專利名稱：能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)恒流源電路，特別涉及一種能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān) 恒流源電路。
背景技術(shù)：
無論在照明、背光源還是顯示板領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)電路都是LED產(chǎn)品的重要組成部分，其技術(shù)成 熟度正隨著LED市場的擴(kuò)張而逐步增強(qiáng)。驅(qū)動(dòng)電路主要是為LED提供恒定的電流，以保證其發(fā) 光強(qiáng)度的穩(wěn)定和均勻。目前在LED的恒流驅(qū)動(dòng)方面比較成熟的技術(shù)一般有線性恒流驅(qū)動(dòng)控制技 術(shù)和開關(guān)電源恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)兩大類，兩者都是降壓驅(qū)動(dòng)。其中，線性恒流驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn) 結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但由于恒流驅(qū)動(dòng)串聯(lián)在輸入與輸出之間，導(dǎo)致電源轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)熱 量大；而開關(guān)電源恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，相比線性恒流控制技術(shù)，其采用開關(guān)電源芯片進(jìn)行恒流控 帝U，具有比線性電源高得多的電源轉(zhuǎn)換效率，因此降低了恒流驅(qū)動(dòng)電路的溫升，拓寬了輸入 電壓范圍，故而得到越來越廣泛的應(yīng)用。
為了對(duì)LED的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前廣泛采用的是低頻脈沖脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光技術(shù)， 其利用簡單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)LED恒流驅(qū)動(dòng)器，即可改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度。 因此，無論是采用線性恒流驅(qū)動(dòng)的LED，還是采用開關(guān)電源恒流驅(qū)動(dòng)的LED，現(xiàn)有的PWM調(diào)光技 術(shù)都是采用兩個(gè)分離的功能模塊構(gòu)成，分別是PWM調(diào)光信號(hào)產(chǎn)生模塊和恒流驅(qū)動(dòng)模塊，如圖l 所示，其中，PWM調(diào)光信號(hào)產(chǎn)生模塊生成低頻的PWM調(diào)光信號(hào)，來控制恒流驅(qū)動(dòng)模塊的開關(guān)， 通過改變調(diào)光信號(hào)的脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)LED的亮度調(diào)節(jié)，其實(shí)質(zhì)是一種二級(jí)PWM調(diào)光控制技術(shù)。 請(qǐng)參見圖2，其為恒流驅(qū)動(dòng)模塊工作原理示意圖，所述恒流驅(qū)動(dòng)模塊由控制電路模塊和開關(guān)電 源Buck電路構(gòu)成，通過對(duì)負(fù)載(即LED)端的電流檢測所獲得的電流采樣信號(hào)，使控制電路調(diào) 節(jié)所產(chǎn)生的PWM信號(hào)，此為第一級(jí)PWM信號(hào)；同時(shí)由PWM調(diào)光信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的低頻PWM調(diào)光 信號(hào)輸入至所述控制電路，控制恒流驅(qū)動(dòng)模塊的通斷，此為第二級(jí)PWM控制，因此現(xiàn)有的調(diào)光 技術(shù)中，由控制模塊將低頻PWM信號(hào)和電流采樣信號(hào)合成后形成功率管控制PWM信號(hào)，去控制 電源Buck電路中的開關(guān)管的通斷。顯然，在負(fù)載LED上得到的是一個(gè)具有很多諧波成分低頻矩 形波，由此就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)問題和體現(xiàn)在數(shù)碼設(shè)備上的高頻閃爍現(xiàn)象。雖然大多數(shù) 人因?yàn)橐曈X暫留分辨不出光源是否在閃爍，以為LED發(fā)出的光穩(wěn)定、連續(xù)，但儀器設(shè)備對(duì)此就 極為敏感了，體現(xiàn)在相機(jī)上就是照出來的幾張相片燈光亮度不一樣，而錄像機(jī)錄像結(jié)果就是看見燈光不停地閃爍。再有，由于現(xiàn)有的開關(guān)恒流PWM技術(shù)一般都直接在負(fù)載端進(jìn)行電流反饋 采樣，因此，不可能對(duì)輸出的低頻矩形波進(jìn)行濾波處理，否則會(huì)導(dǎo)致恒流失效。
由上所述，如何解決現(xiàn)有的P而調(diào)光技術(shù)所產(chǎn)生的EMI和高頻閃爍問題，實(shí)已成為本領(lǐng)域技 術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路。 為了達(dá)到上述目的及其他目的，本實(shí)用新型提供的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒 流源電路，包括具有總線接口且用于輸入亮度數(shù)據(jù)的亮度數(shù)據(jù)輸入單元；與負(fù)載相連接且 用于檢測所述負(fù)載電流是否達(dá)到過流值的過流檢測單元；總線；與所述過流檢測單元相連接 且用于計(jì)數(shù)所述負(fù)載電流由0持續(xù)升至過流值所需時(shí)間，以產(chǎn)生調(diào)光亮度初值的計(jì)數(shù)單元； 與所述計(jì)數(shù)單元相連接，且通過所述總線與所述亮度數(shù)據(jù)輸入單元相連接，用于提供初始控 制信號(hào)以使所述計(jì)數(shù)單元開始計(jì)數(shù)，并根據(jù)所述計(jì)數(shù)單元產(chǎn)生的調(diào)光亮度初值、所述總線傳 輸至的亮度數(shù)據(jù)、及所述負(fù)載預(yù)設(shè)的額定工作電流產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)光亮度值的具有總線接口的 調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元；與所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元相連接，用于根據(jù)所述初始控制信號(hào)產(chǎn)生 相應(yīng)的初始功率管控制信號(hào)、以及用于根據(jù)所述調(diào)光亮度值和所述初始功率管控制信號(hào)產(chǎn)生 相應(yīng)的功率管控制信號(hào)的功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元；與所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元輸出端 相連接，用于根據(jù)所述初始功率管控制信號(hào)使功率管導(dǎo)通以使負(fù)載電流持續(xù)上升至過流、以 及用于根據(jù)功率管控制信號(hào)開啟或關(guān)閉所述功率管以輸出高頻信號(hào)的具有功率管的開關(guān)電 路；與所述開關(guān)電路輸出端相連接且用于對(duì)所述高頻信號(hào)濾波以形成驅(qū)動(dòng)負(fù)載的無諧波的直 流信號(hào)的濾波電路；與所述功率管及所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元相連接且用于將檢測出的 負(fù)載的當(dāng)前電流值反饋至所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元以使所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元根 據(jù)所述負(fù)載的當(dāng)前電流值調(diào)整所產(chǎn)生的功率管控制信號(hào)的電流檢測單元。
較佳的，所述亮度數(shù)據(jù)為符合DMX512協(xié)議的DMX數(shù)據(jù)；所述總線為RS485總線。 較佳的，所述過流檢測單元包括光耦；所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元和計(jì)數(shù)單元由嵌入式處 理器及提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振電路來實(shí)現(xiàn)；所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元包括與所述晶振電路 相連接的復(fù)雜可編程邏輯器件。 較佳的，所述負(fù)載為LED。
綜上所述，本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路通過將電流反饋 采樣設(shè)置在開關(guān)電路的功率管處，從而可在負(fù)載LED端進(jìn)行高頻濾波，使負(fù)載LED上得到一個(gè)直流電流，如此可有效解決EMI問題和高頻閃爍問題。


圖1為現(xiàn)有調(diào)光技術(shù)原理示意圖。
圖2為現(xiàn)有調(diào)光技術(shù)中的恒流驅(qū)動(dòng)模塊工作原理示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路開關(guān)單元的電路結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路至少包括亮度 數(shù)據(jù)輸入單元、過流檢測單元、總線、計(jì)數(shù)單元、調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元、功率管控制信號(hào)產(chǎn) 生單元、開關(guān)電路、濾波電路、及電流檢測單元。
所述亮度數(shù)據(jù)輸入單元具有總線接口，用于輸入亮度數(shù)據(jù)，其中，所述亮度數(shù)據(jù)可為符 合DMX512協(xié)議的DMX數(shù)據(jù)。
所述過流檢測單元與負(fù)載相連接，用于檢測所述負(fù)載電流是否達(dá)到過流值，其可包括與 負(fù)載相連接的光耦，所述負(fù)載可為LED等。
所述總線可為RS485總線。
所述計(jì)數(shù)單元與所述過流檢測單元相連接，用于計(jì)數(shù)所述負(fù)載電流由0持續(xù)升至過流值 所需時(shí)間，以產(chǎn)生調(diào)光亮度初值。
所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元具有總線接口，與所述計(jì)數(shù)單元相連接，且通過所述總線與所 述亮度數(shù)據(jù)輸入單元相連接，用于提供初始控制信號(hào)以使所述計(jì)數(shù)單元開始計(jì)數(shù)，并根據(jù)所 述計(jì)數(shù)單元產(chǎn)生的調(diào)光亮度初值、所述總線傳輸至的亮度數(shù)據(jù)、及所述負(fù)載預(yù)設(shè)的額定工作 電流產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)光亮度值，其與所述計(jì)數(shù)單元可由嵌入式處理器、及提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振 電路等來實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)剛通電時(shí)，所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元發(fā)送一初始控制信號(hào)，使負(fù)載 LED導(dǎo)通，嵌入式處理器根據(jù)晶振電路提供的時(shí)鐘信號(hào)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)所述過流檢測單元的光耦 由0跳變?yōu)?時(shí)，所述嵌入式處理器記錄此時(shí)的計(jì)數(shù)，此即為調(diào)光亮度初值X1，而若負(fù)載LED 預(yù)設(shè)的過流值為350mA，預(yù)設(shè)的額定電流值為300mA，輸入的亮度值為Y，則所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元產(chǎn)生的調(diào)光亮度值為Xl*Y*300/350。
所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元與所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元相連接，用于根據(jù)所述初始控 制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的初始功率管控制信號(hào)，以及用于根據(jù)所述調(diào)光亮度值(例如XWY4300/350) 產(chǎn)生相應(yīng)的功率管控制信號(hào)，其可包括復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，所述CPLD產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。
所述開關(guān)電路具有功率管l，與所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元輸出端相連接，用于根據(jù)所 述初始功率管控制信號(hào)使所述功率管導(dǎo)通以使負(fù)載電流持續(xù)上升至過流、以及用于根據(jù)功率
管控制信號(hào)開啟或關(guān)閉所述功率管以輸出高頻信號(hào)，如圖4所示，其還包括與功率管l連 接的電感2、及與所述功率管1相連的續(xù)流二極管5等。所述過流檢測單元的光耦8與負(fù)載 LED 3相連，通過過流檢測信號(hào)端9檢測負(fù)載LED 3的電流是否達(dá)到過流。
所述濾波電路與所述開關(guān)電路輸出端相連接，用于對(duì)所述高頻信號(hào)濾波以形成驅(qū)動(dòng)負(fù)載 的無諧波的直流信號(hào)，其為與負(fù)載LED 3相連的濾波電容6。
所述電流檢測單元與所述功率管及所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元相連接，用于將檢測出 的負(fù)載LED 3的當(dāng)前電流值反饋至所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元以使所述功率管控制信號(hào)產(chǎn) 生單元根據(jù)所述負(fù)載的當(dāng)前電流值調(diào)整所產(chǎn)生的功率管控制信號(hào)，其可包括與所述功率管1 串聯(lián)的采樣電阻4，通過電流采樣信號(hào)端7可獲取負(fù)載LED 3的當(dāng)前電流值。
再請(qǐng)參見圖5，其為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例示意圖，在本實(shí)施例中，由晶振電路向嵌入 式處理器及CPLD提供時(shí)鐘信號(hào)CLK，所述開關(guān)電路、濾波電路、電流檢測電路及額定電流檢 測單元都由包含在DC-DC降壓電路(即Buck電路)中，嵌入式處理器通過數(shù)據(jù)總線和控制總 線與CPLD相連接，通過RS485總線與所述亮度數(shù)據(jù)輸入單元相連，CPLD通過狀態(tài)信號(hào)與控制 信號(hào)與Buck電路相連，晶振電路通過系統(tǒng)時(shí)鐘端口與嵌入式處理器和CPLD相連，Buck電路 與負(fù)載LED相連。其工作過程是
(1) 上電啟動(dòng)初始化。
(2) 負(fù)載檢測。所述嵌入式處理器向CPLD發(fā)送初始控制信號(hào)，使CPLD產(chǎn)生相應(yīng)的初始 功率管控制信號(hào)(即占空比為1的PWM脈沖)，而所述嵌入式處理器從O開始計(jì)數(shù)， 當(dāng)所述過流檢測信號(hào)輸出從0變化到1，所述嵌入式處理器記下當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，此 時(shí)對(duì)應(yīng)的是所述調(diào)光亮度初值。
(3) 進(jìn)入正常工作狀態(tài)。所述嵌入式處理器接收來自于所述RS485總線上的亮度值，并 根據(jù)此DMX亮度值和預(yù)設(shè)的額定電流值等計(jì)算對(duì)應(yīng)的調(diào)光亮度值，并通過所述數(shù)據(jù) 總線將此調(diào)光亮度值傳遞給所述CPLD，所述CPLD根據(jù)所述調(diào)光亮度值及初始功率管控制信號(hào)改變PWM信號(hào)的占空比，由此控制所述Buck電路功率管的通斷，從而控制所述負(fù)載LED上的電流值，同時(shí)根據(jù)所述電流檢測單元檢測到的當(dāng)前電流值調(diào)整所產(chǎn)生的PWM信號(hào)，從而達(dá)到恒定電流的目的。(4)過流檢測狀態(tài)。當(dāng)所述過流檢測信號(hào)從0變化到1時(shí)，表明此時(shí)所述負(fù)載LED可能短路，則重新返回上述步驟(2)，即所述嵌入式處理器重新發(fā)送初始控制信號(hào)，并開始計(jì)數(shù)以獲得新的調(diào)光亮度初值，然后再重新計(jì)算調(diào)光亮度值，使CPLD產(chǎn)生新的PWM信號(hào)去控制功率管，達(dá)到限流的目的。綜上所述，本實(shí)用新型的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路通過將電流反饋采樣設(shè)置在DC-DC降壓電路的開關(guān)管處，去掉了輸出末端(即負(fù)載LED端)的反饋采樣，使得在負(fù)載LED端可以進(jìn)行高頻濾波，從而在負(fù)載LED上得到一個(gè)直流電流，從根本上解決了EMI問題和高頻閃爍問題；而且，控制所述CPLD的不再是作為低頻開關(guān)的調(diào)光信號(hào)PWM，而是從所述數(shù)據(jù)總線上送過來的調(diào)光亮度值，根據(jù)相應(yīng)的調(diào)光亮度值，所述CPLD產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一級(jí)PWM信號(hào)(即功率管控制PWM)控制所述Buck電路的功率管的通斷。按照此一級(jí)PWM調(diào)光控制技術(shù)，負(fù)載LED上得到的是一個(gè)高頻波，對(duì)它進(jìn)行高頻濾波后就能得到一個(gè)消除了諧波成分的直流波，從而可以抑制電磁干擾(EMI)問題的產(chǎn)生和體現(xiàn)在儀器設(shè)備上的高頻閃爍現(xiàn)象。
上述實(shí)施例僅列示性說明本實(shí)用新型的原理及功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本實(shí)用新型的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求1.一種能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于包括具有總線接口且用于輸入亮度數(shù)據(jù)的亮度數(shù)據(jù)輸入單元；與負(fù)載相連接且用于檢測所述負(fù)載電流是否達(dá)到過流值的過流檢測單元；總線；與所述過流檢測單元相連接且用于計(jì)數(shù)所述負(fù)載電流由0持續(xù)升至過流值所需時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)光亮度初值的計(jì)數(shù)單元；與所述計(jì)數(shù)單元相連接且通過所述總線與所述亮度數(shù)據(jù)輸入單元相連接，用于提供初始控制信號(hào)以使所述計(jì)數(shù)單元開始計(jì)數(shù)，并根據(jù)所述計(jì)數(shù)單元產(chǎn)生的調(diào)光亮度初值、所述總線傳輸至的亮度數(shù)據(jù)、及所述負(fù)載預(yù)設(shè)的額定工作電流產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)光亮度值的具有總線接口的調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元；與所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元相連接且用于根據(jù)所述初始控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的初始功率管控制信號(hào)、以及用于根據(jù)所述調(diào)光亮度值和所述初始功率管控制信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的功率管控制信號(hào)的功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元；與所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元輸出端相連接且用于根據(jù)所述初始功率管控制信號(hào)使功率管導(dǎo)通以使負(fù)載電流持續(xù)上升至過流、以及用于根據(jù)功率管控制信號(hào)開啟或關(guān)閉所述功率管以輸出高頻信號(hào)的具有功率管的開關(guān)電路；與所述開關(guān)電路輸出端相連接且用于對(duì)所述高頻信號(hào)濾波以形成驅(qū)動(dòng)負(fù)載的無諧波的直流信號(hào)的濾波電路；與所述功率管及所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元相連接且用于將檢測出的負(fù)載的當(dāng)前電流值反饋至所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元以使所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元根據(jù)所述負(fù)載的當(dāng)前電流值調(diào)整所產(chǎn)生的功率管控制信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恒流的電流檢測單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于所 述亮度數(shù)據(jù)輸入單元為輸入符合DMX512協(xié)議的DMX數(shù)據(jù)的單元。
3. 如權(quán)利要求1所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于所 述總線為RS485總線。
4. 如權(quán)利要求1所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于所 述過流檢測單元包括光耦。
5. 如權(quán)利要求l所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于所述調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元和計(jì)數(shù)單元由嵌入式處理器及提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振電路來實(shí)現(xiàn)。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于: 所述功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元包括與所述晶振電路相連接的復(fù)雜可編程邏輯器件。
7. 如權(quán)利要求l所述的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，其特征在于所 述負(fù)載為LED。
專利摘要本實(shí)用新型提供的能消除電磁干擾和高頻閃爍的開關(guān)恒流源電路，包括亮度數(shù)據(jù)輸入單元；與負(fù)載相連接的過流檢測單元；總線；用于計(jì)數(shù)負(fù)載電流由0持續(xù)升至過流值所需時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)光亮度初值的計(jì)數(shù)單元、用于提供初始控制信號(hào)以使計(jì)數(shù)單元開始計(jì)數(shù)，并根據(jù)調(diào)光亮度初值、總線傳輸至的亮度數(shù)據(jù)、及負(fù)載額定工作電流產(chǎn)生調(diào)光亮度值的調(diào)光亮度值產(chǎn)生單元、用于根據(jù)調(diào)光亮度值產(chǎn)生控制信號(hào)的功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元；用于根據(jù)控制信號(hào)開閉功率管以輸出高頻信號(hào)的開關(guān)電路；用于對(duì)高頻信號(hào)濾波以形成驅(qū)動(dòng)負(fù)載的直流信號(hào)的濾波電路；用于將當(dāng)前負(fù)載電流值反饋至功率管控制信號(hào)產(chǎn)生單元以實(shí)現(xiàn)恒流的電流檢測單元，由此可有效解決電磁干擾和高頻閃爍問題。
文檔編號(hào)H05B37/02GK201369860SQ20092005225
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者韜 李, 前 王 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)