CN101702849B - 一种适用于led驱动器的多路pwm斩波均流电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，包括一个单输出恒流源和并联输出的多路负载，所述的每路负载由多个LED灯串联组成，并串联一个均流电路和一个均流控制电路，其特征在于所述的均流电路由调整管和采样电阻串联组成；所述的每路均流控制电路的输入来自每路采样电阻对该路电流的采样信号，经过各自的均流控制电路转换后成为公共的连接线，和其它各路连接在一起，成为均流总线；每路电流采样信号和均流总线电压在均流控制电路内部进行比较调节后，产生PWM信号或高电平信号，该信号则可控制对应的均流电路调整管的工作占空比大小，然后控制每路电流的大小，实现各路电流的均流。

Description

一种适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路

技术领域

本发明涉及一种适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路。具体的说应该是，一种用于LED的恒流驱动电路，以PWM斩波的方式实现多路LED负载并联使用时多路间均流的技术。

背景技术

对于LED多路恒流控制驱动器的应用，最常用的方案有：1.恒压模块+多路非隔离DC/DC恒流电路(如BUCK电路)；2.电压可调稳压模块+多路线性调整恒流电路。

对于第一种方案，参照图1，恒压模块的输出作为多路恒流电路的输入，每路恒流电路单独做恒流控制，很容易保证多路输出电流的均流。但由于每路恒流源需要一个独立控制的的DC/DC变换器，因此电路复杂，成本高。

对于第二种方案，参照图2，用MOS管或三极管做线性调整来实现多路恒流控制，前级稳压模块的输出电压跟随后级恒流线性调整电路，稳压模块的输出电压始终比多路线性调整恒流电路中输出电压最高的一路略高，使线性调整电路在每路输出能实现精确恒流控制的基础上的功耗始终接近最小。该方案虽然电路成本低，每路的均流性好，但短路是LED常见的失效模式，在多路LED的压差比较大时，线性调整管的功耗很大，使LED驱动器发热严重。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种用简单的PWM均流电路，实现均流性能良好的多路输出LED平均电流的恒流控制，并且在多路LED压差较大时，均流控制电路自身不产生大的功耗。

解决上述问题采用的技术方案是：一种适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，包括一个单输出恒流源和多路输出电路，所述的单输出恒流源输入端接交流输入电压，输出端接多路输出电路，所述的每个输出电路包括一个均流电路，一个均流控制电路以及由多个LED灯组成的负载，其特征在于所述的均流电路由调整管和采样电阻串联组成；所述的每路均流控制电路的输入来自每路采样电阻对该路电流的采样信号，经过各自的均流控制电路转换后成为公共的连接线，和其它各路连接在一起，成为均流总线；每路电流采样信号和均流总线电压在均流控制电路内部进行比较调节后，产生PWM信号或高电平信号，该信号则可控制对应的均流电路调整管的工作占空比大小，然后控制每路电流的大小，实现各路电流的均流。

本发明的有益效果：

1.多路PWM斩波均流的主电路及控制电路结构简单，成本低，并且在多路LED压差较大时，多路均流控制电路自身不产生大的功耗。

2.多路PWM斩波均流电路独立于单输出恒流源，可作为模块独立使用，适用于标准的单路恒流电源。当前级单路恒流源因调光需要改变稳流值时，多路PWM斩波均流电路仍能保持每路电流平均电流自动均分。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1现有技术电路框图一。

图2现有技术电路框图二。

图3本发明的电路结构框图之一。

图4本发明实现电路结构一的的第一种实施方式。

图5本发明实现电路结构一的的第二种实施方式。

图6本发明实现电路结构一的的第三种实施方式。

图7本发明实现电路结构一的的第四种实施方式。

图8本发明实现电路结构一的的第五种实施方式。

图9本发明实现电路结构一的的第六种实施方式。

具体实施例

参照图3，本发明的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，包括一个单输出恒流源和多路输出电路，所述的单输出恒流源输入端接交流输入电压Vac，输出端接多路输出电路，所述的每个输出电路包括一个均流电路，一个均流控制电路以及由多个LED灯组成的负载，所述的均流电路由调整管S1，......，Sn和采样电阻Rs1，......，Rsn串联组成；所述的每路均流控制电路的输入来自每路采样电阻对该路电流的采样信号Vs1，...，Vsn，经过各自的均流控制电路转换后成为公共的连接线，和其它各路连接在一起，成为均流总线；每路电流采样信号Vs1，...，Vsn和均流总线电压Vshare在均流控制电路内部进行比较调节后，产生PWM信号或高电平信号，该信号则可控制对应的均流电路调整管的工作占空比大小，然后控制每路电流的大小，实现各路电流的均流。

为方便阐述，这里假定以下表述中所提到的某一路负载为r路，其中r等于1，2，……，n。

参照图4，所述的交流输入电压Vac作为恒流源的输入，经过恒流源后输出恒流电流Io给各路LED负载供电。所述的LED负载是多路n路多个(m个)串联的LED灯组成如LED11，...LEDm1，......，LED1n，...LEDmn。

其中，某一路的连接方式为：所述的负载LED1r，...LEDmr串联后连接调整管MOSFET Sr和采样电阻Rsr组成的均流电路r；

所述的均流电路r的MOS管Sr的漏极连接到LED负载，其源极连接到采样电阻Rsr的一端，采样电阻Rsr的另外一端连接到输出地，和恒流源输出地相连；

所述的均流控制电路r由电阻R1r、电阻R2r、电容Cr、运放IC1r、运放IC2r、补偿网络和三角波信号组成，所述的电阻Rsr非接地的一端接电阻R1r和电阻R2r的一端，电阻R2r的另一端接电容Cr的一端和运放IC1r的反向输入端，电阻R1r的另一端接运放IC1r的正向输入端，补偿网络接在运放IC1r的反向输入端和输出端之间，运放IC1r的输出端接到运放IC2r的正向输入端，三角波信号作为运放IC2r的反向输入端信号，运放IC2r的输出端接到调整管Sr的门极。

所述的均流总线接在运放IC1r正向输入端，偏置电阻Rb的一端接在均流总线上，另一端接电源Vcc，滤波电容C0的一端接均流总线，另一端接输出地。

所述的均流控制电路中，所述的均流总线上得到的电压为各路输出的平均电流信号Vshare＝(V_S1，......，V_Sn)/n，和每路自身电流采样信号(V_S1，......，V_Sn)进行比较，若某路负载电流小于平均电流，则均流电路r中的电流采样信号Vsr与平均电流信号Vshare比较，使运放IC1r输出电压为高电平，该电平超过三角波信号的峰值电压，比较器IC2r输出也为高电平，使该路调整管Sr饱和导通，当其它电流较大的负载路经调整使电流逐步减小时，该路电流自动逐步增大直到接近平均电流；若某路负载电流大于平均电流，则该均流电路r中的电流采样信号Vsr与平均电流信号Vshare比较，使运放IC1r输出电压逐步降低，运放IC1r得输出和三角波比较后，比较器IC2r产生PWM波，使该路负载电流的平均值逐步降低直到接近各路LED的平均电流；若某路电流等于平均电流，由于电阻Rb的偏置作用，则运放输出为高电平，从而使该路调整管饱和导通。

所述的负载支路LED电压越低，其运放IC2r输出电压就越低，调整管Sr的占空比越小，从而该路LED电流的平均值降低越多。由于大电流的负载路工作在PWM斩波状态下，因此均流线Vshare上需要并合适的滤波电容C0，滤除交流分量。R2r、Cr是对每一路的电流采样信号进行滤波。

参照图5，所述的交流输入电压Vac，恒流源，均流控制电路1到均流控制电路n，LED负载，均流总线，偏置电阻Rb，滤波电容C0，及所涉及的连接方式均与图4相同，不同的是，均流电路中的调整管Sr由图4中的MOS管替换为NPN型三极管；

所述的均流电路r的三极管Sr的集电极连接到LED负载，其发射极连接到采样电阻Rs1的一端，其基极接到均流控制电路r的输出即运放IC2r的输出端，采样电阻Rs1的另外一端连接到输出地。

所述的调整管NPN型三极管Sr其工作在“饱和-截止”或饱和状态。

参照图6，所述的交流输入电压Vac，恒流源，LED负载，均流总线，偏置电阻Rb，滤波电容C0，及所涉及的连接方式均与图4相同，不同的是：

所述的均流电路中的调整管Sr由图3中的MOS管替换为PNP型三极管，三极管Sr的集电极接电阻Rsr的一端，其发射极接LED负载，采样电阻Rs1的另外一端连接到输出地；所述的均流控制电路，在IC2r的输出端接NPN型三极管Qr的基极，Qr的发射极接输出地，Qr的集电极接均流电路调整管Sr的基极。

所述的调整管PNP型三极管Sr和均流控制电路中的NPN型三极管Qr，均工作在“饱和-截止”或饱和状态。

以上的图4，图5，图6的实施例中调整管Sr也可以是IGBT等器件。

参照图7，所述的交流输入电压Vac作为恒流源的输入，经过恒流源后输出恒流电流Io给各路LED负载供电。所述的LED负载是多路n路多个(m个)串联的LED灯组成如LED11，...LEDm1，......，LED1n，...LEDmn。所述的负载LED1r，...，LEDmr串联后连接调整管MOSFET Sr和采样电阻Rsr组成的均流电路r。

所述的均流电路r的MOS管Sr的漏极连接到LED负载，其源极连接到采样电阻Rs1的一端，采样电阻Rs1的另外一端连接到输出地，和恒流源输出地相连。

所述的均流控制电路r由电阻R1r、电阻R2r、电阻Rbr，二极管Dr，运放IC1r、运放IC2r、运放IC3r、滤波电路、补偿网络和三角波信号组成。所述的电阻Rsr非地的一端接滤波电路的输入，滤波电路的输出接电阻R1r的一端和运放IC3r的正向输入端，运放IC3r的反向输入端接二极管Dr的阳极和均流总线，二极管Dr的阴极接运放IC3r的输出端，电阻R1r的另一端接运放IC1r的反向输入端，补偿网络接在运放IC1r的反向输入端和输出端之间，运放IC1r的正向输入端接电阻R2r和电阻Rbr的一端，电阻R2r的另一端接均流总线，电阻Rbr的另一端接电源Vcc正端，运放IC1r的输出端接到运放IC2r的正向输入端，三角波信号作为运放IC2r的正向输入端信号，运放IC2r的输出端接到调整管Sr的门极。

所述的偏置电阻Rb0的一端接在均流总线上，另一端接电源Vcc正端，Vcc负端接地。

所述的均流控制电路中，运放IC3r和二极管Dr组成的电路可实现均流总线的电压Vshare为各负载支路电流采样信号的最小值，其中电阻Rb0为该电路的偏置电阻。该最小值和每路自身电流采样信号(V_S1，......，V_Sn)进行比较。若某路负载电流大于最小电流，则该均流电路r中的电流采样信号Vsr与最小电流信号Vshare比较，均流控制电路r上的运放IC1r输出电压逐步降低，运放IC1r输出和三角波比较后，产生PWM波，使该路负载电流逐步降低；若某路电流等于最小电流，由于电阻Rbr的偏置作用，则运放IC1r输出为高电平，该电平在运放IC2r中高于三角波信号的峰值，使运放IC2r输出为高电平，调整管Sr饱和导通。在这种相互作用下，实现各路负载电流的均流。

所述的负载支路LED电压越低，其运放IC2r输出电压就越低，调整管Sr的占空比越小，从而该路LED电流的降低越多。由于大电流的负载路工作在PWM斩波状态下，因此滤波电路对该路的电流采样信号进行滤波。

参照图8，所述的交流输入电压Vac，恒流源，均流控制电路1到均流控制电路n，LED负载，及其连接方式均与图7相同，不同的是，均流电路中的调整管Sr由图7中的MOS管替换为NPN型三极管。

所述的均流电路r的三极管Sr的集电极连接到LED负载，其发射极连接到采样电阻Rs1的一端，其基极接到均流控制电路r的输出即运放IC2r的输出端，采样电阻Rs1的另外一端连接到输出地。

所述的调整管NPN型三极管Sr其工作在“饱和一截止”或饱和状态。

参照图9，所述的交流输入电压Vac，恒流源，LED负载，及其连接方式均与图7相同，不同的是：

所述的均流电路中的调整管Sr由图3中的MOS管替换为PNP型三极管，三极管Sr的集电极接电阻Rsr的一端，其发射极接LED负载，采样电阻Rs1的另外一端连接到输出地；所述的均流控制电路中在IC2r的输出端接NPN型三极管Qr的基极，Qr的发射极接输出地，Qr的集电极接均流电路调整管Sr的基极。

以上的图7，图8，图9的实施例中调整管Sr也可以是IGBT等器件。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，包括一个单输出恒流源和多路输出电路，所述的单输出恒流源输入端接交流输入电压，输出端接多路输出电路，所述的每个多路输出电路包括一个均流电路，一个均流控制电路以及由多个LED灯组成的负载，其中，所述由多个LED灯组成的负载与所述均流电路串联，其特征在于所述的均流电路由调整管和采样电阻串联组成；所述的每路均流控制电路的输入来自每路采样电阻对该路电流的采样信号，经过各自的均流控制电路转换后成为公共的连接线，和其它各路连接在一起，成为均流总线；每路电流采样信号和均流总线电压在均流控制电路内部进行比较调节后，产生PWM信号或高电平信号，该信号则可控制对应的均流电路调整管的工作占空比大小，然后控制每路电流的大小，实现各路电流的均流。

2.如权利要求1所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管的第一极连接到LED负载，其第二极连接到采样电阻的一端，采样电阻的另外一端连接到输出地，和恒流源输出地相连；所述的均流控制电路由电阻R1r、电阻R2r、电容Cr、运放IC1r、运放IC2、补偿网络和三角波信号组成，所述的电阻Rsr非接地的一端接电阻R1r和电阻R2r的一端，电阻R2r的另一端接电容Cr的一端和运放IC1r的反向输入端，电阻R1r的另一端接运放IC1r的正向输入端，补偿网络接在运放IC1r的反向输入端和输出端之间，运放IC1r的输出端接到运放IC2r的正向输入端，三角波信号作为运放IC2r的反向输入端信号，运放IC2r的输出端接到调整管Sr的控制极；其中：r表示第r路输出电路，r＝1，2，……，n。

3.如权利要求2所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为MOS管，其漏极连接到LED负载，其源极连接到采样电阻的一端，其门极连接到运放的输出端。

4.如权利要求2所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为NPN型三极管，其集电极连接到LED负载，其发射极连接到采样电阻的一端，其基极连接到运放的输出端。

5.如权利要求2所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为PNP型三极管，所述的均流控制电路的运放的输出端连接到一个NPN型三极管的基极，所述的调整管的发射极连接到LED负载，其集电极连接到采样电阻的一端，其基极连接到三极管的集电极，三极管的发射极接地。

6.如权利要求2-5任何一项所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流总线上还没有偏置电阻和滤波电容，所述的偏置电阻的另一端接电源，所述的滤波电容的另一端接地。

7.如权利要求1所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管的第一极连接到LED负载，其第二极连接到采样电阻的一端，采样电阻的另外一端连接到输出地，和恒流源输出地相连；所述的均流控制电路包括电阻R1r、电阻R2r、电阻Rbr，二极管Dr，运放IC1r、运放IC2r、运放IC3r、滤波电路、补偿网络和三角波信号，所述的电阻Rsr非地的一端接滤波电路的输入，滤波电路的输出接电阻R1r的一端和运放IC3r的正向输入端，运放IC3r的反向输入端接二极管Dr的阳极和均流总线，二极管Dr的阴极接运放IC3r的输出端，电阻R1r的另一端接运放IC1r的反向输入端，补偿网络接在运放IC1r的反向输入端和输出端之间，运放IC1r的正向输入端接电阻R2r和电阻Rbr的一端，电阻R2r的另一端接均流总线，电阻Rbr的另一端接电源Vcc正端，运放IC1r的输出端接到运放IC2r的正向输入端，三角波信号作为运放IC2r的正向输入端信号，运放IC2r的输出端接到调整管Sr的门极；其中：r表示第r路输出电路，r＝1，2，……，n。

8.如权利要求7所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为MOS管，其漏极连接到LED负载，其源极连接到采用电阻的一端，其门极连接到运放的输出端。

9.如权利要求7所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为NPN型三级管，其集电极连接到LED负载，其发射极连接到采用电阻的一端，其基极连接到运放的输出端。

10.如权利要求7所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流电路的调整管为PNP型三级管，所述的均流控制电路的运放的输出端连接到一个NPN型三极管的基极，所述的调整管的发射极连接到LED负载，其集电极连接到采用电阻的一端，其基极连接到三极管的集电极，三极管的发射极接地。

11.如权利要求7-10任何一项所述的适用于LED驱动器的多路PWM斩波均流电路，其特征在于所述的均流总线上还设有偏置电阻，所述的偏置电阻的另一端接电源。

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