CN112752374B - 电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法，恒功率电路包括基准源单元、光耦、三端电位器、电压环控制单元和电流环控制单元；三端电位器的中点接基准源单元的输出端，三端电位器的第一端接电压环控制单元的输入端，三端电位器的第二端接电流环控制单元的输入端，三端电位器用于基于基准源单元的基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流；电压环控制单元和电流环控制单元的反馈端接光耦的接收端，光耦的反馈端接基准源单元。本方案在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

Description

电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法

技术领域

本发明涉及到LED电源，更具体地说是指一种电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法。

背景技术

随首LED半导体照明的大量应用，恒功率驱动电源的规格型号也越来越多，由于LED灯珠需要恒流供电,相同功率下，不同电压和不同电流的驱动会有多个型号产生，这给生产备货造成诸多不便。

因此出现了宽范围工作的恒功率驱动电源，主要特点是电流可以调节，一般为额定值的1.5～2倍，电压也可以调节，一般为额定值的50％～100％之间，根据公式：P＝UI,这样同一个功率的驱动电源可以匹配不同电流的灯珠负载，大大提高了电源的兼容性，减少驱规格型号，但此类电源有个致命的缺点：那就是超功率，当电压调节到最大，电流也调节到最大时，此时的功率:根据公式：P＝UI,当电流I增大2倍时，U不变，P也会增大2倍，远远超过额定功率，电源损坏风险大增加。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提出一种电位器式恒功率电路，包括基准源单元、光耦、三端电位器、电压环控制单元和电流环控制单元；

所述三端电位器的中点接所述基准源单元的输出端，所述三端电位器的第一端接所述电压环控制单元的输入端，所述三端电位器的第二端接所述电流环控制单元的输入端，所述三端电位器用于基于所述基准源单元的基准电压成反比例调节所述电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流；

所述电压环控制单元和电流环控制单元的反馈端接所述光耦的接收端，所述光耦的反馈端接所述基准源单元，所述光耦用于将所述电压环控制单元和电流环控制单元的输出电压和输出电流反馈至所述基准源单元。

第二方面，本发明提出一种驱动电源，包括如上所述的电位器式恒功率电路。

第三方面，本发明提出一种电源恒功率调节方法，基于如上所述的电位器式恒功率电路，包括以下步骤：

获取基准源单元的基准电压；

调节三端电位器的动触点的位置，并基于基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，以保持输出功率恒定。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明一种电位器式恒功率电路、驱动电源及电源恒功率调节方法，通过调节三端电位器，以将基于所述基准源单元的基准电压成反比例调节所述电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种电位器式恒功率电路具体实施例的原理框图；

图2为本发明的一种电位器式恒功率电路具体实施例的电路图；

图3为本发明的一种电源恒功率调节方法具体实施例中的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

参考图1和2，本发明提出一种电位器式恒功率电路，包括基准源单元10、光耦20、三端电位器30、电压环控制单元40、电流环控制单元50、电压跟随单元80、电流PWM调光单元62、稳压单元70、电压PWM调光单元61和输出放大单元90。

其中，如图2所示，三端电位器30(PR1)的中点接基准源单元10的输出端，三端电位器30的第一端接电压环控制单元40的输入端，三端电位器30的第二端接电流环控制单元50的输入端，三端电位器30用于基于基准源单元10的基准电压成反比例调节电压环控制单元40的输出电压和电流环控制单元50的输出电流，在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

具体的，电位器通常由电阻体和可移动的动触点组成。当动触点沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。在一可选实施例中，本方案的一种电位器式恒功率电路在使用时，当顺时针旋转电位器时，接电流环控制单元50的一端电压增大，接电压环控制单元40的一端电压减小，且电压减小的比例和电流增大的比例相同，也即是成反比例调节；当逆时针旋转电位器时，接电流环控制单元50的一端电压减小，接电压环控制单元40的一端电压增大，且电压增大的比例和电流减小的比例相同，也即是成反比例调节。根据功率P＝UI公式定律，当电流I增大，电压U减小，且变化比例相同时，输出功率P将保持不变，达到输出恒功率目的。

其中，电压环控制单元40和电流环控制单元50的反馈端接光耦20的接收端，光耦20的反馈端接基准源单元10，光耦20用于将电压环控制单元40和电流环控制单元50的输出电压和输出电流反馈至基准源单元10，以保持输出电压和输出电压恒定。

其中，电压跟随单元80的输入端接三端电位器30的第二端，跟随单元的输出端接电流PWM调光单元62的输入端，电流PWM调光单元62的输出端接电流环控制单元50的输入端，电压跟随单元80用于对电流基准信号做阻抗匹配，后加到电流环控制单元50，减少相互影响。

参考图2，在本实施例中，电压跟随单元80包括第一运算放大器U103A和第一电阻(R136、R137和R138并联)，第一运算放大器U103A的输入正极接三端电位器30的第二端，第一运算放大器U103A的输出端接第一电阻的第一端，第一运算放大器U103A的输入负极接第一电阻的第二端和电流PWM调光单元62的输入端。

具体的，电流PWM调光单元62和电压PWM调光单元61均采用了复合半桥控制电路，复合半桥控制电路可减小PWM波形的上升和下降的时间，提高调光的线性度。

下面参考图2对电流PWM调光单元62进行说明，在本实施例中，电流PWM调光单元62包括第一功率开关管Q105、第二功率开关管Q104、第三功率开关管Q106、第二电阻R140、第三电阻R139、第四电阻R141、第五电阻、第六电阻R143、第一电容C117和第二电容C118；第一电阻的第二端接第一功率开关管Q105的S极，第一功率开关管Q105的G极接第二电阻R140的第一端、第二功率开关管Q104的D极和第三功率开关管Q106的G极，第二电阻R140的第二端接第三电阻R139的第一端，第三电阻R139的第二端接第二功率开关管Q104的G极和光耦20，第二功率开关管Q104的S极接第三功率开关管Q106的S极，以及第一电容C117、第二电容C118和第六电阻R143的第二端，第一功率开关管Q105和第三功率开关管Q106的D极接第四电阻R141的第一端，第四电阻R141的第二端接第一电容C117和第五电阻R142的第一端，第五电阻R142的第二端、第二电容C118的第一端和第六电阻R143的第一端接电流环控制单元50。

应该清楚的是，本方案通过设置电压PWM调光单元61和电流PWM调光单元62，可以匹配市面上主流的PWM调光接口电路，且在PWM调光接口工作时，不会影响到恒功率的电压电流环路，确保在任何工作条件下，驱动电源都不会出现超功率现象，以使采用本方案一种电位器式恒功率电路的驱动电源具有成本低，精度高，控制逻辑简单易调，不需要过多的数学计算的优点。

其中，电压PWM调光单元61的输入端接三端电位器30的第一端，电压PWM调光单元61的输出端接电电压环控制单元40和稳压单元70，本方案通过设置稳压单元70来限制电压环控制单元40的最高输出电压，以保证输出功率稳定可靠。

参考图2，本实施例中，稳压单元70包括可控精密稳压源V102、开关二极管D104和第七电阻R129，开关二极管D104的正极接和可控精密稳压源V102的参考极连接电压环控制单元40的输入端，可控精密稳压源V102的阳极接地，可控精密稳压源V102的阴极和开关二极管D104的负极接第七电阻R129的第一端，第七电阻R129的第二端接基准源单元10的输出端。本实施的稳压单元70当电压基准小于2.5V，稳压单元70处于开路状态，漏电流极低，对电位器式恒功率电路没有影响，当电压基准大于2.5V时，则会将电压环控制单元40的电压限制在2.5V，限制了电位器式恒功率电路的最高输出电压，进而实现将电路的输出电压限制在一定的范围内，保证输出功率不会过高，提高电路工作寿命。

在本实施例中，输出放大单元90接电流环控制单元50的输出端，输出放大单元90用于比较电流环控制单元50的输出电流和采样电流，以实现提高恒功率的精度，保证电流的基准和电压的基准变动率相同。

参考图2，输出放大单元90包括第二运算放大器U103B、第三电容C121、第八电阻R151，第二运算放大器U103B的输入正极接第三电容C121和第八电阻R151的第一端，第二运算放大器U103B的输入负极、第三电容C121的第二端和第八电阻R151的第二端接地，第二运算放大器U103B的输出极接电流环控制单元50。

参考图1，本发明的一种电位器式恒功率电路，的工作过程如下：基准源单元10，给整个电位器式恒功率电路提供基准参考，同时做VCC供电使用；基准源单元10的输出端接三端电位器30的中点端，以将电压基准加到三端电位器30，三端电位器30的另外两端分别接在电压跟随器和电压PWM调光单元61上，加到电压环控制单元40和电流环控制单元50上的是反向跟随的两个电压信号，此为恒功率电路的核心所在，电流基准信号经过电压跟随器，做阻抗匹配后，加到电流环控制单元50上，电流基准信号与输出放大单元90的输出信号做比较，然后控制光耦20反馈到基准源单元10(驱动电源的原边)，以保持电流恒定；电压基准信号经过电压PWM调光单元61后加到电压环控制单元40上，同时，电压基准信号被稳压单元70限制在一定范围内，电压环控制单元40也是通过控制光耦20反馈到基准源单元10(驱动电源的原边)，以保持电压恒定。

本发明提出一种电位器式恒功率电路，通过调节三端电位器30，以将基于基准源单元10的基准电压成反比例调节电压环控制单元40的输出电压和电流环控制单元50的输出电流，在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

在一可选实施例中，本发明还提出一种驱动电源，包括上述实施例所述的电位器式恒功率电路。

上述的驱动电源，可以是LED驱动电源或其他需要恒功率工作的驱动电源，具体的，本发明的驱动电源包括电位器式恒功率电路，通过调节三端电位器，以将基于基准源单元的基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

参考图3，在一实施例中，本发明还提出一种电源恒功率调节方法，其基于如上实施例所述的电位器式恒功率电路，包括以下步骤S10和S20。

S10、获取基准源单元的基准电压。

S20、调节三端电位器的动触点的位置，并基于基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，以保持输出功率恒定。

在本实施例中，电位器通常由电阻体和可移动的动触点组成。当动触点沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。本方案基于基准电压，反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，以保证输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

例如，在一可选实施例中，在使用时，当顺时针旋转电位器时，接电流环控制单元的一端电压增大，接电压环控制单元的一端电压减小，且电压减小的比例和电流增大的比例相同，也即是成反比例调节；当逆时针旋转电位器时，接电流环控制单元的一端电压减小，接电压环控制单元的一端电压增大，且电压增大的比例和电流减小的比例相同，也即是成反比例调节。根据功率P＝U I公式定律，当电流I增大，电压U减小，且变化比例相同时，输出功率P将保持不变，实现输出恒功率。

本方案通过将三端电位器的中点端接基准电压，通过调节三端电位器，以将基于基准源单元的基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，在适应不同LED负载的输出电流需求的同时，保持输出电压和输出电流的乘积即是功率不变，降低电源因为功率过高而损坏的可能性，提高电源的稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电位器式恒功率电路，其特征在于，包括基准源单元、光耦、三端电位器、电压环控制单元和电流环控制单元；

所述三端电位器的中点接所述基准源单元的输出端，所述三端电位器的第一端接所述电压环控制单元的输入端，所述三端电位器的第二端接所述电流环控制单元的输入端，所述三端电位器用于基于所述基准源单元的基准电压成反比例调节所述电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流；

所述电压环控制单元和电流环控制单元的反馈端接所述光耦的接收端，所述光耦的反馈端接所述基准源单元，所述光耦用于将所述电压环控制单元和电流环控制单元的输出电压和输出电流反馈至所述基准源单元；

还包括电压跟随单元和电流PWM调光单元，所述电压跟随单元的输入端接所述三端电位器的第二端，所述电压跟随单元的输出端接所述电流PWM调光单元的输入端，所述电流PWM调光单元的输出端接所述电流环控制单元的输入端；

还包括稳压单元和电压PWM调光单元，所述电压PWM调光单元的输入端接所述三端电位器的第一端，所述电压PWM调光单元的输出端接电所述电压环控制单元和所述稳压单元；

所述电流PWM调光单元和所述电压PWM调光单元均采用复合半桥控制电路；

所述电压跟随单元包括第一运算放大器和第一电阻，所述第一运算放大器的输入正极接所述所述三端电位器的第二端，所述第一运算放大器的输出端接所述第一电阻的第一端，所述第一运算放大器的输入负极接所述第一电阻的第二端和所述电流PWM调光单元的输入端；

所述电流PWM调光单元包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的第二端接第一功率开关管的S极，第一功率开关管的G极接第二电阻的第一端、第二功率开关管的D极和第三功率开关管的G极，第二电阻的第二端接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端接第二功率开关管的G极和所述光耦，第二功率开关管的S极接第三功率开关管的S极，以及第一电容、第二电容和第六电阻的第二端，第一功率开关管和第三功率开关管的D极接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端接第一电容和第五电阻的第一端，第五电阻的第二端、第二电容的第一端和第六电阻的第一端接所述电流环控制单元；

所述电压PWM调光单元包括第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第四电容；所述第九电阻的第一端连接于所述第十电阻的第一端、所述第十一电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接于所述第四功率开关管的G级，所述第十电阻的第二端连接于所述第四功率开关管的D级、所述第五功率开关管的G级及所述第六功率开关管的G级，所述第十一电阻的第二端连接于所述第五功率开关管的S级及所述第十二电阻的第一端,所述第十二电阻的第二端接地，所述第四功率开关管的S级连接于所述第六功率开关管的S级及所述第四电容的第一端，所述第五功率开关管的D级连接于所述第六功率开关管的D级及所述第十三电阻的第一端，所述第十三电阻的第二端连接于所述第四电容的第二端、所述电压环控制单元及所述稳压单元。

2.根据权利要求1所述的电位器式恒功率电路，其特征在于，所述稳压单元包括可控精密稳压源、开关二极管和第七电阻，所述开关二极管的正极接和所述可控精密稳压源的参考极连接所述电压环控制单元的输入端，所述可控精密稳压源的阳极接地，所述可控精密稳压源的阴极和开关二极管的负极接所述第七电阻的第一端，所述第七电阻的第二端接所述基准源单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的电位器式恒功率电路，其特征在于，还包括输出放大单元，所述输出放大单元接所述电流环控制单元的输出端，所述输出放大单元用于比较所述电流环控制单元的输出电流。

4.根据权利要求3所述的电位器式恒功率电路，其特征在于，所述输出放大单元包括第二运算放大器、第三电容、第八电阻，所述第二运算放大器的输入正极接第三电容和第八电阻的第一端，所述第二运算放大器的输入负极、第三电容的第二端和第八电阻的第二端接地，所述第二运算放大器的输出极接所述电流环控制单元。

5.一种驱动电源，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的电位器式恒功率电路。

6.一种电源恒功率调节方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的电位器式恒功率电路，包括以下步骤：

获取基准源单元的基准电压；

调节三端电位器的动触点的位置，并基于基准电压成反比例调节电压环控制单元的输出电压和电流环控制单元的输出电流，以保持输出功率恒定。