CN105873282B - 具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法，系统包括：温度检测模块电性连接驱动电源系统内的电流输入节点；外部电流控制模块电性连接电流输入节点；内部电流控制模块分别电性连接电流输入节点和逻辑控制模块；逻辑控制模块电性连接逻辑响应模块；逻辑响应模块分别电性连接输入电压端和负载。通过增设低成本高精度的温度检测模块，实现可以检测灯具内的温度同时动态调节电源输出的功率，保持灯具内的温度和输出功率的动态平衡，进而改善提升了驱动电源系统和灯具的可靠性。

Description

具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路驱动技术领域，尤其涉及一种能够准确控制灯具内温度的具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法。

背景技术

随着LED照明的普及，LED灯具的输出功率越来越大，灯具内部的温度越来越高。同时随着LED灯具成本的快速降低，组成LED灯具的灯壳散热材料已经逐渐从传统的散热性能好的铝壳材料变成了塑包铝或是完全的塑料壳体材料，因此更加剧了对灯具内部温度准确控制的需求。由于灯具内温度超过灯具内电源各种元件器的温度极限而失效的案例越来越多。同时，由于各种LED灯具的规格不同，不同的塑料壳体具有不同的散热性能，因此还要求控制芯片可以根据实际使用情况，外部可调整温度保护的起始点。为了能够提高灯具的安全性和可靠性，通过LED控制芯片，能够准确控制灯具内的温度，已经变成未来技术发展的趋势。

现有技术将温度控制电路完全集成到芯片内部，由于集成电路工艺的限制，集成电路芯片内部可以实现非常精确的电阻匹配，却很难实现非常精确的电阻绝对值(一般集成电路内部电阻的绝对值偏差超过+-20％)。由于电阻绝对值的偏差导致集成电路内部很难实现精确的温度控制电路，并且现有技术还无法实现外部调整温度保护起始点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中温度控制电路存在的问题，提供一种低成本高精度的具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法，实现可以检测灯具内的温度同时动态调节电源输出的功率，以及温度保护起始点的可调节，保持灯具内的温度和输出功率的动态平衡，进而改善提升了驱动电源系统和灯具的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种温度检测模块，适用于具有温度控制功能的驱动电源系统，包括：一第一电阻和一开关管；所述第一电阻，一端电性连接所述驱动电源系统内的电流输入节点，另一端电性连接所述开关管，用于通过调整所述第一电阻的电阻值来调整流过所述开关管上的电流大小，以调节所述驱动电源系统的温度保护起始点；所述开关管，一端电性连接所述第一电阻，另一端电性连接公共端，用于检测待测环境内的温度信息，并通过所述第一电阻输出一检测电流至所述电流输入节点；其中，当待测环境内温度升高时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流增加，当待测环境内温度降低时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流减少。

为实现上述目的，本发明还提供了一种具有温度控制功能的驱动电源系统，包括：一温度检测模块，一外部电流控制模块、一内部电流控制模块、一逻辑控制模块和一逻辑响应模块；所述温度检测模块，电性连接所述驱动电源系统内的电流输入节点，用以检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至所述电流输入节点；所述外部电流控制模块，电性连接所述电流输入节点，用以设置所述驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至所述电流输入节点；所述内部电流控制模块，分别电性连接所述电流输入节点和所述逻辑控制模块，用以根据所述检测电流和所述外部电流输出一最大导通时间控制信号至所述逻辑控制模块；所述逻辑控制模块，电性连接所述逻辑响应模块，用以根据所述最大导通时间控制信号生成一逻辑控制信号并发送至所述逻辑响应模块；所述逻辑响应模块，分别电性连接输入电压端和负载，用以根据所述逻辑控制信号控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间，从而实现输出功率的控制，以保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

为实现上述目的，本发明还提供了一种驱动电源系统的温度控制方法，采用本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统，包括如下步骤：1)温度检测模块检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至电流输入节点，外部电流控制模块输出一外部电流至所述电流输入节点；2)内部电流控制模块根据从所述电流输入节点获取的所述检测电流和所述外部电流输出一最大导通时间控制信号；3)逻辑控制模块根据所述最大导通时间控制信号生成一包括最大导通时间的逻辑控制信号；4)逻辑响应模块根据所述逻辑控制信号控制输入电压端与负载之间的导通时间，从而实现输出功率的控制。

本发明的优点在于：本发明提供的具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法，增设温度检测模块，利用二极管的正向导通电压降随温度变化的负温度特性检测外部环境的温度实现温度控制，通过采用芯片外部电阻实现温度调节的精确控制以及温度保护起始点的可调节；通过低成本高精度的温度检测模块，实现可以检测灯具内的温度同时动态调节电源输出的功率，保持灯具内的温度和输出功率的动态平衡，进而改善提升了驱动电源系统和灯具的可靠性。

附图说明

图1，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统的架构示意图；

图2，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第一实施例的示意图；

图3，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第二实施例的示意图；

图4，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第三实施例的示意图；

图5，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第四实施例的示意图；

图6，本发明所述的驱动电源系统的温度控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具有温度控制功能的驱动电源系统及其温度控制方法做详细说明。

参考图1，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统的架构示意图。所述的驱动电源系统包括：一温度检测模块20，一外部电流控制模块30、一内部电流控制模块40、一逻辑控制模块50和一逻辑响应模块60。

温度检测模块20，电性连接驱动电源系统内的电流输入节点TONMAX，用以检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至电流输入节点TONMAX。

其中，温度检测模块20包括：一第一电阻和一开关管；第一电阻一端电性连接电流输入节点TONMAX，另一端电性连接开关管，用于通过调整第一电阻的电阻值来调整流过开关管上的电流大小，以调节驱动电源系统的温度保护起始点；开关管一端电性连接第一电阻，另一端电性连接公共端，用于检测待测环境内的温度信息，并通过第一电阻输出一检测电流至电流输入节点TONMAX；当待测环境内温度升高时，温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流增加，当待测环境内温度降低时，温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流减少。由于第一电阻为外部温度控制电阻，通过调整其电阻值实现驱动电源系统温度保护起始点可调的功能；同时，由于外部电阻具有非常高的精度和一致性，避免了集成电路芯片内部电阻的绝对值偏差导致的集成电路内部很难实现精确的温度控制。其中，开关管可以为二极管或三极管。公共端可以为接地端。

外部电流控制模块30，电性连接电流输入节点TONMAX，用以设置驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至电流输入节点TONMAX。外部电流控制模块30可以采用一第二电阻，第二电阻一端电性连接电流输入节点TONMAX，另一端电性连接公共端；通过选择第二电阻的阻值可以设置驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至电流输入节点TONMAX。第二电阻的阻值选定后外部电流控制模块30输出的外部电流即为固定值。

内部电流控制模块40，分别电性连接电流输入节点TONMAX和逻辑控制模块50，用以根据检测电流和外部电流输出一最大导通时间控制信号至逻辑控制模块50。因外部电流控制模块30输出的外部电流为固定值，当温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流增加，内部电流控制模块40从电流输入节点TONMAX接收到的总电流增加，输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少；当温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流减少，内部电流控制模块40从电流输入节点TONMAX接收到的总电流减少，输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间增加。

逻辑控制模块50，电性连接逻辑响应模块60，用以根据所述最大导通时间控制信号生成一逻辑控制信号并发送至逻辑响应模块60。可选的，所述驱动电源系统还可以集成压保护模块、过流保护模块、欠压保护模块、调光模块等(该些模块图中未示)，其统称为其他系统信号输入；逻辑控制模块50可以根据其他系统信号输入而输出相应的逻辑控制信号至逻辑响应模块60，以使逻辑响应模块60根据所述逻辑控制信号而采取相应的动作。

逻辑响应模块60，分别电性连接输入电压端U0和负载70，用以根据逻辑控制信号控制输入电压端U0与负载70之间的导通时间，从而实现输出功率的控制，以保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

其中，当待测环境内温度升高时，温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流增加，内部电流控制模块40输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少，从而逻辑响应模块60控制输入电压端U0与负载70之间的导通时间减少；当待测环境内温度降低时，温度检测模块20输入至电流输入节点TONMAX的检测电流减少，内部电流控制模块40输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间增加，从而逻辑响应模块60控制输入电压端U0与负载70之间的导通时间增加；通过控制输入电压端U0与负载70之间的导通时间实现输出功率的控制，保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。待测环境可以为灯具，温度检测模块20用于检测灯具内的温度变化。

参考图2，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第一实施例的示意图。

在本实施例中，温度检测模块20包括第一电阻R_T和开关管，开关管采用二极管D1，二极管D1的正极电性连接第一电阻R_T，负极电性连接公共端。二极管是由P型和N型半导体相接触产生的PN结，现有的工艺可以很容易通过精确控制P型和N型半导体的掺杂浓度来精确控制正向导通电压降的精度和一致性。调整第一电阻R_T的电阻值可以实现温度保护起始点可调的功能，同时外部电阻具有非常高的精度和一致性，避免了集成电路芯片内部电阻的绝对值偏差导致的集成电路内部很难实现精确的温度控制。

流过二极管D1上的电流为：

I_D1＝(V_TONMAX-V_D1)/R_T……(式1)

式1中，V_TONMAX为电流输入节点TONMAX上的电压，V_D1为二极管D1的正向导通电压降，R_T为第一电阻R_T的电阻值。

外部电流控制模块20采用一第二电阻R_TON，第二电阻R_TON一端电性连接电流输入节点TONMAX，另一端电性连接公共端，用于设置所述驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至所述电流输入节点。

内部电流控制模块40包括：一比较器Q1、一运算放大器Q2、一第一电容C1和一电流镜M1。比较器Q1，第一输入端电性连接一第一基准电压Vref1，第二输入端电性连接一第一节点A，输出端电性连接至逻辑控制模块50。运算放大器Q2，第一输入端连接一第二基准电压Vref2，第二输入端电性连接电流输入节点TONMAX，输出端电性连接至电流镜M1的输入端。电流镜M1，输出端电性连接第一节点A；第一电容C1，一端电性连接第一节点A，另一端电性连接公共端。其中，当流入电流输入节点TONMAX的电流增加，运算放大器Q2通过控制电流镜M1输出的电流增加使得第一电容C1的充电时间加快，从而使得比较器Q1输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少。

在本实施例中，内部电流控制模块40进一步包括：一开关K1。开关K1的第一接触点电性连接第一节点A，第二接触点电性连接公共端，控制端电性连接逻辑控制模块50，用以在比较器Q1输出最大导通时间控制信号至逻辑控制模块50时，控制端根据接收到的逻辑控制模块发送的闭合信号而控制开关K1闭合，使得第一电容C1开始放电，以为下一次根据温度信息调整输出功率做准备。

逻辑响应模块60包括一场效应管MP，场效应管MP的栅极电连接至逻辑控制模块50，源极电连接至负载70，漏极电连接至输入电压端U0。场效应管MP根据逻辑控制信号控制输入电压端U0与负载70之间的导通时间，从而实现输出功率的控制，以保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

于是，根据上述的具有温度控制功能的驱动电源系统的电路设计，内部电流控制模块40获取电流输入节点TONMAX的总电流并且经过运算放大器Q2的放大后，控制电流镜M1输出一相应电流至第一电容C1以给第一电容C1充电。当第一电容C1的电压等于或大于第一基准电压Vref1时，比较器Q1输出至逻辑控制模块50的最大导通时间控制信号ONMAX由低电平变为高电平；逻辑控制模块50输出至逻辑响应模块60的逻辑控制信号Gate_ON为高电平，控制场效应管MP导通，导通时间为最大导通时间控制信号ONMAX中的最大导通时间；同时逻辑控制模块50输出一与逻辑控制信号Gate_ON相反的信号(例如，信号Gate_OFF，此时其为低电平信号)至开关K1，开关K1闭合，第一电容C1开始放电。当第一电容C1的电压小于第一基准电压Vref1时，比较器Q1输出至逻辑控制模块50的最大导通时间控制信号ONMAX由高电平变为低电平，逻辑控制模块50输出的逻辑控制信号Gate_ON由高电平变成低电平，关闭场效应管MP；同时逻辑控制模块50输出高电平的Gate_OFF信号至开关K1，开关K1断开，第一电容C1开始充电。

在内部电流控制模块40正常工作时，运算放大器Q2闭环工作，电流输入节点TONMAX上的电压V_TONMAX等于第二基准电压Vref2，于是，温度检测模块20中流过二极管D1上的电流为：

I_D1＝(Vref2-V_D1)/R_T……(式2)

由于二极管正向导通电压降具有负温度特性，当二极管D1所处的环境温度升高时，V_D1电压会同步降低。二极管D1流过相同的电流时，低环境温度时的V_D1电压高于高环境温度。由于电流输入节点TONMAX上的电压V_TONMAX为几乎不随温度变化的基准电压Vref2，所以根据公式(2)得出，温度升高时，温度检测模块20输出到内部电流控制模块40的检测电流将变大；由于电流输入节点TONMAX上的电压V_TONMAX为几乎不随温度变化的基准电压Vref2，所以外部电流控制模块30输出到内部电流控制模块40的外部电流不变，所以流入内部电流控制模块40的总电流是增加的。增加后的总电流会使对第一电容C1充电时的时间加快，因此内部电流控制模块40输出的到逻辑控制模块50的最大导通时间控制信号ONMAX中的最大导通时间会减小，逻辑响应模块60会随着最大导通时间的减小，使输入电压端U0与负载70电性连接的时间减小，断开的时间增大，从而使输出功率减小。

参考图3，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第二实施例的示意图。与图2所示第一实施例的不同之处在于，在本实施例中，温度检测模块20中的开关管采用PNP型三极管P1。PNP型三极管P1的发射极电性连接第一电阻R_T，基极和集电极均电性连接公共端。其工作原理与上述实施例2所述电路相似，此处不再赘述。

参考图4，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第三实施例的示意图。与图2所示第一实施例的不同之处在于，在本实施例中，温度检测模块20中的开关管采用NPN型三极管N1。NPN型三极管N1的基极和集电极均电性连接第一电阻R_T，发射极电性连接公共端。其工作原理与上述实施例2所述电路相似，此处不再赘述。

参考图5，本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统第四实施例的示意图。与图4所示第三实施例的不同之处在于，在本实施例中，NPN型三极管N1与内部电流控制模块40集成在同一芯片中。其工作原理与上述实施例2所述电路相似，此处不再赘述。

参考图6，本发明所述的驱动电源系统的温度控制方法的流程图。所述驱动电源系统的温度控制方法采用本发明所述的具有温度控制功能的驱动电源系统，包括如下步骤：S61：温度检测模块检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至电流输入节点，外部电流控制模块输出一外部电流至电流输入节点；S62：内部电流控制模块根据从所述电流输入节点获取的所述检测电流和所述外部电流输出一最大导通时间控制信号；S63：逻辑控制模块根据所述最大导通时间控制信号生成一包括最大导通时间的逻辑控制信号；S64：逻辑响应模块根据所述逻辑控制信号控制输入电压端与负载之间的导通时间，从而实现输出功率的控制，以保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

当待测环境内温度升高时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流增加，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间减少；当待测环境内温度降低时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流减少，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间增加，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间增加，实现输出功率的控制，保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有温度控制功能的驱动电源系统，其特征在于，包括：一温度检测模块，一外部电流控制模块、一内部电流控制模块、一逻辑控制模块和一逻辑响应模块；

所述温度检测模块，电性连接所述驱动电源系统内的电流输入节点，用以检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至所述电流输入节点；

所述外部电流控制模块，电性连接所述电流输入节点，用以设置所述驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至所述电流输入节点；

所述内部电流控制模块，分别电性连接所述电流输入节点和所述逻辑控制模块，用以根据所述检测电流和所述外部电流输出一最大导通时间控制信号至所述逻辑控制模块；

所述逻辑控制模块，电性连接所述逻辑响应模块，用以根据所述最大导通时间控制信号生成一逻辑控制信号并发送至所述逻辑响应模块；

所述逻辑响应模块，分别电性连接输入电压端和负载，用以根据所述逻辑控制信号控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间，从而实现输出功率的控制，以保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡；

所述温度检测模块包括：一第一电阻和一开关管；所述第一电阻，一端电性连接所述驱动电源系统内的电流输入节点，另一端电性连接所述开关管，用于通过调整所述第一电阻的电阻值来调整流过所述开关管上的电流大小，以调节所述驱动电源系统的温度保护起始点；所述开关管，一端电性连接所述第一电阻，另一端电性连接公共端，用于检测待测环境内的温度信息，并通过所述第一电阻输出一检测电流至所述电流输入节点；

所述逻辑响应模块包括一场效应管，所述场效应管的栅极电连接至所述逻辑控制模块，源极电连接至所述负载，漏极电连接至所述输入电压端。

2.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，当待测环境内温度升高时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流增加，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间减少；

当待测环境内温度降低时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流减少，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间增加，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间增加，实现输出功率的控制，保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。

3.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，所述开关管采用二极管，所述二极管的正极电性连接所述第一电阻，负极电性连接所述公共端。

4.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，所述开关管采用PNP型三极管，所述PNP型三极管的发射极电性连接所述第一电阻，基极和集电极均电性连接所述公共端。

5.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，所述开关管采用NPN型三极管，所述NPN型三极管的基极和集电极均电性连接所述第一电阻，发射极电性连接所述公共端。

6.根据权利要求5所述的驱动电源系统，其特征在于，当所述温度检测模块采用NPN型三极管时，所述NPN型三极管与所述内部电流控制模块集成在同一芯片中。

7.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，所述外部电流控制模块采用一第二电阻，所述第二电阻一端电性连接所述电流输入节点，另一端电性连接公共端，用于设置所述驱动电源系统的温度保护起始点并输出一外部电流至所述电流输入节点。

8.根据权利要求1所述的驱动电源系统，其特征在于，所述内部电流控制模块包括：一比较器、一运算放大器、一第一电容和一电流镜；

所述比较器，第一输入端电性连接一第一基准电压，第二输入端电性连接一第一节点，输出端电性连接至所述逻辑控制模块；

所述运算放大器，第一输入端连接一第二基准电压，第二输入端电性连接所述电流输入节点，输出端电性连接至所述电流镜的输入端；

所述电流镜，输出端电性连接所述第一节点；

所述第一电容，一端电性连接所述第一节点，另一端电性连接公共端；其中，当流入所述电流输入节点的电流增加，所述运算放大器通过控制所述电流镜输出的电流增加使得所述第一电容的充电时间加快，从而使得所述比较器输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少。

9.根据权利要求8所述的驱动电源系统，其特征在于，所述内部电流控制模块进一步包括：一开关，所述开关的第一接触点电性连接所述第一节点，第二接触点电性连接公共端，控制端电性连接所述逻辑控制模块，用以在所述比较器输出最大导通时间控制信号至所述逻辑控制模块时，控制端根据接收到的所述逻辑控制模块发送的闭合信号而控制所述开关闭合，使得所述第一电容放电。

10.一种驱动电源系统的温度控制方法，采用权利要求1所述的具有温度控制功能的驱动电源系统，其特征在于，包括如下步骤：

1)温度检测模块检测待测环境内的温度信息并输出一检测电流至电流输入节点，外部电流控制模块输出一外部电流至所述电流输入节点；

2)内部电流控制模块根据从所述电流输入节点获取的所述检测电流和所述外部电流输出一最大导通时间控制信号；

3)逻辑控制模块根据所述最大导通时间控制信号生成一包括最大导通时间的逻辑控制信号；

4)逻辑响应模块根据所述逻辑控制信号控制输入电压端与负载之间的导通时间，从而实现输出功率的控制。

11.根据权利要求10所述的温度控制方法，其特征在于，

当待测环境内温度升高时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流增加，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间减少，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间减少；

当待测环境内温度降低时，所述温度检测模块输入至所述电流输入节点的检测电流减少，所述内部电流控制模块输出的最大导通时间控制信号中的最大导通时间增加，从而所述逻辑响应模块控制所述输入电压端与所述负载之间的导通时间增加，实现输出功率的控制，保持待测环境内温度和驱动电源系统输出功率的平衡。