CN102143632A

CN102143632A - 一种智能负载均衡可调电流式直流电源

Info

Publication number: CN102143632A
Application number: CN2011100431598A
Authority: CN
Inventors: 尚雪峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-08-03

Abstract

本发明是一种智能负载均衡可调电流式直流电源。涉及LED照明技术领域和电源电路技术领域。本发明包括直流电源组网和智能负载均衡控制器两个实体部分和一个负载均衡算法。本发明利用电流可叠加和分流原理，将小功率可调电流式直流电源组网，替代了大功率可调电流式直流电源，并通过智能负载均衡控制器调整组网形态动态实现负载均衡。本发明即解决了调光时电源效率大幅降低的问题，还提高了电源的可靠性、延长了寿命。

Description

一种智能负载均衡可调电流式直流电源

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域和电源电路技术领域。

背景技术

LED照明设备的LED灯芯具有数字可调光特性，并可以按串行或网络排列任意排列。驱动LED灯芯的电源是直流电源，通过调整输出LED灯芯电流大小调光。

传统可调电流式直流电源在调光应用中存在如下缺点：电源效率随调光的变化而降低、电源寿命没有因为实际功率的降低而延长、电源可靠性低。

申请号200710181475.授权号101159385B描述的是单板电源备份方法，方法先通过母线引入电压给单板；再通过单板上的DC/DC将一如的电压转换为所需电压，同时设置一个备份电源。当单板电源失效后，将备份电源回路闭合。申请号200410032082.4描述的是备份电源独立地分别为所述的核心部分电源平面和非核心部分的电源平面进行电源备份。这些发明设计的是电压源，而电压是不具备叠加性，所以该发明只能是备份损坏的电源功能。采用备份方法虽然能提高电源寿命，但成本也随之上升。同时，这些发明没有解决调光时电源效率大幅度降低问题。

随之LED和智能节能的发展，调光应用会普及，同时调光范围更宽，因此电源更多的是在非满负荷下工作。行业需要一种基于负载实际情况动态控制输出、智能均衡的电源。

发明内容

本发明是一种智能负载均衡可调电流式直流电源。本发明利用了电流能够被直接叠加、分流的原理和LED灯芯可任意排列的原理设计了一种可根据负载情况智能调整组网形态实现动态负载均衡的可调电流式直流电源。电源的接口与传统LED直流电源兼容，即一个公网输入和多个直流输出。本发明包括直流电源组网部分和智能负载均衡控制器部分两个实体部分和一个负载均衡算法。

1.直流电源组网部分

直流电源组网由小功率可调电流式直流电源、检测器和选择器构成。

●选择器是用来调整组网形态的电路。它根据智能负载均衡控制器输出的控制信号选择电源输出端口导入的电流，达到关闭所有输出和选择某个或某几个内部小功率电源输出的目的。这里为了描述方便，选择功能被分成多个分离的选择器，在实际设计中，选择器可以是一个不可分割的完整电路。

●检测器检测对应的小功率可调电流式直流电源是否工作正常并将结果报告给智能负载均衡控制器。

●小功率可调电流式直流电源根据智能负载均衡控制器的调光信号调整电流输出。本发明没有限制组网的小功率可调电流式直流电源数量，但要求规格相同，总输出功率＝数量×每个功率。

小功率可调电流式直流电源组网后，通过控制选择器可以实现：

●电源1给输出1供电流，......电源n给输出n供电流，每个输出的电流大小值为其电源调光控制值。

●电源1给输出1、输出2......和输出n供电流，每个输出的电流大小值约为器电源调光控制值的l/n。

●电源x、电源x+1......和电源y(x＜y＜n)给输出1、输出2......和输出n供电流，每个输出的电流大小值约为电源调流控制值的(y-x+1)/n。

●任意关闭某个输出。

2.智能负载均衡控制器部分由中央处理单元和存储单元构成。它根据参数和负载均衡算法完成对小功率可调电流式直流电源组网形态和电流输出的控制。

3.负载均衡算法

●输入参数

n：负载路数。由LED照明设备硬件和照明控制要求决定。

lm：照明系统调光值。当前照明需求输出光通量与设计最大输出光通量的比值。调光值实际对应的就是电源调电流值。

T：电源持续工作时间。当电源连续工作T时间后，若有可替换电源，则切换到替换电源工作。

●负载路数为n的照明系统，在给定具体的照明系统调光值lm运行时：

所需的工作电源个数w＝[lm×n]，[]取最大整数运算。

每个电源调光值Plm＝(lm×n)/w

例如，n为5路输出，当照明系统调光值lm为100％时，工作电源为5个，对每个工作的电源按100％调光；当照明系统调光值lm为75％时，工作电源为4个，对每个工作的电源按94％调光；当照明系统调光值lm为40％时，工作电源为2个，对每个工作的电源按100％调光。

●负载均衡算法步骤：

1.关闭不需要输出电流的输出端口，对需要输出的端口编号1到n。

2.检测能够正常工作的电源，并随机编号1到N。

3.根据照明系统调光值lm计算w。

4.若w大于或等于N，则设置w等于N，Plm等于100％。

5.从N个正常电源中随机选择w个电源按Plm调光。

6.若当前工作电源已经连续工作T时间，则重新随机或轮流选择w个电源按Plm调光。

7.若当前工作电源中有损坏的，则执行步骤2。

8.若当前照明系统调光值lm改变则执行步骤3。

9.执行步骤6。

无论照明系统需要怎样的调光值，本发明的电源通过调配工作电源数量实现小功率可调电流式直流电源仍按自身较高的效率工作，因此，电源的效率比传统电源大幅提高；在调光应用中，各个小功率可调电流式直流电源轮流休息，因此，电源的寿命比传统电源长。小功率电源的散热效果和器件可靠性均比大功率高，加上本发明中若某个电源损坏，可有由其它电源补充，所以在同样成本下电源的可靠性比传统电源高；

附图说明

图1：智能负载均衡可调电流式直流电源实体图

图2：直流电源网实施案例

图3：负载均衡算法流程图

具体实施方式

下面结合一个具体LED调光灯产品实施案例来说明本发明实施方式。

本案例中的LED调光灯产品是一种声控走廊灯：平时它按50％亮度待机，当有人经过时，它按100％亮度工作直到连续3分钟没有人。产品使用1w@350mA LED。照明总功率40W，每20个LED串联一路，共两路。

由于PT4207电源方案的25W电源已经是量产产品。所以本案例的电源设计采用两个25W小电源组成的2路输出.选择器和检测器如图2电路实现。中央处理单元采用MC80F7708，存储器采用24LC16外置Flash。

待机状态时，两个小电源以15分钟为单位轮流工作，工作电源调电流值为80％；工作状态时，两个电源同时工作，每个电源调电流值为80％；当有一个电源损坏后，另一个电源在待机状态时调电流值为80％，在工作状态时调电流值为100％。

若使用传统电源，电源一旦损坏，走廊就无照明，所以灯必须尽快更换。而采用本发明后，单个电源损坏时并不影响待机状态，工作状态仍然比待机状态亮20％。只有两个电源都损坏的情况下，走廊才会无照明，经统计，采用本发明后，LED走廊灯整机的故障申报率降低了70％。

无论是传统50W电源还是40W电源，以20W功率输出时效率不足50％，而采用本发明后，以效率高于80％。

走廊灯大多数时间处在50％亮度输出的待机状态。传统电源在此时，器件仍都处于工作状态。而采用本发明后，小功率电源轮流切换工作，每个电源工作时间减少一半，因此寿命也相应提高。

Claims

1.一种智能负载均衡可调电流式直流电源设计方案，包括：多个小功率可调电流式直流电源或电源电路组成的电源网络、电流流向选择器、电源检测器和智能控制器；其特征在于：智能控制器根据电源状态和电流输出要求动态控制电源网络的拓扑结构和电流流向，输出满足要求的电流。

2.如权利1所述的方案，其特征在于：根据需要输出的电流值计算需要工作的小功率可调电流式直流电源或电源电路数量，轮流或随机选择某几个电源或电源电路按新计算的电源调电流值工作，其它电源不工作。

3.如权利1所述的方案，其特征在于：检测电源是否损坏，当损坏时，通过重新调整电源网络的拓扑结构和电流流向由其它电源来补充输出。

4.一种负载均衡算法，步骤如下：

1)关闭不需要输出电流的输出端口，对需要输出的端口编号1到n

2)检测能够正常工作的电源，并随机编号1到N

3)根据照明系统调光值lm计算w

4)若w大于或等于N，则设置w等于N，Plm等于100％

5)从N个正常电源中随机选择w个电源按Plm调光

6)若当前工作电源已经连续工作T时间，则重新随机或轮流选择w个电源按Plm调光

7)若当前工作电源中有损坏的，则执行步骤2

8)若当前照明系统调光值lm改变则执行步骤3

9)执行步骤6。