一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可编程直流电流源领域，更具体地说，涉及一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法。
【背景技术】
[0002]由于全球LED行业的迅速发展，各国都出台了一些针对LED的检测标准，同时用户对LED的质量要求也越来越高。因此，LED的通电老化、使用寿命的测试也发展迅速，要对LED进行精确的通电老化及寿命测试，基本的要求便是每颗LED的老化测试，都必须是一个独立的电流，所以市场对多通道(100通道以上)的直流电流源的需求也明显增加。但是，由于受设备体积及成本限制，这种多通道直流电流源不可能在每一个电流回路都使用大体积的散热片进行散热，从而导致这种多通道直流电流源的输出功率、电压、电流均受到限制，目前这种产品的应用范围也局限于小功率LED灯珠的测试，在负载发生变化的情况下，功率管上承受的功率相应发生变化，多余的输出功率完全由电流源的功率管承受，导致功率管急剧发热，从而导致功率管损坏。
[0003]目前，市场上的大功率LED灯珠越来越多，同时一次性老化测试的LED灯珠也越来越多，通常要求400颗以上的灯珠同时进行测试。因此，迫切需要一种输出功率大、电压高、电流大的多通道直流电流源来解决上述问题，以推动该产业的快速发展。
[0004]而目前在直流电源中，要输出较大的电流和电压，那么功率电源就必须输出非常大的功率，而当负载减小时，多余的功率就完全由电流源的功率管承受，成了热损耗，导致功率管损坏。而目前的主要方案中，保护功率管主要通过热检测元件来检测功率管上的温度，当温度超过一定值时，关闭功率管的输出，达到保护功率管的目的，如图1所示。
[0005]但是这种方式，主要存在以下技术缺陷:
[0006]1、电流源输出效率低，当负载功率较小时，功率电源的输出功率主要由功放管承受，而产生巨大的热损耗。
[0007]2、在目前的功率管保护方案中，受成本的限制，主要是用热敏电阻来检测功率管温度，而热敏电阻离散性大，受环境温度影响，检测不准确，常常出现误动作；
[0008]3、热检测元件必须要尽可能紧贴功率管才有较好的效果，安装生产工艺较高；
[0009]4、当负载所需功率变化时，由于功率电源输出电压恒定，如果负载所需电压较小时，功率管相应需要承受更高电压，在输出电流较大的情况下，功率管上承受的功率损耗急剧变大，严重影响输出功率的大小，限制了电源的使用范围。因此，这种方式设计的电流源一般输出电流、电压都比较小。
[0010]5、为了尽可能扩大电源对负载的适用范围，热保护的温度值一般都设计到功率管能够承受的温度上限，而在实际的使用过程中，功率管上的损耗根据不同的负载进行变化，不能确保在一个恒定的区间，从而导致功率管温度在不断变化，而在功率管的温度变化过程中，其相关参数是非线性变化，严重影响了电流源输出的各项技术参数。
[0011]6、设备的体积重量都比较大，不适于设计成多通道直流电流源。因为这种方案需要获得较宽的使用范围，比如要求输出电压、电流都比较高，不可避免的会使用大量散热片、风扇等进行辅助散热。
【发明内容】
[0012]为了解决上述问题，本发明提供一种可以自动检测功率管功率损耗，来调整输出功率，保持功率管的损耗在一个恒定的区间，从而在不需要散热器的情况下，输出大功率、高电压、大电流的多通道直流电流源的功率管保护及高效率输出方法。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下所述:一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014](1)使用输出电压可连续调节的电压源作为本电流源的功率电源；
[0015](2)在电路中接入负载，根据负载所需直流电流大小，设置输出电流值Ib，并预设功率电源电压值Up，开始输出电流；
[0016](3)电流源开始工作后，主控模块自动检测功率管上的电压Ub，并通过检测到的电压Ub计算功率管上的功耗Wb = Ub*Ib ；
[0017](4)根据功率管的数据手册及实验确定功率管的最佳功耗区间W1—W2，功率管在此区间工作，可确保功率管温升在一个可控的区间内，保证了电流源的热稳定性；
[0018](5)主控模块判定功率管上的功耗Wb是否在功率管的最佳工作区间:若Wb > W2,则说明对于当前负载，功率管承受热损耗太大，主控模块需要控制降低功率电源电压值Up，并通过公式(Wb-W2)/Ib计算出功率电源需要减少的电压值；若Wb < W1，主控模块需要控制功率电源电压值Up升高，并且通过公式(Wl-Wb)/Ib计算出功率电源需要升高的电压值；通过不断操作，直到功率管上的功耗Wb落在功率管最佳功耗区域内。
[0019](6)当电流源所接负载发生变化时，功率管上的电压Ub发生变化，再按以上步骤自动调整功率电源的输出电压，确保直流电流源最佳工作效率状态。
[0020]根据上述的本发明，其有益效果在于，
[0021]1、确保功率管工作在最佳功耗状态，减小热损失，提高电源效率；
[0022]2、同等使用条件下，电源能够提供更大功率、更高电压输出；
[0023]3、节约成本。电源通过不同负载自动调整功率管上的功率损耗，可以无需外置散热装置(如风扇、散热片等)；
[0024]4、电源体积小。因为将功率管热损耗降到了最低，使用较小的体积来完成多路直流电流源的输出成为现实；
[0025]5、输出功率、电压、电流均可以根据需要设计到一个较高的值。
[0026]6、由于不需要考虑功率管散热问题，可以设计更多的独立电流输出通道数。
【附图说明】
[0027]下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的说明。
[0028]图1为现有技术电路原理图；
[0029]图2为本发明电路原理图。
【具体实施方式】
[0030]如图2所示，一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法，包括以下步骤:
[0031](1)使用输出电压可连续调节的电压源作为本电流源的功率电源；
[0032](2)在电路中接入负载，根据负载所需直流电流大小，设置输出电流值Ib，并预设功率电源电压值Up，开始输出电流；
[0033](3)电流源开始工作后，主控模块自动检测功率管上的电压Ub，并通过检测到的电压Ub计算功率管上的功耗Wb = Ub*Ib ；
[0034](4)根据功率管的数据手册及实验确定功率管的最佳功耗区间W1—W2，功率管在此区间工作，可确保功率管温升在一个可控的区间内，保证了电流源的热稳定性；
[0035](5)主控模块判定功率管上的功耗Wb是否在功率管的最佳工作区间:若Wb > W2,则说明对于当前负载，功率管承受热损耗太大，主控模块需要控制降低功率电源电压值Up，并通过公式(Wb_W2)/Ib计算出功率电源需要减少的电压值；若Wb < W1，主控模块需要控制功率电源电压值Up升高，并且通过公式(Wl-Wb)/Ib计算出功率电源需要升高的电压值；通过不断操作，直到功率管上的功耗Wb落在功率管最佳功耗区域内。
[0036]当电流源所接负载发生变化时，功率管上的电压Ub发生变化，再按以上步骤自动调整供电电源，确保直流电流源最佳效率状态。
[0037]按照以上步骤，整个功率管的功率损耗检测控制形成一个闭环系统，确保功率管上是一个恒定的损耗，与负载及输出电流大小无关，大幅度提高电流源的输出效率及功率管的可靠性。
[0038]上述方法由于电流源方案，功率管控制的电流大小主控模块是明确已知的，通过准确检测功率管上的电压，可以非常准确的确定功率管的损耗，而不会受到其他外部环境影响。
[0039]上述方法检测功率管的电压非常简单方便，对生产工艺几乎没有要求，适合批量生产。
[0040]上述方法中，可以通过智能控制的方式，将功率的损耗固定在一个较小的范围内，在这个范围功率管的温度只有很小的波动，大幅度提高了输出电流的准确度、稳定度等技术指标。
[0041]上述方法中，适用的负载范围非常广泛，可以调整功率电源的输出电压幅度，将绝大部分的功率加在负载上面，大幅度提供电流源的效率。
[0042]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
[0043]上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)使用输出电压可连续调节的电压源作为本电流源的功率电源； (2)在电路中接入负载，根据负载所需直流电流大小，设置输出电流值Ib，并预设功率电源电压值Up，开始输出电流； (3)电流源开始工作后，主控模块自动检测功率管上的电压Ub，并通过检测到的电压 Ub，计算功率管上的功耗Wb = Ub*Ib ； (4)根据功率管的数据手册及实验确定功率管的最佳功耗区间W1W2，功率管在此区间工作，可确保功率管温升在一个可控的区间内，保证了功率管的热稳定性，从而保证了电流源的输出技术指标； (5)主控模块判定功率管上的功耗wb是否在功率管的最佳工作区间:若Wb>W2，则说明对于当前负载，功率管承受热损耗太大，主控模块需要控制降低功率电源电压值Up，并通过公式(Wb-W2)/Ib计算出功率电源需要减少的电压值；若恥< W1，主控模块需要控制功率电源电压值Up升高，并且通过公式(Wl-Wb)/Ib计算出功率电源需要升高的电压值；通过不断操作以上步骤，直到功率管上的功耗wb落在功率管最佳功耗区域内。
【专利摘要】本发明公开了一种直流电流源的功率管保护及高效率输出方法，主要包括使用输出电压可连续调节的电压源作为本电流源的功率电源；在电路中接入负载，根据负载所需直流电流大小，设置输出电流值Ib，并预设功率电源电压值Up，开始输出电流；电流源开始工作后，主控模块自动检测功率管上的电压Ub，并计算功率管上的功耗Wb＝Ub*Ib；根据功率管的数据手册及实验确定功率管的最佳功耗区间W1-W2；主控模块判定功率管上的功耗Wb是否在功率管的最佳工作区间。本发明可以自动检测功率管损耗，保持功率管的损耗在一个恒定的区间，极大地提高了直流电流源的输出效率，从而在不需要散热器的情况下，可高效率的输出大功率、高电压、大电流，并对功率管进行了可靠保护。
【IPC分类】H02M1/32, H02M3/156
【公开号】CN105305793
【申请号】CN201510121654
【发明人】欧勇, 张伟
【申请人】深圳市嘉兆鸿电子有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年3月20日