始功率管控制信号改变PWM信号的占空比，由此控制所述Buck电路功率管的通断，从而控制所述负载LED上的电流值，同时根据所述电流检测单元检测到的当前电流值调整所产生的PWM信号，从而达到恒定电流的目的。
(4)过流检测状态。当所述过流检测信号从0变化到1时，表明此时所述负载LED可能短路，则重新返回上述步骤(2)，即所述嵌入式处理器重新发送初始控制信号，并开始计数以获得新的调光亮度初值，然后再重新计算调光亮度值，使CPLD产生新的PWM信号去控制功率管，达到限流的目的。
综上所述，本发明的负载端无反馈的开关恒流源电路通过将电流反馈采样设置在DC-DC降压电路的开关管处，去掉了输出末端(即负载LED端)的反馈采样，使得在负载LED端可以进行高频滤波，从而在负载LED上得到一个直流电流，从根本上解决了EMI问题和高频闪烁问题；而且，控制所述CPLD的不再是作为低频开关的调光信号PWM，而是从所述数据总线上送过来的调光亮度值，根据相应的调光亮度值，所述CPLD产生对应的一级PWM信号(即功率管控制PWM)控制所述Buck电路的功率管的通断。按照此一级PWM调光控制技术，负载LED上得到的是一个高频波，对它进行高频滤波后就能得到一个消除了谐波成分的直流波，从而可以抑制电磁干扰(EMI)问题的产生和体现在仪器设备上的高频闪烁现象。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (7)

1.一种负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于包括：
具有总线接口的亮度数据输入单元，用于输入亮度数据；
过流检测单元，与负载相连接，用于检测所述负载电流是否达到过流值；
总线；
具有总线接口的调光亮度值产生单元，与所述过流检测单元相连接，且通过所述总线与所述亮度数据输入单元相连接，用于提供初始控制信号以使所述负载电流能由0持续升至过流值，并根据所述负载电流由0持续升至过流值所需时间而产生相应调光亮度初值，再根据所述调光亮度初值、所述总线传输至的亮度数据、及所述负载预设的额定工作电流产生相应的调光亮度值；
功率管控制信号产生单元，与所述调光亮度值产生单元相连接，用于根据所述初始控制信号产生相应的初始功率管控制信号、以及用于根据所述调光亮度值和所述初始功率管控制信号产生相应的功率管控制信号；
具有功率管的开关电路，与所述功率管控制信号产生单元输出端相连接，用于根据所述初始功率管控制信号使所述功率管导通以使负载电流持续上升至过流、以及用于根据功率管控制信号开启或关闭所述功率管以输出高频信号；
滤波电路，与所述开关电路输出端相连接，用于对所述高频信号滤波以形成驱动负载的无谐波的直流信号；
电流检测单元，与所述功率管及所述功率管控制信号产生单元相连接，用于将检测出的负载的当前电流值反馈至所述功率管控制信号产生单元以使所述功率管控制信号产生单元根据所述负载的当前电流值调整所产生的功率管控制信号，进而实现恒流。
2.如权利要求1所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述亮度数据为符合DMX512协议的DMX数据。
3.如权利要求1所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述总线为RS485总线。
4.如权利要求1所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述过流检测单元包括光耦。
5.如权利要求1所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述调光亮度值产生单元包括嵌入式处理器及提供时钟信号的晶振电路。
6.如权利要求1或5所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述功率管控制信号产生单元包括与所述晶振电路相连接的复杂可编程逻辑器件。
7.如权利要求1所述的负载端无反馈的开关恒流源电路，其特征在于：所述负载为LED。
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