CN110557864A - 自动均功率电路和驱动电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动均功率电路和驱动电源，包括：若干并联设置的传送电路、与若干并联设置的传送电路对应设置的若干开关电路、与开关电路对应设置的若干电流采样电路、以及分别与若干开关电路和若干电流采样电路连接的集成控制电路；若干并联设置的传送电路用于贮存或者传送能量；电流采样电路用于在开关电路导通时采样传送电路电流，并产生电流采样信号至集成控制电路；集成控制电路接收电流采样信号，从电流采样信号中选取电流值最大的电流采样信号，并根据电流值最大的电流采样信号控制开关电路关闭，完成自动均功率控制。该自动均功率电路可实现自然均功率输出的目的，且电路架构简单，成本低，损耗小，可靠性高。

Description

自动均功率电路和驱动电源

技术领域

本发明涉及驱动电源的技术领域，更具体地说，涉及一种自动均功率电路和驱动电源。

背景技术

众所周知，反激式拓扑适合中小功率的应用场合，一般应用于输出功率小于100瓦特的场合。大于此应用的场合使用反激式拓扑，存在可预料的危害和潜在的风险，导致成本的上升，与同功率等级的谐振拓扑比较，没有性价比优势。但是，反激式拓扑固有的优势：低成本，少元件，控制简单，适合全球输入电压范围，这些是其他电源拓扑无法比拟的。

据此，现有电源中提出了反激输出并联均流的技术，但是均流电路复杂，增加了电源功耗，降低了效率，增加了整体成本。

另外，现有的常规方法是利用脉宽调制控制集成芯片(PWM IC)或者变频率调制控制集成芯片(PFM IC)同时控制多个同样的变压器和场效应管，从而达到输出功率无限制扩充的目的。

然而，PWM IC或者PFM IC工作不同步，导致输出电压电流纹波不同步，在要求严格的场合，例如，在多机并联均流时会出现LED模组发生轻微闪烁。而且多个模块并联，如果结构处理不当，很容易彼此干扰，降低可靠性，严重的时候模块都不能工作。另外，较多的元件数目，降低了电源的可靠性，同时还会增加电源损耗，增加成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动均功率电路和驱动电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自动均功率电路，包括：若干并联设置的传送电路、与所述若干并联设置的传送电路对应设置的若干开关电路、与所述开关电路对应设置的若干电流采样电路、以及分别与所述若干开关电路和所述若干电流采样电路连接的集成控制电路；

所述若干并联设置的传送电路用于贮存或者传送能量；所述电流采样电路用于在所述开关电路导通时采样所述传送电路的电流，并产生电流采样信号至所述集成控制电路；所述集成控制电路接收所述电流采样信号，从所述电流采样信号中选取电流值最大的电流采样信号，并根据所述电流值最大的电流采样信号控制所述开关电路关闭，完成自动均功率控制。

在一个实施例中，传送电路包括变压器或者电感。

在一个实施例中，每一个所述开关电路包括：开关管，所述开关管的一极与其对应设置的传送电路连接，所述开关管的另一极连接所述电流采样电路；

所述若干开关电路中的开关管的控制极短接并连接至所述集成控制电路的控制端。

在一个实施例中，每一个电流采样电路包括：电流采样电阻；

所述电流采样电阻的第一端与其对应设置的开关管连接，所述电流采样电阻的第二端接地，所述电流采样电阻的第一端还连接至所述集成控制电路的采样信号检测端；

所述电流采样电阻的第一端为所述电流采样电路的采样信号输出端。

在一个实施例中，还包括：电流均流处理电路；

所述电流均流处理电路包括若干个采样输入端，且所述若干个采样输入端分别与所述若干电流采样电路的采样信号输出端连接。

在一个实施例中，所述电流均流处理电路包括：选择电路和采样信号处理电路；

所述选择电路包括：输出端和若干个输入端，所述若干个输入端为所述电流均流处理电路的若干个采样输入端；

所述选择电路的输出端与所述采样信号处理电路的输入端连接，所述若干个输入端分别与所述若干电流采样电路的采样信号输出端连接。

在一个实施例中，所述选择电路包括：与所述若干电流采样电路对应设置的若干二极管；所述采样信号处理电路包括：输入电阻、下接电容和下拉电阻；

所述若干二极管的阳极分别与其对应设置的电流采样电路的采样信号输出端连接，所述若干二极管的阴极短接并连接所述输入电阻的第二端和所述下拉电阻的第一端，所述输入电阻的第一端连接所述集成控制电路的采样信号检测端，所述输入电阻的第一端还连接所述下拉电容的第一端，所述下拉电容的第二端和所述下拉电阻的第二端接地。

在一个实施例中，所述集成控制电路包括：集成控制芯片。

在一个实施例中，所述集成控制电路包括：电流模式控制芯片。

本发明还提供一种驱动电源，包括以上所述的自动均功率电路。

实施本发明的自动均功率电路，具有以下有益效果：该自动均功率电路若干并联设置的传送电路、与若干并联设置的传送电路对应设置的若干开关电路、与开关电路对应设置的若干电流采样电路、以及分别与若干开关电路和若干电流采样电路连接的集成控制电路；若干并联设置的传送电路用于贮存或传送能量，并对供电信号进行处理以输出驱动信号；电流采样电路用于在开关电路导通时采样传送电路的电流，并产生电流采样信号至集成控制电路；集成控制电路接收电流采样信号，从电流采样信号中选取电流值最大的电流采样信号，并根据电流值最大的电流采样信号控制开关电路关闭，完成自动均功率控制。该自动均功率电路可实现自然均功率输出的目的，且电路架构简单，成本低，损耗小，可靠性高。进一步地，该自动均功率电路是利用自然最大电流均流逐周期控制的，因此，不会出现LED模组发生轻微闪烁的问题，各器件间不会产生干扰，进一步提高可靠性，同时，该自动均功率电路可以达到输出功率无限制扩充的效果，提升了产品的性价比及适用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供自动均功率电路的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供自动均功率电路的电路原理图；

图3是本发明另一实施例提供自动均功率电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

为了以低成本的方式达到无限扩充电源的输出功率的目的，本发明提供了一种自动均功率电路，该自动均功率电路不需要在电源的输出端设置均流电路，而是利用自然最大电流均流逐周期控制的方式，达到近似自然均功率的目的，从而实现了以低成本达到无限扩充电源的输出功率的效果。其中，该自动均功率电路可适用于不同的驱动电源，如LED驱动电源，当应用于LED驱动电源时，该自动均功率电路不会导致LED模组发生轻微闪烁的问题，各个器件间不存在干扰。

具体的，参考图1，为本发明实施例提供的自动均功率电路的结构示意图。该自动均功率电路包括：若干并联设置的传送电路101、与若干并联设置的传送电路101对应设置的若干开关电路102、与开关电路102对应设置的若干电流采样电路103、以及分别与若干开关电路102和若干电流采样电路103连接的集成控制电路105。

其中，若干并联设置的传送电路101用于贮存或者传送能量；电流采样电路103用于在开关电路102导通时采样传送电路101的电流，并产生电流采样信号至集成控制电路105；集成控制电路105接收电流采样信号，从电流采样信号中选取电流值最大的电流采样信号，并根据电流值最大的电流采样信号控制开关电路102关闭，完成自动均功率控制。

可选的，本发明实施例的传送电路101可以包括变压器或者电感。其中，变压器或者电感均可以在电路工作过程中起到贮存能量或者传送能量的作用。

可以理解地，由于实际生产的传送电路101、开关电路102、以及电流采样电路103都有离散性，各自的性能参数不完全一致，因此，在开关电路102导通的情况下，在电流采样电路103上会产生锯齿波的斜率不一致，此时，必然导致输出功率最大的传送电路101先到达电源次级反馈的工作点，然后由集成控制电路105关闭输出脉宽信号，开关电路102同时关断，完成一个开通过程。而电流采样电路103所产生的电流采样信号即反应了其所采集的传送电路101的原边电流情况，且传送电路101的原边电流情况即反应了传送电路101的输出功率情况(输出功率大小)，所以，通过从所检测到的所有电流采样电路103产生的电流采样信号中，选取出电流值最大的电流采样信号作为集成控制电路105的控制点，即可达到自然最大电流均流的目的，从而达到近似自动均衡输出功率的效果。

如图1所示，传送电路1、传送电路2、……、传送电路N表示若干个传送电路101，且该N个传送电路101为并联设置，其中，每一个传送电路101对应设置一个开关电路102和一个电流采样电路103，即，如图1中所示，开关电路1与传送电路1对应设置，电流采样电路1与传送电路1对应设置。开关电路1的导通或关断控制传送电路1的工作状态，当开关电路1导通时，传送电路1工作，当开关电路1关断时，传送电路1不工作，同时，电流采样电路1在传送电路1工作时，采集传送电路1的原边电流，并产生相应的电流采样信号(设为电流采样信号1)。同样地，开关电路2与传送电路2对应设置，电流采样电路2与传送电路2对应设置。开关电路2的导通或关断控制传送电路2的工作状态，当开关电路2导通时，传送电路2工作，当开关电路2关断时，传送电路2不工作，同时，电流采样电路2在传送电路2工作时，采集传送电路2的原边电流，并产生相应的电流采样信号(设为电流采样信号2)。同理，开关电路N与传送电路N对应设置，电流采样电路N与传送电路N对应设置，开关电路N的导通或关断控制传送电路N的工作状态，当开关电路N导通时，传送电路N工作，当开关电路N关断时，传送电路N不工作，同时，电流采样电路N在传送电路N工作时，采集传送电路N的原边电流，并产生相应的电流采样信号(设为电流采样信号N)。其中，电流采样电路1所产生的电流采样信号1、电流采样电路2所产生的电流采样信号2、……、电流采样电路N所产生的电流采样信号N均被集成控制电路105侦测到，而且集成控制电路105根据电流采样信号1、电流采样信号2、……电流采样信号N中电流值最大的电流采样信号，控制开关电路102关闭，以完成自动均衡。可以理解地，由于自然最大均流电路中，只要确保每一个开关周期以最大输出功率的传送电路101为集成控制电路105的电流信号源，即可确保每个传送电路101的功率不超过最大输出功率的传送电路101，从而达到近似均衡输出功率的目的。

进一步地，开关电路102的导通或关断受控于集成控制电路105。

可选的，本发明实施例所提供的自动均功率电路可以适用于所有的电流模式控制方式的电源拓扑结构，例如，电流模式控制的反激拓扑、电流模式控制的正激拓扑、升压BOOST拓扑、降压BUCK拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑等拓扑结构均适用。需要说明的是，电源拓扑的具体工作原理可参照现有的，本发明在此不再赘述。

在一些实施例中，传送电路101包括变压器，每一个变压器均包括原边绕组和副边绕组。所有变压器的原边绕组的供电输入端短接并连接供电信号的输入端，所有变压器的副边绕组的供电输出端短接。其中，每一个变压器均可用于对所接收的供电信号进行能量的贮存，或者基于所接收的供电信号传送相应的能量。

或者，在其他一些实施例中，传送电路101包括电感，每一个电感包括一个绕组。所有电感的绕组的供电输入端短接并连接供电信号的输入端，所述电感的绕组的供电输出端短接。其中，每一电感均可用于对所接收的供电信号进行能量的贮存，或者基于所接收的供电信号传送相应的能量。

本发明实施例中，每一个开关电路102包括：开关管。其中，每一个开关管的一极与其对应设置的传送电路101连接，每一个开关管的另一极连接电流采样电路103，而且所有开关电路102中的开关管的控制极短接并连接到集成控制电路105的控制端。

本发明实施例中，开关管包括但不限于场效应管、三极管，或者其他具有相同功能的开关管。

在一些实施例中，开关管包括：场效应管。传送电路101包括：变压器。每一个场效应管的漏极与其对应设置的变压器的原边绕组的供电输出端连接，场效应管的源极连接电流采样电路103。其中，若干开关电路102中的场效应管的栅极短接并连接至集成控制电路105的控制端，即所有开关电路102中的场效应管的栅极均短接在一起，并连接至集成控制电路105的控制端，由集成控制电路105的控制端输出相应的控制信号控制所有开关电路102中的场效应管的导通或关断。因此，所有开关电路102中的场效应管同时导通或同时关断。

在一些实施例中，每一个电流采样电路103包括：电流采样电阻。

电流采样电阻的第一端与其对应设置的场效应管的源极连接，电流采样电阻的第二端接地，电流采样电阻的第一端还连接至集成控制电路105的采样信号检测端；其中，电流采样电阻的第一端为电流采样电路103的采样信号输出端。

当然，可以理解地，在其他一些实施例中，电流采样电路103还可以采用其他的电流采样方式，并不局限于以电阻采样的方式实现，例如，可以采用电感、电流互感器等方式实现电流采样。

进一步地，本发明实施例的自动均功率电路还包括：电流均流处理电路104。

其中，电流均流处理电路104包括若干个采样输入端，且若干个采样输入端分别与若干电流采样电路103的采样信号输出端连接。通过该电流均流处理电路104，可以接收所有电流采样电路103输出的电流采样信号，并从所有电流采样信号中选取出电流值最大所对应的电流采样信号，进而将所选出的最大电流值的电流采样信号传送至集成控制电路105的采样信号检测端。

进一步地，该电流均流处理电路104包括：选择电路和采样信号处理电路。

选择电路包括：输出端和若干个输入端，若干个输入端为电流均流处理电路104的若干个采样输入端；选择电路的输出端与采样信号处理电路的输入端连接，若干个输入端分别与若干电流采样电路103的采样信号输出端连接。

可选的，本发明实施例中，选择电路可以通过多路输入单路输出的选择器实现，也可以通过或门实现，或者，在其他一些实施例中，通过多个二极管实现。

在一个具体实施例中，选择电路包括：与若干电流采样电路103对应设置的若干二极管。采样信号处理电路包括：输入电阻、下接电容和下拉电阻。其中，若干二极管完成或门功能，以实现从若干电流采样信号中选取出电流值最大的电流采样信号。

该实施例中，若干二极管的阳极分别与其对应设置的电流采样电路103的采样信号输出端连接，若干二极管的阴极短接并连接输入电阻的第二端和下拉电阻的第一端，输入电阻的第一端连接集成控制电路105的采样信号检测端，输入电阻的第一端还连接下拉电容的第一端，下拉电容的第二端和下拉电阻的第二端接地。

本发明实施例中，集成控制电路105包括：集成控制芯片。在一个具体实施例中，该集成控制电路105包括：电流模式控制芯片。

如图2所示，在一个具体实施例中，传送电路101包括N个，其中，该实施例中，传送电路101包括变压器，则变压器包括N个，分别为第一变压器T100和第N变压器T101；对应的，开关电路102也包括N个，开关电路102包括场效应管，对应地，场效应管也包括N个，分别为第一场效应管Q100和第N场效应管Q101；同样地，电流采样电路103也包括N个，电流采样电路103包括电流采样电阻，对应地，电流采样电阻也包括N个，分别为第一电流采样电阻RS101和第N电流采样电阻RS102；其中，第一场效应管Q100和第一电流采样电阻RS101与第一变压器T100对应设置，形成功率部分1；第N场效应管Q101和第N电流采样电阻RS102与第N变压器对应设置，形成功率部分N。需要说明的是，图2仅作为示意，不代表具体的电路，不能作为本发明实施例的具体限制。其中，功率部分2、功率部分3、……、功率部分N-1未具体示出。集成控制电路105包括：电流模式控制芯片U100。

如图2所示，第一变压器T100的原边绕组T100-A的供电输入端与第N变压器T101的原边绕组T101-A的供电输入端短接，并连接至供电信号的连接端(图2中的HV)，第一变压器T100的副边绕组T100-B的供电输出端和第N变压器T101的副边绕组T101-B的供电输出端短接；第一变压器T100的原边绕组T100-A的供电输出端与第一场效应管Q100的漏极连接，第一场效应管Q100的源极与第一电流采样电阻RS101的第一端连接，第一场效应管Q100的栅极连接电阻R110的第二端，第一电流采样电阻RS101的第N端接地，第一电流采样电阻RS101的第一端输出电流采样信号1。

第N变压器T101的原边绕组T101-A的供电输出端与第N场效应管Q101的漏极连接，第N场效应管Q101的源极与第N电流采样电阻RS102的第一端连接，第N电流采样电阻RS102的第二端接地，第N电流采样电阻RS102的第一端输出电流采样信号N。

电阻R110的第一端和电阻R112的第一端连接并连接至电流模式控制芯片U100的控制端。

进一步地，如图2所示，选择电路包括：第一二极管D101和第N二极管D102，其中，第一二极管D101与第一电流采样电阻RS101对应设置，第N二极管与第N电流采样电阻RS102对应设置。采样信号处理电路包括：输入电阻R131、下拉电阻RS103和下拉电容C109。

如图2所示，第一二极管D101的阳极连接第一电流采样电阻RS101的第一端，第N二极管D102的阳极连接第N电流采样电阻RS102的第一端；第一二极管D101的阴极和第N二极管D102的阴极短接并连接输入电阻R131的第二端和下拉电阻RS103的第一端，输入电阻R131的第一端和下拉电容C109的第一端连接电流模式控制芯片U100的采样信号检测端，下拉电容C109的第二端和下拉电阻RS103的第二端接地。

可以理解地，图2中第一变压器T100、……、第N变压器T101，第一场效应管Q100、……、第N场效应管Q101，第一电流采样电阻RS101、……、第N电流采样电阻RS102都有离散性，性能参数不完全一致。因此，当第一场效应管Q100、……、第N场效应管Q101等N个场效应管导通的情况下，在第一电流采样电阻RS101、……、第N电流采样电阻RS102等N个电流采样电阻上产生的锯齿波的斜率不一致，从而导致输出功率最大的那个变压器先到达电源次级反馈的工作点，进而由电流模式控制芯片U100关闭输出脉宽信号，第一场效应管Q100、……、第N场效应管Q101同时关断，完成一个开通过程。

进一步地，图2中，第一二极管D101、……、第N二极管D102等N个二极管完成或门的功能，以完成从N个功率部分中选取最大的一个作为电流采样点，从而达到自然最大电流均流的目的，以实现近似自动均衡功率的目的。

进一步地，参考图3，图3在图2实施例的基础上，在第一二极管D101、……、第N二极管D102等N个二极管上，对应增加了二极管D103、……、二极管D104等N个二极管，这N个二极管处理某些电流模式控制芯片有恒流源在采样信号检测端上的问题。

需要说明的是，图2、图3所示的电路是近似自然均功率电路应用中的一种基本的电路，只要符合本发明电流模式控制芯片逐周期自然最大电流均流处理，均在本发明的保护之列。

进一步地，本发明还提供了一种驱动电源，该驱动电源包括本发明实施例公开的自动均功率电路。通过设置本发明实施例公开的自动均功率电路，该驱动电源可以达到近似自然均功率的目的，且还能实现以低成本的方式达到无限扩充驱动电源的输出功率的效率。可选的，该驱动电源包括但不限于LED驱动电源、供电装置等。进一步地，若该驱动电源为LED驱动电源，可在实现均功率的同时避免LED模组发生轻微闪烁的现象，各器件间不存在干扰，驱动电源可靠性高，损耗小，有效提升驱动电源的寿命。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动均功率电路，其特征在于，包括：若干并联设置的传送电路、与所述若干并联设置的传送电路对应设置的若干开关电路、与所述开关电路对应设置的若干电流采样电路、以及分别与所述若干开关电路和所述若干电流采样电路连接的集成控制电路；

所述若干并联设置的传送电路用于贮存或者传送能量；所述电流采样电路用于在所述开关电路导通时采样所述传送电路的电流，并产生电流采样信号至所述集成控制电路；所述集成控制电路接收所述电流采样信号，从所述电流采样信号中选取电流值最大的电流采样信号，并根据所述电流值最大的电流采样信号控制所述开关电路关闭，完成自动均功率控制。

2.根据权利要求1所述的自动均功率电路，其特征在于，每一个所述传送电路包括变压器或者电感。

3.根据权利要求2所述的自动均功率电路，其特征在于，每一个所述开关电路包括：开关管，所述开关管的一极与其对应设置的传送电路连接，所述开关管的另一极连接所述电流采样电路；

所述若干开关电路中的开关管的控制极短接并连接至所述集成控制电路的控制端。

4.根据权利要求3所述的自动均功率电路，其特征在于，每一个电流采样电路包括：电流采样电阻；

所述电流采样电阻的第一端与其对应设置的开关管连接，所述电流采样电阻的第二端接地，所述电流采样电阻的第一端还连接至所述集成控制电路的采样信号检测端；

所述电流采样电阻的第一端为所述电流采样电路的采样信号输出端。

5.根据权利要求1所述的自动均功率电路，其特征在于，还包括：电流均流处理电路；

所述电流均流处理电路包括若干个采样输入端，且所述若干个采样输入端分别与所述若干电流采样电路的采样信号输出端连接。

6.根据权利要求5所述的自动均功率电路，其特征在于，所述电流均流处理电路包括：选择电路和采样信号处理电路；

所述选择电路包括：输出端和若干个输入端，所述若干个输入端为所述电流均流处理电路的若干个采样输入端；

所述选择电路的输出端与所述采样信号处理电路的输入端连接，所述若干个输入端分别与所述若干电流采样电路的采样信号输出端连接。

7.根据权利要求6所述的自动均功率电路，其特征在于，所述选择电路包括：与所述若干电流采样电路对应设置的若干二极管；所述采样信号处理电路包括：输入电阻、下接电容和下拉电阻；

所述若干二极管的阳极分别与其对应设置的电流采样电路的采样信号输出端连接，所述若干二极管的阴极短接并连接所述输入电阻的第二端和所述下拉电阻的第一端，所述输入电阻的第一端连接所述集成控制电路的采样信号检测端，所述输入电阻的第一端还连接所述下拉电容的第一端，所述下拉电容的第二端和所述下拉电阻的第二端接地。

8.根据权利要求1所述的自动均功率电路，其特征在于，所述集成控制电路包括：集成控制芯片。

9.根据权利要求1所述的自动均功率电路，其特征在于，所述集成控制电路包括：电流模式控制芯片。

10.一种驱动电源，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的自动均功率电路。