电流控制装置、工作方法、恒流驱动系统及热平衡方法与流程

本发明涉及led控制领域，特别是涉及一种电流控制装置、工作方法、恒流驱动系统及热平衡方法。

背景技术：

在一些led应用中，考虑成本通常会使用恒流二极管来驱动led，在这种情况下，恒流二极管需要承担电源在led上消耗后多余的电压，因此，在输入电压高时功耗比较大，发热比较严重，温度的升高影响系统可靠性。

为了降低恒流二极管的温度，一是可以加强散热，如使用大封装或加散热片；二是可通过多个恒流二极管并联或串联使用来分摊发热。对于使用大封装或加散热片来加强散热的方案，大封装和散热片势必会导致成本的增加，而且在很多空间受限的情况下增大封装和增加散热片是无法实现的。对于采用恒流二极管并联实现热量分摊的方案，由于各恒流二极管的电流值是原先的n分之一，而恒流二极管没有这么多的规格可选，因此实现起来容易受限。

对于采用恒流二极管串联实现热量分摊的方案，虽然电流规格容易选择，但是由于不同恒流二极管流过的电流会有差异，从而导致电流大的承担电压低，电流小的承担电压高，往往会出现一个承担最高电压，一个承担最低电压，承担最高电压的温度会最高，发热最大，从而两个恒流二极管没有起到平均分摊功耗的作用，发热大的恒流二极管仍然存在影响系统可靠性的问题。

因此，如何有效解决恒流二极管发热引起的系统可靠性问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电流控制装置、工作方法、恒流驱动系统及热平衡方法，用于解决现有技术中恒流二极管发热引起的系统可靠性问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电流控制装置，所述电流控制装置至少包括：

功率开关管、采样单元、温度检测单元、基准控制单元及比较单元；

所述温度检测单元用于检测工作环境温度；

所述基准控制单元连接所述温度检测单元的输出端，基于检测到的工作环境温度产生相应的基准信号；

所述采样单元连接所述功率开关管的输出端，用于检测所述功率开关管的输出电流；

所述比较单元连接所述基准控制单元及所述采样单元的输出端，用于比较所述基准信号及所述采样单元的输出信号，以产生相应的控制信号；

所述功率开关管的栅极连接所述比较单元的输出端，基于所述控制信号调节流经所述功率开关管的电流。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电流控制装置的工作方法，所述电流控制装置的工作方法至少包括：

当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度内时，所述电流控制装置的输出电流能力恒定；

当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度与第二设定温度之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大；

当所述电流控制装置的工作环境温度在所述第二设定温度与第三设定温度之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐减小；

其中，所述第一设定温度、所述第二设定温度及所述第三设定温度依次增大。

可选地，在所述第一设定温度与所述第二温度之间，所述电流控制装置输出电流能力线性增大，最大输出电流能力为io(1+x％)；其中，io为恒定输出电流能力，x％为偏差设定值。

可选地，在所述第二设定温度与所述第三设定温度之间，所述电流控制装置的输出电流能力线性减小，最小输出电流能力为0。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种恒流驱动系统，所述恒流驱动系统至少包括：

电压输入模块，连接于所述电压输入模块输出端的负载，以及与所述负载串联的恒流控制模块；

其中，所述恒流控制模块包括至少两个串联的上述电流控制装置。

可选地，所述负载包括led灯串。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述恒流驱动系统的热平衡方法，所述恒流驱动系统的热平衡方法至少包括：

系统开始工作，各电流控制装置逐渐升温，当第一电流控制装置的工作环境温度超出第一设定温度时，所述第一电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大；直至所述第一电流控制装置的输出电流能力大于第二电流控制装置的输出电流能力，所述第一电流控制装置温度不再增加，所述第二电流控制装置升温；

当所述第二电流控制装置的工作环境温度超出所述第一设定温度时，所述第二电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大；直至所述第二电流控制装置的输出电流能力大于所述第一电流控制装置的输出电流能力，所述第二电流控制装置温度不再增加，所述第一电流控制装置升温；

所述第一设定温度至第二设定温度为系统的热平衡区间，在此区间内，所述第一电流控制装置与所述第二电流控制装置交替升温，分摊热量，直至达到平衡点，此时，所述第一电流控制装置与所述第二电流控制装置的工作环境温度相等；

其中，所述第一电流控制装置的恒定输出电流能力小于所述第二电流控制装置的恒定输出电流能力，所述第一设定温度小于所述第二设定温度。

可选地，所述第一设定温度以下为系统的安全工作温度区间，在此区间内，各电流控制装置以恒定输出电流能力工作，且各电流控制装置以所述第一电流控制装置的恒定输出电流能力恒流工作。

更可选地，所述第二设定温度以下，系统正常工作。

可选地，所述第二设定温度至第三设定温度为系统的热保护区间，在此区间内，工作环境温度大于所述第二设定温度的电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐减小，其它电流控制装置不再发热；其中，所述第三设定温度大于所述第二设定温度。

如上所述，本发明的电流控制装置、工作方法、恒流驱动系统及热平衡方法，具有以下有益效果：

本发明采用电流控制装置串联方式实现恒流驱动，并通过控制各电流控制装置输出电流能力和温度的关系曲线，从而使不同的电流控制装置串联时在系统上发热能够均衡，降低系统温度，进而解决电流控制装置发热引起的系统可靠性问题，且采用串联的结构使得pcb走线要求降低，无需注意走线阻抗，芯片也可以相距较远。

附图说明

图1显示为本发明的恒流驱动系统的结构示意图。

图2显示为本发明的电流控制装置的内部结构示意图。

图3显示为本发明的电流控制装置的输出电流能力与温度的特性曲线示意图。

元件标号说明

1恒流驱动系统

11电压输入模块

12负载

13恒流控制模块

21温度检测单元

22基准控制单元

23比较单元

24工作电压产生单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种恒流驱动系统1，所述恒流驱动系统1包括：

电压输入模块11，负载12及恒流控制模块13。

如图1所示，所述电压输入模块11接收交流电源ac，并将所述交流电源ac转换为输入电压vin。

具体地，在本实施例中，所述电压输入模块11包括整流桥，所述整流桥包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流电源ac连接于各二极管组的两个二极管之间，所述电压输入模块11输出所述输入电压vin，所述输入电压vin为连续增大或连续减小的正弦电压整流后的整流电压。

如图1所示，所述负载12连接于所述电压输入模块11的输出端，由所述电压输入模块11供电。

具体地，在本实施例中，所述负载12为led灯串，包括串联的多个led灯(led1～ledn)，所述led灯串也可以是多个led灯的串并联结构，不以本实施例为限。所述电压输入模块11为所述负载12供电，当所述负载12两端的电压达到其导通电压时，所述负载12中的led点亮，起到照明的作用。

需要说明的是，在实际使用中所述负载12可以是任意需要恒流控制的器件，不以本实施例为限。

如图1所示，所述恒流控制模块13与所述负载12串联，用于对所述负载12进行恒流控制。

具体地，所述恒流控制模块13包括至少两个串联的电流控制装置，在本实施例中，以两个电流控制装置为例，在实际使用中可包括多个串联的电流控制装置。如图1所示，第一电流控制装置crd1的阳极连接所述负载12的输出端、阴极连接第二电流控制装置crd2的阳极，所述第二电流控制装置crd2的阴极接地。

更具体地，如图2所示，所述电流控制装置包括功率开关管m、采样单元rcs、温度检测单元21、基准控制单元22、比较单元23及工作电压产生单元24。该电流控制装置从外部特性看类似于二极管，所以，从功能上划分，可以划分为恒流二极管。所述温度检测单元21用于检测工作环境温度，在本实施例中，所述温度检测单元21包括二极管，基于温度对二极管的pn结的影响获取温度信息。所述基准控制单元22连接于所述温度检测单元21的输出端，基于检测到的工作环境温度产生相应的基准信号。所述采样单元rcs连接所述功率开关管m的输出端，用于检测所述功率开关管m的输出电流，在本实施例中，所述采样单元rcs采用电阻实现，流经所述功率开关管m的电流被所述采样单元rcs转化为采样电压。所述比较单元23连接于所述基准控制单元22及所述采样单元rcs的输出端，用于比较所述基准信号及所述采样单元rcs的输出信号，以产生相应的控制信号，在本实施例中，所述比较单元23的正相输入端连接所述基准控制单元22、反相输入端连接所述采样单元rcs。所述功率开关管m的漏极作为所述电流控制装置的阳极，所述功率开关管m的源极作为所述电流控制装置的阴极，所述功率开关管m的栅极连接所述比较单元23的输出端，基于所述比较单元23输出的控制信号调整流经所述功率开关管m的电流，进而实现对所述电流控制装置的输出电流的控制。

需要说明的是，所述温度检测单元21可采用任意可实现温度检测的器件，包括但不限于热敏器件、场效应管，不限于本实施例的二极管。在实际使用中，所述比较单元23的输入端与各单元的连接关系可相反，通过反相器实现相位的调整，可实现本发明的逻辑关系即可，不以本实施例为限。

更具体地，如图3所示，本发明的电流控制装置具有以下输出电流能力和温度的关系：

当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度t1内时，所述电流控制装置的输出电流能力恒定。

具体地，如图3所示，t0～t1为所述电流控制装置的安全工作温度区间，其中t0为室温或低于室温的温度，此时，所述电流控制装置未发热；所述第一设定温度t1为所述电流控制装置正常工作允许的最大温度，所述第一设定温度t1高于t0，可根据所述电流控制装置的具体性能设定所述第一设定温度t1，在此不具体限定。在此t0～t1区间内，所述电流控制装置的输出电流能力恒定，输出电流为设定电流io。

当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度t1与第二设定温度t2之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大。

具体地，如图3所示，t1～t2为所述电流控制装置的热平衡区间，其中，t2为系统热平衡时允许出现的最高温度，所述第二设定温度t2高于所述第一设定温度t1，可根据所述电流控制装置的具体性能设定所述第二设定温度t2，在此不具体限定。在此t1～t2区间内，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的升高而线性增大，直到设定的最大值io(1+x％)，其中，x％为考虑系统精度的一个偏差设定值，可根据实际需要进行设定。

当所述电流控制装置的工作环境温度在第二设定温度t2与第三设定温度t3之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐减小。

具体地，如图3所示，t2～t3为所述电流控制装置的热保护区间，所述第三设定温度t3为所述电流控制装置能承受的最高温度，高于所述第三设定温度t3可能会导致所述电流控制装置的损坏，所述第三设定温度t3高于所述第二设定温度t2，可根据所述电流控制装置的具体性能设定所述第三设定温度t3，在此不具体限定。在此t2～t3区间内，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的升高而线性减小，直到所述电流控制装置的输出电流能力下降至零。

需要说明的是，所述电流控制装置的输出电流能力可随所述工作环境温度非线性变化，不以本实施例为限。

需要说明的是，所述电流控制装置不限于本实施例的结构，任意可实现本发明的电流控制装置的输出电流能力与温度特性曲线的结构均适用于本发明。

实施例二

本实施例提供一种恒流驱动系统的热平衡方法，在本实施例中，所述恒流驱动系统的热平衡方法基于所述恒流驱动系统1，第一电流控制装置crd1与第二电流控制装置crd2串联，由于输出电流能力无法做到一致，假设所述第一电流控制装置crd1的恒定输出电流能力小于所述第二电流控制装置crd2的恒定输出电流能力。所述第一电流控制装置crd1内部阻抗相对较高，会分担较大的电压，发热较多，温度会偏高；所述第二电流控制装置crd2内部阻抗相对会较低，从而分担较小的电压，发热较小，温度会偏低。具体地，所述恒流驱动系统的热平衡方法包括：

起始阶段，各电流控制装置的工作环境温度均小于所述第一设定温度t1时，系统正常工作，即使所述第一电流控制装置crd1与所述第二电流控制装置crd2温度相差大也没关系，两者均正常工作。此时，所述第一电流控制装置crd1以其恒定输出电流能力恒流输出，所述第二电流控制装置crd2大输出电流能力大于所述第一电流控制装置crd1的输出电流能力，所述第二电流控制装置crd2中的功率开关管全开，流过所述第二电流控制装置crd2的电流与流过所述第一电流控制装置crd1的电流相等，系统处于安全工作状态。

随着输入电压的增大，各电流控制装置逐渐升温。

当所述第一电流控制装置crd1的温度率先超过所述第一设定温度t1后，所述第一电流控制装置crd1的输出电流能力随温度升高而逐渐增大。直至所述第一电流控制装置crd1的电流输出能力增大到大于所述第二电流控制装置crd2的电流输出能力后，所述第一电流控制装置crd1的阻抗小于所述第二电流控制装置crd2的阻抗，所述第二电流控制装置crd2开始承担更多电压。这就使得所述第二电流控制装置crd2发热增加，所述第二电流控制装置crd2的温度上升，同时所述第一电流控制装置crd1承担的电压会减少，从而发热减少，温度不再上升。

当所述第二电流控制装置crd2的工作环境温度超出所述第一设定温度t1后，所述第二电流控制装置crd2的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大。直至所述第二电流控制装置crd2的输出电流能力增大到大于所述第一电流控制装置crd1的输出电流能力后，所述第二电流控制装置crd2的阻抗小于所述第一电流控制装置crd1的阻抗，所述第一电流控制装置crd1开始承担更多电压，所述第一电流控制装置crd1升温。所述第一电流控制装置crd1与所述第二电流控制装置crd2在t1～t2区间内如此往复，交替升温，分摊热量，直至达到平衡点。此时，所述第一电流控制装置crd1与所述第二电流控制装置crd2的工作环境温度相等，系统处于热平衡状态，所述第一电流控制装置crd1与所述第二电流控制装置crd2的实际输出电流保持一致。

需要说明的是，系统处于安全工作状态及热平衡状态时均正常工作。

当所述第一电流控制装置crd1与所述第二电流控制装置crd2中任意一个的工作环境温度大于所述第二设定温度t2时，系统温度已达到最高值，会影响系统正常工作。此时，工作环境温度大于所述第二设定温度t2的电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐减小，其内部阻抗增加，从而分担更多电压，发热更多，温度会更高，直至把输出电流能力减小到一个平衡值，温度不再升高。此时，另一电流控制装置承担最小电压，不再发热，系统处于热保护状态。

本发明的电流控制装置输出电流能力温度曲线有个先上升再下降的过程，在串联结构中，温度曲线上升能保证多颗二极管的热平衡，多颗二极管均摊发热，降低系统温度；温度曲线下降能够实现过热保护。

本发明的恒流驱动系统及热平衡方法在t1～t2的热平衡区间，串联的结构保证输出电流的一致性，从而使得pcb走线要求降低，不再需要注意并联时走线阻抗的匹配，并且芯片相距也可以比较远。

综上所述，本发明提供一种电流控制装置、工作方法、恒流驱动系统及热平衡方法，包括：

当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度内时，所述电流控制装置的输出电流能力恒定；当所述电流控制装置的工作环境温度在第一设定温度与第二设定温度之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐增大；当所述电流控制装置的工作环境温度在第二设定温度与第三设定温度之间时，所述电流控制装置的输出电流能力随所述工作环境温度的增大逐渐减小。本发明采用电流控制装置串联方式实现恒流驱动，并通过控制各电流控制装置输出电流能力和温度的关系曲线，从而使不同的电流控制装置串联时在系统上发热能够均衡，降低系统温度，进而解决电流控制装置发热引起的系统可靠性问题，且采用串联的结构使得pcb走线要求降低，无需注意走线阻抗，芯片也可以相距较远。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。