CN111987916A - 具有多模式工作的led显示屏开关电源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有多模式工作的LED显示屏开关电源及其控制方法，其中，电源包括高压整流滤波电路、直流变压整流电路、第一输出电压检测电路、电流检测电路和PWM控制器；第一输出电压检测电路包括限压电路，当第一反馈调节电压达到第一阈值时，限压电路保持第一反馈调节电压在第一阈值不变，PWM控制器跳转到线性降压工作模式；线性降压控制电路允许PWM控制器通过调节占空比，使输出电压在低于第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；当线性降压控制电路检测到输出电压低于第二阈值时，PWM控制器跳转到保护工作模式。本发明在基本不增加成本的情况下，可以提高本发明增加负载的能力，即使是LED显示屏系统适当超载时，也不会出现有黑屏或跳转到保护模式。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示屏开关电源领域，尤其涉及一种具有多模式工作的LED显示屏开关电源及其控制方法。
背景技术
现有的LED显示屏开关电源，一般是恒压或者是恒流两种工作模式。其中，现有的恒压工作模式的开关电源，一般是将市电经过高压整流滤波电路、直流变压整流电路后，提供给负载，为了保证直流变压整流电路的电压恒定在一定电压范围内，一般是控制在额定输出电压的正负3%范围内，在负载之前设有输出电压检测电路，并将输出电压检测电路的反馈电压通过光电耦合器反馈到PWM控制器来控制直流变压整流电路的输出电压。但是，在现有的LED显示屏系统工作中，由于LED显示屏开关电源设计问题，有时会因系统的峰值电流过大或超载工作导致系统会出现黑屏或跳转到保护模式，目前解决黑屏或跳转到保护模式的问题通常的做法是增大电源功率，或者用多台同规格开关电源并联，来增大输出电流以达到防止黑屏或跳转到保护模式的问题。但是，增大电源功率会造成开关电源的成本增加，采用并联设计的方式即增加了成本，又挤占了箱体内有限的安装空间。
发明内容
为了解决上述问题，本发明向社会提供一种在基本不增加开关电源的成本，开关电源的体积不变，但可以适当提高开关电源的输出电流，在LED显示屏系统适当超载时，也不会出现有黑屏或跳转到保护模式的具有多模式工作的LED显示屏开关电源及其控制方法。
本发明的技术方案是：提供一种具有多模式工作的LED显示屏开关电源，包括：
高压整流滤波电路，所述高压整流滤波电路将交流市电转换成高压直流电；
直流变压整流电路，将所述高压整流滤波电路提供的高压直流电变成额定输出直流电，提供给负载；
第一输出电压检测电路，检测直流变压整流电路的输出电压，并经过第一输出电压检测电路的第一光电耦合器将第一反馈调节电压反馈给PWM控制器；
电流检测电路，检测直流变压整流电路的输出电流，并反馈调节电流反馈给PWM控制器；
PWM控制器，根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
所述第一输出电压检测电路还包括限压电路，当所述第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压达到第一阈值时，所述限压电路保持第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，此时，PWM控制器仅受电流检测电路的反馈调节电流控制，并且跳转到线性降压工作模式；
还包括线性降压控制电路，所述线性降压控制电路允许PWM控制器通过调节占空比，使直流变压整流电路的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；当线性降压控制电路检测到直流变压整流电路的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器控制PWM控制器跳转到保护工作模式。
作为对本发明的改进，本发明还包括第二输出电压检测电路，当所述第二输出电压检测电路检测到直流变压整流电路的输出电压高于第三阈值时，通过第二光电耦合器控制PWM控制器跳转到保护工作模式。
作为对本发明的改进，本发明还包括高压输入滤波电路，所述高压输入滤波电路将交流市电滤波以后输入到高压整流滤波电路。
作为对本发明的改进，本发明还包括DC输出端口，所述DC输出端口的输入端与所述直流变压整流电路连接，所述DC输出端口的输出端与所述负载连接。
作为对本发明的改进，所述PWM控制器包括第一芯片U1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二变压器T2和第九三极管Q9，及其外围电路，所述第一芯片U1的FB脚与第一输出电压检测电路的COM1脚连接，所述第一芯片U1的OB脚与所述第二光电耦合器的OB脚连接，所述第一芯片U1的CS脚与电流检测电路的CS脚连接，所述第一芯片U1的DRV脚输出的脉冲电流经由第一三极管Q1和第二三极管Q2构成的放大电路放大后，通过第二变压器T2和第九三极管Q9输送给直流变压整流电路。
作为对本发明的改进，所述直流变压整流电路包括第一MOS管Q3、第二MOS管Q4、第一变压器T1、第三MOS管Q10、第四MOS管Q6、第五MOS管Q5、第六MOS管Q8及其外围电路构成，所述第一MOS管Q3和第二MOS管Q4接收PWM控制器输送的脉冲电压，并经过第一变压器T1、第三MOS管Q10、第四MOS管Q6、第五MOS管Q5、第六MOS管Q8及其外围电路构成处理电路处理后，输送给DC输送端口；所述直流变压整流电路中的第二芯片U5及其外围电路为直流变压整流电路2提供电源。
作为对本发明的改进，所述第一输出电压检测电路包括基准电压源U2、第一光电耦合器、限压电路及其外围电路，其中，限压电路由第五稳压管ZD5和第二十八电容C28构成，用于嵌制第一光电耦合器的COM1脚的输出电压。
作为对本发明的改进，所述第二输出电压检测电路由串联的第十二二极管D12和第三稳压管ZD3构成，当所述直流变压整流电路的输出电压高于第三阈值时，通过第二光电耦合器的控制脚OB控制PWM控制器跳转到保护工作模式。
作为对本发明的改进，所述线性降压控制电路由第十一三极管Q11、第七三极管Q7及其外围电路构成，第十一三极管Q11集电极通过第十二极管D10的脚UVP与所述第二输出电压检测电路7中的相应脚UVP连接，所述第七三极管Q7的发射极与所述第二输出电压检测电路中的V+脚连接，所述第十一三极管Q11的基极与所述第七三极管Q7的集电极连接，第七三极管Q7的基极与第三芯片U3的输出端连接，第三芯片U3的输入端与所述直流变压整流电路的VD_1脚连接。
本发明还提供一种LED显示屏开关电源的控制方法，PWM控制器根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
当第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压达到第一阈值时，限压电路保持第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，PWM控制器仅受电流检测电路的反馈调节电流控制，跳转到线性降压工作模式；线性降压控制电路允许PWM控制器通过调节占空比，使直流变压整流电路的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；
当线性降压控制电路检测到直流变压整流电路的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器控制PWM控制器跳转到保护工作模式。
本发明由于采用了限压电路和线性降压控制电路，当所述第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压达到第一阈值时，所述限压电路保持第一输出电压检测电路的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，PWM控制器仅受电流检测电路的反馈调节电流控制，并且跳转到线性降压工作模式；所述线性降压控制电路允许PWM控制器通过调节占空比，使直流变压整流电路的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；当线性降压控制电路检测到直流变压整流电路的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器控制PWM控制器跳转到保护工作模式。这样，本发明在基本不增加成本的情况下，可以大大提高本发明增加负载的能力，在线性降压电压区域范围内，即使是LED显示屏系统适当超载时，也不会出现有黑屏或跳转到保护模式。
附图说明
图1是本发明的实施方式的方框结构示意图。
图2是图1中的交流市电部分处理电路原理示意图。
图3是图1中的PWM控制和输出电路原理示意图。
图4是图1中的采样电路原理示意图。
图5是图1中的线性降压电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图5对本发明作进一步说明，本发明中的图2至图5仅以开关电源输出为5V为例加以说明的，实际上本发明也适用于开关电源输出为2.8V、3.8V、4.2V、4.5V 、9V、12V、24V、36V或48V的开关电源。
请参见图1至图5，图1至图5揭示的是一种具有多模式工作的LED显示屏开关电源，包括：
高压整流滤波电路1，所述高压整流滤波电路1将交流市电12转换成高压直流电；为了保证高压稳定，本发明还在高压整流滤波电路1之前，设置了高压输入滤波电路11，所述高压输入滤波电路11将交流市电12滤波以后输入到高压整流滤波电路1。
直流变压整流电路2，将所述高压整流滤波电路1提供的高压直流电变成额定输出直流电压，提供给负载3；为了方便直流变压整流电路2与负载3的连接，在直流变压整流电路2与负载3之间还设有DC输出端口21，所述DC输出端口21的输入端与所述直流变压整流电路2连接，所述DC输出端口21的输出端与所述负载3连接；
第一输出电压检测电路4，检测直流变压整流电路2的输出电压，并经过第一输出电压检测电路4的第一光电耦合器41将第一反馈调节电压反馈给PWM控制器5；
电流检测电路6，检测直流变压整流电路2的输出电流，并反馈调节电流反馈给PWM控制器5；
PWM控制器5，根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路2输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
所述第一输出电压检测电路4还包括限压电路42，当所述第一输出电压检测电路4的第一反馈调节电压达到第一阈值时（当额定输出电压为5V时，第一阈值可以选择4.3V,当然，当额定输出电压为其它输出电压时，可以根据需要选择相应的第一阈值），所述限压电路42保持第一输出电压检测电路4的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，此时，PWM控制器5仅受电流检测电路6的反馈调节电流控制，并且跳转到线性降压工作模式；
线性降压控制电路8，所述线性降压控制电路8允许PWM控制器5通过调节占空比，使直流变压整流电路2的输出电压在低于所述第一阈值（当额定输出电压为5V时，第一阈值可以选择4.3V,当然，当额定输出电压为其它输出电压时，可以根据需要选择相应的第一阈值），高于第二阈值（当额定输出电压为5V时，第二阈值可以选择1.1V,当然，当额定输出电压为其它输出电压时，可以根据需要选择相应的第二阈值）的电压范围内工作；当线性降压控制电路8检测到直流变压整流电路2的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器71控制PWM控制器5跳转到保护工作模式。
本发明由于增加了压电路42和线性降压控制电路8，在线性降压电压区域范围内，即使是LED显示屏系统适当超载时，也不会出现有黑屏或跳转到保护模式，因此，本发明在基本不增加成本的情况下，可以大大提高本发明增加负载的能力。
作为对本发明的改进，本发明还包括第二输出电压检测电路7，当所述第二输出电压检测电路7检测到直流变压整流电路2的输出电压高于第三阈值时，通过第二光电耦合器71控制PWM控制器5跳转到保护工作模式。
优选的，所述PWM控制器5包括第一芯片U1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二变压器T2和第九三极管Q9，及其外围电路，所述第一芯片U1的FB脚与第一输出电压检测电路4的COM1脚连接，所述第一芯片U1的OB脚与所述第二光电耦合器71的OB脚连接，所述第一芯片U1的CS脚与电流检测电路6的CS脚连接，所述第一芯片U1的DRV脚输出的脉冲电流经由第一三极管Q1和第二三极管Q2构成的放大电路放大后，通过第二变压器T2和第九三极管Q9输送给直流变压整流电路2。
优选的，所述直流变压整流电路2包括第一MOS管Q3、第二MOS管Q4、第一变压器T1、第三MOS管Q10、第四MOS管Q6、第五MOS管Q5、第六MOS管Q8及其外围电路构成，所述第一MOS管Q3和第二MOS管Q4接收PWM控制器输送的脉冲电压，并经过第一变压器T1、第三MOS管Q10、第四MOS管Q6、第五MOS管Q5、第六MOS管Q8及其外围电路构成处理电路处理后，输送给DC输送端口21；所述直流变压整流电路2中的第二同步整流芯片U5及其外围电路为直流变压整流电路2提供电源。
优选的，所述第一输出电压检测电路4包括基准电压源U2、第一光电耦合器41、限压电路42及其外围电路，其中，限压电路42由第五稳压管ZD5和第二十八电容C28构成，用于嵌制第一光电耦合器41的COM1脚的输出电压。
优选的，所述第二输出电压检测电路7由串联的第十二二极管D12和第三稳压管ZD3构成，当所述直流变压整流电路2的输出电压高于第三阈值时（第三阈值等于第三稳压管ZD3的稳压值加上第十二二极管D12的顺向导通电压值(VF)，再加上第二光电耦合器71发光二极管顺向导通电压值(VF)之和；例如，如果第三稳压管ZD3的稳压值是5V, 第十二二极管D12使用硅管时的顺向导通电压值为0.7V,光电耦合器PC2发光二极管顺向导通电压1.2V(TYP.),则这时的第三阈值为6.9V；如果第十二二极管D12使用锗管，则第三阈值为6.5V-6.6V，通过第二光电耦合器71的控制脚OB控制PWM控制器5跳转到保护工作模式。
优选的，所述线性降压控制电路8由第十一三极管Q11、第七三极管Q7及其外围电路构成，第十一三极管Q11集电极通过第十二极管Q10的脚UVP与所述第二输出电压检测电路7中的相应脚UVP连接，所述第七三极管Q7的发射极与所述第二输出电压检测电路7中的V+脚连接，所述第十一三极管Q11的基极与所述第七三极管Q7的集电极连接，第七三极管Q7的基极与第三芯片U3的输出端连接，第三芯片U3的输入端与所述直流变压整流电路2的VD_1脚连接。
本发明还提供一种LED显示屏开关电源的控制方法，PWM控制器5根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路2输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
当第一输出电压检测电路4的第一反馈调节电压达到第一阈值时，限压电路42保持第一输出电压检测电路4的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，PWM控制器5仅受电流检测电路6的反馈调节电流控制，跳转到线性降压工作模式；线性降压控制电路8允许PWM控制器5通过调节占空比，使直流变压整流电路2的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；
当线性降压控制电路8检测到直流变压整流电路2的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器71控制PWM控制器5跳转到保护工作模式。
本发明的工作原理是：交流市电过输入，经过抗干扰滤波电路后，经高压整流滤波，给变压器提供一下工作的直流高压。
高压直流通过变压器降压，然后通过输出整流滤波，提供一个稳定的直流电压。
电源电压输出反馈电路和线性降压控制电路。开关电源通过对输出电压端口及源边电流的实时检测，通过光电耦合器件及线性降压控制电路，来调整PWM控制器，让电源工作在相对应的工作模式恒压模式，线性降压模式，打嗝模式，当电源输出负载过大，这时会导致输出电压过低，当达到预定的阀值电压时，电源就直接跳转到保护模式，保护模式可以两种之一，一种是锁机，另一种自动恢复模式，当为锁机模式时，需要人工才可恢复正常使用；当自动恢复模式时，负载恢复正常，电源会自动进入相对应的正常工作模式状态.
本发明中线性降压控制电路，还可以用通运放芯片来代替，通过对电源输出电压及电流的采样，通过运放芯片由光耦传到初级侧来调整PWM控制器，让电源工作在相对应的工作模式。第二种替代方式是通过MCU芯片实现，通过对电源输出电压及电流的采样，经MCU运算处理后，光耦传到初级侧来调整PWM控制器，让电源工作在相对应的工作模式。总之，线性降压控的控制电路，可以通过电子分立元件来做，也可以通过芯片运放集成芯片和MCU芯片控制电路来实现。
Claims (10)
1.一种具有多模式工作的LED显示屏开关电源，包括：
高压整流滤波电路（1），所述高压整流滤波电路（1）将交流市电（12）转换成高压直流电；
直流变压整流电路（2），将所述高压整流滤波电路（1）提供的高压直流电变成额定输出直流电，提供给负载（3）；
第一输出电压检测电路（4），检测直流变压整流电路（2）的输出电压，并经过第一输出电压检测电路（4）的第一光电耦合器（41）将第一反馈调节电压反馈给PWM控制器（5）；
电流检测电路（6），检测直流变压整流电路（2）的输出电流，并反馈调节电流反馈给PWM控制器（5）；
PWM控制器（5），根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路（2）输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
其特征在于，所述第一输出电压检测电路（4）还包括限压电路（42），当所述第一输出电压检测电路（4）的第一反馈调节电压达到第一阈值时，所述限压电路（42）保持第一输出电压检测电路（4）的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变， PWM控制器（5）仅受电流检测电路（6）的反馈调节电流控制，并且跳转到线性降压工作模式；
还包括线性降压控制电路（8），所述线性降压控制电路（8）允许PWM控制器（5）通过调节占空比，使直流变压整流电路（2）的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；当线性降压控制电路（8）检测到直流变压整流电路（2）的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器（71）控制PWM控制器（5）跳转到保护工作模式。
2.根据权利要求1所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：还包括第二输出电压检测电路（7），当所述第二输出电压检测电路（7）检测到直流变压整流电路（2）的输出电压高于第三阈值时，通过第二光电耦合器（71）控制PWM控制器（5）跳转到保护工作模式。
3.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：还包括高压输入滤波电路（11），所述高压输入滤波电路（11）将交流市电（12）滤波以后输入到高压整流滤波电路（1）。
4.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：还包括DC输出端口（21），所述DC输出端口（21）的输入端与所述直流变压整流电路（2）连接，所述DC输出端口（21）的输出端与所述负载（3）连接。
5.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：所述PWM控制器（5）包括第一芯片（U1）、第一三极管（Q1）、第二三极管（Q2）、第二变压器（T2）和第九三极管（Q9），及其外围电路，所述第一芯片（U1）的FB脚与第一输出电压检测电路（4）的COM1脚连接，所述第一芯片（U1）的OB脚与所述第二光电耦合器（71）的OB脚连接，所述第一芯片（U1）的CS脚与电流检测电路（6）的CS脚连接，所述第一芯片（U1）的DRV脚输出的脉冲电压经由第一三极管（Q1）和第二三极管（Q2）构成的放大电路放大后，通过第二变压器（T2）和第九三极管（Q9）输送给直流变压整流电路（2）。
6.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：所述直流变压整流电路（2）包括第一MOS管（Q3）、第二MOS管（Q4）、第一变压器（T1）、第三MOS管（Q10）、第四MOS管（Q6）、第五MOS管（Q5）、第六MOS管（Q8）及其外围电路构成，所述第一MOS管（Q3）和第二MOS管（Q4）接收PWM控制器输送的脉冲电充，并经过第一变压器（T1）、第三MOS管（Q10）、第四MOS管（Q6）、第五MOS管（Q5）、第六MOS管（Q8）及其外围电路构成处理电路处理后，输送给DC输送端口（21）；所述直流变压整流电路（2）中的第二同步整流芯片（U5）及其外围电路为直流变压整流电路（2）提供电源。
7.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：所述第一输出电压检测电路（4）包括基准电压源（U2）、第一光电耦合器（41）、限压电路（42）及其外围电路，其中，限压电路（42）由第五稳压管（ZD5）和第二十八电容（C28）构成，用于嵌制第一光电耦合器（41）的COM1脚的输出电压。
8.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：所述第二输出电压检测电路（7）由串联的第十二二极管（D12）和第三稳压管（ZD3）构成，当所述直流变压整流电路（2）的输出电压高于第三阈值时，通过第二光电耦合器（71）的控制脚OB控制PWM控制器（5）跳转到保护工作模式。
9.根据权利要求1或2所述的具有多模式工作的LED显示屏开关电源，其特征在于：所述线性降压控制电路（8）由第十一三极管（Q11）、第七三极管（Q7）及其外围电路构成，第十一三极管（Q11）集电极通过第十二极管（Q10）的脚（UVP）与所述第二输出电压检测电路（7）中的相应脚（UVP）连接，所述第七三极管（Q7）的发射极与所述第二输出电压检测电路（7）中的V+脚连接，所述第十一三极管（Q11）的基极与所述第七三极管（Q7）的集电极连接，第七三极管（Q7）的基极与第三芯片（U3）的输出端连接，第三芯片（U3）的输入端与所述直流变压整流电路（2）的VD_1脚连接。
10.一种LED显示屏开关电源的控制方法，其特征在于：PWM控制器（5）根据第一反馈调节电压和反馈调节电流控制直流变压整流电路（2）输出额定输出直流电压，开关电源工作在恒压模式；
当第一输出电压检测电路（4）的第一反馈调节电压达到第一阈值时，限压电路（42）保持第一输出电压检测电路（4）的第一反馈调节电压在所述第一阈值不变，PWM控制器（5）仅受电流检测电路（6）的反馈调节电流控制，跳转到线性降压工作模式；线性降压控制电路（8）允许PWM控制器（5）通过调节占空比，使直流变压整流电路（2）的输出电压在低于所述第一阈值，高于第二阈值的电压范围内工作；
当线性降压控制电路（8）检测到直流变压整流电路（2）的输出电压低于第二阈值时，通过第二光电耦合器（71）控制PWM控制器（5）跳转到保护工作模式。
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