CN109600885B - 一种大电流冗余驱动的装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种大电流冗余驱动的装置，包括：FPGA模块、一个以上驱动电路和与驱动电路数量对应的电流检测模块；一个驱动电路包括驱动电流供应模块、DC‑DC模块和动态反馈调节模块。本申请中，通过至少一个驱动电路对LED进行驱动，能够实现大电流驱动，并且，通过电流检测模块和FPGA模块对驱动电路进行选择使用，选择正常的驱动电路投入，将异常的驱动电路断开，其余正常的驱动电路正常工作，实现驱动的冗余，解决了传统的驱动器面对大电流冲击时无法及时切换且给LED的驱动电流较小的技术问题。

Description

一种大电流冗余驱动的装置

技术领域

本申请涉及照明驱动技术领域，尤其涉及一种大电流冗余驱动的装置。

背景技术

LED照明已经被人们广泛接受，其节能、高可靠等优点尤为突出，如在路灯、隧道灯等要求较高的场合。但对可靠性要求特别高的地方还是有些局限，比如钻井平台、港口高速的高杆灯，这些特殊应用的场合维护费用昂贵，远高于初期的灯具投入，同时还会影响业主使用，特别是市政基础工程。所以提高灯具的可靠性尤为重要，LED驱动器通常是灯具的可靠性短板。

目前通常在可靠性要求高的灯具场合，基本上放置两个LED驱动器再放一个自动切换的控制装置，在一个LED驱动器失效后，通过辅助检测装置检测失效信号，再用控制装置切换到另一个备用的驱动器。

然而，这种驱动方式在面对大电流冲击时无法及时切换，且这种驱动方式给LED的驱动电流较小。

发明内容

本申请提供了一种大电流冗余驱动的装置，用于解决传统的驱动器面对大电流冲击时无法及时切换且给LED的驱动电流较小的技术问题。

有鉴于此，本申请提供了一种大电流冗余驱动的装置，包括：FPGA模块、一个以上驱动电路和与所述驱动电路数量对应的电流检测模块；

一个所述驱动电路包括驱动电流供应模块、DC-DC模块和动态反馈调节模块；

所述FPGA模块连接所述驱动电路的所述驱动电流供应模块，用于输出控制信号至所述驱动电流供应模块；

所述驱动电流供应模块输出驱动电流至被驱动元件；

所述DC-DC模块的输出端连接所述驱动电流供应模块；

所述动态反馈调节模块连接所述DC-DC模块和所述驱动电流供应模块的输出端，用于调节所述DC-DC模块的输出；

所述电流检测模块连接所述DC-DC模块的输出端，用于获取所述DC-DC模块的输出端的电流信号，所述电流检测模块的输出端连接所述FPGA模块，使得所述FPGA模块根据所述电流检测模块输出的电流信号调节输出至所述驱动电流供应模块的控制信号。

优选地，所述驱动电流供应模块包括运放U1、电容C1A、电阻R1A、MOS管和电阻Rsa；

所述FPGA模块的输出端连接所述运放U1的正输入端；

所述运放U1的输出端连接所述MOS管的G极，所述MOS管的D极作为所述驱动电流供应模块的输出端连接所述被驱动元件的阴极，所述MOS管的S极连接所述运放U1的负输入端，所述MOS管的S极还通过所述电阻Rsa连接所述DC-DC模块的输出端；

所述运放U1的输出端和运放U1的负输入端之间还连接有所述电容C1A和所述电阻R1A。

优选地，所述FPGA模块包括选择开关模块，所述选择开关模块连接所述电流检测模块的输出端、所述FPGA模块的控制信号输出线路和所述驱动电流供应模块的输入端，用于根据所述电流检测模块输出的电流信号控制所述FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号输出至所述驱动电流供应模块或断开所述FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号。

优选地，所述DC-DC模块包括：DC/DC控制芯片、MOS管组合、输出电感和输出电容；

所述DC/DC控制芯片通过输入端接收所述动态反馈调节模块的动态电压信号；

所述MOS管组合连接所述DC/DC控制芯片、电源和所述输出电容并通过所述输出电容连接所述DC-DC模块的输出端，所述MOS管组合与所述输出电容的连接处接地；

所述输出电感的一端连接所述DC/DC控制芯片，另一端连接所述DC-DC模块的输出端。

优选地，所述动态反馈调节模块包括四个运放电路，包括第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路和第四运放电路；

所述第一运放电路连接所述DC-DC模块的输出端和所述驱动电流供应模块的输出端，用于对所述DC-DC模块的输出和所述驱动电流供应模块的输出进行差分输入放大；

所述第一运放电路、所述第二运放电路、所述第三运放电路和所述第四运放电路依次连接，用于将差分放大后的信号转换为动态电压信号输出至所述DC-DC模块。

优选地，所述FPGA模块与所述驱动电路的所述驱动电流供应模块之间具体通过DAC模块连接，所述DAC模块用于将所述FPGA模块输出的恒流控制信号转换为模拟信号并输入至所述驱动电流供应模块。

优选地，所述电流检测模块的输出端与所述FPGA模块之间具体通过A/D转换模块连接，所述A/D转换模块用于将所述电流检测模块输出的检测信号转换为数字信号并输入至FPGA模块。

优选地，所述第一运放电路为差分输入放大电路，包括运放U1A、电阻R3、电阻R4、电阻R6和电阻R7；

所述第二运放电路包括运放U1B、二极管D1，所述运放U1B的正输入端通过电阻R5连接所述第一运放电路的输出端，所述运放U1B的负输入端通过所述二极管D1连接所述运放U1B的输出端；

所述运放U1B的负输入端连接所述第三运放电路。

优选地，所述第三运放电路包括运放U2A；

所述运放U1B的负输入端连接所述运放U2A的正输入端，所述运放U2A的负输入端连接所述运放U2A的输出端；

所述运放U2A的输出端连接所述第四运放电路。

优选地，所述第四运放电路包括运放U2B、电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C4和电容C5；

所述运放U2A的输出端通过所述电阻R8连接所述运放U2B的负输入端；

所述运放U2B的正输入端通过所述电阻R10连接电源，所述运放U2B的正输入端还通过所述电阻R11接地，所述电阻R11与所述电容C5并联；

所述运放U2B的负输入端通过所述电容C4连接所述运放U2B的输出端；

所述运放U2B的输出端通过电阻R9连接所述DC-DC模块的反馈端，用于将动态电压信号输出至所述DC-DC模块。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种大电流冗余驱动的装置，包括：FPGA模块、一个以上驱动电路和与所述驱动电路数量对应的电流检测模块；一个所述驱动电路包括驱动电流供应模块、DC-DC模块和动态反馈调节模块；所述FPGA模块连接所述驱动电路的所述驱动电流供应模块，用于输出控制信号至所述驱动电流供应模块；所述驱动电流供应模块输出驱动电流至被驱动元件；所述DC-DC模块的输出端连接所述驱动电流供应模块；所述动态反馈调节模块连接所述DC-DC模块和所述驱动电流供应模块的输出端，用于调节所述DC-DC模块的输出；所述电流检测模块连接所述DC-DC模块的输出端，用于获取所述DC-DC模块的输出端的电流信号，所述电流检测模块的输出端连接所述FPGA模块，使得所述FPGA模块根据所述电流检测模块输出的电流信号调节输出至所述驱动电流供应模块的控制信号。本申请中，通过至少一个驱动电路对LED进行驱动，能够实现大电流驱动，并且，通过电流检测模块和FPGA模块对驱动电路进行选择使用，选择正常的驱动电路投入，将异常的驱动电路断开，实现驱动的冗余，解决了传统的驱动器面对大电流冲击时无法及时切换且给LED的驱动电流较小的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种大电流冗余驱动的装置的一个实施例的示意图；

图2为本申请提供的一种大电流冗余驱动的装置的一个实施例中驱动电路的示意图；

图3为本申请提供的一种大电流冗余驱动的装置的一个实施例中DC-DC模块的示意图；

图4为本申请提供的一种大电流冗余驱动的装置的一个实施例中动态反馈调节模块的示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种大电流冗余驱动的装置，用于解决传统的驱动器面对大电流冲击时无法及时切换且给LED的驱动电流较小的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请提供的一种大电流冗余驱动的装置的一个实施例，包括：FPGA模块、一个以上驱动电路和与驱动电路数量对应的电流检测模块；

一个驱动电路包括驱动电流供应模块、DC-DC模块和动态反馈调节模块；

FPGA模块连接驱动电路的驱动电流供应模块，用于输出控制信号至驱动电流供应模块；

驱动电流供应模块输出驱动电流至被驱动元件；

DC-DC模块的输出端连接驱动电流供应模块；

动态反馈调节模块连接DC-DC模块和驱动电流供应模块的输出端，用于调节DC-DC模块的输出；

电流检测模块连接DC-DC模块的输出端，用于获取DC-DC模块的输出端的电流信号，电流检测模块的输出端连接FPGA模块，使得FPGA模块根据电流检测模块输出的电流信号调节输出至驱动电流供应模块的控制信号。

被驱动元件在本申请中一般是LED芯片。

进一步地，FPGA模块包括选择开关模块，选择开关模块连接电流检测模块的输出端、FPGA模块的控制信号输出线路和驱动电流供应模块的输入端，用于根据电流检测模块输出的电流信号控制FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号输出至驱动电流供应模块或断开FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号。

选择开关模块可以采用IGBT开关等，或者由FPGA直接通过逻辑单元形成，此处不再赘述。选择开关模块的控制逻辑例如为：接收到电流检测模块输出的电流信号过高(超过阈值)，则该开关断开，断开FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号，或者是接收到电流检测模块输出的电流信号不超过阈值，则该开关接通，控制FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号输出至驱动电流供应模块。

LED驱动中，一般由DMD驱动板给出数值信号，传输给到FPGA模块，处理后，通过D/A芯片输出模拟信号给到驱动电路对LED芯片进行驱动。DMD驱动板是LED芯片的一般方法，为了方便解释本实施例将其画入图1，但不应视为本申请实施例的限制。

本申请中，通过至少一个驱动电路对LED进行驱动，能够实现大电流驱动，并且，通过电流检测模块和FPGA模块对驱动电路进行选择使用，选择正常的驱动电路投入，将异常的驱动电路断开，实现驱动的冗余，解决了传统的驱动器面对大电流冲击时无法及时切换且给LED的驱动电流较小的技术问题。

本申请通过至少一路驱动对LED灯进行供电，R/G/B驱动方式是相同的，下面只描述一路灯，即LED(R)红色灯。驱动电路的硬件结构相同，本实施例描述两路驱动的情况，其他多路的情况同理，不再赘述，因此下面只描述两路驱动的情况。驱动电路A与驱动电路B是相互独立的硬件，但通过监测线路可以实现对LED驱动的驱动且满足驱动电流在规格范围内。当有一路恒流驱动线路出现故障时不会影响另外一路的正常工作，即驱动电路A与驱动电路B可以同时工作，能够提供大电流给LED，而其中一路故障时则故障的一路驱动电路不再工作，其余驱动电路正常工作，实现冗余驱动。

进一步地，请参阅图2，图2画出了两路驱动电路及LED接法，分别是驱动电路A(左边驱动电路)和驱动电路B(右边驱动电路)，驱动电路A和驱动电路B结构相同，驱动电路A包括：运放U1、电容C1A、电阻R1A、MOS管、电阻Rsa、动态反馈调节线路A和DC-DC模块A，以下就驱动电路A进行详细的解释，驱动电路B同理，不再赘述。驱动电路A(左边驱动电路)的MOS管在图2中为MOSA，驱动电路B(右边驱动电路)的MOS管在图2中为MOSB。电流检测模块在图2没有画出。

FPGA模块输出的控制信号包括恒流控制信号A和恒流控制信号B，恒流控制信号A用于控制驱动电路A，恒流控制信号B用于控制驱动电路B。

图2中LED(R)表示红色的LED发光芯片，为共阳极驱动。由13.5VDC供电，提供13.5V功率在400W以上，其提供恒定的电压，给到LED灯的阳极供电，R/G/B三路灯的阳极都接到13.5V；运放U1、C1A、R1A、MOSA、Rsa、DC-DC模块A与LED组成恒流环路A，恒流环路B由U1*、C1B、R1B、MOSB、Rsb、DC-DC模块B与LED组成；LED上电流为恒流环路A+恒流环路B。恒流控制信号A和恒流控制信号B由FPGA模块给出，其为方波形状PWM波形，其周期大小决定电流的DUTY(占空比)大小，其幅值决定电流大小。

驱动电流供应模块和DC-DC模块为功率级，主要将DC恒压转换为恒流，恒流为PWM脉冲电流波形。

左边驱动电路的驱动电流供应模块包括运放U1、电容C1A、电阻R1A、MOS管和电阻Rsa；

FPGA模块的输出端连接运放U1的正输入端；

运放U1的输出端连接MOS管的G极，MOS管的D极作为驱动电流供应模块的输出端连接被驱动元件的阴极，MOS管的S极连接运放U1的负输入端，MOS管的S极还通过电阻Rsa连接DC-DC模块的输出端；

运放U1的输出端和运放U1的负输入端之间还连接有电容C1A和电阻R1A。

进一步地，请参阅图3，DC-DC模块包括：DC/DC控制芯片、MOS管组合、输出电感和输出电容；

DC/DC控制芯片通过输入端接收动态反馈调节模块的动态电压信号；

MOS管组合连接DC/DC控制芯片、电源和输出电容并通过输出电容连接DC-DC模块的输出端，MOS管组合与输出电容的连接处接地；

输出电感的一端连接DC/DC控制芯片，另一端连接DC-DC模块的输出端。

DC-DC模块的构成主要为控制芯片与功率MOS及电感与电容。其功率等级为150W，其回路中的电流SENSE上有电流检测模块，将电流信号转换后通过A/D芯片输入到FPGA模块，FPGA模块收到信号进行处理，给出电流控制PWM信号，其冗余功能调节也是通过此来完成的。

进一步地，FPGA模块与驱动电路的驱动电流供应模块之间具体通过DAC模块连接，DAC模块用于将FPGA模块输出的恒流控制信号转换为模拟信号并输入至驱动电流供应模块。

进一步地，电流检测模块的输出端与FPGA模块之间具体通过A/D转换模块连接，A/D转换模块用于将电流检测模块输出的检测信号转换为数字信号并输入至FPGA模块。

进一步地，请参阅图4，动态反馈调节模块是用于调节DC-DC模块的输出。R_MOSA为驱动电流供应模块的输出端输出的信号(取自恒流MOSA的D极)，R_OUT为DC-DC模块的输出，其信号经过转换后，变为动态电压信号FBcontrol_R，其接到DC-DC模块FB反馈端，当恒流控制信号改变引起恒流输出的变化，这样在动态线路输入端也会随之而变化，DC-DC的模块的输出也变化，其主要是控制MOS上管压降控制在0.5-1V之间。

动态反馈调节模块包括四个运放电路；连接R_MOSA和R_OUT的运放电路是第一运放电路，第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路和第四运放电路依次连接。

第一运放电路连接DC-DC模块的输出端和驱动电流供应模块的输出端，用于对DC-DC模块的输出和驱动电流供应模块的输出进行差分输入放大；

后三个运放电路连接第一运放电路，用于将差分放大后的信号转换为动态电压信号输出至DC-DC模块。

进一步地，第一运放电路为差分输入放大电路，包括运放U1A、电阻R3、电阻R4、电阻R6和电阻R7；

第二运放电路包括运放U1B、二极管D1，运放U1B的正输入端通过电阻R5连接第一运放电路的输出端，运放U1B的负输入端通过二极管D1连接运放U1B的输出端；

运放U1B的负输入端连接第三运放电路。

进一步地，第三运放电路包括运放U2A；

运放U1B的负输入端连接运放U2A的正输入端，运放U2A的负输入端连接运放U2A的输出端；

运放U2A的输出端连接第四运放电路。

进一步地，第四运放电路包括运放U2B、电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C4和电容C5；

运放U2A的输出端通过电阻R8连接运放U2B的负输入端；

运放U2B的正输入端通过电阻R10连接电源，运放U2B的正输入端还通过电阻R11接地，电阻R11与电容C5并联；

运放U2B的负输入端通过电容C4连接运放U2B的输出端；

运放U2B的输出端通过电阻R9连接DC-DC模块的反馈端，用于将动态电压信号输出至DC-DC模块。

综上，本申请实现冗余驱动，保证了产品的高可靠性，且多路驱动能够提供大电流的驱动，电流可达60A，并且本申请提供的驱动电流线性一致性较好，便于调节屏幕的一致性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，包括：FPGA模块、一个以上驱动电路和与所述驱动电路数量对应的电流检测模块；

一个所述驱动电路包括驱动电流供应模块、DC-DC模块和动态反馈调节模块；

所述FPGA模块连接所述驱动电路的所述驱动电流供应模块，用于输出控制信号至所述驱动电流供应模块；

所述驱动电流供应模块输出驱动电流至被驱动元件；

所述DC-DC模块的输出端连接所述驱动电流供应模块；

所述动态反馈调节模块连接所述DC-DC模块和所述驱动电流供应模块的输出端，用于调节所述DC-DC模块的输出；

所述电流检测模块连接所述DC-DC模块的输出端，用于获取所述DC-DC模块的输出端的电流信号，所述电流检测模块的输出端连接所述FPGA模块，使得所述FPGA模块根据所述电流检测模块输出的电流信号调节输出至所述驱动电流供应模块的控制信号；

所述动态反馈调节模块包括四个运放电路，包括第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路和第四运放电路；

所述第一运放电路连接所述DC-DC模块的输出端和所述驱动电流供应模块的输出端，用于对所述DC-DC模块的输出和所述驱动电流供应模块的输出进行差分输入放大；

所述第一运放电路、所述第二运放电路、所述第三运放电路和所述第四运放电路依次连接，用于将差分放大后的信号转换为动态电压信号输出至所述DC-DC模块。

2.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述驱动电流供应模块包括运放U1、电容C1A、电阻R1A、MOS管和电阻Rsa；

所述FPGA模块的输出端连接所述运放U1的正输入端；

所述运放U1的输出端连接所述MOS管的G极，所述MOS管的D极作为所述驱动电流供应模块的输出端连接所述被驱动元件的阴极，所述MOS管的S极连接所述运放U1的负输入端，所述MOS管的S极还通过所述电阻Rsa连接所述DC-DC模块的输出端；

所述运放U1的输出端和运放U1的负输入端之间还连接有所述电容C1A和所述电阻R1A。

3.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述FPGA模块包括选择开关模块，所述选择开关模块连接所述电流检测模块的输出端、所述FPGA模块的控制信号输出线路和所述驱动电流供应模块的输入端，用于根据所述电流检测模块输出的电流信号控制所述FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号输出至所述驱动电流供应模块或断开所述FPGA模块的控制信号输出线路输出的控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述DC-DC模块包括：DC/DC控制芯片、MOS管组合、输出电感和输出电容；

所述DC/DC控制芯片通过输入端接收所述动态反馈调节模块的动态电压信号；

所述MOS管组合连接所述DC/DC控制芯片、电源和所述输出电容并通过所述输出电容连接所述DC-DC模块的输出端，所述MOS管组合与所述输出电容的连接处接地；

所述输出电感的一端连接所述DC/DC控制芯片，另一端连接所述DC-DC模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述FPGA模块与所述驱动电路的所述驱动电流供应模块之间具体通过DAC模块连接，所述DAC模块用于将所述FPGA模块输出的恒流控制信号转换为模拟信号并输入至所述驱动电流供应模块。

6.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述电流检测模块的输出端与所述FPGA模块之间具体通过A/D转换模块连接，所述A/D转换模块用于将所述电流检测模块输出的检测信号转换为数字信号并输入至FPGA模块。

7.根据权利要求1所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述第一运放电路为差分输入放大电路，包括运放U1A、电阻R3、电阻R4、电阻R6和电阻R7；

所述第二运放电路包括运放U1B、二极管D1，所述运放U1B的正输入端通过电阻R5连接所述第一运放电路的输出端，所述运放U1B的负输入端通过所述二极管D1连接所述运放U1B的输出端；

所述运放U1B的负输入端连接所述第三运放电路。

8.根据权利要求7所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述第三运放电路包括运放U2A；

所述运放U1B的负输入端连接所述运放U2A的正输入端，所述运放U2A的负输入端连接所述运放U2A的输出端；

所述运放U2A的输出端连接所述第四运放电路。

9.根据权利要求8所述的一种大电流冗余驱动的装置，其特征在于，所述第四运放电路包括运放U2B、电阻R8、电阻R10、电阻R11、电容C4和电容C5；

所述运放U2A的输出端通过所述电阻R8连接所述运放U2B的负输入端；

所述运放U2B的正输入端通过所述电阻R10连接电源，所述运放U2B的正输入端还通过所述电阻R11接地，所述电阻R11与所述电容C5并联；

所述运放U2B的负输入端通过所述电容C4连接所述运放U2B的输出端；

所述运放U2B的输出端通过电阻R9连接所述DC-DC模块的反馈端，用于将动态电压信号输出至所述DC-DC模块。

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