一种嵌入式实现的智能恒流驱动器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器及其控制方法，技术特征在于包括整流滤波模块、零点检测模块、DC-DC变换模块、过流保护模块、双限流控制模块、MOS管驱动模块、嵌入式智能控制模块以及基于嵌入式的拓展功能模块本发明专利技术的恒流驱动器输入范围大、效率高、可升级、电路结构简单、输出电流可调以及扩展功能丰富的智能恒流控制系统。同时，当负载为LED阵列时，该系统可实现对LED阵列的调光、调色以及闪烁控制等功能。这样，本发明专利技术就可用于实现LED照明、LED警示灯、LED显示等装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能恒流驱动器方案及其控制方法，主要涉及。
技术介绍
目前，主要的PWM(脉冲宽度调制)开关恒流驱动的控制方法有两种，分别为电压型PWM开关恒流控制和电流型PWM开关恒流控制。PWM开关恒流控制的基本工作原理是在系统输入电压、 内部参数以及外接负载发生变化的情况下，恒流控制电路根据采样的输出电流信号与基准信号的差值进行闭环反馈调节。由于PWM信号的频率恒定，故只需调节一个周期内主电路开关器件的导通时间，便可控制输入向负载传递的能量大小，实现系统电流的恒定输出。对于电压型PWM开关恒流驱动控制方法，其典型电路如图2所示。基本原理为采样系统的输出电流并转化为电压Vsen。Vsen通过误差放大器与基准电压Vref进行比较放大，得到相应的误差放大信号Vc (t)。Vc (t)再与锯齿波信号经过PWM比较器比较后，产生对应占空比的PWM波信号，控制开关器件的通断时间。当输出电流变大时，采样电压Vsen增大。由于基准电压Vref不变，故误差放大器的输出Vc (t)减小，相应的，PWM比较器输出的信号占空比也随之减小。进而，一个周期内开关管导通时间减小，使得系统的输出电流下降，实现系统电流的恒定输出。对于电流型PWM开关恒流驱动，与电压控制模式不同，电流控制模式的PWM比较器的输入由电压控制模式中的锯齿波信号，换成了电感电流采样值与斜坡补偿信号之和的电压Vs。比较器的另一端仍然是输出电压采样值与基准电压的误差放大值。每个周期开始时，时钟信号将开关开启，流过开关和电感的电流增大，当电流增大到Vs超过Vc⑴时，RS触发器R端置高电位，开关被关断。如果系统输出电流变大，则Vsen增大，开关导通时Vs上升速度加快，Vs超过Vc (t)所需要的时间缩短。于是开关管的导通时间Ton被缩短，PWM信号的占空比减小。进而，使得系统的输出电流下降，实现系统的恒流输出。但是，由于以上两种控制方法中波形发生电路和补偿电路多，整个控制电路结构复杂，且功能单一，智能控制以及多机通信等诸多功能无法实现。而目前的智能恒流控制装置，其嵌入式芯片并不产生控制开关管通断的PWM信号，而需要独立的恒流或稳压控制芯片来实现系统的恒流输出功能。其恒流控制方法依然采用传统的电压型或电流型开关恒流控制。嵌入式芯片只用来实现装置的智能控制以及多机通信等拓展功能。从而对嵌入式芯片利用不足，造成资源浪费的同时也使得整个恒流控制电路变得复杂。见专利申请号为201110397478. 9的一种智能恒流供电装置。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器及其控制方法，是一种输入范围大、效率高、可升级、电路结构简单、输出电流可调以及扩展功能丰的智能恒流控制系统。技术方案一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器，其特征在于包括整流滤波模块、零点检测模块、DC-DC变换模块、过流保护模块、MOS管驱动模块和嵌入式芯片控制模块；任意波形周期信号的火线L与整流滤波模块的正交流输入端AC+相接，任意波形周期信号的零线N与整流滤波模块的负交流输入端AC-相接；同时任意波形周期信号的火线接零点检测模块的输入端，零点检测模块的输出端接嵌入式芯片控 制模块的I/O 口 ；整流滤波模块的输入滤波电解电容Cl的正极为正直流输出端DC+，Cl的负极为负直流输出端DC-;滤波电容Cl的正极同时与开关管Ql的漏极相接，而Ql的源极与续流二极管D的负极和电感L的一端相接，Ql的栅极与MOS管驱动模块的输出端相接；电感L的另一端接输出滤波电解电容C2的正极和过流保护模块的输入端；开关管Ql、续流二极管D和电感L共同构成BUCK型DC-DC变换模块；过流保护模块的输出端与负载LED阵列的正极相接，LED阵列的负极接比较器O的反向输入端、比较器I的反向输入端和输出电流米样电阻Rs的一端；Rs的另一端与电容C2的负极、续流二极管D的正极、电容Cl的负极和整流桥的负直流输出端DC-相接；比较器O的正向输入端接基准电压Vmki，输出端接嵌入式芯片的I/O 口 Pl. 2 ;比较器I的正向输入端接基准电压VMfl，输出端接嵌入式芯片的I/O 口 Pl. I。嵌入式芯片控制模块的串口管脚COM与上位机和远程控制计算机相接。同时，MOS管驱动电路的输入端、矩阵键盘和数码管分别接嵌入式芯片其它的I/O 口管脚。所述DC-DC变换模块为BUCK型、BOOST型或BUCK-B00ST型的DC-DC变换电路。一种利用所述嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器的控制方法，其特征在于步骤如下步骤I :将输入任意波形的周期信号经过整流滤波后变为直流信号，该直流信号的最低电压满足DC-DC的转换要求；步骤2 :将直流信号在其一个周期T内分为η等份，采样这η个等分处直流信号得到电压值％、U1…Uk…Ulri ;其中，Utl为直流信号的电压最小值；步骤3 :计算一个周期内PWM信号的η个占空比DpDrHDfDn^Ui为η个瞬时电压值，i为从O到η-i的整数；当DC-DC 模块为 BUCK 型电路时，Di=UoutZUi ；当DC-DC 模块为 BOOST 型电路时，I-Di=UiZUut ；当DC-DC 模块为 B00ST-BUCK 型电路时，Di=Uout/ (U^Uout)；步骤4 :将该组占空比0。#··%···Dlri存入嵌入式芯片中，并输出与占空比D。#···Dk…Dlri相对应的PWM脉冲控制信号；具体方法为用定时器O将PWM信号的周期固定为Ts=T/n，用定时器I控制PWM信号的脉冲宽度Tm=Ts*D，进而，控制嵌入式芯片输出周期1；恒定，占空比为分别为％、D1…Dk…Dlri的PWM信号；所述各点的占空比与输入信号的同步匹配通过零点检测电路实现，具体方法为当嵌入式芯片检测到零点检测电路传来的输入信号电压最低点时，嵌入式芯片依次输出占空比为DpDrHDfDlri的PWM信号；同时，嵌入式芯片根据双限流控制模块得到的输出反馈信号调节输出PWM信号的占空比，具体方法为(I)根据采样电阻Rs与设计要求的输出电流Iwt计算采样电压值Vs=Rs*Iwt ；(2)根据采样电压值Vs设定两个基准电压Vrefl和Vref2，Vref(l、V,efl的选取需满足如下条件VMf(l>Vs>VMfl，且Ve= (Vref0-Vrefl) <vp，其中，Vp为设计要求的最大输出纹波电压；( 3 )当系统输入电压的有效值或负载参数发生变化时，采样电压变为V's，将Vs与两个基准电压Vrefl和Vref2进行比较 当V's大于Vrefl时，比较器O输出高电平，嵌入式芯片检测到比较器O输出的高电平后，减小输出PWM信号的占空比使得V's小于VMfl ；当V's小于Vref2时，比较器I输出高电平，嵌入式芯片检测到比较器I输出的高电平后，增大PWM信号的占空比使得V's大于VMf2 ；步骤5 =PWM信号经过MOS管自举升压驱动后控制开关管的通断，进而控制输入向负载的能量传递，实现系统的恒流输出。有益效果本专利技术提出的一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器及其控制方法，是一种输入范围大、效率高、可升级、电路结构简单、输出电流可调以及扩展功能丰富的智能恒流控制系统。同时，当负载为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器，其特征在于包括整流滤波模块、零点检测模块、DC？DC变换模块、过流保护模块、MOS管驱动模块和嵌入式芯片控制模块；任意波形周期信号的火线L与整流滤波模块的正交流输入端AC+相接，任意波形周期信号的零线N与整流滤波模块的负交流输入端AC？相接；同时任意波形周期信号的火线接零点检测模块的输入端，零点检测模块的输出端接嵌入式芯片控制模块的I/O口；整流滤波模块的输入滤波电解电容C1的正极为正直流输出端DC+，C1的负极为负直流输出端DC？；滤波电容C1的正极同时与开关管Q1的漏极相接，而Q1的源极与续流二极管D的负极和电感L的一端相接，Q1的栅极与MOS管驱动模块的输出端相接；电感L的另一端接输出滤波电解电容C2的正极和过流保护模块的输入端；开关管Q1、续流二极管D和电感L共同构成BUCK型DC？DC变换模块；过流保护模块的输出端与负载LED阵列的正极相接，LED阵列的负极接比较器0的反向输入端、比较器1的反向输入端和输出电流采样电阻Rs的一端；Rs的另一端与电容C2的负极、续流二极管D的正极、电容C1的负极和整流桥的负直流输出端DC？相接；比较器0的正向输入端接基准电压Vref0，输出端接嵌入式芯片的I/O口P1.2；比较器1的正向输入端接基准电压Vref1，输出端接嵌入式芯片的I/O口P1.1。嵌入式芯片控制模块的串口管脚COM与上位机和远程控制计算机相接。同时，MOS管驱动电路的输入端、矩阵键盘和数码管分别接嵌入式芯片其它的I/O口管脚。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺宏锟，王林博，石雷，阳金金，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：