CN111756222B - 并联均流控制模块和高压线性电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种并联均流控制模块和高压线性电源。并联均流控制模块包括至少两个同步驱动的MOS管、至少两个均流电阻，一个MOS管与一个均流电阻相串联构成一条均流控制支路，各条均流控制支路并联。高压线性电源包括LED串联电路、整流模块、恒功率控制模块、开关控制模块和并联均流控制模块。并联均流控制模块包括至少两个由恒功率控制模块同步驱动的MOS管、至少两个均流电阻，一个MOS管与一个均流电阻相串联构成一条均流控制支路，各条均流控制支路并联后分别与LED模块、恒功率控制模块相连接和接地。本发明能够实现均流，保证MOS管工作在安全工作区内，提高电路可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品驱动技术领域，具体涉及一种并联均流控制模块和应用其的高压线性电源。
背景技术
当输入电压范围变化较大（例如AC187V-265V）时，传统线性驱动方案存在当输入电压在较高幅值时，MOS管温升偏高等问题。当同一PWM脉冲驱动多个MOS管时 ，因MOS管的开启电压Vgs（th）不同，会引起MOS管工作在线性放大状态导致的Ids电流不同，则Vgs（th）偏低的对应的MOS管流过的Ids偏大， Vgs（th）偏高的对应的MOS管流过的Ids偏小。则当输入电压较高时，超出前端电路压降的电压都加到MOS管DS两端，因此在MOS管上功耗导致的温升对MOS管的安全造成威胁。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决MOS管工作于线性状态时因输入电压过高带来的问题，实现均流，从而保证MOS管工作在安全工作区内，提高电路可靠性的并联均流控制模块。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种并联均流控制模块，包括至少两个同步驱动的MOS管、与所述MOS管一一对应设置的至少两个均流电阻，一个所述MOS管与一个所述均流电阻相串联构成一条均流控制支路，各条所述均流控制支路并联后的两端分别形成信号输入端和信号输出端。
各个所述均流电阻的阻值相同。
所述并联均流控制模块还包括一一对应连接在各个所述MOS管栅极的至少两个驱动限流电阻。
本发明还提供一种采用上述并联均流控制模块的高压线性电源，其技术方案是：
一种高压线性电源，用于驱动由N段LED模块构成的LED串联电路，N为大于或等于2的正整数，所述高压线性电源包括整流模块、恒功率控制模块、与前N-1段所述LED模块一一对应连接且由所述恒功率控制模块控制的开关控制模块，所述整流模块分别与所述光源串联电路、所述恒功率控制模块相连接，所述开关控制模块连接对应所述LED模块与地、对应所述LED模块与所述恒功率控制模块，所述高压线性电源还包括与第N段所述LED模块相连接的并联均流控制模块；
所述并联均流控制模块包括至少两个由所述恒功率控制模块同步驱动的MOS管、与所述MOS管一一对应设置的至少两个均流电阻，一个所述MOS管与一个所述均流电阻相串联构成一条均流控制支路，各条所述均流控制支路并联后的两端分别形成信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与第N段所述LED模块相连接，所述信号输出端连接所述恒功率控制模块和接地。
各个所述均流电阻的阻值相同。
所述并联均流控制模块还包括一一对应连接在各个所述MOS管栅极的至少两个驱动限流电阻。
所述信号输出端经采样电阻后接地。
所述整流模块包括与外接电源相连接的保险丝、与所述保险丝相连接的整流桥、与所述整流桥相连接的滤波电容。
所述恒功率控制模块包括用于获取各个所述开关控制模块或所述并联均流控制模块反馈的电压检测信号、分别输出控制各所述开关控制模块或所述并联均流控制模块的对应的控制信号的恒功率控制器以及连接所述整流模块和所述恒功率控制器的输入电压检测电路。
所述输入电压检测电路包括串联并连接在所述整流模块的输出端与地之间的第一输入电压检测电阻和第二输入电压检测电阻，所述第一输入电压检测电阻和所述第二输入电压检测电阻的连接节点与所述恒功率控制器相连接。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明解决了MOS管工作于线性状态时因输入电压过高带来的问题，能够实现均流，保证MOS管工作在安全工作区内，从而提高电路可靠性。
附图说明
附图1为本发明的实施例二的电路框图。
附图2为本发明的实施例二的电路原理图。
附图3为MOSFET的Vgs、Id曲线图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
本方案中涉及的MOSFET均为N沟道MOSFET，以下均以MOS管简称。
实施例一：一种并联均流控制模块，包括至少两个同步驱动的MOS管、至少两个均流电阻，还可以包括至少两个驱动限流电阻。均流电阻与MOS管一一对应连接，驱动限流电阻也与MOS管一一对应连接。具体为：一个MOS管与一个均流电阻相串联构成一条均流控制支路，即MOS管的源极与均流电阻的一端相连接，MOS管的漏极、均流电阻的另一端分别构成均流控制支路的两端。各条均流控制支路并联后的两端分别形成信号输入端和信号输出端，即各条均流控制支路中的MOS管的漏极共接在一起形成信号输入端，各条均流控制支路中的均流电阻的另一端共接在一起形成信号输出端。各个均流电阻的阻值相同。各个驱动限流电阻一一对应连接在各个MOS管栅极，从而向MOS管输入PWM控制信号。
信号由信号输入端输入该并联均流控制模块，如附图3所示，当MOS管同步开通时，对于Vgs（th）偏大的MOS管，其具有以下变化过程：Vgs偏小→Id偏小→其对应的均流电阻的电压VR偏小→Vgs增大→Id增大而实现Id不变；对于Vgs（th）偏小的MOS管，其具有以下变化过程：Vgs偏大→Id偏大→其对应的均流电阻的电压VR偏大→Vgs减小→Id减小而实现Id不变。
实施例二：一种采用上述并联均流控制模块的高压线性电源，其技术方案如下：
如附图1和附图2所示，LED串联电路由N（N为大于或等于2的正整数）段LED模块构成，每段LED模块包括M（M为正整数）个串联的LED。本实施例中，LED串联电路由3段LED模块构成，分别是第一段LED模块、第二段LED模块和第三段LED模块。每段LED模块又包括10个串联的LED，分别为LED/A1~ LED/A10、LED/B1~ LED/B10、LED/C1~ LED/C10，从而LED串联电路共有30个串联的LED。
一种用于驱动上述LED串联电路的高压线性电源，包括整流模块、恒功率控制模块、N-1个开关控制模块和一个并联均流控制模块。
整流模块用于将由外接电源获得的交流信号整流为脉动直流信号，并提供给LED串联电路和恒功率控制模块使用。整流模块包括与外接电源相连接的保险丝F1、与保险丝F1相连接的整流桥BD1、与整流桥BD1的输出端相连接并接地的滤波电容C1。整流桥BD1的输出端直接接入LED串联电路，还经供电电阻R1接入恒功率控制模块。
N-1个开关控制模块与前N-1段LED模块一一对应连接，且开关控制模块由恒功率控制模块进行控制。开关控制模块连接对应LED模块与地、对应LED模块与恒功率控制模块。具体为，每个开关控制模块包括一个MOS管，其栅极与恒功率控制模块相连接而获得PWM控制信号，漏极与其对应的一段LED模块的后端相连接，源极一方面连接恒功率控制模块而反馈电压（可经采样电阻连接恒功率控制模块），另一方面经采样电阻R6接地。
并联均流控制模块与第N段LED模块相连接。该并联均流控制模块包括至少两个由恒功率控制模块同步驱动的MOS管、至少两个均流电阻，还包括至少两个驱动限流电阻。均流电阻与MOS管一一对应连接，驱动限流电阻也与MOS管一一对应连接。一个MOS管与一个均流电阻相串联构成一条均流控制支路，即MOS管的源极与均流电阻的一端相连接，MOS管的漏极、均流电阻的另一端分别构成均流控制支路的两端。各条均流控制支路并联后的两端分别形成信号输入端和信号输出端，即各条均流控制支路中的MOS管的漏极共接在一起形成信号输入端，信号输入端与第N段LED模块相连接，各条均流控制支路中的均流电阻的另一端共接在一起形成信号输出端，信号输出端连接恒功率控制模块和经采样电阻R6接地。由于各均流电阻的另一端形成的信号输出端可以用于向恒功率控制模块反馈电压检测信号，故均流电阻也是均流反馈电阻。各个均流电阻的阻值相同。各个驱动限流电阻的一端一一对应连接在各个MOS管栅极，各个驱动限流电阻的另一端连接恒功率控制模块，从而向MOS管输入对应的PWM控制信号。
在本实施例中，第一段LED模块和第二段LED模块分别配置相应的开关控制模块，即第一段LED模块的后端连接其对应的开关控制模块——MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极分别连接恒功率控制模块和接地，MOS管Q1的栅极连接恒功率控制模块的一个控制端获得其对应的一路PWM控制信号。第二段LED模块的后端连接其对应的开关控制模块——MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的源极分别连接恒功率控制模块和接地，MOS管Q2的栅极连接恒功率控制模块的一个控制端获得其对应的一路PWM控制信号。第三段LED模块配置并联均流控制模块，该并联均流控制模块包括两条均流控制支路，即包括两个MOS管Q3和Q4、两个均流电阻R4和R5、两个驱动限流电阻R2和R3。MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极共接而形成信号输入段，并连接第三段LED模块的后端，MOS管Q3的源极连接均流电阻R4的一端，MOS管Q4的源极连接均流电阻R5的一端，均流电阻R4的另一端和均流电阻R5的另一端共接形成信号输出端，并反馈连接至恒功率控制模块和经采样电阻R6接地。驱动限流电阻R2的一端连接MOS管Q3的栅极，驱动限流电阻R3的一端连接MOS管Q4的栅极，驱动限流电阻R2的另一端、驱动限流电阻R3的另一端共接，并连接至恒功率控制模块，以获得一路相同的PWM控制信号实现同步驱动。
恒功率控制模块包括恒功率控制器U1以及输入电压检测电路。恒功率控制器U1一方面用于获取各个开关控制模块或并联均流控制模块反馈的电压检测信号，另一方面用于分别输出控制各开关控制模块或并联均流控制模块中MOS管的对应的PWM控制信号。因此，恒功率控制器U1的一个输入端分别连接各个开关控制模块中MOS管Q1/Q2的源极、并联均流控制模块中的信号输出端，从而获得电压检测信号CS，恒功率控制器U1的另一路输入端经输入电压检测电路与整流模块的输出端相连接，从而获得母线检测信号VS。恒功率控制器U1的一路输出端输出PWM1信号给第一段LED模块对应的MOS管Q1的栅极，恒功率控制器U1的另一路输出端输出PWM2信号给第二段LED模块对应的MOS管Q2的栅极，恒功率控制器U1的再一输出端输出PWM3信号给第三段LED模块对应的MOS管Q3和Q4的栅极。从而，恒功率控制器U1通过CS与VS，进行内部恒功率算法，分别输出三路PWM信号，使LED实现恒功率。
输入电压检测电路连接整流模块的输出端和恒功率控制器U1。输入电压检测电路包括串联并连接在整流模块的输出端与地之间的第一输入电压检测电阻R7和第二输入电压检测电阻R8，第一输入电压检测电阻R7和第二输入电压检测电阻R8的连接节点与恒功率控制器U1相连接。
上述高压线性电源驱动LED串联电路的工作原理为：
正弦波形的交流信号经整流模块后形成对应的脉动直流信号，该电压大小变化的脉动直流信号送入LED串联电路。在脉动直流信号的电压的由小变大的过程中，当脉动直流信号的电压达到能够点亮第一段LED模块时，恒功率控制器U1通过PWM1信号控制MOS管Q1导通，则电信号经第一段LED模块和MOS管Q1接地而构成回路，第一段LED模块点亮，同时MOS管Q1向恒功率控制器U1反馈电压检测信号。此时，其他各个MOS管关断。脉动直流信号电压继续增加，当达到能够同时点亮第一段LED模块和第二段LED模块时，恒功率控制器U1控制MOS管Q1关断、通过PWM2信号控制MOS管Q2导通，则电信号经第一段LED模块、第二段LED模块和MOS管Q2接地而构成回路，第一段LED模块和第二段LED模块点亮，同时MOS管Q2向恒功率控制器U1反馈电压检测信号。脉动直流信号电压继续增大，当达到能够同时点亮第一段LED模块、第二段LED模块和第三段LED模块时，恒功率控制器U1控制MOS管Q2关断、通过PWM3信号控制MOS管Q3和Q4导通，则电信号经第一段LED模块、第二段LED模块、第三段LED模块和MOS管Q3、MOS管Q4接地而构成回路，第一段LED模块、第二段LED模块、第三段LED模块点亮，同时MOS管Q3和Q4向恒功率控制器U1反馈电压检测信号。脉动直流信号的电压由大到小的变化过程与上述过程相反，从而通过负反馈控制MOS管，控制各段LED模块随电压变化而点亮或熄灭，实现LED的恒功率控制。
在上述过程中，PWM3通过驱动限流电阻R2和R3给MOS管Q3和Q4提供驱动信号，当Vgs电压达到MOS管的Vgs（th）时，MOS管Q3，Q4则流过Id。串接均流电阻R4，R5之后，因MOS管的制造工艺和寄生参数导致Vgs（th）的差异，当同一PWM驱动脉冲加到MOS管Q3和Q4时：假设MOS管Q3的Vgs（th）偏大时，则有：Vgs↓→Id↓→VR5↓→Vgs（Vgs=Vpwm-VR5）↑→Id不变；假设MOS管Q4的Vgs（th）偏小时，则有：Vgs↑→Id↑→VR6↑→Vgs（Vgs=Vpwm-VR6）↓→Id不变，参见附图2和附图3。
上述方案是一种工作于高压线性电源的MOSFET并联均流技术，应用于LED驱动电路。通过多个MOS管并联，在每一路MOS管的源极上串接的电阻进行负反馈控制，实现多个MOS管并联均流。尤其是当输入电压较高时，能够很好的实现均流作用，避免MOS管上功耗增加导致的温升，避免对MOS管的安全威胁，解决了MOS管工作于线性状态因输入电压过高而带来的问题。
上述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以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高压线性电源，用于驱动由N段LED模块构成的LED串联电路，N为大于或等于2的正整数，所述高压线性电源包括整流模块、恒功率控制模块、与前N-1段所述LED模块一一对应连接且由所述恒功率控制模块控制的开关控制模块，所述整流模块分别与所述LED串联电路、所述恒功率控制模块相连接，所述开关控制模块连接对应所述LED模块与地、对应所述LED模块与所述恒功率控制模块，其特征在于：所述高压线性电源还包括与第N段所述LED模块相连接的并联均流控制模块；
所述并联均流控制模块包括至少两个由所述恒功率控制模块同步驱动的MOS管、与所述MOS管一一对应设置的至少两个均流电阻，一个所述MOS管与一个所述均流电阻相串联构成一条均流控制支路，各条所述均流控制支路并联后的两端分别形成信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与第N段所述LED模块相连接，所述信号输出端连接所述恒功率控制模块和接地，各个所述均流电阻的阻值相同；
所述恒功率控制模块包括用于获取各个所述开关控制模块或所述并联均流控制模块反馈的电压检测信号、分别输出控制各所述开关控制模块或所述并联均流控制模块的对应的控制信号的恒功率控制器以及连接所述整流模块和所述恒功率控制器的输入电压检测电路。
2.根据权利要求1所述的高压线性电源，其特征在于：所述并联均流控制模块还包括一一对应连接在各个所述MOS管栅极的至少两个驱动限流电阻。
3.根据权利要求1所述的高压线性电源，其特征在于：所述信号输出端经采样电阻后接地。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压线性电源，其特征在于：所述整流模块包括与外接电源相连接的保险丝、与所述保险丝相连接的整流桥、与所述整流桥相连接的滤波电容。
5.根据权利要求1所述的高压线性电源，其特征在于：所述输入电压检测电路包括串联并连接在所述整流模块的输出端与地之间的第一输入电压检测电阻和第二输入电压检测电阻，所述第一输入电压检测电阻和所述第二输入电压检测电阻的连接节点与所述恒功率控制器相连接。
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