CN102176806B - 一种多通道多相驱动的led电源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多通道多相驱动的LED电源及相位控制方法，特别是采用单串或多串LED照明的多相恒流或恒压多相供电方法。本发明克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多通道多相驱动的LED电源，将总输出电流分配到每一通道，各通道开关频率相同，相位不同，且相对独立恒流或恒压控制，消除了多串LED直接并联时，各串LED参数不完全一致而导致各LED串联支路的电流差异。本发明也提供了一种多通道多相驱动单串LED驱动方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种多通道多相驱动的LED电源的方法，特别是采用单串或多串LED照明的多相恒流或恒压-恒流的多相供电方法。
背景技术
现今国内外LED照明较多的采用LED芯片颗粒串联方式，串联方式通过每颗LED的电流相同，易于恒流驱动，但当照明功率加大，LED颗粒串联较多时，端电压随之升高，造成高功率和安全规范的矛盾；为实现低压大功率，采用多串LED并联的串并混联方式是大功率LED灯具使用较多的连接方式，这种连接方式的优点是驱动电路简单、成本低，但由于LED导通压降随温度、电流及其他环境因素发生变化，很难保证各串LED参数完全一致，这种差异导致分配在不同的LED串联支路的电流不同，导致不同支路的LED亮度不均、发热量不均，各支路LED光衰和寿命不一致，严重时使整个大功率LED和电源失效。
上述LED照明驱动电源通常为单通道开关驱动结构，无论LED串并多少，电源驱动通道通常仅为一个，这种单一通道开关驱动的峰值电流和纹波电流都较大，滤波电容大，开关管的电流损耗大，将影响电源寿命和效率提高，并易产生较大的电磁干扰。
此外，现有采用多路开关驱动结构的LED电源，各路开关驱动电路简单拼凑，其缺点是，各路互不关联，相互独立，电磁干扰大，甚至产生差拍闪烁干扰等问题。
有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提出一种多通道多相驱动的LED电源的方法，以提高电源的可靠性、稳定性、使用寿命和提高用电质量。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多通道多相驱动LED的电源方案。
本发明另一目的之一在于，提出一种多通道多相驱动LED电源的方法，将总输出电流分配到每一通道，各通道开关频率相同，相位不同，且相对独立恒流控制，消除了多串LED直接并联时，各串LED参数不完全一致而导致不同的LED串联支路的电流差异。
多相提高纹波频率：若N相电路的开关频率是f，N个相位交错工作，等效的开关频率是Nf，等效频率的提高易于滤波和减少输入输出纹波。
本发明另一目的之一在于，提出一种实现多通道多相驱动LED电源的控制方案。
为达到上述目的，就其中一个观点而言，本发明提供了一种多通道多相多串LED驱动方案。
为达到上述目的，就其中一个观点而言，本发明提供了一种多通道多相驱动单串LED驱动方案。
为达到上述目的，多相的最小相位间隔取值为360o/N，其中N为通道数目；以四通道为例，N=4，最小相位间隔为90o。
为达到上述目的，各通道开关频率相同，源于同一时钟频率，各驱动电路驱动脉冲相位不同，各通道驱动采用PWM调制。
为达到上述目的，LED开关驱动部分可采用隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换器。
当驱动多通道多相多串LED时，输出滤波器与通道数相等；当多通道多相驱动单串LED时，输出滤波器可合并为一个。
稳流采样信号取自与LED相串联的取样电阻压降，并且取样电阻数与LED串联组数相对应，取样信号与基准电压比较的误差信号经放大后作为多相PWM/PM控制器21的输入控制信号分别对各路驱动脉宽进行调制，通过脉宽调制PWM方式对输出电流进行恒流控制。
若实现稳压，稳压采样信号取自与LED相并联的取样分压电阻压降，并联取样电路与LED串联组数相对应，取样信号与基准电压比较的误差信号经放大后作为多相PWM/PM控制器21的输入控制信号分别对各路驱动脉宽进行调制，通过脉宽调制PWM方式对输出电压进行恒压控制。
附图说明
图1是一种多通道多相多串LED驱动结构的电源示意图；
图2是一种多通道多相驱动单串LED结构的电源示意图；
图3是以四通道四相驱动为例的驱动方波波形。
图1图2中的符号说明：
11 交流电源：可以为单相交流电源或三相交流电源；
12整流滤波电路，对应采用单相或三相全波整流电路，该电路单元可内含EMI滤波电路，也可加入功率因数校正电路；
21多相PWM/PM控制器；
31、32、33、34为LED提供开关恒流或恒压的驱动器；内含开关管、电流电压取样电阻电路，电感或开关变压器；可以是隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换器；
40、41、42、43、44为输出滤波器；
51、52、53、54为电流/电压采样比较放大器；
60、61、62、63、64为串联的LED灯串；
70为实现电源管理或数字驱动的微处理器。
多通道多相智能控制的大功率LED电源基本原理如图1所示，交流电经整流滤波后送入31、32、33、34四个LED驱动电路，四个LED驱动电路由PWM/PM相位控制器21控制，这里PWM/PM相位控制器21采用四相输出, 频率由基准时钟信号产生；各通道输出电流或电压采样分别比较放大后作为多相PWM/PM控制器21的输入控制信号产生四相PWM信号分别对31、32、33、34内部的开关管进行开关脉宽控制，四路开关管按90度预定相位顺序轮流导通工作，经41、42、43、44滤波器平滑滤波，在各串LED中达到恒定电流或电压输出；多通道多相驱动降低输入电流波纹和电流密度，并提高总纹波频率，减少各通道功率负担，提高了可靠性。
图2是另一种多相单路驱动应用方案，与图一的区别为LED灯串仅有一串，仍由四相位驱动提供输出电流电压。这里负载电流由各相分担，相数越多分担电流越小，并同时降低了输入输出电流波纹和电流密度，提高输入输出总纹波频率，高纹波频率对减小输出滤波电容容量极为有利。
上述图1、图2电源可采用模拟开关电源控制方式，也可采用数字化控制方式，若采用数字化控制可如图2增加MCU或DSP数字组件与模拟组件组合，并通过PMBUS(电源管理总线) 实现数字电源管理。
具体实施方式
请参见图1，其中显示本发明的一个实施例。图中显示出四相四路的控制及驱动方框示意图，实际相位和路数根据具体情况可有增减，至于31、32、33、34中的开关管、电感、电容、采样电阻等予以省略，其中多相PWM/PM控制器21输出的多相驱动脉冲如图3所示，相邻激励脉冲的相位相差的计算公式为360o /N，N为驱动器数，以本图为例N=4，相邻相相位差为360o /4=90o ；脉宽在实际工作状况会与图3不同，属PWM驱动波形，控制器21本身具有电压、电流调控作用。
在大功率LED路灯应用时，11应采用三相交流电源供应，此时12应采用三相全波整流滤波或六相全波整流滤波电路。
图2是一个四相供电驱动单串LED方案，可理解为四个相位差90o 度的驱动器31、32、33、34供电电路的并联，其输出电源叠加，四个驱动器内的开关管相隔四分之一周期的时间分别依次交替、轮流导通截止，对LED负载等效的开关频率提高四倍，同理，对N相供电驱动,LED负载等效的开关频率提高N倍。
图1、图2中，51、52、53、54为误差放大器，其中省略了基准电压、电流或电压采样部分，电流或电压采样可采用电阻采样、变压器反馈采样或电感抽头等方式采样，具体随驱动器的拓补结构和电压变换器类型而定，一般置于31、32、33、34中；该误差放大信号提供给控制器21作为对各相驱动器进行PWM脉宽控制的信息。
以上所述电源方案采用模拟电路可以实现，当采用数字电源控制方式，可如图2增加MCU或DSP数字组件与模拟驱动组件接合，此时电流或电压采样所得模拟信号可利用AD变换器进行模数转换，MCU通过PMBUS(电源管理总线) 实现数字电源管理。
以上所述仅为使本发明领域的技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围；在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化，例如增加减少相位路数，在轻负载及LED调光应用时关闭部分相位输出甚至仅保留一相一路工作；又如直流供电应用时；以及全数字采样控制应用时；多串LED通过开关切换进行串联、并联、串并混联等方式进行多相驱动或增减相控制；凡此种种，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种多通道多相驱动的LED电源，其特征在于：所述LED电源由交流整流滤波单元、多相PWM/PM控制器单元、输出滤波器单元、电流/电压采样及比较放大单元、多个开关恒流或恒压驱动单元及LED灯串组成；所述交流整流滤波单元是二相交流供电或三相交流供电，三相交流供电的整流部分采用三相全波整流或六相全波整流电路；所述多相PWM/PM控制器单元有与通道数目一致的驱动输出端，其多相输出的最小相位间隔取值为360°/N，其中N为通道数目，采用PWM调制实现恒流或恒压输出；所述多个开关恒流或恒压驱动单元是两个以上不同工作相位的LED开关恒流或恒压驱动通道或电路，可以采用隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换电路，各个不同工作相位的驱动通道或电路采用多通道多相驱动多串LED的方式或多通道多相驱动单串LED的方式；所述多通道多相驱动多串LED的方式中多串LED的数目量与通道数相等；所述多个开关恒流或恒压驱动通道或电路各通道具有不同的驱动相位，但驱动信号的开关频率完全相同。
2.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其中还包含：多相PWM/PM控制器单元接收电流或电压采样的误差放大信号控制，并根据该信号大小而决定开关占空比。
3.如权利要求2所述的一种多通道多相驱动的LED电源控制方法，其特征还在于：信号采样、相位控制可以为模拟信号，当采用数字控制方式或数模结合方式时，所述LED电源包含MCU或DSP之一，并含AD、DA变换器。
4.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其中还包含：多个开关恒流或恒压驱动电路可以应用于直流供电环境。
5.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其中还包含：在轻负载、电路保护及LED调光应用进行增减通道控制、关闭部分LED通道或仅保留一个通道工作。
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