大電流快速變換高瞬態響應電源的製作方法

2023-05-05 01:53:31

專利名稱：大電流快速變換高瞬態響應電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種瞬態響應電源，特別涉及一種大電流快速變換高瞬態響應電源。
背景技術：
目前用功率LED DLP光源供電的技術都採用AC-DC工業控制電源方案來實現供電，當市電進入電源後，先經過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和幹擾信號，然後經過整流和濾波得到高壓直流電。接著通過開關電路把直流電轉為高頻脈動直流電，再送高頻開關變壓器降壓，通過大電感濾波及超大電容儲能後輸出用於驅動板驅動燈泡的低壓直流電壓，變壓器降壓應用正激式拓撲技術，當變壓器的初級線圈在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈就有功率輸出，其電壓反饋機制是在二次側的輸出電感後取反饋電壓，通過光電耦合反饋至一次側，由PCM控制晶片進行比較並調整輸出佔空比以達到穩壓的目的。此種技術方案的電源能實現較大功率輸出，普遍適用於低壓大電流的工業控制領域，但是應用在LED、DLP領域時，由於其器件多，反饋線路長，反饋誤差大，不能實現遠程反饋，響應能力差；在器件上消耗的電能過多，造成電源效率較低，發熱量大，需要風扇散熱， 噪聲大；輸出電壓動態負載變換率一般不能超過士 30%，其負載變換速率也不支持微秒級別(如(Γ100%負載，30A/US)的大電流變換，瞬態響應能力較差；其前級不能實現供電系統電源冗餘供電，系統可靠性較低。對於目前日益發展的需要大電流快速變換高瞬態響應的大功率DLP、LED的供電， 現有技術中的這種供電電源作為非專業的DLP、LED驅動電源，在使用中顯得明顯力不從心。

發明內容
本發明提供一種大電流快速變換高瞬態響應電源，解決了給大功率DLP、LED供電時大電流變換慢，瞬態響應能力差，供電效率低的問題。一種大電流快速變換高瞬態響應電源，該電源包括相互連接的點燈模塊、時序控制模塊以及電源管理功能模塊；
所述點燈模塊與前級直流電源和驅動板相連接，將所述前級直流電源進行直流降壓成直流低壓電源輸出至所述驅動板；
所述時序控制模塊與所述驅動板連接，用於根據所述直流低壓電源控制所述驅動板延時啟動；
與現有技術相比，本發明的大電流快速變換高瞬態響應電源，前級直流電壓由點燈模塊進行DC-DC降壓得到直流低壓電源輸出至驅動板，其反饋迴路是從驅動板直接反饋回點燈模塊，實現了後級遠程反饋功能，保證了負載端的電壓精度，整體動態響應能力提升，支持大電流快速變換，同時也可以提高供電效率，實現前級供電系統冗餘供電。


圖1是本發明大電流快速變換高瞬態響應電源的結構示意圖； 圖2是本發明較佳實施例中的電源的結構示意圖3是本發明較佳實施例中點燈子模塊的結構示意圖4是本發明較佳實施例中的採用同步多路並聯輸出方式的點燈子模塊結構示意圖； 圖5是本發明較佳實施例中的電源板結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例來進一步闡述本發明的技術方案。如圖1所示，圖1是本發明大電流快速變換高瞬態響應電源的結構示意圖。本發明的大電流快速變換高瞬態響應電源包括相互連接的點燈模塊，時序控制模塊，電源管理功能模塊。其工作原理是點燈模塊將前級直流電源進行DC-DC變壓後得到直流低壓電源， 輸出至驅動板，其電壓反饋迴路從驅動板直接將電壓信號反饋回點燈模塊脈衝寬度調製器，實現了後級遠程反饋，內部反饋迴路短且反饋迴路少，保證了電壓精度，整體動態響應好，可以提供負載端燈泡所需的直流低壓及大電流快速變換要求的直流低壓電源。時序控制模塊在點燈模塊供電時，控制驅動板的電壓延時上電，從而達到了保護驅動板的目的。電源管理功能模塊負責收集電源內部各個模塊的數據信息，與外部交互數據信息，同時控制電源的開關及對電源進行過壓保護，監測點燈子模塊性能狀況。為了更清晰本發明的技術方案，以下給出本發明的一個較佳實施例。請參閱圖2，圖2是本實施例的電源結構示意圖。本發明的大電流快速變換高瞬態響應電源包括點燈模塊，時序控制模塊，電源管理功能模塊；其中點燈模塊包括R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊，各個子模塊相互獨立，且基本架構一致，都包括PCM控制晶片(脈衝寬度調製器)，上端開關管陣列，下端開關管陣列，濾波儲能單元，反饋線路。各個子模塊分別連接驅動板對應驅動R、G、B三路燈泡的電源埠，提供燈泡所需的直流低壓電源。對於各個點燈子模塊，其結構圖如圖3所示，採用PCM控制晶片控制開關管陣列斬波降壓，設計雙開關管陣列斬波模式，將前級直流電壓進行DC-DC變壓後得到直流低壓電源輸出至驅動板。其工作原理是前級直流電源輸入R、G、B點燈子模塊，PCM控制晶片輸出 PCM脈衝信號，控制上端開關管陣列與下端開關管陣列中開關管的開與關，對前級直流電源進行斬波調製，上端開關管陣列與下端開關管陣列中的開關管相位交叉90°，開關管輪流開與關，大大提高了開關的頻率，在本實施例中，最高可以達到IMHz，斬波得到的脈衝直流電源輸入濾波儲能單元，經濾波儲能後輸出至驅動板；各子模塊的反饋迴路將各路電壓信號由驅動板直接反饋至PCM控制晶片，PCM控制晶片根據反饋電壓信號，調整輸出脈衝的佔空比，實現了後級遠程反饋功能，反饋迴路經過器件少，反饋迴路檢測的誤差小，保證了輸出到負載端的電壓精度，輸出電流能夠得到快速響應，在電流負載動態變化時，電流可以由 0快速爬升到最高值，支持電流微秒級別快速變換，實現了大電流快速變換高瞬態響應的供電目的。
對於反饋線路，圖3中虛線表示反饋電壓信號的走向，反饋電壓信號由驅動板直接反饋至各個點燈子模塊，由於開關管本身具有內阻，在本實施例中，反饋迴路連接下端開關管陣列，利用下端開關管陣列的開關管的內阻作為反饋迴路的電流檢測電阻，減少了器件的使用及其產生的發熱量，大幅提高了電源的供電效率。對於能濾波單元，在本實施例中，採用並聯的高容值瓷片電容作為濾波儲能單元的輸出儲能電容，降低了電容的ESR值，提高了輸出響應能力，提升了電源的轉換效率。對於各個點燈子模塊，作為一個實施例，還可以採用同步雙路並聯輸出方式進行供電，請參閱圖4，圖4是採用同步多路並聯輸出方式的點燈子模塊結構示意圖，前級直流電源進入子模塊後，雙路直流降壓電路同步對前級直流電壓進行降壓，PCM控制晶片輸出同步PCM信號控制上端開關管陣列SW1、SW2及下端開關管陣列D1、D2中的開關管開與關，斬波得到高頻率的脈衝直流電源經過濾波儲能單元L1Qmi ,L2Cout2後得到穩壓的直流低壓電源輸出至驅動板，取Dl、D2的內阻作為反饋電流的檢查電阻。通過雙路並聯輸出既可以使點燈子模塊能夠輸出更大的電流，同時也降低了電源內部的總內阻，提高了供電效率，實際使用中，單個子模塊的效率可以達到95%，整個點燈模塊效率可以超過90%，能實現動態負載變換率(Γ100%的變化，能夠滿足微秒級別的大電流變化要求，例如當前大功率LED、DLP 三路光源所需的直流低壓R:4. 3V/30A、G:6. 3V/30A、B:6. 3V/30A及其電流30A/us的動態變換要求，可以實現無散熱扇運行，降低了噪聲。時序控制模塊包括時序控制晶片、比較器、開關管，通過時序控制晶片控制開關管，提供驅動的時序控制要求，在本實施例中，時序控制模塊採用Lattice控制晶片及N溝道場效應開關管，可以滿足大功率LED、DLP的驅動板時序控制要求，例如延時300ms上電的要求；電源管理功能模塊包括電源管理晶片、傳輸線路；電源管理晶片將電源內部的模擬信號轉換為數位訊號，通過傳輸線路實現了電源與外部進行信息數據的交互，並對電源進行保護，在故障發生時採取相應的保護措施。本發明的電源採用電源板式設計，如圖5所示，其中R點燈子模塊101、G點燈子模塊102、B點燈子模塊103都集成在板卡上，採用熱插拔的方式連接到電源板，實現了可維護的功能，通過驅動板輸出端子104連接至驅動板；時序控制模塊105和電源管理功能模塊 106集成在電源板上；電源輸入端子107為前級直流電源輸入端；電源板還包括冗餘電容插入端子108，冗餘電源插入端子108為前級電源的冗餘電源輸入端子，與電源輸入端子107 並聯連接；電源還包括風扇端子109，風扇端子109為散熱風扇插入端子，連接前級直流電源；另外，電源板包括升級端子110，用於日後升級使用。對於前級直流電源，在本實施例中，其電壓值為+12V。以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，該電源包括相互連接的點燈模塊、時序控制模塊以及電源管理功能模塊；所述點燈模塊與前級直流電源和驅動板相連接，將所述前級直流電源進行直流降壓得到直流低壓電源輸出至所述驅動板；所述時序控制模塊與所述驅動板連接，用於根據所述直流低壓電源控制所述驅動板延時啟動；所述電源管理功能模塊用於收集所述點燈模塊和時序控制模塊的數據信息，與外部交互數據信息以及對電源進行過壓保護。
2.根據權利要求1所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述點燈模塊包括三個結構一致且相互獨立的R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊，所述R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊分別與所述前級直流電源和所述驅動板連接，分別將所述前級直流電源降壓得到所述直流低壓電源輸出至所述驅動板。
3.根據權利要求2所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊都包括依次連接的脈衝寬度調製器、開關管單元、濾波儲能單元，以及連接所述脈衝寬度調製器和所述驅動板的反饋迴路；所述脈衝寬度調製器輸出脈衝信號控制所述開關管單元中開關管的開與關；所述開關管單元將所述前級直流電源進行斬波降壓得到脈衝直流電源輸出至所述濾波儲能單元；所述濾波儲能單元對所述脈衝直流電源濾波儲能後輸出所述直流低壓電源至所述驅動板；所述反饋迴路將電壓信號從所述驅動板反饋至所述脈衝寬度調製器。
4.根據權利要求3所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述開關管單元包括上端開關管陣列、下端開關管陣列。
5.根據權利要求4所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述反饋迴路連接所述下端開關管陣列，且所述反饋迴路的檢測電阻為所述下端開關管陣列的內阻。
6.根據權利要求5所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述濾波儲能單元的電容是高容值瓷片電容。
7.根據權利要求6所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊均同步並聯輸出多路所述直流低壓電源至所述驅動板。
8.根據權利要求7所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，電源還包括冗餘電源插入端子，所述冗餘電源插入端子與所述前級直流電源並聯連接，用於冗餘前級直流電源。
9.根據權利要求8所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，電源還包括散熱風扇端子，所述散熱風扇端子連接所述前級直流電源，用於連接散熱風扇。
10.根據權利要求9所述的大電流快速變換高瞬態響應電源，其特徵在於，所述電源採用電源板設計，所述R點燈子模塊、G點燈子模塊、B點燈子模塊通過熱插拔的方式連接到所述電源板上，所述冗餘電源插入端子、散熱風扇端子、時序控制模塊和電源管理功能模塊集成在電源板上。
全文摘要
本發明提供一種大電流快速變換高瞬態響應電源，包括相互連接的點燈模塊、時序控制模塊以及電源管理功能模塊；所述點燈模塊與前級直流電源和驅動板相連接，將所述前級直流電源降壓成直流低壓電源輸出至所述驅動板；所述時序控制模塊與所述驅動板連接，控制所述驅動板延時啟動；所述電源管理功能模塊用於將模擬信號轉換為數位訊號，收集數據信息並與外部交互數據信息，對電源進行過壓保護。通過本發明的電源，能夠實現電源大電流輸出及電流快速變換、高瞬態響應，並提高電源的供電效率。
文檔編號F21Y101/02GK102159008SQ20111005377
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者梁紅濤, 賴增茀, 鄭維 申請人:廣東威創視訊科技股份有限公司