单PWM多组驱动以及功耗精确测量方法技术

本发明专利技术涉及一种利用MCU单通道PWM输出，对多路负载进行功率控制的电路，特别是利用廉价的MCU，对多路LED负载进行数字化驱动，根据工作需要，对每一路负载进行功率分配；通过新算法设计，将功率分配与PWM输出解耦合，使得廉价MCU的使用成为可能；新设计中可以针对单路负载进行测量，从而获得相应支路负载的工作状态，进行故障隔离；新设计可以在生产阶段将经过测试的校准数据写入MCU，从而使得MCU能够识别多种不同的负载。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用MCU单通道PWM输出，对多路负载进行功率控制的电路，特别是利用廉价的MCU，对多路LED负载进行数字化驱动，根据工作需要，对每一路负载进行功率分配；通过新算法设计，将功率分配与PWM输出解耦合，使得廉价MCU的使用成为可能；新设计中可以针对单路负载进行测量，从而获得相应支路负载的工作状态，进行故障隔离；新设计可以在生产阶段将经过测试的校准数据写入MCU，从而使得MCU能够识别多种不同的负载。【专利说明】单PWM多组驱动以及功耗精确测量方法
本专利技术涉及集成电路、电路硬件设计和嵌入式软件设计领域，特别是一种利用MCU单通道PWM输出，对多路负载进行功率控制的电路，利用廉价的MCU，对多路LED负载进行数字化驱动，根据工作需要，对每一路负载进行功率分配；通过新算法设计，将功率分配与PWM输出解耦合，使得廉价MCU的使用成为可能；新设计中可以针对单路负载进行测量，从而获得相应支路负载的工作状态，进行故障隔离；新设计可以在生产阶段将经过测试的校准数据写入MCU，从而使得MCU能够识别多种不同的负载。技术背景当前的驱动器电路，一般选择专用芯片进行设计，针对不同的负载、不同的工作条件，需要不同的设计。当负载变化较大时，驱动电路很复杂；当几个不同的负载工作时，需要预知对应的驱动电路。当前设计如图1所示。连接关系如下:输入电压10.8V?24VDC，与芯片IN管脚、C2、C3、L1、LED连接，LI与Ql、Dl连接，Dl与LED、C3连接，Ql栅极与芯片NDRV管脚连接，Ql源极与电阻R1、芯片CS管脚连接。工作过程如下:当MOS晶体管Ql导通时，能量开始在电感LI中储存，LED电流由电容C3提供；当MOS晶体管Ql截止时，电感LI中的能量转移到电容C3中，同时提供能量到LED中，转换到光能量输出。目前的方式，对于一般的驱动器应用是足够的，方法简单，成本低廉；但是在不能够在智能控制系统中应用，而且在参数调整过程中相关指标恶化而达不到节能、长寿命等要求。传统方法的缺点为:工作模式单一，不适合在复杂的环境下工作；不能够动态调整负载的工作状态；当多路负载存在时，不能够动态识别工作支路以及相应的工作状态；无法诊断以及隔离存在故障的支路；无法精确测量实时的功耗；无智能控制接口，无法实现远程的智能网络控制。本
技术实现思路
本专利技术是通过如下方法实现的。如图2所示为单PWM多组驱动以及功耗精确测量的电路，连接关系为:VCC与电感L1、Dl、Rll、C2、R6、R7、R8、R9、RIO、LS10、LS20、LS30、LS40、LS50 连接，MOS 管 PMOSl 栅极与RlO、Rl连接，MOS管PM0S2栅极与R9、R2连接，MOS管PM0S3栅极与R8、R3连接，MOS管PM0S4栅极与R7、R4连接，MOS管PM0S5栅极与R6、R5连接，MOS管PMOSl源极与LSlN连接，MOS管PM0S2源极与LS2N连接，MOS管PM0S3源极与LS3N连接，MOS管PM0S4源极与LS4N 连接，MOS 管 PM0S5 源极与 LS5N 连接，MOS 管 PM0S1、PM0S2、PM0S3、PM0S4、PM0S5 漏极与NM0S6漏极、Dl连接，NMOSl漏极与Rl连接，NM0S2漏极与R2连接，NM0S3漏极与R3连接，NM0S4 漏极与 R4 连接，NM0S5 漏极与 R5 连接，NMOSl、NM0S2、NM0S3、NM0S4、NM0S5 栅极分别于 MCU 的 GP101、GP102、GP103、GP104、GP105 连接，，NM0S1、NM0S2、NM0S3、NM0S4、NM0S5源极接地，光耦的二极管输入端接店租RlI，光耦的集电极余3.3V连接，光耦的射极与R12、C3、MCU的ADC CHl连接，二极管输出端与NM0S6漏极连接，NM0S6栅极与MCU的PWM输出端口连接，匪056的源极与1?13、1?14连接，1?14与(:1、0? filter的输入端连接，OP filter的输出端与 MCU 的 ADC CH2 连接，LED10、LEDlx, LEDlN 组成负载支路 1，LED20、LED2x、LED2N组成负载支路2，LED30、LED3x、LED3N组成负载支路3，LED40、LED4x、LED4N组成负载支路4，LED50、LED5x、LED5N组成负载支路5，MCU与其它设备通过I2C、RS485总线进行通信。工作原理如下:当MCU GP10输出为 “ 1”，对应的 NMOS导通，相应的PMOS 的栅极电压降低，PMOS晶体管导通，使得相应的负载之路1/2/3/4/5接入工作回路。当PWM输出为“1”，NM0S6导通，VCC电压经过L1、负载支路、NM0S6、R13接地，VCC电源再给负载支路供电的同时，将部分多余能量储存在L1、C2中；当PWM输出为“0”，NM0S6截止，L1、C2中储存的能量给负载支路供电，电流经过Dl构成回路。整个驱动，负载工作在横流模式下，电压以及电流的波动很小。负载支路断路故障检测:利用MCU GPIO将相应的负载支路接入回路，PWM工作一个固定的时间片断，通过ADC CHl与ADC CH2的数据判断。如MCU GPIOl输出“ 1”，负载支路I接入回路，PWM工作100ms。若负载支路I正常工作，负载支路压降通过光耦产生在电阻R12上产生压降，经过ADC CHl转换为数字信号，此数据与缺省设置差别不大，同时ADCCH2获得此负载支路的工作电流；若负载支路I断路，VCC通过光耦产生在电阻R12上产生压降，经过ADC CHl转换为数字信号，此数据与VCC的数字表示差别不大，但不是负载支路的压降，同时ADC CH2无法获得`此负载支路的工作电流。负载支路短路或者部分短路故障检测:负载支路全部短路，则ADC CHl中的获得数据接近“0”，而ADC CH2获得的数据接近最大值；负载支路部分短路，ADC CHl中的获得数据接偏小，而ADC CH2获得的数据偏大。负载支路负载单元个数的检测:单元负载的压降大约为3.3V，此电压通过光耦，在电阻R12上产生的电压为(3.3-1.1)*R12/R11*CTR，CTR为光耦中输入电流与输出电流的转换效率，此电压通过ADC CHl转换为数字数据；当负载支路中有N个单元负载时，在电阻R12上产生的电压为(N*3.3-1.1)*R12/R11*CTR，此电压通过ADC CHl转换为数字数据。通过转换的数据与缺省数据的比对，可以确定每个负载支路中的单元负载的个数。解耦合:当负载支路中单元负载的个数确定后，整个系统中色温的调制、色彩的调制与总功耗的PWM控制是相互分离的。PWM的功耗控制:如MCU工作在16MHz时钟，而PWM采用固定频率的256KHz，则每个256KHz的PWM中，容纳64个时钟周期，设定有8个负载支路，每个负载支路在满负荷工作下，需要64/8 = 8个时钟周期的占空比。每一个负载支路满负荷工作，需要256KHZ固定频率PWM中8个时钟周期的占空比(时钟信号为16MHz)，当回路中有N个负载支路时，总的PWM占空比需要N*8个时钟周期。以上对功率的控制，不需要复杂的算法支持，仅仅根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用MCU单通道PWM输出，对多路负载进行功率控制的电路，包括4个部分：多路负载、负载支路控制矩阵、光电耦合模组、MCU驱动模组。多路负载是根据客户需求，每一路负载的个数与负载的支路数目是可以变化的；负载支路控制矩阵是针对每一条支路进行开关控制，将该支路负载接入或者进行旁路处理；光电耦合模组测量每一条支路的工作电压；MCU驱动模组使用PWM信号控制大功率晶体管，获得负载需要的驱动能力；在生产阶段将电路的校准数据写入后，可以精确测量负载的功耗以及识别负载的具体内容，针对故障进行隔离；利用MCU进行近距离和远距离通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹登庆，
申请(专利权)人：深圳市智远能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：