一种多路恒流输出电源的控制电路的制作方法

本发明涉及led照明领域，更具体地涉及一种多路恒流输出电源的控制电路。

背景技术：

led由于其高效节能和长寿命特性在照明领域获得了广泛的应用，但led灯具不能使用市电直接供电，需要低压恒流电源驱动，并且随着led组合方式的不同，电源的输出电流和电压也不相同，对于大功率灯具，有时还需要led电源具有多路恒流输出特性，且能够独立调整电流，独立调光。

在现有技术中，通常采用两级或多级方案，前级获得恒压输出，后级实现两路恒流驱动，实现方式分为线性限流和dc/dc恒流驱动两种，其中线性限流方式实现简单，但是线性压降全部损耗在mosfet上，电路损耗大，效率低，特别是母线电压与实际led导通压降相差较大时；dc/dc恒流驱动方式的电路结构复杂，每增加一路输出，就需要增加一个dc/dc单元，一般情况下采用这种电路结构的电源由于电路复杂、元件数量多，设计寿命不高，而且成本高，远远无法满足高质量led电源的技术要求。

综上，如今迫切需要设计一种新的多路恒流输出电源方案，以便克服现有技术存在的上述缺陷。

技术实现要素：

基于此，本申请提供一种相比于线性损耗抑制电路，实际损耗小，效率高，相比于双路dc/dc电路，电路成本低，实现简单方便的多路恒流输出电源及其控制电路，其电路简单，控制方便。

本申请提供一种多路恒流输出电源的控制电路，包括：单向电流源iin，多路负载支路以及电流循环控制反馈电路，其中每路负载支路、单向电流源iin以及电流循环控制反馈电路形成电流反馈闭环，电流循环控制反馈电路按需分配每路负载支路的电流，各路负载支路循环依次导通，除末位负载支路的其他各路负载支路的电流均采用单周控制，末位负载支路采用电流负反馈控制单向电流源的总输出电流。

在一些实施例中，所述多路负载支路并联设置，且与单向电流源iin的输出并联连接。

在一些实施例中，所述负载支路包括输出负载、输出滤波电容co、二极管d、开关s和采样电阻rcs，其中输出滤波电容co和输出负载并联，二极管d、开关s、输出负载以及采样电阻rcs串联设置，开关s的控制端和输出端连接电流循环控制反馈电路。

在一些实施例中，所述电流循环控制反馈电路包括多个支路电流控制电路，循环导通电路以及闭环电流反馈电路，其中支路电流控制电路连接循环导通电路以及对应的除末位负载支路外的负载支路，所述循环导通电路连接末位负载支路，支路电流控制电路和循环导通电路之间传输时钟信号clk和复位信号rst，闭环电流反馈电路连接单向电流源iin和末位的负载支路。

在一些实施例中，所述循环导通电路传输时钟信号给前序支路电流控制电路，当前序负载支路达到电流设定值时，传输复位信号给循环导通电路，循环导通电路输出控制后续负载支路的时钟信号。

在一些实施例中，针对末位负载支路，当循环导通电路接收到前级周期同步信号时，触发关断末位负载支路，且输出时钟信号给控制初位负载支路的支路电流控制电路。

在一些实施例中，支路电路控制电路的触发器的g端连接对应负载支路的开关s的控制端，s端连接循环导通电路，r端连接比较器comp的输出端以及循环导通电路，端连接开关sa的控制端，比较器comp的输入端连接运放器op的输出端，积分电容cint两端连接在运放器op的输入端和输出端，开关sa的输入端和输出端并联在积分电容cint的两端，运放器op的输入端通过积分电阻rint连接对应的负载支路。

在一些实施例中，闭环电流反馈电路检测末位负载支路的电流，当对应末位负载支路的采样电流信号大于设定值时，降低前级单向电流源iin的输出电流，当对应末位负载支路的采样电流信号小于设定值时，增加前级单向电流源iin的输出电流。

相较现有技术，本发明具有以下的特点和有益效果：

通过依次导通与各负载支路串联的开关管，对导通的负载支路依次分配电流，末位负载支路采用电流负反馈控制，调节前级总电流输出，使末位负载支路的电流达到设定值，其它各负载支路采用单周电流控制，自动控制对应负载支路的导通占空比，实现了各负载支路的开关周期平均电流恒定，其电路简单，控制方便、相比于线性损耗抑制电路，实际损耗小，效率高，相比于多路dc/dc电路，电路成本低，实现简单方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多路恒流输出电源的电路示意图；

图2为电流循环控制反馈电路的示意图；

图3为支路电流控制电路的示意图；

图4为本发明实施时的工作波形示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的；“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种多路恒流输出电源，该电源包括单向电流源iin，多路负载支路以及电流循环控制反馈电路，其中每路负载支路、单向电流源iin以及电流循环控制反馈电路形成电流反馈闭环，电流循环控制反馈电路按需分配每路负载支路的电流，各路负载支路循环依次导通，除末位负载支路的其他各路负载支路的电流均采用单周控制，末位负载支路采用电流负反馈控制单向电流源的总输出电流。

具体的，单周控制指的是：每路负载支路在当前开关周期内完成控制；例如，负载支路1导通，单向电流源iin的电流流向分支支路1的输出负载，当负载支路1的电流达到设定值时，关闭负载支路1，同时导通负载支路2，以此规律依次导通负载支路，最后一个负载支路n一直导通至新的开关周期开始；这种方式相比线性限流方式，负载支路的开关工作在开关状态时，对前级单向电流源iin输出的母线电流进行分配，因此电路损耗很低。

每路负载支路内串联连接输出负载，对应的负载支路被导通时，输出负载被供电。值得一提的是，循环反馈电路按需分配每路负载支路的电流，进而实现每路负载支路独立控制的效果，且采用单周控制的方式实现的针对每路负载支路的电流都是恒流，满足组合式大功率led灯具电源控制的需求。当该变频多路恒流输出电源应用于组合式大功率led灯具时，每路负载支路内的输出负载为led。

多路负载支路并联设置，且与单向电流源iin的输出并联连接，根据需求可进行负载支路的增加或减少，每路负载支路的结构相同，负载支路的数量不少于2路。

具体的，负载支路包括输出负载、输出滤波电容co、二极管d、开关s和采样电阻rcs，其中输出滤波电容co和输出负载并联，二极管d、开关s、输出负载以及采样电阻rcs串联设置，负载支路两端分别连接单向电流源iin，一端接地，开关s的控制端和输出端连接电流循环控制反馈电路。

其中二极管选择为单向整流二极管，单向整流二极管的输出端连接输出负载，单向整流二极管可防止各路负载支路的开关s共通时，各路负载支路的滤波电容co也被强制共通，继而产生冲击电流，损坏电流；开关可选用mosffet、三极管、igbt，用于控制对应负载支路的通断。

滤波电容co的作用是减小输出电压和电流纹波，采样电阻rcs的作用是辅助完成电流控制。

负载支路的元件命名规则为：对应负载支路1，则命名输出滤波电容co_1、二极管d1、开关s1、采样电阻rcs1；对应负载支路n，则命名输出滤波电容co_n、二极管dn、开关sn、采样电阻rcsn。

电流循环控制反馈电路的结构如图2所示，电流循环控制反馈电路包括多个支路电流控制电路，循环导通电路以及闭环电流反馈电路，其中支路电流控制电路连接循环导通电路以及对应的除末位负载支路外的负载支路，循环导通电路连接末位负载支路，支路电流控制电路和循环导通电路之间传输时钟信号clk和复位信号rst，实现单路负载支路的循环依次导通；闭环电流反馈电路连接末位的负载支路和单向电流源iin，反馈单向电流源的总电流。

特别值得一提的是，末位的负载支路不连接支路电流控制电路。也就是说，每个支路电流控制电路连接除了末位的负载支路以外的对应的负载支路。循环导通电路传输时钟信号给对应的支路电流控制电路，以触发支路电路控制电路内的触发器，并实现对应的负载支路的导通；支路电流控制电路传输复位信号给循环导通电路，并结束对应的负载支路的导通，循环导通电路触发后续支路电流控制电路的时钟信号，以此方式实现依次循环导通的控制。且支路电流控制电路可按需分配每路负载支路的电流。

具体的，循环导通电路传输时钟信号给前序支路电流控制电路，当前序负载支路达到电流设定值时，传输复位信号给循环导通电路，循环导通电路输出控制后续负载支路的时钟信号，以触发后续负载支路的导通，依次向后扩展循环，实现依次导通的控制。且针对末位负载支路，当循环导通电路接收到前级周期同步信号时，触发关断末位负载支路，且输出时钟信号给控制初位负载支路的支路电流控制电路，实现循环导通的控制。

除末位负载支路以外的其它负载支路，均有各自的单周电流控制电路，控制调节其对应负载支路的支路电流，末位负载支路以负反馈的形式调节单向电流源iin输出的总电流输出量，当循环导通电路接收到前级周期同步信号时，触发关断末位负载支路，且输出时钟信号给控制初位负载支路的支路电流控制电路。

支路电路控制电路的结构如图3所示，支路电路控制电路采用单周控制的方式，包括开关sa、运放器op、比较器com、积分电阻rint、积分电容cint以及rs触发器。其中触发器的g端连接对应负载支路的开关s，s端连接循环导通电路，r端连接比较器comp的输出端以及循环导通电路，端连接开关sa的控制端；比较器comp的输入端分别连接运放器op的输出端以及电压信号vref(n)，积分电容cint两端连接在运放器op的输入端和输出端，开关sa的输入端和输出端并联在积分电容cint的两端，运放器op的输入端通过积分电阻rint连接对应的负载支路。

支路电路控制电路的运作原理：循环导通电路产生时钟信号clk，当时钟信号clk使能rs触发器时，对应负载支路的开关s导通，开关sa关闭，单向电流源iin输出vo，供能负载支路的输出负载，负载支路的采样电阻rcs的电流采样信号通过积分电阻rint向积分电容cint开始充电，随着积分电容cint逐步充电，运放器op的输出电压下降至电压信号vref(n)，比较器comp输出复位信号rst，复位rs触发器，对应负载支路的开关s关断的同时导通开关sa，此时，对应负载支路的电流归0，积分电容cint两端电压重置归0，直到新的时钟信号clk重新触发rs触发器，循环导通电路利用时钟信号实现依次导通多路负载支路的效果。

积分电容cint的电容量δq的计算公式如下：

其中cint为积分电容，v为通过积分电容的电压，ton为导通时间，io(t)为时间t内负载支路内的电流。

输出支路n的电流周期平均值io_n_avg的计算公式为：

当rcs、ts、cint、rint和vref(n)都是固定值时，输出支路n的电流周期平均值为固定值。

即其中rcs、ts、cint、rint和vref(n)都是常数，经此控制，周期斩波输出平均电流为固定值，且与频率无关，实现变频电路的单周恒流控制。

优选地，在需要调整负载支路上的输出负载的电流，或者说，需要调整led的光输出时，可以调整基准电压vref，即可调节对应负载支路的输出平均电流大小。增大基准电压vref，可以增大对应负载支路的输出电流，负载支路的输出电流和基准电压成正比。

由于对于该变频多路恒流输出电源的负载支路的总输入电流等于各个负载支路的负载支路的电流之和，即iin＝i1+i2+…+in。在一个完整的循环中，末位负载支路是最后一个被分配电流的支路，故在其他负载支路的电流已知的情况下，末位负载支路的电流也可控制，且根据闭环电流反馈电路的闭环反馈可实现总电流的控制。

闭环电流反馈电路检测末位负载支路的电流，当对应末位负载支路的采样电流信号大于设定值时，降低前级单向电流源iin的输出电流；当对应末位负载支路的采样电流信号小于设定值时，增加前级单向电流源iin的输出电流，以把控单向电流源iin的总输出电流。相比于采用总电流反馈的方式，该负反馈控制方案，可以减小电流累计偏差，提高负载支路的输出电流精度。

本发明实施效果如图4所示，以4路输出为例，负载支路1至负载支路3按照设定的电流值，采用单周电流控制，依次导通关闭，负载支路4电流闭环反馈到前级，通过负反馈的方式，实现其电流控制和调节。其中，以负载支路2为例，当积分电容电压上升到设定vref时，负载支路2所串开关断关。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。