[发明专利]一种嵌入式实现的智能恒流驱动器及其控制方法

权利要求书

1.一种嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器，其特征在于包括整流滤波模块、零点检测模块、DC-DC变换模块、过流保护模块、MOS管驱动模块和嵌入式芯片控制模块；任意波形周期信号的火线L与整流滤波模块的正交流输入端AC+相接，任意波形周期信号的零线N与整流滤波模块的负交流输入端AC-相接；同时任意波形周期信号的火线接零点检测模块的输入端，零点检测模块的输出端接嵌入式芯片控制模块的I/O口；整流滤波模块的输入滤波电解电容C1的正极为正直流输出端DC+，C1的负极为负直流输出端DC-；滤波电容C1的正极同时与开关管Q1的漏极相接，而Q1的源极与续流二极管D的负极和电感L的一端相接，Q1的栅极与MOS管驱动模块的输出端相接；电感L的另一端接输出滤波电解电容C2的正极和过流保护模块的输入端；开关管Q1、续流二极管D和电感L共同构成BUCK型DC-DC变换模块；过流保护模块的输出端与负载LED阵列的正极相接，LED阵列的负极接比较器0的反向输入端、比较器1的反向输入端和输出电流采样电阻Rs的一端；Rs的另一端与电容C2的负极、续流二极管D的正极、电容C1的负极和整流桥的负直流输出端DC-相接；比较器0的正向输入端接基准电压V_ref0，输出端接嵌入式芯片的I/O口P1.2；比较器1的正向输入端接基准电压V_ref1，输出端接嵌入式芯片的I/O口P1.1。嵌入式芯片控制模块的串口管脚COM与上位机和远程控制计算机相接。同时，MOS管驱动电路的输入端、矩阵键盘和数码管分别接嵌入式芯片其它的I/O口管脚。

2.根据权利要求1所述嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器，其特征在于：所述DC-DC变换模块为BUCK型、BOOST型或BUCK-BOOST型的DC-DC变换电路。

3.一种利用权利要求1所述嵌入式芯片实现的智能恒流驱动器的控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将输入的任意波形的周期信号经过整流滤波后变为直流信号，该直流信号的最低电压满足DC-DC的转换要求；

步骤2：将直流信号在其一个周期T内分为n等份，采样这n个等分处直流信号得到电压值U₀、U₁…U_k…U_n-1；其中，U₀为直流信号的电压最小值；

步骤3：计算一个周期内PWM信号的n个占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1，U_i为n个瞬时电压值，i为从0到n-1的整数；

当DC-DC模块为BUCK型电路时，D_i=U_out/U_i；

当DC-DC模块为BOOST型电路时，1-D_i=U_i/U_out；

当DC-DC模块为BOOST-BUCK型电路时，D_i=U_out/(U_i+U_out)；

步骤4：将该组占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1存入嵌入式芯片中，并输出与占空比D₀、D₁…D_k…D_n-1相对应的PWM脉冲控制信号；具体方法为：用定时器0将PWM信号的周期固定为T_s=T/n，用定时器1控制PWM信号的脉冲宽度T_on=T_s*D，进而，控制嵌入式芯片输出周期T_s恒定，占空比为分别为D₀、D₁…D_k…D_n-1的PWM信号；

所述各点的占空比与输入信号的同步匹配通过零点检测电路实现，具体方法为：当嵌入式芯片检测到零点检测电路传来的输入信号电压最低点时，嵌入式芯片依次输出占空比为D₀、D₁…D_k…D_n-1的PWM信号；

同时，嵌入式芯片根据双限流控制模块得到的输出反馈信号调节输出PWM信号的占空比，具体方法为：

（1）根据采样电阻R_s与设计要求的输出电流I_out计算采样电压值V_s=R_s*I_out；

（2）根据采样电压值V_s设定两个基准电压Vref1和Vref2，V_ref0、V_ref1的选取需满足如下条件：V_ref0>V_s>V_ref1，且Ve=（V_ref0-V_ref1）<V_p，其中，V_p为设计要求的最大输出纹波电压；

（3）当系统输入电压的有效值或负载参数发生变化时，采样电压变为V`_s，将V_s与两个基准电压Vref1和Vref2进行比较：

当V`<sub>s</sub>大于V<sub>ref1</sub>时，比较器0输出高电平，嵌入式芯片检测到比较器0输出的高电平后，减小输出PWM信号的占空比使得V`_s小于V_ref1；

当V`<sub>s</sub>小于V<sub>ref2</sub>时，比较器1输出高电平，嵌入式芯片检测到比较器1输出的高电平后，增大PWM信号的占空比使得V`_s大于V_ref2；

步骤5：PWM信号经过MOS管自举升压驱动后控制开关管的通断，进而控制输入向负载的能量传递，实现系统的恒流输出。