一种高精度恒流驱动电路、装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及高端光机控制技术领域，特别是一种高精度恒流驱动电路、装置以及控制方法。

背景技术

当前随着电子产业的高速发展，工业场景中用于辅助SD视觉完成视觉检测的DMD光机以及影院中的投影仪，这些设备都需要用到大功率的LED作为光源，经过复杂光路及电路的处理将高清的画质呈现出来，因此高清的的画质就需要LED光源发出的光线颜色饱和度及光强足够稳定，但是LED又不是理想的线性元件，其在工作时会产生大量的热，温度的变化会使流经LED的电流发生变化，而电流和LED的亮度又有强相关性，因此在这种场景中就需要设备可以向负载提供恒定的电流，而不受温度等参数的影响，从而达到精确控制LED等亮度的目的。

发明内容

针对上述温度的变化会使流经LED的电流发生变化的问题，本发明提供一种高精度恒流驱动电路、装置以及控制方法，在负载瞬时需要大功率的驱动电流时，通过主控芯片输出相应占空比的PWM信号然后作用于电源芯片的反馈引脚，进而控制输出电压及电流；且通过反馈回路将实际的输出电流(电压)反馈至电源芯片的反馈引脚，与主控芯片输出的PWM信号共同作用，减小电源芯片的输出功率误差。

为实现上述目的，本发明选用如下技术方案：一种高精度恒流驱动电路，包括由供电电源向负载供电输出的驱动大电流回路，所述供电电源与所述负载之间设有电源芯片，所述电源芯片的反馈引脚分别电性连接控制回路以接收控制信号和电性连接反馈回路以接收采样信号；

所述控制回路的主控芯片输出相应占空比的PWM信号作用在所述电源芯片的反馈引脚以控制输出电压来维持所述驱动大电流回路的恒流输出。

作为本发明的进一步改进：所述负载为非线性负载，所述驱动大电流回路包括有第一反馈检测电阻，所述第一反馈检测电阻设置在所述非线性负载远离所述电源芯片的一端以用于采样电流值。

作为本发明的进一步改进：所述反馈回路包括第二反馈检测电阻，所述第二反馈检测电阻的一端连接在所述第一反馈检测电阻的上端节点，另一端与所述电源芯片的反馈引脚连接以通过所述第二反馈检测电阻将采样电压值传送到所述电源芯片。

作为本发明的进一步改进：所述控制回路包括主控芯片、高精度DAC芯片和控制回路电阻，所述控制回路电阻的一端连接在所述电源芯片的反馈引脚，另一端依次连接所述高精度DAC芯片、主控芯片，所述主控芯片输出PWM信号作用在所述电源芯片的反馈引脚以通过调整PWM信号的占空比控制经过所述负载的电流值。

作为本发明的进一步改进：所述驱动电路还包括偏置回路，所述偏置回路包括偏置回路电阻，所述偏置回路电阻的一端施加偏置电压，另一端连接在所述电源芯片的反馈引脚。

作为本发明的进一步改进：所述驱动大电流回路包括有开关管，所述开关管设置在所述负载远离所述电源芯片的一端，接收所述主控芯片的开关控制信号以控制所述驱动大电流回路的开通和关断。

另一方面，本发明选用如下技术方案：一种高精度恒流驱动装置，所述恒流驱动装置包括如上述的一种高精度恒流驱动电路。

另一方面，本发明选用如下技术方案：一种高精度恒流驱动控制方法，包括以下步骤

获取反馈回路的采样信号；

利用预先设定的计算模型将所述采样信号导入计算，得到控制回路的控制信号；

根据所述控制信号调整PWM信号的占空比以控制输出电压作用在电源芯片的反馈引脚，进而控制驱动大电流回路的恒流输出。

作为本发明的进一步改进：所述预先设定的计算模型包括预先设定已知值的第一反馈检测电阻R

当控制回路由主控芯片调整占空比控制高精度DAC芯片输出电压为x和第一反馈检测电阻的上端节点电压为Y时，计算模型通过下式得到控制回路的控制信号：

式中，控制回路的输出电压x的最小值大于电源芯片反馈稳定电压U

作为本发明的进一步改进：所述驱动控制方法还包括以下步骤：配置偏置回路，偏置电压通过偏置电阻作用于电源芯片反馈引脚，以使电源芯片的反馈引脚电压信号有控制回路、反馈回路、偏置回路三者共同作用；

通过控制偏置电阻的大小进而控制驱动大电流回路的电流大小，其中偏置电阻调大，则输出给负载的电流值也会相应增大。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过控制芯片产生的PWM信号进而作用于电源芯片的反馈引脚，通过反馈检测电阻将采样电压值同时传送到电源芯片的反馈引脚，从而达到控制电源芯片输出电流可调的目的。

本发明增加了高精度DAC芯片，通过改良电源芯片反馈引脚的反馈电压形式，提高反馈链路中的电压精度，从而达到高精度控制流经负载电流的目的；增加了开关管，解决系统不工作时的漏光问题；因为加入负载电流的反馈回路，解决了在负载因为环境因素变化时导致的负载电流变化的问题。

附图说明

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

图1为本发明的结构示意图。

图中标记表示：

R

具体实施方式

为了能够清楚、完整地理解技术方案，现结合实施例和附图对本发明进一步说明，显然，所记载的实施例仅仅是本发明部分实施例，所属领域的技术人员在没有作出创造性劳动的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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明的实施例提供了一种高精度恒流驱动电路，一定程度上解决了流经负载的电流随温度变化而变化的问题，同时又可认为控制负载电流的目的。本实施例以LED设备进行举例说明，但不仅仅指LED这一种设备，本发明能够实现对负载高精度恒定电流输出。

如图1所示，一种高精度恒流驱动电路，包括由供电电源向负载供电输出的驱动大电流回路，所述供电电源与所述负载之间设有电源芯片，所述电源芯片的反馈引脚分别电性连接控制回路以接收控制信号和电性连接反馈回路以接收采样信号，所述控制信号包括由主控芯片产生的PWM信号，通过调整PWM信号的占空比进而控制流经负载电流值，所述采用信号包括通过反馈回路上第一反馈检测电阻和第二反馈检测电阻采集的电压值和电流值。需要说明的是，本实施例中，电源芯片可以为电源降压芯片，也可以是BOOST升压芯片，也可是LDO线性降压芯片，不对电源芯片的具体型号作限制。

进一步地，所述控制回路的主控芯片输出相应占空比的PWM信号作用在所述电源芯片的反馈引脚以控制输出电压来维持所述驱动大电流回路的恒流输出。

本实施例能够在负载瞬时需要大功率的驱动电流时，通过主控芯片输出相应占空比的的PWM信号然后作用于电源芯片的反馈引脚，进而控制输出电压及电流。利用反馈回路连接在驱动大电流回路中检测实际的输出电流和/或电压，反馈至电源芯片的反馈引脚，与主控芯片输出的PWM信号共同作用，减小电源芯片的输出功率误差。

也就是说，主控芯片产生的PWM信号采用高精度DAC芯片转化为对应的模拟信号，然后经过控制回路电阻反馈至电源芯片的反馈引脚，增加电源芯片反馈引脚电压的稳定性和准确性，且因为通过高精度DAC芯片，对输出电流的控制更精确，利用反馈电路的电压信号，解决了在负载因为环境因素变化时导致的负载电流变化的问题。同时通过改良电源芯片反馈引脚的反馈电压形式，提高反馈链路中的电压精度，从而达到高精度控制流经负载电流的目的。

为了更好地理解，在一个可选的实施例中，所述负载为非线性负载，所述驱动大电流回路包括有第一反馈检测电阻，所述第一反馈检测电阻设置在所述非线性负载远离所述电源芯片的一端以用于采样电流值，第一反馈检测电阻可用于检测驱动大电流回路的电流值。所述反馈回路包括第二反馈检测电阻，所述第二反馈检测电阻的一端连接在所述第一反馈检测电阻的上端节点，另一端与所述电源芯片的反馈引脚连接以通过所述第二反馈检测电阻将采样电压值传送到所述电源芯片。本实施例通过连接驱动大电流回路的反馈回路，将实际的输出电流(电压)反馈至电源芯片的反馈引脚，与主控芯片输出的PWM信号共同作用，减小电源芯片的输出功率误差。

进一步地，所述控制回路包括主控芯片、高精度DAC芯片和控制回路电阻，所述控制回路电阻的一端连接在所述电源芯片的反馈引脚，另一端依次连接所述高精度DAC芯片、主控芯片，所述主控芯片输出PWM信号作用在所述电源芯片的反馈引脚以通过调整PWM信号的占空比控制经过所述负载的电流值。本实施例中，PWM信号经过DAC转换为模拟信号相较于直接通过PWM信号进过简单的滤波来说，其控制精度更高，电源芯片的反馈引脚采集的数据稳定性也更高。

在一个可选的实施例中，所述驱动电路还包括偏置回路，所述偏置回路包括偏置回路电阻，所述偏置回路电阻的一端施加偏置电压，另一端连接在所述电源芯片的反馈引脚。在本实施例中，偏置电压通过偏置电阻同样作用于电源芯片反馈引脚，使得电源芯片的反馈引脚电压信号有控制回路、反馈回路、偏置回路三者共同作用得到，所以电源芯片的反馈引脚的电压同时受控制回路、反馈回路、偏置回路三者控制。

在一些实施例中，所述驱动大电流回路包括有开关管，所述开关管设置在所述负载远离所述电源芯片的一端，接收所述主控芯片的开关控制信号以控制所述驱动大电流回路的开通和关断。在传统的光机驱动电路中，系统不工作时LED存在微弱漏光现象，本发明的一些实施例中，在驱动大电流回路中增加了开关管，可以在系统不工作时完全关闭负载通路，彻底解决漏光现象。

需要说明的是，本发明的实施例除了通过控制主控芯片产生的PWM信号进而作用于电源芯片的反馈引脚，通过反馈检测电阻将采样电压值同时传送到电源芯片的反馈引脚，从而达到控制电源芯片输出电流可调的目的之外，其还能够在当PWM信号的占空比不变时，因为温度的变化流经负载的电流也会跟随变化，经过反馈后电源芯片会通过自动调节输出电压的方式继续维持负载恒定的电流供应。

另一方面，本发明的实施例还提供了一种高精度恒流驱动装置，所述恒流驱动装置包括如上述实施例或可选实施例的一种高精度恒流驱动电路。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。以下结合实施例进一步地对高精度恒流驱动电路进行说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案，具体地：

本发明的实施例提供了一种高精度恒流驱动控制方法，包括以下步骤

获取反馈回路的采样信号；

利用预先设定的计算模型将所述采样信号导入计算，得到控制回路的控制信号；

根据所述控制信号调整PWM信号的占空比以控制输出电压作用在电源芯片的反馈引脚，进而控制驱动大电流回路的恒流输出。

具体地，所述预先设定的计算模型包括预先设定已知值的第一反馈检测电阻R

当控制回路由主控芯片调整占空比控制高精度DAC芯片输出电压为x和第一反馈检测电阻的上端节点电压为Y时，计算模型通过下式得到控制回路的控制信号：

式中，控制回路的输出电压x的最小值大于电源芯片反馈稳定电压U

进一步地，所述驱动控制方法还包括以下步骤：

配置偏置回路，偏置电压通过偏置电阻作用于电源芯片反馈引脚，以使电源芯片的反馈引脚电压信号有控制回路、反馈回路、偏置回路三者共同作用；

通过控制偏置电阻的大小进而控制驱动大电流回路的电流大小，其中偏置电阻调大，则输出给负载的电流值也会相应增大。

为了更好地理解，本实施例提供具体的驱动大电流回路、反馈回路、控制回路、偏置回路中的电阻阻值进行说明，用于帮助理解技术方案的发明构思，并非对本发明作其他形式的限制。

如图1所示，在本实施例中，供电电压为12V或其他电压，电源芯片不指明具体型号，负载为LUMINUS公司的PT54光源，第一反馈检测电阻R

具体的工作方式为：设定高精度DAC芯片的供电电压为3.3V，输出电压为x，输出电压受主控芯片信号的输入占空比控制，当主控芯片PWM信号的输入占空比为100％则输出电压x＝3.3V，第一反馈检测电阻上端节点电压为Y，电源芯片的反馈稳定电压U

则：x＝3.1376-28.7Y；

在驱动大电流回路中又得：Y＝0.02I，I为负载的电流值；

上述计算模型需要满足高精度DAC的输出电压最小为0.8V，小于此电压值则上述公式不成立。

根据上述计算模型得到以下数据：

当输出电压为3.1376V时，即占空比为95％时，反馈检测电阻上的电压值为0，则驱动大电流回路电流为0，即驱动大电流回路关断；

当输出电压为3V时，即占空比为91％时，反馈检测电阻上的电压值为0.0048，则驱动大电流回路电流为0.24A。

当输出电压为1.5V时，即占空比为45％时，反馈检测电阻上的电压值为0.057，则驱动大电流回路电流为2.85A。

当输出电压为0.8V时，即占空比为24.3％时，反馈检测电阻上的电压值为0.0814，则驱动大电流回路电流为4.07A。

因此通过上述四组数据可以看出，负载的驱动电流范围为0A～4.07A。

进一步地，如果当偏置电阻R

当输出电压为2.02V时，即占空比为61.2％时，反馈检测电阻上的电压值为0，则驱动大电流回路电流为0，即驱动大电流回路关断；

当输入的电压为0.8V时，即占空比为24.3％时，反馈检测电阻上的电压值为0.042，则驱动大电流回路电流为2.12A。

因此通过上述两组数据可以看出，负载的驱动电流范围为0A～2.12A，偏置电阻的电阻调大的情况下，输出负载电流的值也会相应增大。

本实施例通过控制芯片产生的PWM信号进而作用于电源芯片的反馈引脚，通过反馈检测电阻将采样电压值同时传送到电源芯片的反馈引脚，从而达到控制电源芯片输出电流可调的目的。在一些实施例中，当PWM信号的占空比不变时，因为温度的变化流经负载的电流也会跟随变化，经过反馈后电源芯片会通过自动调节输出电压的方式继续维持负载恒定的电流供应。本实施例还因为增加了高精度DAC芯片，通过改良电源芯片反馈引脚的反馈电压形式，提高反馈链路中的电压精度，从而达到高精度控制流经负载电流的目的；增加了开关管，解决系统不工作时的漏光问题；因为加入负载电流的反馈回路，解决了在负载因为环境因素变化时导致的负载电流变化的问题。

上述披露的仅为本发明优选实施例的一种或多种，用于帮助理解技术方案的发明构思，并非对本发明作其他形式的限制，所属领域的技术人员依据本发明所限定特征作出其他等同或惯用手段的置换方案，仍属于本发明所涵盖的范围。