[發明專利]一種嵌入式實現的智能恒流驅動器及其控制方法

有效

• 申請號: 201210266100.X
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102769981A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 賀宏錕;王林博;石雷;陽金金
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種嵌入式芯片實現的智能恒流驅動器，其特征在于包括整流濾波模塊、零點檢測模塊、DC-DC變換模塊、過流保護模塊、MOS管驅動模塊和嵌入式芯片控制模塊；任意波形周期信號的火線L與整流濾波模塊的正交流輸入端AC+相接，任意波形周期信號的零線N與整流濾波模塊的負交流輸入端AC-相接；同時任意波形周期信號的火線接零點檢測模塊的輸入端，零點檢測模塊的輸出端接嵌入式芯片控制模塊的I/O口；整流濾波模塊的輸入濾波電解電容C1的正極為正直流輸出端DC+，C1的負極為負直流輸出端DC-；濾波電容C1的正極同時與開關管Q1的漏極相接，而Q1的源極與續流二極管D的負極和電感L的一端相接，Q1的柵極與MOS管驅動模塊的輸出端相接；電感L的另一端接輸出濾波電解電容C2的正極和過流保護模塊的輸入端；開關管Q1、續流二極管D和電感L共同構成BUCK型DC-DC變換模塊；過流保護模塊的輸出端與負載LED陣列的正極相接，LED陣列的負極接比較器0的反向輸入端、比較器1的反向輸入端和輸出電流采樣電阻Rs的一端；Rs的另一端與電容C2的負極、續流二極管D的正極、電容C1的負極和整流橋的負直流輸出端DC-相接；比較器0的正向輸入端接基準電壓V_ref0，輸出端接嵌入式芯片的I/O口P1.2；比較器1的正向輸入端接基準電壓V_ref1，輸出端接嵌入式芯片的I/O口P1.1。嵌入式芯片控制模塊的串口管腳COM與上位機和遠程控制計算機相接。同時，MOS管驅動電路的輸入端、矩陣鍵盤和數碼管分別接嵌入式芯片其它的I/O口管腳。

2.根據權利要求1所述嵌入式芯片實現的智能恒流驅動器，其特征在于：所述DC-DC變換模塊為BUCK型、BOOST型或BUCK-BOOST型的DC-DC變換電路。

3.一種利用權利要求1所述嵌入式芯片實現的智能恒流驅動器的控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將輸入的任意波形的周期信號經過整流濾波后變為直流信號，該直流信號的最低電壓滿足DC-DC的轉換要求；

步驟2：將直流信號在其一個周期T內分為n等份，采樣這n個等分處直流信號得到電壓值U₀、U₁…U_k…U_n-1；其中，U₀為直流信號的電壓最小值；

步驟3：計算一個周期內PWM信號的n個占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1，U_i為n個瞬時電壓值，i為從0到n-1的整數；

當DC-DC模塊為BUCK型電路時，D_i=U_out/U_i；

當DC-DC模塊為BOOST型電路時，1-D_i=U_i/U_out；

當DC-DC模塊為BOOST-BUCK型電路時，D_i=U_out/(U_i+U_out)；

步驟4：將該組占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1存入嵌入式芯片中，并輸出與占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1相對應的PWM脈沖控制信號；具體方法為：用定時器0將PWM信號的周期固定為T_s=T/n，用定時器1控制PWM信號的脈沖寬度T_on=T_s*D，進而，控制嵌入式芯片輸出周期T_s恒定，占空比為分別為D₀、D₁…D_k…D_n-1的PWM信號；

所述各點的占空比與輸入信號的同步匹配通過零點檢測電路實現，具體方法為：當嵌入式芯片檢測到零點檢測電路傳來的輸入信號電壓最低點時，嵌入式芯片依次輸出占空比為D₀、D₁…D_k…D_n-1的PWM信號；

同時，嵌入式芯片根據雙限流控制模塊得到的輸出反饋信號調節輸出PWM信號的占空比，具體方法為：

（1）根據采樣電阻R_s與設計要求的輸出電流I_out計算采樣電壓值V_s=R_s*I_out；

（2）根據采樣電壓值V_s設定兩個基準電壓Vref1和Vref2，V_ref0、V_ref1的選取需滿足如下條件：V_ref0>V_s>V_ref1，且Ve=（V_ref0-V_ref1）<V_p，其中，V_p為設計要求的最大輸出紋波電壓；

（3）當系統輸入電壓的有效值或負載參數發生變化時，采樣電壓變為V`_s，將V_s與兩個基準電壓Vref1和Vref2進行比較：

當V`<sub>s</sub>大于V<sub>ref1</sub>時，比較器0輸出高電平，嵌入式芯片檢測到比較器0輸出的高電平后，減小輸出PWM信號的占空比使得V`_s小于V_ref1；

當V`<sub>s</sub>小于V<sub>ref2</sub>時，比較器1輸出高電平，嵌入式芯片檢測到比較器1輸出的高電平后，增大PWM信號的占空比使得V`_s大于V_ref2；

步驟5：PWM信號經過MOS管自舉升壓驅動后控制開關管的通斷，進而控制輸入向負載的能量傳遞，實現系統的恒流輸出。