CN109752666B - 共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法 - Google Patents

共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法。该负载拓扑包括滤波器，用于输入滤波电容，其两端连接电源共阳极输入和多个电源阴极输入，并与多加载控制器中的MOS管并联；多加载控制器，用于四通道即四个电源阴极的同时加载控制，其串联在电源共阳极输入和HVBUS正极端，并由其MOS管串联到HVBUS负极端；测试器，用于测试相应通道即阴极输入的电流，其与相应的阴极输入串联，然后统一串联到统一控制器；统一控制器，用于对多通道即多个阴极输入电流的在多个测试器测试的基础上进行统一控制，其分别串联测试器和HVBUS负极端，并连接到滤波器和MOS管。其可大幅度(最大可达到90％)降低能源消耗。

Description

共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种电子负载拓扑结构，特别涉及一种共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法。
背景技术
现有的电子负载只能对恒压电源进行老化，然而LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)电源为恒流源，且大部分为共阳极多路拓扑，导致现有电子负载无法适应恒流源电源的老化。
专利号为CN104659787A的专利申请公开一种恒流电源老化的方法、系统及检测系统，其方法包括以下步骤：一、将若干被老化电源的输入端连接电网；二、将所述若干被老化电源的输出分别串接二极管后并联接入到一个DC-DC升压单元，该DC-DC升压单元将所述被老化电源输出的低压直流电转换为高压直流电，并控制该DC-DC升压单元的输入电压的大小；三、将所述DC-DC升压单元的输出接入到一个DC-AC逆变器，将所述DC-AC逆变器的输出接入到电网；该DC-AC逆变器将步骤二中由DC-DC升压单元转换输出的高压直流电转换为交流电回馈到电网。
现有技术的恒流源电源老化都采用电阻或MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)稳压非回馈方式，导致电能的巨大浪费，浪费的电能进一步使得工作环境温度非常高、生产效率极低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法，以解决现有技术中的导致电能的巨大浪费等技术问题。
为实现本发明目的而提供的一种共阳极电子负载拓扑，包括一电源共阳极输入，多个电源阴极输入，滤波器，多加载控制器，与阴极输入相应的测试器，统一控制器，其中：
所述滤波器，用于输入滤波电容，其两端连接电源共阳极输入和多个电源阴极输入，并与多加载控制器中的MOS管并联；
所述多加载控制器，用于四通道即四个电源阴极的同时加载控制，其串联在电源共阳极输入和HVBUS正极端，并由其MOS管串联到HVBUS负极端；
所述测试器，用于测试相应通道即阴极输入的电流，其与相应的阴极输入串联，然后统一串联到统一控制器；
所述统一控制器，用于对多通道即多个阴极输入电流的在多个测试器测试的基础上进行统一控制，其分别串联测试器和HVBUS负极端，并连接到滤波器和MOS管。
较优地，所述多加载控制器由MOS管Q1、线圈L1、二极管D1构成Boost电路。
较优地，所述测试器包括与相应阴极输入串联的多个第一电阻；
所述统一控制器为第二电阻R5。
较优地，所述的电源共阳极输入串联到输入滤波器C1、多加载控制器Boost电路的线圈L1；
线圈L1串联二极管D1的输出端、以及MOS管的输出端；
二极管D1的输入端串联到HVBUS的正极；
多个阴极输入端与多个测试器之间串联成阴极串联器，多个阴极串联器之间并联，分别串联到统一控制器的电阻R5，电阻R5的另一端串联到电容C1和HVBUS的负极、以及MOS管的另一输出端；
电容C1和Boost电路MOS管Q1的两个输出端之间并联。
为实现本发明目的还提供一种具有所述的共阳极负载拓扑的控制系统，还包括DC/AC，微处理单元，所述微处理单元包括电容检测单元，调压单元，总电流控制单元，支流控制单元，回馈单元，其中：
电容检测单元，用于检测滤波器两端的电压；
调压单元，用于在所述电容检测单元检测到所述电容两端的电压后，进行PID调节；
总电流控制单元，用于对总输入电流的检测；
支流控制单元，用于对各LED支路电流的检测。
回馈单元，用于根据对电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，以及统一控制器R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上供电。
为实现本发明目的还提供一种所述的共阳极负载拓扑的控制方法，包括下列步骤：
上电后MCU检测滤波器C1两端的电压；
当电压大于设定的LED电源稳压电压后，开始进行PID调节，PID运算输出控制MOS管Q1的脉冲宽度，即脉冲宽度调制；
通过电阻R5两端的电压对总输入电流的检测，以及通过电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，完成对各LED支路电流检测；
根据对电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，以及电阻R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上。
本发明提供的共阳极电子负载拓扑结构和系统及控制方法，具有如下优点：
其针对共阳极恒流源电源老化的电子负载拓扑，采用了共阳极拓扑，并联控制、独立测量通道电压电流，实现共阳极多路LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)恒流电源老化，使得电能回馈，可大幅度(最大可达到90％)降低能源消耗，克服现有技术中采用电阻或MOS稳压非回馈方式导致电能的巨大浪费，更进一步使得工作环境更好，生产效率更高，具有环保、节能的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图仅为示例，不代表具体尺寸。
图1为本发明实施例的共阳极电子负载拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例的LED老化系统拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例的MCU控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图1-3对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，下面描述中的实施例是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。
本发明的如图1、2所示，为实现本发明目的而提供的一种共阳极电子负载拓扑，包括一电源共阳极输入，多个电源阴极输入，滤波器，多加载控制器，与阴极输入相应的测试器，统一控制器。其中：
所述滤波器，用于输入滤波电容，其两端连接电源共阳极输入和多个电源阴极输入，并与多加载控制器中的MOS管并联。
所述多加载控制器，用于四通道即四个电源阴极的同时加载控制，其串联在电源共阳极输入和HVBUS正极端，并由其MOS管串联到HVBUS负极端。
所述测试器，用于测试相应通道即阴极输入的电流，其与相应的阴极输入串联，然后统一串联到统一控制器。
所述统一控制器，用于对多通道即多个阴极输入电流的在多个测试器测试的基础上进行统一控制，其分别串联测试器和HVBUS负极端，并连接到滤波器和MOS管。
如图1、2所示，所述+LED1为电源共阳极输入，-LED-1、-LED-2、-LED-3、-LED-4为多个电源阴极输入。
本发明实施例中用四个电源阴极输入表示多个阴极，但不限于该数量，其可以是2个或者2个以上的k个，k为整数。
所述多加载控制器由MOS管Q1、线圈L1、二极管D1构成Boost电路，对四通道即四个电源阴极输入同时加载控制。
所述测试器包括与相应阴极输入串联的第一电阻R1、R2、R3、R4，分别测试四通道即四个电源阴极输入的电流。
所述统一控制器为第二电阻R5，用于对四通道即四阴极输入电流的统一控制。
所述滤波器C1，用于为输入滤波电容。
其中，所述的电源共阳极输入串联到输入滤波器C1、多加载控制器Boost电路的线圈L1；
线圈L1串联二极管D1的输出端、以及MOS管的输出端；
二极管D1的输入端串联到HVBUS(高压动力控制系统)的正极；
多个阴极输入端与多个测试器之间串联成阴极串联器，多个阴极串联器之间并联，分别串联到统一控制器的电阻R5，电阻R5的另一端串联到电容C1和HVBUS的负极、以及MOS管的另一输出端；
电容C1和Boost电路MOS管Q1的两个输出端之间并联。
为实现本发明实施例，还提供一种共阳极电子负载拓扑控制系统，包括电容检测单元，调压单元，总电流控制单元，支流控制单元，回馈单元，其中：
电容检测单元，用于检测滤波器两端的电压；
调压单元，用于在所述电容检测单元检测到所述电容两端的电压后，进行PID调节；
总电流控制单元，用于对总输入电流的检测；
支流控制单元，用于对各LED支路电流的检测。
系统上电后MCU(Micro ControllerUnit，微控制单元)检测滤波器C1两端的电压；
当电压大于设定的LED电源稳压电压后，开始进行PID调节，PID运算输出控制MOS管Q1的脉冲宽度，对电容C1两端电压的恒压控制，当电压升高时输出脉宽变宽，当电压降低时输出脉宽变窄。
PID(Proportional-Integral-Differential，比例-积分-微分)是控制系统中的重要参数，指控制方式，指输出与输入之间的响应方式。顾名思义，比例是输出与输入是按一个比例进行的，可调节快慢，通常是改变反馈。积分是输出是输入的积分，就是累加，当输入变化很大输出只按时间长短变化，起到滤波作用，也叫滞后，等效于在输入端并连一个电容。微分是输出只对输入变化部分敏感，特别是输入有尖峰的时候，输出剧烈的响应，但输入不变，不管有多大，输出就为零，因此，也叫超前调节，起加速作用，等效串联一个电容。
通过统一检测器的电阻R5两端的电压对总输入电流的检测。
通过测试器电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，完成对各LED支路电流检测。
回馈单元，用于根据对电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，以及统一控制器R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上合理供电，实现电源环保运用。
其中，如图2所示，直流电源1～直流电源n，为被老化的共阳极LED电源，其中n为正整数。
DC/AC逆变器，用于把电子负载输出的直流电逆变为交流电并网，实现节能回馈。
为实现本发明实施目的，如图3所示，还提供一种共阳极电子负载拓扑控制方法，包括如下步骤：
步骤S100，系统上电后MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)检测滤波器C1两端的电压；
步骤S200，当电压大于设定的LED电源稳压电压后，开始进行PID调节，PID运算输出控制MOS管Q1的脉冲宽度，即脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)；
对电容C1两端电压的恒压控制，当电压升高时输出脉宽变宽，当电压降低时输出脉宽变窄。
步骤S300，通过电阻R5两端的电压对总输入电流的检测，以及通过电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，完成对各LED支路电流检测。
步骤S400，根据对电阻R1/R2/R3/R4两端电压的检测，以及电阻R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上。
本发明实施例中，通过利用对LED共阳极恒流源电源老化的电子负载拓扑，并联控制、独立测量通道电压电流，实现共阳极多路LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)恒流电源老化时，使得电能回馈，电能相互补偿利用，尽可能实现老化过程中重新的直流电的恒流源均恒供电，可大幅度(最大可达到90％)降低能源消耗。
基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明包括但不限于其应用于下文所描述的或附图所图示的构造细节和部件的排列。本发明可具有其它实施例，并可以以更多方式实践或者实现。且本文所使用的措辞和术语均以描述为目的，不应认为是限制。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进轨道了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种共阳极电子负载拓扑，其特征在于，包括一电源共阳极输入，多个电源阴极输入，滤波器，多加载控制器，与阴极输入相应的测试器，统一控制器，其中：
所述滤波器为输入滤波电容C1，其两端连接电源共阳极输入和多个电源阴极输入，输入滤波电容C1的一端串联线圈L1后，与多加载控制器中的MOS管Q1并联；
所述多加载控制器，用于四通道即四个电源阴极的同时加载控制，其串联在电源共阳极输入和HVBUS正极端之间，并由其MOS管Q1串联到HVBUS负极端；所述多加载控制器由MOS管Q1、线圈L1、二极管D1构成Boost电路；
所述测试器，用于测试相应通道即阴极输入的电流，其与相应的阴极输入串联，然后统一串联到统一控制器；所述测试器包括与相应阴极输入串联的第一电阻R1、R2、R3、R4，分别测试四通道即四个电源阴极输入的电流；
所述统一控制器，用于对多通道即多个阴极输入电流的在多个测试器测试的基础上进行统一控制，其串联测试器和HVBUS负极端之间，并连接到滤波器和MOS管Q1；所述统一控制器为第二电阻R5，用于对四通道即四阴极输入电流的统一控制；
所述的电源共阳极输入串联到输入滤波电容C1的一端、多加载控制器Boost电路的线圈L1的一端；线圈L1的另一端串联二极管D1的输入端、以及MOS管Q1的输入端；二极管D1的输出端串联到HVBUS的正极；多个阴极输入端与多个测试器之间串联成阴极串联器，多个阴极串联器之间并联，多个阴极串联器分别串联到第二电阻R5的一端，第二电阻R5的另一端串联到输入滤波电容C1的另一端和HVBUS的负极、以及MOS管Q1的输出端；输入滤波电容C1的一端串联线圈L1后，和Boost电路MOS管Q1的输入输出端之间并联；HVBUS为高压动力控制系统。
2.一种具有权利要求1所述的共阳极电子负载拓扑的控制系统，还包括DC/AC，微处理单元，其特征在于，所述微处理单元包括电容检测单元，调压单元，总电流控制单元，支流控制单元，回馈单元，其中：
电容检测单元，用于检测滤波器两端的电压；
调压单元，用于在所述电容检测单元检测到所述输入滤波电容C1两端的电压后，进行PID调节；
总电流控制单元，用于对总输入电流的检测；
支流控制单元，用于对各LED支路电流的检测；
回馈单元，用于根据对第一电阻R1、R2、R3、R4两端电压的检测，以及第二电阻R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上供电。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述PID调节为PID运算输出控制MOS管Q1的脉冲宽度，即脉冲宽度调制。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述脉冲宽度调制，包括下列步骤：
对输入滤波电容C1两端电压的恒压控制，当电压升高时输出脉宽变宽，当电压降低时输出脉宽变窄。
5.一种具有权利要求1所述的共阳极电子负载拓扑的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
上电后MCU检测输入滤波电容C1两端的电压；
当电压大于设定的LED电源稳压电压后，开始进行PID调节，PID运算输出控制MOS管Q1的脉冲宽度，即脉冲宽度调制；
通过第二电阻R5两端的电压对总输入电流的检测，以及通过第一电阻R1、R2、R3、R4两端电压的检测，完成对各LED支路电流检测；
根据对第一电阻R1、R2、R3、R4两端电压的检测，以及第二电阻R5的两端电压的检测，将各LED支路的共阳极恒流源电源的老化检测出来，反馈到多加载控制器Boost电路上，并由DC/AC转换成交流电，回馈到LED支路上。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述脉冲宽度调制，包括如下步骤：
对输入滤波电容C1两端电压的恒压控制，当电压升高时输出脉宽变宽，当电压降低时输出脉宽变窄。
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Patentee after: Beijing Suoying Electric Technology Co.,Ltd.

Address before: 100094 floor 5, block a, modern enterprise accelerator (zone 1), Yongfeng Industrial base, Haidian District, Beijing

Patentee before: BEIJING SOARING ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
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Denomination of invention: Topological structure, system and control method of co anode electronic load

Effective date of registration: 20230831

Granted publication date: 20220726

Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee

Pledgor: Beijing Suoying Electric Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023990000435