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高性能LED光引擎需线性恒流源效率高达99%
最近几年随着白炽灯的禁产、禁销，LED灯具即将迎来爆炸式的增长。LED灯具厂如雨后春笋般的大量涌出。这虽然是一种必然趋势，但是也带来了很多问题，尤其是表现在LED灯具的质量上的良莠不齐和大量厂商之间的无序价格战。
　　5.低效恒流源集成到铝基板上会增加很多热量，使得其结温升高　　以10W为例，恒流源效率85%，所以只有8.5W功率提供给LED点亮，LED本身发光效率只有40%，有60%(8.5x0.6=5.1W)都转换为热量。现在还要加上恒流源的1.5W的热量，使得铝基板上的热量增加了1.5/5.1=0.3，也就是增加了30%的热量。近似地说，LED的结温也会增高30%。　　6.LED结温升高后，会降低发光效率，缩短寿命　　LED的结温升高会导致内量子效率降低，从而使光效降低，荧光粉的发光效率也会随温升增高而降低。　　任何一个设计得好的灯具，必须使得其在热稳定以后的结温为85度左右，这样可以保证其寿命(衰减至70%)在三万小时。　　而至于光效的降低，有人做了一些实验，得出了接近线性降低的曲线。　　从25度室温升高到85度的温度结温时其光效降低15%左右。通常我们把刚开始时的光效称为冷光效，温度稳定以后的光效称为热光效。　　现在结温增加了30%，也就是达到110度，从这个曲线可以外推，得到这时候的光效大约是冷光效的75%，也就是降低了25%，或者比原来的热光效降低了10%。　　而其寿命的降低也可以从Cree公司提供的寿命和结温关系曲线中得出：　　我们可以看出，如果原来的结温是85度，那么寿命就是30，000小时；而如果结温升高到110度，那么寿命就连10，000小时也不到了。　　7.埃菲莱公司发明了效率高达99%的线性恒流源　　这种高效线性恒流源的实测效率如下图所示：　　蓝色为恒流源本身的效率，红色为加上整流器以后的总效率，在175V-265V内效率不变。　　它的温度稳定性也很好，当环境温度从35度增高到85度时，总效率不变。　　而且，在采用这种高效率恒流源做成光引擎以后，它在输入交流电压改变时，输出的功率不变，流明数不变，光效不变。
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*验 证 码：大功率高速线性调整恒流源的制作方法
专利名称大功率高速线性调整恒流源的制作方法
技术领域本实用新型涉及一种恒流源，尤其是涉及一种用于动力电池组检测系统上对电池组充电或者放电检测的大功率高速线性调整恒流源。
背景技术随着动力电池技术不断发展，电池组容量不断增加，对动力电池组的检测系统的功率容量及性能的要求越来越高，由于PWM方式对电池组实现充放电控制精度相对较低， 无法满足目前电池组电流、电压检测精度要求，因此采用线性调整方式实现高电流、电压控制及检测精度，目前常见实现方式是直接使用多个功率管直接并联来扩大系统功率，但是由于功率器件的离散性导致功率管之间电流一致性差，使工作时长期承担较大功率的器件寿命缩短，严重的甚至烧毁功率管，设备的可靠性存在隐患；另一方面，由于功率器件的输入分布电容的影响，当使用较多的功率管直接并联时，会使电路的环路控制速度性能逐步恶化，导致电流建立速度慢，电流冲击等问题，严重时甚至引起电路振荡，恒流失败。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服传统的直接并联功率管方式的恒流源的缺点，提供一种大功率高速线性调整恒流源，实现功率管之间的准确均流及实现高速环路控制性能，从而提高动力电池组检测系统的动态性能及可靠性。本实用新型的技术问题可以通过以下措施解决一种大功率高速线性调整恒流源，包括电流采样分流器、差分放大电路Al、误差比较放大电路PI1、至少一个均流单元，恒流电流设定信号输入到误差比较放大电路PIl的同相输入端，误差比较放大电路PIl输出端连接至均流单元的恒流电流信号设定输入端；所有均流单元的恒流电流信号设定输入端连接在一起；所有均流单元的电流流入端子连接在一起；所有均流单元的电流流出端子连接在一起后，再连接到采样分流器的正端；采样分流器的负端连接至差分放大电路Al的反相输入端，差分放大电路Al的输出端连接至误差比较放大电路PIl的反相输入端，构成主反馈控制环路。本实用新型所述均流单元包括差分放大电路A2、误差比较放大电路PI2、采样电阻R13、功率场效应管，误差比较放大电路PI2的同相输入端为恒流电流信号设定输入端， 误差比较放大电路PI2输出端连接至功率场效应管的栅极，功率场效应管的源极经电阻 R13接均流单元的电流流出端子，功率长效应管的漏极接均流单元的电流流入端子；采样电阻R13并接于差分放大电路A2同相输入端与反相输入端之间，差分放大电路A2的输出端连接至误差比较放大比较电路PI2的反相输入端，构成单元反馈控制环路。本实用新型所述误差比较放大电路PI2的分布电容值比功率场效应管的分布电容值至少小两个数量级。相比于现有技术，本实用新型具有以下的优点1、使用双反馈环路控制，主反馈控制环路保证恒流精度，单元反馈控制环路保证功率管之间的均流一致性。2、均流单元使用了放大跟随驱动的方式，既能系统的可扩展性，又能保证系统控制环路的动态性能。
图1是本实用新型具体实施方式
中主反馈控制环路原理图。图2本实用新型具体实施方式
中均流单元的单元反馈控制环路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种大功率高速线性调整恒流源，由电流采样分流器FL1、差分放大电路Al、误差比较放大电路PI1、均流单元JL_1··· JL_n (数量η根据功率容量而定)，恒流电流设定信号DR输入到误差比较放大电路PI1的同相输入端，误差比较放大电路PI1输出端连接至均流单元的恒流电流信号设定输入端；所有均流单元的恒流电流信号设定输入端连接在一起；所有均流单元的电流流入端子P+连接在一起；所有均流单元的电流流出端子 C-连接在一起后，再连接到采样分流器的正端Uc+;采样分流器的负端Uc-连接至差分放大电路Al的反相输入端；差分放大电路Al的输出端连接至误差比较放大电路PIl的反相输入端，构成主反馈控制环路。如图2所示，所述均流单元包括差分放大电路Α2、误差比较放大电路ΡΙ2、采样电阻R13、功率场效应管Q1，误差比较放大电路ΡΙ2的同相输入端为恒流电流信号设定输入端，误差比较放大电路ΡΙ2输出端连接至功率场效应管Ql的栅极，功率场效应管Ql的源极经电阻R13接均流单元的电流流出端子，功率长效应管Ql的漏极接均流单元的电流流入端子；采样电阻R13并接于差分放大电路Α2同相输入端与反相输入端之间，差分放大电路Α2 的输出端连接至误差比较放大比较电路ΡΙ2的反相输入端，构成单元反馈控制环路。图1中Vi为恒流电流设定信号，P+为待测电池组正输入端、P-为待测电池组负输入端，Uc是电流采样分流器输出电压，Vf是电流采样输出信号Uc经过差分放大电路Al放大后输入到误差积分器的反馈信号，Vi连接到误差比较放大器PIl的同相输入端，分流器输出电压正端Uc+连接到误差放大器正输入连接电阻R4，分流器输出电压负端Uc-连接到差分放大电路Al反相输入端，该反相输入端连接电阻R5，差分放大电路Al将Uc放大后连接到误差比较放大电路PI1反相输入端，该反相输入端连接电阻R2，误差比较放大电路PI1 输出信号DR驱动均流单元JLl-JLn。主电路控制原理当设定Vi时，电阻R1、R2电容Cl集成运放ICl组成的误差比较放大电路PI，ICl 集成运放ICl的6脚电压输出端DR电压升高驱动均流单元JLl…几！!，产生总电流I，电流I 通过大电流、精密分流器FLl产生电压Uc，Uc通过由R3、R4、R5、R6集成运放IC2组成的差分放大电路Al后输出电压Vf，Vf输入到比较放大积分单元PI的反相端比较输入电阻R2， 当ICl的2脚与3脚电压相等时，控制回路达到平衡。所有DR信号是连接在一起的，只要保证所有均流单元的电阻R5、R6、R8、R9集成运放IC2组成的差分放大电路倍数Au及电阻R7的精度，则可以保证流过功率管Ql的电流一致性，实现单元均流，克服了功率管参数的离散性导致的电流不平衡问题。[0018]图2中均流单元JL由电阻R11、R12、R14、R15、集成运放电路IC4、电阻R7、R9、R10、 Cl集成运放电路IC3、电流采样电阻R13、门极驱动电阻R8、功率场效应管Ql组成。Ude是主反馈控制环路的驱动信号，C-是电流输出端。P+是待测电池正输入端。其中电阻Rll R12 R14 R15集成运放电路IC4组成差分放大电路A2，电阻R7R9 RlO Cl集成运放电路IC3组成误差比较放大电路PI2。均流单元JL的工作原理设定UDR信号输入到电阻R7时，集成运放IC3电压输出端6脚电压升高通过门极驱动电阻R8驱动功率管Ql产生电流II，电流Il经过电流采样电阻R13产生电压UI，电阻 RlU R12、R14、R15集成运放IC4组成的差分放大电路A2对电流采样信号UI进行放大，输出比较信号Vfb到电阻R15，当IC3的同相输入端和反相输入端电压相等时，单元控制环路进入稳态，流过R13的电流由电阻R13的电阻值，电阻Rl 1、R12、R14、R15集成运放IC4组成的差分放大电流的放大倍数Au和电流设定信号Um决定，计算公式如下Il = Udk+AU + R13当Au和R13固定时，电流Il就是由控制。均流单元中IC3的输入分布电容值比功率管Ql的输入分布电容值小约两个数量级，由于主电路误差比较放大电路PI1输入驱动信号驱动均流单元的误差比较放大电路 PI2的输入电阻Rl，而不是直接驱动功率管Ql，而IC3的输入分布电容要比功率管Ql的输入分布电容小得多，所以当系统功率容量增加需要并联很多均流单元时，不会导致主控制回路参数的恶化，从而保证了系统的动态特性。本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本实用新型权利保护范围之内。
权利要求1.一种大功率高速线性调整恒流源，其特征在于包括电流采样分流器、差分放大电路Al、误差比较放大电路PI1、至少一个均流单元，恒流电流设定信号输入到误差比较放大电路PIl的同相输入端，误差比较放大电路PIl输出端连接至均流单元的恒流电流信号设定输入端；所有均流单元的恒流电流信号设定输入端连接在一起；所有均流单元的电流流入端子连接在一起；所有均流单元的电流流出端子连接在一起后，再连接到采样分流器的正端；采样分流器的负端连接至差分放大电路Al的反相输入端，差分放大电路Al的输出端连接至误差比较放大电路PIl的反相输入端，构成主反馈控制环路。
2.根据权利要求1所述的大功率高速线性调整恒流源，其特征在于所述均流单元包括差分放大电路A2、误差比较放大电路PI2、采样电阻R13、功率场效应管，误差比较放大电路PI2的同相输入端为恒流电流信号设定输入端，误差比较放大电路PI2输出端连接至功率场效应管的栅极，功率场效应管的源极经电阻R13接均流单元的电流流出端子，功率长效应管的漏极接均流单元的电流流入端子；采样电阻R13并接于差分放大电路A2同相输入端与反相输入端之间，差分放大电路A2的输出端连接至误差比较放大比较电路PI2的反相输入端，构成单元反馈控制环路。
3.根据权利要求2所述的大功率高速线性调整恒流源，其特征在于所述误差比较放大电路PI2的分布电容值比功率场效应管的分布电容值至少小两个数量级。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率高速线性调整恒流源，包括电流采样分流器、差分放大电路A1、误差比较放大电路PI1、至少一个均流单元，恒流电流设定信号输入到误差比较放大电路PI1的同相输入端，误差比较放大电路PI1输出端连接至均流单元的恒流电流信号设定输入端；所有均流单元的恒流电流信号设定输入端连接在一起；所有均流单元的电流流入端子连接在一起；所有均流单元的电流流出端子连接在一起后，再连接到采样分流器的正端；采样分流器的负端连接至差分放大电路A1的反相输入端，差分放大电路A1的输出端连接至误差比较放大电路PI1的反相输入端，构成主反馈控制环路。本实用新型可实现功率管之间的准确均流及实现高速环路控制性能，从而提高动力电池组检测系统的动态性能及可靠性。
文档编号G05F1/56GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者刘春华, 曾志永, 黄维佳 申请人:中国电器科学研究院, 广州擎天实业有限公司非线性LED负载的DC-DC恒流源设计--《陕西科技大学学报(自然科学版)》2016年02期
非线性LED负载的DC-DC恒流源设计
【摘要】：基于斩波技术原理,采用Buck降压变换方案,设计一种强非线性负载的恒流电源.系统由Buck主电路,辅助电源电路,输出电流信号采集电路和控制电路四部分组成.整个系统由一路交流电源经降压后供电.辅助电源采用宽范围输入的LM2576芯片和三个WRB1215芯片组成;控制电路控制器采用增强型51芯片STC15W4K56S4;电流信号采集电路由0.2欧姆功率电阻取样,经TL082两级运放后以电压信号输入到单片机.针对LED的非线性特性,采用参数自调整PID进行恒流控制.经实际测试,系统输入交流电压可在32~40V范围内变化,输出电流可在150~350mA步进调整,稳态电流误差小于1%,最大动态偏差小于10%.
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TM46;TN312.8【正文快照】：
0引言发光二极管(LED)因发光效率高、使用寿命长、体积小等诸多优点在照明领域使用越来越广泛.但是LED灯是一种强非线性元件,在导通状态下,一个1 W的LED灯两端电压约3V左右,而电流可以从几毫安到几百毫安范围内变化,而且受温度影响严重,其伏安特性呈现一种强非线性[1].对LED恒
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