一种PWM斩波调光冗余电路及其斩波调光方法与流程

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种PWM斩波调光冗余电路及其斩波调光方法。

【背景技术】

具有“绿色照明”之称的LED(light emitting diode)备受人们关注，相比于传统光源，LED具有绿色环保、尺寸小、功耗低、寿命长等特点，非常适合用做灯具光源。为LED负载设计的恒压电源集中供电系统可以将电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED负载发光。同时为了满足用户的个性化需求或者根据环境需要调光以降低能耗，恒压电源集中供电系统还包括通信模块进而与LED负载进行数据交换，从而实现控制设备、监测灯具。

目前应用较为广泛的一种LED调光技术是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)斩波调光技术，通过调节PWM信号的占空比来调整LED光源的点亮时间，当PWM信号的占空比越大时，LED光源在一个周期内点亮的时间越长，人眼感知到的亮度越高，以此来实现调光。具体实现PWM斩波调光的方法就是在LED负载中串入一个MOS管(MOSFET场效应晶体管的简称)，用一个恒流源在LED负载的阳极供电。然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极，以快速地开关LED负载,从而实现调光。

PWM斩波调光的优点是不会产生色谱偏移、调光精确度高、调光范围大且低亮度时稳定性好。但是PWM斩波调光的一个缺点是，如果电源输出电流大或者其它环境问题导致MOS管失效，MOS管开路时，LED灯具会熄灭。但是在一些关键场合中，例如公共空间的指示性标志、消防通道、医院、工厂等场景，LED灯是任何状态都不能熄灭的，否则会出现严重的事故。

因此，实有必要提供一种新的PWM斩波调光冗余电路及其斩波调光方法解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种确保LED负载不会熄灭的PWM斩波调光冗余电路及其斩波调光方法，以解决相关技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种PWM斩波调光冗余电路，其包括控制单元、连接直流母线的LED负载模块以及连接所述控制单元、LED负载模块的PWM开关单元，所述控制单元包括供电模块、PWM控制信号模块、信号检测模块、告警模块，所述PWM开关单元包括主开关电路以及与所述主开关电路并联的冗余开关电路，所述主开关电路包括第一MOS管，所述冗余开关电路包括与所述第一MOS管并联的第二MOS管。

更优地，所述PWM控制信号模块包括可输出第一信号的第一信号输出口以及可输出第二信号的第二信号输出口。

更优地，所述第一MOS管的栅极连接所述第一信号输出口，所述第一MOS管的源极连接所述直流母线的负极，所述第一MOS管的漏极连接所述信号检测模块的负极以及所述LED负载模块的负极。

更优地，所述第二MOS管的栅极连接所述第二信号输出口，所述第二MOS管的源极连接所述直流母线的负极，所述第二MOS管的漏极连接所述信号检测模块的负极以及所述LED负载模块的负极。

更优地，所述信号检测模块连接所述供电模块，所述PWM控制信号模块连接所述供电模块，所述告警模块连接所述供电模块。

更优地，所述PWM开关单元还包括与所述主开关电路并联的第二冗余开关电路，所述第二冗余开关电路包括与所述第一MOS管并联的第三MOS管，所述PWM控制信号模块还包括连接所述第三MOS管的栅极的第三信号输出口，所述第三MOS管的源极连接所述直流母线的负极，所述第三MOS管的漏极连接所述信号检测模块的负极以及所述LED负载模块的负极。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种PWM斩波调光冗余电路的斩波调光方法，其包括控制单元、连接直流母线的LED负载模块以及连接所述控制单元、LED负载模块的PWM开关单元，所述控制单元包括供电模块、PWM控制信号模块、信号检测模块、告警模块，所述PWM控制信号模块可输出第一信号以及第二信号，所述PWM开关单元包括主开关电路以及与所述主开关电路并联的冗余开关电路，所述主开关电路包括可接收所述第一信号的第一MOS管，所述冗余开关电路包括与所述第一MOS管并联且可接收所述第二信号的第二MOS管，当所述第一MOS管无损坏时，所述PWM控制信号模块向所述第一MOS管输出所述第一信号，所述第一MOS管工作且对所述LED负载模块进行PWM调光，所述主开关电路正常工作，所述冗余开关电路不工作；当所述第一MOS管开路时，所述主开关电路发生异常，所述PWM控制信号模块停止发射所述第一信号且向所述第二MOS管发射所述第二信号，所述第二MOS管工作且对所述LED负载模块进行PWM调光，所述主开关电路停止工作，所述冗余开关电路正常工作，所述告警模块输出告警信号；当所述第一MOS管短路时，所述主开关电路发生异常，所述PWM控制信号模块停止发射所述第一信号、所述第二信号，所述LED负载模块全亮工作，所述主开关电路、冗余开关电路停止工作，所述告警模块输出告警信号。

更优地，所述PWM控制信号模块包括输出所述第一信号的第一信号输出口以及输出所述第二信号的第二信号输出口。

更优地，第一MOS管的栅极连接所述第一信号输出口，所述第一MOS管的源极连接所述直流母线的负极，所述第一MOS管的漏极连接所述信号检测模块的负极以及所述LED负载模块的负极。

更优地，所述第二MOS管的栅极连接所述第二信号输出口，所述第二MOS管的源极连接所述直流母线的负极，所述第二MOS管的漏极连接所述信号检测模块的负极以及所述LED负载模块的负极。

本发明的技术效果为：通过控制单元里设置信号检测模块、告警模块，PWM开关单元里增设与主开关电路并联的冗余开关电路，从而当主开关电路的第一MOS管出故障时，冗余开关电路作为备用开关电路，避免LED负载模块出现灭灯情况。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是现有技术的PWM斩波调光电路的方框示意图；

图2是本发明实施例一的PWM斩波调光冗余电路的结构框图。

图3是本发明实施例二的PWM斩波调光冗余电路的结构框图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为现有技术PWM斩波调光电路100’，其包括供电模块11’、连接供电模块11’的PWM控制信号模块2’、连接PWM控制信号模块2’的MOS管Q1’以及连接MOS管Q1’的LED负载模块3’。MOS管是MOSFET场效应晶体管的简称。LED负载模块3’的正极连接直流母线DCBUS的正极，MOS管Q1’的栅极连接PWM控制信号2’的负极，MOS管Q1’的漏极连接LED负载模块3’的负极，MOS管Q1’的源极连接DCBUS的负极。

供电模块11’为PWM控制信号模块2’供电，PWM控制信号模块2’发射PWM信号，控制MOS管Q1’快速地开关LED负载模块,从而实现对LED负载调光。

但是这样设计，如果MOS管Q1’发生故障，那么LED负载3’则会熄灭。

如图2所示，本发明实施例一的PWM斩波调光冗余电路100，包括控制单元1、PWM开关单元2以及LED负载模块3。PWM开关单元2连接控制单元1及LED负载模块3。LED负载模块3的正极连接至直流母线DCBUS的正极。

控制单元1包括供电模块11、连接供电模块11的信号检测模块13、连接供电模块11的PWM控制信号模块12、连接供电模块11的告警模块14。告警模块14可输出告警信号。PWM控制信号模块12包括可输出第一信号PWM1的第一信号输出口121、可输出第二信号PWM2的第二信号输出口122。

PWM开关单元2包括主开关电路、与主开关电路并联的冗余开关电路。主开关电路包括第一MOS管Q1，第一MOS管Q1的栅极连接PWM控制信号模块2的第一信号输出口121，第一MOS管Q1的源极连接DCBUS的负极，第一MOS管Q1的漏极连接信号检测模块13的负极以及LED负载模块3的负极。

冗余开关电路包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接PWM控制信号模块12的第二信号输出口122,第二MOS管Q2的源极连接DCBUS的负极，第二MOS管Q2的漏极连接信号检测模块13的负极以及LED负载模块3的负极。

本发明PWM斩波调光冗余电路100的工作原理为：

当上电时，直流母线DCBUS上有稳定的电压输出，供电模块11起电力转换的作用，为信号检测模块13、PWM控制信号模块12、告警模块14供电。直流母线DCBUS为LED负载模块3供电。

PWM控制信号模块2发射第一信号PWM1，使第一MOS管Q1处于PWM控制状态下，即此时第一MOS管Q1是工作在ON/OFF的状态，此时第二MOS管Q1处于不工作状态。

当第一MOS管Q1导通时，LED负载模块3的负极(下面简称LED-)的电压约等于0v，当第一MOS管Q1截止时，LED-的电压为高电压。

如表一所示，当主开关电路工作，冗余开关电路不工作时，信号检测模块13可以通过PWM控制信号和LED-电压信号的逻辑关系，从而确定PWM开关单元2的状态。

表一

如表一所示，当第一MOS管Q1发生故障形成开路时，LED负载呈关闭状态，信号检测模块13检测到电路发生异常1；当第一MOS管Q1发生故障形成短路时，LED负载呈全亮状态，电路不能调节LED灯的亮度，信号检测模块13检测到电路发生异常2。

如表二所示，主开关电路发生异常时，冗余开关电路作为备用开关电路开始处理异常，信号检测模块13可以通过PWM控制信号和LED-电压信号的逻辑关系，从而确定PWM开关单元2的状态。

表二

如表二所示，当第一MOS管Q1开路，主开关电路发生异常1时，PWM控制信号模块12会停止发射第一信号PWM1并且发射第二信号PWM2，让第二MOS管Q2正常工作，同时告警模块14输出告警信号。当第一MOS管Q1短路，主开关电路发生异常2时，PWM控制信号模块12会停止发射第一信号PWM1、第二信号PWM2,LED负载呈全亮状态，告警模块14输出告警信号。

本发明一种PWM斩波调光冗余电路100相较现有技术，通过控制单元里设置信号检测模块、告警模块，在PWM开关单元里增设与主开关电路并联的冗余开关电路，从而当主开关电路出故障时，冗余开关电路作为备用开关，令LED负载模块不会出现灭灯情况。在实际运用LED照明的场景中，例如，公共空间的指示性标志、消防通道、医院、工厂等，本发明PWM斩波调光冗余电路100可以有效的避免事故发生。

本发明一种PWM斩波调光冗余电路100的斩波调光方法，其包括控制单元1、连接直流母线的LED负载模块3以及连接控制单元1、LED负载模块3的PWM开关单元2，控制单元1包括供电模块11、PWM控制信号模块12、信号检测模块13、告警模块14，PWM控制信号模块12可输出第一信号PWM1以及第二信号PWM2。PWM开关单元2包括主开关电路以及与主开关电路并联的冗余开关电路。主开关电路包括可接收第一信号PWM1的第一MOS管Q1。冗余开关电路包括与第一MOS管Q1并联且可接收第二信号PWM2的第二MOS管Q2。当第一MOS管Q1无损坏时，PWM控制信号模块12向第一MOS管Q1输出第一信号PWM1，第一MOS管Q1工作且对LED负载模块3进行PWM调光，主开关电路正常工作，冗余开关电路不工作；当第一MOS管Q1开路时，主开关电路发生异常1，PWM控制信号模块12停止发射第一信号PWM1且向第二MOS管Q2发射第二信号PWM2，第二MOS管Q2工作且对LED负载模块3进行PWM调光，主开关电路停止工作，冗余开关电路正常工作，告警模块13输出告警信号；当第一MOS管短路时，主开关电路发生异常2，PWM控制信号模块12停止发射第一信号PWM1、第二信号PWM2，LED负载模块3全亮工作，主开关电路、冗余开关电路停止工作，告警模块13输出告警信号。

本发明一种PWM斩波调光冗余电路100的斩波调光方法相较现有技术，通过控制单元里设置信号检测模块、告警模块，在PWM开关单元里增设与主开关电路并联的冗余开关电路，从而当主开关电路的第一MOS管出故障时，冗余开关电路作为备用开关电路，避免LED负载模块出现灭灯情况。在实际运用LED照明的场景中，例如，公共空间的指示性标志、消防通道、医院、工厂等，本发明一种PWM斩波调光冗余电路100的斩波调光方法可以有效的避免事故发生。

如图3所示，本发明实施例二的PWM斩波调光冗余电路200，其与实施例一的PWM斩波调光冗余电路100的控制单元1、LED负载模块3的结构相同，区别在于，PWM控制信号模块12还包括可发射第三信号PWM3的第三信号输出口123，PWM开关单元4包括主开关电路以及与主开关电路并联的第一冗余开关电路、第二冗余开关电路。

主开关电路包括第一MOS管Q1，第一MOS管Q1的栅极连接PWM控制信号模块2的第一信号输出口121，第一MOS管Q1的源极连接DCBUS的负极，第一MOS管Q1的漏极连接信号检测模块13的负极以及LED负载模块3的负极。

第一冗余开关电路包括第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接PWM控制信号模块12的第二信号输出口122,第二MOS管Q2的源极连接DCBUS的负极，第二MOS管Q2的漏极连接信号检测模块13的负极以及LED负载模块3的负极。

第二冗余开关电路包括第三MOS管Q3，第三MOS管Q3的栅极连接PWM控制信号模块12的第三信号输出口123,第三MOS管Q3的源极连接DCBUS的负极，第二MOS管Q2的漏极连接信号检测模块13的负极以及LED负载模块3的负极。

第一冗余开关电路、第二冗余开关电路都是作为主开关电路的备用电路而设置。具体的工作原理为：

当第一MOS管Q1无损坏时，PWM控制信号模块12向第一MOS管Q1输出第一信号PWM1，第一MOS管Q1工作且对LED负载模块3进行PWM调光，主开关电路正常工作，第一冗余开关电路、第二冗余开关电路不工作。

当第一MOS管Q1开路时，主开关电路发生异常1，PWM控制信号模块12停止发射第一信号PWM1且向第二MOS管Q2发射第二信号PWM2，第二MOS管Q2工作且对LED负载模块3进行PWM调光，主开关电路停止工作，第一冗余开关电路正常工作，告警模块13输出告警信号。

当第一MOS管Q1、第二MOS管Q2都开路时，主开关电路、第一冗余开关电路发生异常1，PWM控制信号模块12停止发射第一信号PWM1、第二信号PWM2且向第三MOS管Q3发射第三信号PWM3，第三MOS管Q3工作且对LED负载模块3进行PWM调光，主开关电路、第一冗余开关电路停止工作，第二冗余开关电路正常工作，告警模块13输出告警信号。

当第一MOS管Q1短路时，主开关电路发生异常2，PWM控制信号模块12停止发射任何信号，LED负载模块3全亮工作，主开关电路、冗余开关电路停止工作，告警模块13输出告警信号。

当第一MOS管Q1、第二MOS管Q2都短路时，主开关电路发生异常2，PWM控制信号模块12停止发射任何信号，LED负载模块3全亮工作，主开关电路、冗余开关电路停止工作，告警模块13输出告警信号。通过这样的设计，则可以充分的避免LED负载模块不会出现灭灯情况，从而避免事故发生。

在其它实施例中，PWM开关单元还可以包括多个冗余开关电路，从而进一步增加电路的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。