CN102159008A - 大电流快速变换高瞬态响应电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大电流快速变换高瞬态响应电源，包括：相互连接的点灯模块、时序控制模块以及电源管理功能模块；所述点灯模块与前级直流电源和驱动板相连接，将所述前级直流电源降压成直流低压电源输出至所述驱动板；所述时序控制模块与所述驱动板连接，控制所述驱动板延时启动；所述电源管理功能模块用于将模拟信号转换为数字信号，收集数据信息并与外部交互数据信息，对电源进行过压保护。通过本发明的电源，能够实现电源大电流输出及电流快速变换、高瞬态响应，并提高电源的供电效率。

Description

大电流快速变换高瞬态响应电源
技术领域
本发明涉及一种瞬态响应电源，特别涉及一种大电流快速变换高瞬态响应电源。
背景技术
目前用功率LED DLP光源供电的技术都采用AC-DC工业控制电源方案来实现供电，当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压，通过大电感滤波及超大电容储能后输出用于驱动板驱动灯泡的低压直流电压，变压器降压应用正激式拓扑技术，当变压器的初级线圈在被直流电压激励时，变压器的次级线圈就有功率输出，其电压反馈机制是在二次侧的输出电感后取反馈电压，通过光电耦合反馈至一次侧，由PCM控制芯片进行比较并调整输出占空比以达到稳压的目的。
此种技术方案的电源能实现较大功率输出，普遍适用于低压大电流的工业控制领域，但是应用在LED、DLP领域时，由于其器件多，反馈线路长，反馈误差大，不能实现远程反馈，响应能力差；在器件上消耗的电能过多，造成电源效率较低，发热量大，需要风扇散热，噪声大；输出电压动态负载变换率一般不能超过±30%， 其负载变换速率也不支持微秒级别（如0~100%负载，30A/us）的大电流变换，瞬态响应能力较差；其前级不能实现供电系统电源冗余供电，系统可靠性较低。
对于目前日益发展的需要大电流快速变换高瞬态响应的大功率DLP、 LED的供电，现有技术中的这种供电电源作为非专业的DLP、 LED驱动电源，在使用中显得明显力不从心。
发明内容
本发明提供一种大电流快速变换高瞬态响应电源，解决了给大功率DLP、 LED供电时大电流变换慢，瞬态响应能力差，供电效率低的问题。
一种大电流快速变换高瞬态响应电源，该电源包括：相互连接的点灯模块、时序控制模块以及电源管理功能模块；
所述点灯模块与前级直流电源和驱动板相连接，将所述前级直流电源进行直流降压成直流低压电源输出至所述驱动板；
所述时序控制模块与所述驱动板连接，用于根据所述直流低压电源控制所述驱动板延时启动；
与现有技术相比，本发明的大电流快速变换高瞬态响应电源，前级直流电压由点灯模块进行DC-DC降压得到直流低压电源输出至驱动板，其反馈回路是从驱动板直接反馈回点灯模块，实现了后级远程反馈功能，保证了负载端的电压精度，整体动态响应能力提升，支持大电流快速变换，同时也可以提高供电效率，实现前级供电系统冗余供电。
附图说明
图1是本发明大电流快速变换高瞬态响应电源的结构示意图；
图2是本发明较佳实施例中的电源的结构示意图；
图3是本发明较佳实施例中点灯子模块的结构示意图；
图4是本发明较佳实施例中的采用同步多路并联输出方式的点灯子模块结构示意图；
图5是本发明较佳实施例中的电源板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例来进一步阐述本发明的技术方案。
如图1所示，图1是本发明大电流快速变换高瞬态响应电源的结构示意图。
本发明的大电流快速变换高瞬态响应电源包括相互连接的点灯模块，时序控制模块，电源管理功能模块。
其工作原理是：点灯模块将前级直流电源进行DC-DC变压后得到直流低压电源，输出至驱动板，其电压反馈回路从驱动板直接将电压信号反馈回点灯模块脉冲宽度调制器，实现了后级远程反馈，内部反馈回路短且反馈回路少，保证了电压精度，整体动态响应好，可以提供负载端灯泡所需的直流低压及大电流快速变换要求的直流低压电源。
时序控制模块在点灯模块供电时，控制驱动板的电压延时上电，从而达到了保护驱动板的目的。
电源管理功能模块负责收集电源内部各个模块的数据信息，与外部交互数据信息，同时控制电源的开关及对电源进行过压保护，监测点灯子模块性能状况。
为了更清晰本发明的技术方案，以下给出本发明的一个较佳实施例。
请参阅图2，图2是本实施例的电源结构示意图。
本发明的大电流快速变换高瞬态响应电源包括点灯模块，时序控制模块，电源管理功能模块；其中点灯模块包括R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块，各个子模块相互独立，且基本架构一致，都包括PCM控制芯片（脉冲宽度调制器），上端开关管阵列，下端开关管阵列，滤波储能单元，反馈线路。各个子模块分别连接驱动板对应驱动R、G、B三路灯泡的电源端口，提供灯泡所需的直流低压电源。
对于各个点灯子模块，其结构图如图3所示，采用PCM控制芯片控制开关管阵列斩波降压，设计双开关管阵列斩波模式，将前级直流电压进行DC-DC变压后得到直流低压电源输出至驱动板。其工作原理是：前级直流电源输入R、G、B点灯子模块， PCM控制芯片输出PCM脉冲信号，控制上端开关管阵列与下端开关管阵列中开关管的开与关，对前级直流电源进行斩波调制，上端开关管阵列与下端开关管阵列中的开关管相位交叉90°，开关管轮流开与关，大大提高了开关的频率，在本实施例中，最高可以达到1MHz，斩波得到的脉冲直流电源输入滤波储能单元，经滤波储能后输出至驱动板；各子模块的反馈回路将各路电压信号由驱动板直接反馈至PCM控制芯片，PCM控制芯片根据反馈电压信号，调整输出脉冲的占空比，实现了后级远程反馈功能，反馈回路经过器件少，反馈回路检测的误差小，保证了输出到负载端的电压精度，输出电流能够得到快速响应，在电流负载动态变化时，电流可以由0快速爬升到最高值，支持电流微秒级别快速变换，实现了大电流快速变换高瞬态响应的供电目的。
对于反馈线路，图3中虚线表示反馈电压信号的走向，反馈电压信号由驱动板直接反馈至各个点灯子模块，由于开关管本身具有内阻，在本实施例中，反馈回路连接下端开关管阵列，利用下端开关管阵列的开关管的内阻作为反馈回路的电流检测电阻，减少了器件的使用及其产生的发热量，大幅提高了电源的供电效率。
对于能滤波单元，在本实施例中，采用并联的高容值瓷片电容作为滤波储能单元的输出储能电容，降低了电容的ESR值，提高了输出响应能力，提升了电源的转换效率。
对于各个点灯子模块，作为一个实施例，还可以采用同步双路并联输出方式进行供电，请参阅图4，图4是采用同步多路并联输出方式的点灯子模块结构示意图，前级直流电源进入子模块后，双路直流降压电路同步对前级直流电压进行降压，PCM控制芯片输出同步PCM信号控制上端开关管阵列SW1、SW2及下端开关管阵列D1、D2中的开关管开与关，斩波得到高频率的脉冲直流电源经过滤波储能单元L1COUT1 、L2COUT2 后得到稳压的直流低压电源输出至驱动板，取D1、D2的内阻作为反馈电流的检查电阻。通过双路并联输出既可以使点灯子模块能够输出更大的电流，同时也降低了电源内部的总内阻，提高了供电效率，实际使用中，单个子模块的效率可以达到95%，整个点灯模块效率可以超过90% ，能实现动态负载变换率0~100%的变化，能够满足微秒级别的大电流变化要求，例如当前大功率LED、DLP三路光源所需的直流低压R:4.3V/30A、G:6.3V/30A、B:6.3V/30A及其电流30A/us的动态变换要求，可以实现无散热扇运行，降低了噪声。
时序控制模块包括时序控制芯片、比较器、开关管，通过时序控制芯片控制开关管，提供驱动的时序控制要求，在本实施例中，时序控制模块采用Lattice控制芯片及N沟道场效应开关管，可以满足大功率LED、DLP的驱动板时序控制要求，例如延时300ms上电的要求；电源管理功能模块包括电源管理芯片、传输线路；电源管理芯片将电源内部的模拟信号转换为数字信号，通过传输线路实现了电源与外部进行信息数据的交互，并对电源进行保护，在故障发生时采取相应的保护措施。
本发明的电源采用电源板式设计，如图5所示，其中R点灯子模块101、G点灯子模块102、B点灯子模块103都集成在板卡上，采用热插拔的方式连接到电源板，实现了可维护的功能，通过驱动板输出端子104连接至驱动板；时序控制模块105和电源管理功能模块106集成在电源板上；电源输入端子107为前级直流电源输入端；电源板还包括冗余电容插入端子108，冗余电源插入端子108为前级电源的冗余电源输入端子，与电源输入端子107并联连接；电源还包括风扇端子109，风扇端子109为散热风扇插入端子，连接前级直流电源；另外，电源板包括升级端子110，用于日后升级使用。
对于前级直流电源，在本实施例中，其电压值为+12V。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，该电源包括：相互连接的点灯模块、时序控制模块以及电源管理功能模块；
所述点灯模块与前级直流电源和驱动板相连接，将所述前级直流电源进行直流降压得到直流低压电源输出至所述驱动板；
所述时序控制模块与所述驱动板连接，用于根据所述直流低压电源控制所述驱动板延时启动；
所述电源管理功能模块用于收集所述点灯模块和时序控制模块的数据信息，与外部交互数据信息以及对电源进行过压保护。
2.根据权利要求1所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述点灯模块包括三个结构一致且相互独立的R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块，所述R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块分别与所述前级直流电源和所述驱动板连接，分别将所述前级直流电源降压得到所述直流低压电源输出至所述驱动板。
3.根据权利要求2所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块都包括依次连接的脉冲宽度调制器、开关管单元、滤波储能单元，以及连接所述脉冲宽度调制器和所述驱动板的反馈回路；
所述脉冲宽度调制器输出脉冲信号控制所述开关管单元中开关管的开与关；
所述开关管单元将所述前级直流电源进行斩波降压得到脉冲直流电源输出至所述滤波储能单元；
所述滤波储能单元对所述脉冲直流电源滤波储能后输出所述直流低压电源至所述驱动板；
所述反馈回路将电压信号从所述驱动板反馈至所述脉冲宽度调制器。
4.根据权利要求3所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述开关管单元包括上端开关管阵列、下端开关管阵列。
5.根据权利要求4所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述反馈回路连接所述下端开关管阵列，且所述反馈回路的检测电阻为所述下端开关管阵列的内阻。
6.根据权利要求5所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述滤波储能单元的电容是高容值瓷片电容。
7.根据权利要求6所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块均同步并联输出多路所述直流低压电源至所述驱动板。
8.根据权利要求7所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，电源还包括冗余电源插入端子，所述冗余电源插入端子与所述前级直流电源并联连接，用于冗余前级直流电源。
9.根据权利要求8所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，电源还包括散热风扇端子，所述散热风扇端子连接所述前级直流电源，用于连接散热风扇。
10.根据权利要求9所述的大电流快速变换高瞬态响应电源，其特征在于，所述电源采用电源板设计，所述R点灯子模块、G点灯子模块、B点灯子模块通过热插拔的方式连接到所述电源板上，所述冗余电源插入端子、散热风扇端子、时序控制模块和电源管理功能模块集成在电源板上。
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