CN104065271A - 电力负载驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种电力负载驱动装置，包括：具有被布置成将输入电流输送到多个分支中的电源的电流分布装置，使得输入电流分布到多个单独分支电流中；其中多个分支中的每个包括电感设备，其布置成形成与至少一个其它相关分支的相关电感设备的电感耦合；以及连接到电流分布装置的每个相关分支的多个输出负载。

Description

电力负载驱动装置

技术领域

本发明涉及电力负载驱动装置，且具体地——但不是排他地——涉及多个LED灯串的驱动电路。

背景技术

照明装置对人的日常生活，如在暗/低光环境中的照明是必不可少的，或在各种情况例如修理和维护中作为视觉辅助设备。照明装置也是必不可少的部件，例如平板显示器的背光模块和信号指示器。

在过去，照明装置通常以白炽或荧光灯泡/管制成。在最新的固态照明技术中，高亮度发光二极管（LED）由于其高发光功效和长预期使用寿命而在各种商业、住宅和工业照明应用中被广泛采用。LED灯由连接在灯串的形式中的多个LED组成，每个灯串具有串联连接的几个LED，以便满足前级驱动器的输出电压和电流规范。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电力负载驱动装置，其包括：具有被布置成将输入电流输送到多个分支中的电源的电流分布装置，使得输入电流分布到多个单独分支电流中；其中多个分支中的每个包括电感设备，其布置成形成与至少一个其它相关分支的相关电感设备的电感耦合；以及连接到电流分布装置的每个相关分支的多个输出负载。

在第一方面的实施方式中，每个分支的电感设备包括第一线圈和第二线圈。

在第一方面的实施方式中，每个分支的第一线圈与相邻分支的第二线圈电感地耦合。

在第一方面的实施方式中，每个分支的第一线圈和相邻分支的第二线圈一起限定变压器单元。

在第一方面的实施方式中，变压器单元的数量等于分支的数量。

在第一方面的实施方式中，变压器单元以菊花链方式被连接。

在第一方面的实施方式中，第一线圈是变压器单元的初级线圈，而第二线圈是变压器单元的次级线圈。

在第一方面的实施方式中，每个变压器单元的初级线圈和次级线圈被布置在相邻分支中。

在第一方面的实施方式中，每个变压器单元的初级线圈与相邻变压器单元的次级线圈被布置在同一分支上。

在第一方面的实施方式中，多个单独分支中的每个的单独分支电流的总和实质上等于输入电流。

在第一方面的实施方式中，电力负载驱动装置还包括可操作来将一个或多个相关输出负载从电流分布装置的一个或多个相关分支断开的多个隔离电路。

在第一方面的实施方式中，隔离电路连接在相关输出负载和电流分布装置的相关分支之间。

在第一方面的实施方式中，电力负载驱动装置还包括布置成当相关输出负载从电流分布装置的相关分支断开时，接收电流分布装置的单独分支电流的再循环电路。

在第一方面的实施方式中，再循环电路连接到电流分布装置的至少一个分支，并与电源电通信。

在第一方面的实施方式中，电力负载驱动装置还包括布置成当相关输出负载从电流分布装置的相关分支断开时，维持再循环电路与相关分支之间的电连接的多个二极管。

在第一方面的实施方式中，二极管形成再循环电路和电流分布装置的相关分支之间的连接。

在第一方面的实施方式中，电力负载驱动装置还包括连接在电源和电流分布装置的多个输入分支的每个相关分支之间的多个开关电路。

在第一方面的实施方式中，开关电路包括布置成防止电流在电流分布装置的单独输入分支与另一单独分支之间流动的第一二极管；以及布置成当零电压施加到开关电路时，维持电流流动的第二二极管。

在第一方面的实施方式中，电力负载驱动装置还包括在每个相关输出负载和电流分布装置的每个相关分支之间连接的多个开关电路。

在第一方面的实施方式中，开关电路包括连接成全桥整流器的多个二极管。

在第一方面的实施方式中，电源是通过将直流源连接到输入开关电路而产生的交流源。

根据本发明的第二方面，提供了电力负载开关装置，其包括：串联连接的多个电力负载；与多个电力负载中的每个并联连接的多个开关电路；其中开关电路布置成当相关电力负载断开时维持连接。

在第二方面的实施方式中，开关电路包括硅控整流器。

在第一方面的实施方式中，多个输出负载使用第二方面的电力负载开关装置来实现。

在第一方面的实施方式中，多个输出负载是包括串联连接的多个LED的多个灯串。

在第一方面的实施方式中，由于多个输出负载中的一个或多个从电流分布装置的每个相关分支断开，电流分布装置布置成吸收由电力负载驱动装置内的断开引起的电力波动。

附图说明

现在将参考附图作为例子描述本发明的实施方式，其中：

图1是示出简化的电流分布方案的图；

图2是示出根据本发明的一个实施方式的电流分布装置的图；

图3是示出图2的电流分布装置的分支的图；

图4是示出根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置的方框图；

图5是示出图4的电力负载驱动装置的补偿器单元的示意图；

图6是示出图5的电力负载驱动装置的电流分布装置的单独分支的等效电路的示意图；

图7是示出根据本发明的另一实施方式的电力负载驱动装置的方框图；

图8是示出图7的电力负载驱动装置的示意图；

图9是示出根据本发明的一个实施方式的电力负载开关装置的等效电路的示意图；

图10是示出图9的电力负载开关的电路的示意图；

图11A是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，在300mA的稳定LED负载电流下的电流曲线；

图11B是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，在240mA的稳定LED负载电流下的电流曲线；

图11C是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，在180mA的稳定LED负载电流下的电流曲线；

图11D是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，在120mA的稳定LED负载电流下的电流曲线；

图12A是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，由四个LED串联连接的输出负载灯串在稳定LED负载电流下且一个LED处于断路时的电流曲线；

图12B是在使用根据本发明的一个实施方式的电力负载驱动装置实施的实验中，由四个LED串联连接的输出负载灯串在稳定LED负载电流下且一个LED处于短路时的电流曲线。

具体实施方式

发明人在整个其自己的研究、试验和实验中设想LED可理想地通过使其灯串并联来驱动。然而，由于在LED当中的不一致的非线性电压-电流特征和LED正向电压的负温度系数，在这种连接下的灯串电流实际上并不平衡。

被动电流平衡技术基于使用电阻器、耦合电感器、变压器或电容器来平衡灯串电流。在一个例子中，插入电阻器以与每个灯串串联。电流平衡功能通过灯串电流和电阻器的正温度系数之间的反馈机制来实现。当通过灯串的电流增加时，所连接的电阻器的功率耗散将增加。于是，电阻器值将增加且灯串电流将减少。然而，这个简单的方法是能量低效的。

在另一例子中，使用具有多个输出模块的串联谐振转换器。每个输出用于通过串联谐振电流和两个二极管桥整流器来驱动两个LED灯串。在每个模块中的谐振电感器的其中之一耦合到另一模块的谐振电感器。串联谐振电容器用于执行电隔离。在一些例子中，电流平衡技术是基于“霍夫曼树”的概念。变压器具有连接到需要电流平衡的两个电流路径的初级侧和次级侧。然后，在进一步的电流分配中，重复这种相同的变压器结构。因此，初级变压器具有最高的额定功率，因为它的电流是最高的。在其它一些例子中，每个LED灯串具有与其连接的电容器。操作原理是基于电容器的电荷平衡来平衡LED灯串电流。然而，上述方法的优点被下面的限制抵消：

●当任何LED灯串出现故障时，可能失去电流平衡功能。

●LED灯串的利用率低，因为半周电流将流经灯串。

●耦合电感器和变压器的励磁电感的影响不被考虑。

●灯串的数量必须是偶数。

主动电流平衡方法是基于使用有源设备来控制通过LED灯串的电流。在一些例子中，晶体管在线性区中操作，以便补偿直流-总线电压和LED灯串电压之间的差异。在上述的两个例子中，电流反射镜用于控制电流。电流调节器的使用在热考虑因素上引起一些挑战，一个例子中提出一个反馈控制，该反馈控制使用开关模式转换器来调节直流-总线电压。在另一例子中，每个灯串具有线性或开关电路来控制灯串电流。

下面提出了模块化和可升级的结构的例子，该结构可以用系统化方式来帮助电路设计者设计所需数量的灯串的驱动器。电流平衡功能通过使用连接在菊花链中的多个变压器来实现，其中每个变压器的初级和次级绕组连接到两个不同的模块，使得通过这两个模块的电流可相互耦合。所提议的菊花链变压器的结构最大程度地减少变压器的励磁电感对电流平衡的不利影响。而且，能量再循环技术用于确保在LED灯串中出现的任何异常条件不影响其它灯串的正常操作。

参考图1，示出了说明简化的电流分布方案100的图。发明人在其全部研究、试验和实验中想出，交变电流可基于多个预定参数分成多个分支。例如，如在图1中所示的，主电流i_M在N个分支当中被分享，其中分支中的电流被表示为i₁、i₂、…、i_k、…、i_N。更具体地，主电流通过下面的等式与分支电流有关：

i₁+i₂+...+i_k+...+i_N＝i_M （1）

优选地，电流是交流（AC）。然而在一些其它实施方式中，电流在另一实施方式中也可以是直流（DC）。

参考图2，示出了包括公共电流源的电流分布装置200的实施方式，公共电流源布置成将输入电流i_M输送到多个分支中使得输入电流i_M分布到多个单独分支电流中；其中多个分支中的每个包括电感设备，其布置成形成与至少一个其它相关分支的相关电感设备的电感耦合。

在这个实施方式中，电流分布装置200由连接在菊花链结构208中的多个磁耦合电感部件（变压器或变压器单元）202构成。如图2所示，每个变压器单元202的初级线圈206和次级线圈204布置在相邻分支中。特别是，每个变压器单元202的初级线圈206布置在与相邻变压器单元202的次级线圈204相同的分支中。优选地，变压器202的所需数量等于分支的数量。

在这个实施方式中，流经每个分支的电流由变压器202的匝数比（初级线圈206中的线圈的匝数与次级线圈204中的线圈的匝数的比例），即，n₁、n₂、…、n_k、…、n_N确定。理想地，所有变压器202具有无穷大励磁电感。因此，分支中的电流可被表示为如下：

i₁＝n₁i_N (2)

i₂＝n₂i₁ (3)

i_k＝n_ki_k-1 (4)

i_N＝n_Ni_N-1 (5)

因此，将等式（2）到（5）代入等式（1）中，可证明：

$i_k=\frac{\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Π}}}{n}_j}{n_1+n_1{n}_2+...+n_1{n}_2...n_k+n_1{n}_2...n_n}{i}_M---\left(6\right)$

换句话说，等式（6）显示在任一分支中的电流将取决于电流分布装置200的变压器202的匝数比。特别是，这个实施方式的优点是电流分配实质上独立于分支电压v₁、v₂、…、v_k、…、v_N和v_M。

此外，在一个特定的实施方式中，当n₁=n₂=…=n_k=…=n_N=1时，

$i_1=i_2=...=i_k=...=i_N=\frac{1}{N}{i}_M---\left(7\right)$

这是有利的，因为电流i_M相等地被分支分享。

参考图3，示出了图2的电流分布装置的分支300。事实上，实际变压器可具有有限励磁电感、漏磁电感和电阻。图3示出第k个分支的等效电路，其中L_m,k是变压器T_k的励磁电感，且L_k是分支的等效串联电感。优选地，L_k包括变压器的漏磁电感。在一些实施方式中，电阻可被忽略。

通过将基尔霍夫电压定律应用于分支300，可证明：

v_M+v_T,k-v_L,k-n_k+1v_T,k+1-v_k＝0 （8）

其中v_T,k是变压器T_k的励磁电感L_m,k两端的电压，v_L,k是分支300的等效串联电感L_k两端的电压，v_M是在输入端处的电压，n_k是变压器T_k的匝数比，且v_k是分支300的输出处的电压。

因此，通过对N个分支使用等式（8），可证明，电压v_T,k、v_L,k、v_M和v_k通过下式与变压器T_k的匝数比n_k有关：

另一方面，在这个实施方式中，在第k个分支的等效串联电感L_k两端的电压v_L,k可被表示为：

v_L,k＝sL_ki_k （10）

其中s=jω是拉普拉斯运算符，且ω是操作频率。

通过对N个分支使用等式（10），可证明：

这说明在第k个分支的等效串联电感L_k两端的电压v_L,k与第k个分支的电流i_k有关。

在这个实施方式中，如上所示，在不同分支当中的电流是互相关联的。此外，通过应用基尔霍夫电流定律，可证明：

$-n_k{i}_{k-1}+i_k=-\frac{v_{T,k}}{s{L}_{m,k}}---\left(12\right)$

其中n_k是变压器T_k的匝数比，i_k是第k个分支中的电流，L_m,k是变压器T_k的励磁电感，v_T,k是变压器T_k的励磁电感L_m,k两端的电压，以及s=jω是拉普拉斯运算符，其中ω是操作频率。优选地，在上述表达式中，当k=1时，(k-1)=N。

通过将等式（12）布置在矩阵形式中，可得到下面的等式：

如在等式（13）中所示的，变压器T_k的励磁电感两端的电压v_T,k与第k个分支中的电流i_k相关。

在这个实施方式中，通过进一步使用等式（9）、（11）和（13）（从等式（9）中消除v_T,k和v_L,k），可证明：

$\left[\begin{array}{c}{i}_1\\ i_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ i_k\\ \·\\ \·\\ \·\\ i_{N-1}\\ i_N\end{array}\right]=\left[Y\right]\left[\begin{array}{c}{v}_M-v_1\\ v_M-v_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ v_M-v_k\\ \·\\ \·\\ \·\\ v_M-v_{N-1}\\ v_M-v_N\end{array}\right]---\left(14\right)$

其中[Y]=[Z]^-1以及

等式（14）示出第k个分支中的电流i_k和相应分支两端的电压差v_M-v_k之间的关系。在优选实施方式中，[Z]布置成使得第k个分支的电流i_k实质上独立于相应分支两端的电压差v_M-v_k。

在一个实施方式中的电流分布装置的另一例证被提供如下。在本例中，电流分布装置布置成具有三个分支。在下文中，v_M、v₁、v₂和v₃是dc电压。通过将每个分支中的励磁电感布置为相同的（L_m,1=L_m,2=L_m,3=L_m）并将每个分支中的等效串联电感布置为相同的（L₁=L₂=L₃=L），可证明：

$i_1\left(t\right)=\frac{L(v_M-v_1)+L_m({3v}_M-v_1-v_2-v_3)}{L(L+{3L}_m)}t---\left(15\right)$

$i_2\left(t\right)=\frac{L(v_M-v_2)+L_m({3v}_M-v_1-v_2-v_3)}{L(L+{3L}_m)}t---\left(16\right)$

$i_3\left(t\right)=\frac{L(v_M-v_3)+L_m({3v}_M-v_1-v_2-v_3)}{L(L+{3L}_m)}t---\left(17\right)$

有利地，在这个实施方式中，可观察到，如果L_m较大，则这三个分支的电流i(t)将实质上是相同的。

虽然在上述例子中，电流分布装置布置成具有三个分支，然而，在一些其它实施方式中，电流分布装置可具有任何数量的分支，且每个分支中的电流不一定要相等。

在本发明中的电流分布装置的一个具体的优点是，每个分支中的电流实质上独立于分支两端的电压。这将意味着电流分布装置相对地不受电路或网络中的电压波动和变化所影响。在本发明中的电流分布装置的另一优点是，可通过控制变压器单元的匝数比来灵活地操纵单独分支中的电流。此外，装置的电流分布比将较不容易受到单独分支中的电流波动影响。

参考图4和5，示出了电力负载驱动装置400的第一实施方式，电力负载驱动装置400包括：具有布置成将输入电流406输送到多个分支408中使得输入电流分布到多个单独分支电流中的电源404的电流分布装置402；其中多个分支408中的每个包括电感设备412，其布置成形成与至少一个其它相关分支408的相关电感设备的电感耦合；以及连接到电流分布装置402的每个相关分支408的多个输出负载410。

优选地，电流分布装置为菊花链变压器结构（DCTS）。可选地，在其它优选实施方式中，电力负载驱动装置可包括额外的部件，例如多个开关电路414、输出滤波器416、隔离电路418、多个二极管420、再循环电路422或LED灯串。

在一个实施方式中，电力负载驱动装置400包括下面的部件：

1.开关电路，CM

2.菊花链变压器结构（DCTS）

3.开关电路，C1、C2、…、CN

4.输出滤波器

5.模块-灯串隔离电路（MSIC）

6.OR-ing二极管D_f,1、D_f,2、…、D_f,N

7.用于能量再循环的DC-DC转换器

8.LED灯串

参考图5，电力负载驱动装置由V_dc供电。开关电路CM用于在其输出端处产生交变电压或电流。可选地，交变电压或电流可用作电流分布装置的电源。在这个实施方式中，开关电路用于产生对DCTS的必要的输入要求。优选地，开关电路Ck由二极管D_1,k和D_2,k形成，其中D_1,k防止电流从一个LED灯串流到另一灯串，且D_2,k在施加到开关电路C1、C2、…、CN的电压为零时维持电流流动，且因此D_1,k断开。

优选地，DCTS用于平衡相等地来自主电流i_M的i₁、i₂、…、i_N的电流。DCTS的输出端连接到输出滤波器以向二极管灯串提供高质量驱动电流。

在可选实施方式中，电力负载驱动装置还包括被表示为模块-灯串隔离电路（MSIC）的多个隔离电路（IC）和用于在任何LED灯串出现故障时维持所有灯串正常操作的多个二极管，该多个二极管被表示为OR-ing二极管D_f,1、D_f,2、…、D_f,N。当在任何LED灯串中出现故障——例如断路、在某个程度上的完全/部分短路——时，与LED灯串相关的模块-灯串隔离电路将使灯串从输出滤波器断开连接。因为DCTS保持其操作并将电流输送到输出滤波器，输出滤波器的输出电压v_M,k（假设第k个模块具有LED故障）将增加。接着，相关的OR-ing二极管D_f,k将接通。能量再循环电路将被激活以将能量传送回到输入端。因此，因为能量被再循环，v_f且因而v_M,k可在安全水平处被调节，且其它灯串的操作可被保证。

参考图5，在这个实施方式中，所有模块都连接到同一输入源v_in，其为开关网络的输出端并由高频电压脉冲组成。LED灯串电流由连接在菊花链中的N个变压器平衡。每个变压器的初级绕组和次级绕组连接到两个模块。开关网络是单个开关S_M，且开关频率被编程以使变压器电流变成不连续的。因此，通过每个LED灯串的平均电流由通过变压器的ac电流确定。

在操作电力负载驱动装置的期间，在一些场合中，输出负载例如LED灯串中的故障可以是断路或短路。当故障LED灯串形成断路时，它的相关灯串电流将为零。当故障LED是短路时，晶体管Q_1,k将被断开，所以没有电流将流经灯串。在这两种故障情况中，模块输出电压v_M,k将增加。为了限制vM,k的幅值，将模块输出连接到再循环电路，优选地是通过二极管D_f,k的转换器，用于将模块所处理的能量再循环到输入端。

示例性实施方式的操作被描述如下。为了分析中的简单起见，做出下面的假设：

1.全部部件都是理想的。

2.变压器T_k具有1:n_k的匝数比。它具有励磁电感L_m,k、L_g,k的漏磁电感、零损耗以及零串联电阻。

3.C_k两端的电压是不变的，且等于LED灯串电压V_LED,k。

4.LED灯串具有不同的正向电压。它们的相对幅值被假设如下：

v_LED，1＜V_LED，2＜v_LED，3＜…＜V_LED，N-2＜v_LED，N-1＜v_LED，N (18)

参考如图6所示的模块k的等效电路并根据上述假设，电感器L_k是变压器T_k和T_k+1的漏磁电感的等效电感器和图5中的串联电感器L_s,k。所提出的体系结构在一个开关周期中具有最大“2加上N”的操作模式。变压器在前两个操作模式中为闭合链操作，而它们在其余N个模式中为断开操作。第一模式（模式1）指当S_M被接通时的操作，并在S_M被断开时结束。第二模式（模式2）紧接着在模式1之后开始，并在模块N的续流二极管D_2，N停止传导且穿过变压器T_N的电流i_N为零时结束。i_N第一个减小到零，因为灯串电压V_LED,N在所有模块当中最高。从模式3开始到模式（N+2），变压器有效地耦合在断开链配置中。当变压器电流之一减小到零时，操作模式结束。

模式1和2的操作是类似的。唯一的差别是在模式1中v_x＝V_dc，而在模式2中v_x＝0。因此，用于分析这两个模式的一般形式将被导出。使

V_T(s)＝[V_T，1(s) V_T，2(s) V_T，3(s)...V_T，N(s)]^T，

V_x(s)＝[V_x，1(s) V_x，2(s) V_x，3(s)...V_x，N(s)]^T，

V_LED(s)＝[V_LED，1(s) V_LED，2(s) V_LED，3(s)...V_LED，N(s)]^T，

V_L(s)＝[V_L，1(s) V_L，2(s)V_L，3(s)...V_L，N(s)]^T，

I(s)＝[I₁(s) I₂(s)I₃(s)...I_N(s)]^T，

V_T,k(s)、V_x,k(s)、V_LED,k(s)、V_L,k(s)和I_k(s)分别是v_T,k(s)、v_x,k(s)、v_LED,k(s)、v_L,k(s)和i_k的拉普拉斯变换函数。流经变压器的电流被表示为：

I(s)＝Ψ(s)^-1[V_x(s)-V_LED(s)+φi(t_j-1)] （19）

其中

Ψ(s)＝-N₁Z_m(s)N₂+Z_L(s)，

φ＝L-N₁L_mN₂，

i(t_j-1)＝[i₁(t_j-1) i₂(t_j-1) i₃(t_j-1) i_N(t_j-1)]^T（对于模式1，j=1，而对于模式2，j=2），

因此，可得到变压器电压：

V_T(s)＝-Z_m(s)N₂I(s)+L_mN₂i(t_j-1) （20）

当操作在模式j（3≤j<N+1）中时，在i_N达到零时，变压器等效地在断开中操作。考虑一般操作模式——模式j。在这个模式开始时，

i_N＝i_N-1＝…＝i_N-j+3＝0 （21）

通过使用（19），电流i₁、i₂、i₃、…、i_N-j+2可被表示为：

I_j(s)＝Ψ_N-j+2(s)^-1[V_x{N-j+2}(s)-V_LED{N-j+2}(s)+φ_N-j+2i_j(t_j-1)] （22）

其中

I_j(s)＝[I₁(s) I₂(s) I₃(s)·I_N-j+2(s)]^T，

Ψ_N-j+2是在Ψ_N-j+3(s)的N-j+3行和N-j+3列中的元素的余因子，

i_j(t_j-1)＝[i₁(t_j-1) i₂(t_j-1) i₃(t_j-1)…i_N-j+2(t_j-1)]^T，

且φ_N-j+2是在φ_N-j+3的N-j+3行和N-j+3列中的元素的余因子。

当操作在模式N+2中时，所有变压器电流在这个模式中为零。也就是说，

i₁＝i₂＝i₃＝…＝i_N＝0 （23）

当开关S_M被接通时该模式结束。系统将再次进入模式1中。

参考图7和8，示出了电力负载驱动装置700的第二实施方式，电力负载驱动装置700包括：具有布置成将输入电流406输送到多个分支408中使得输入电流406分布到多个单独分支电流410中的电源404的电流分布装置402；其中多个分支408中的每个包括电感设备412，其布置成形成与至少一个其它相关分支408的相关电感设备的电感耦合；以及连接到电流分布装置402的每个相关分支408的多个输出负载414。

参考图4和7，第二实施方式的结构类似于第一实施方式，除了电流分布装置和开关电路C1、C2、…、CN的位置交换以外。

参考图7和8，在这个实施方式中，开关电路CM对电流分布装置产生交变电压或电流，电流分布装置平衡来自主电流i_M的i₁、i₂、…、i_N的电流。开关电路C1、C2、…、CN用于将i₁、i₂、…、i_N转换成输出滤波器的适当形式。优选地，开关电路是将输出滤波器的i₁、i₂、…、i_N整流的全桥二极管。

优选地，开关电路CM具有由开关S₁和S₂以及电容器C_s形成的半桥。C_s和DCTS形成串联谐振电路。开关电路C1、C2、…、CN由二极管全桥形成，二极管全桥由二极管D_1,k-D_4,k形成。

在一个优选实施方式中，图5和8所示的LED灯串具有下列布置：灯串中的任何有故障的LED将不影响其余LED的操作。

参考图9和10，示出电力负载开关装置900，其包括：串联连接的多个电力负载902；以及与多个电力负载中的每个并联连接的多个开关电路904，其中开关电路布置成当相关电力负载断开时维持连接。

优选地，如在本实施方式中示出的，电力负载是LED，并因而形成LED灯串906。为了在稳定的操作点驱动LED灯串906，驱动器一般是电流源914。无例外地，在这个实施方式中对LED灯串描述的等效驱动源也是电流源。有故障的LED可以是短路或断路。如果LED是短路，则灯串仍可被操作，除了灯串电压较小以外。然而，被断开的任何电力负载或灯串中的断开的任何LED将使整个灯串断开。

优选地，可维持流经健康LED的驱动电流的电路基于跨越每个LED连接开关电路904。当LED断开时，相应的开关将被接通，使得灯串电流可在整个开关电路中被维持。

优选地，开关电路由硅控整流器（SCR）908实现，硅控整流器908由相应的LED两端的电压驱动。电容器910也连接在开关两端。当LED断开时，驱动电流被转向到在有故障的LED两端的电容器。因此，在有故障的LED两端的电压将增加，因为电容器将由驱动电流充电。这样的电压将通过相应的电阻网络912触发在有故障的LED两端的SCR。于是，在有故障的LED的SCR被触发之后，它为驱动电流提供电流路径。健康的LED仍可被操作。

使用根据优选实施方式之一的装置得到实验结果。并联的七个模块被建立并测试。它们的电压和电流在不同的逐渐变弱的水平下被测量，这些水平在图11A-11D中示出。表1-4提供分别在100%、80%、60%和40%的额定功率下在LED灯串两端的电压的变化和流经LED灯串的电流的变化。图12示出当一个LED灯串出现故障时的波形，且表5示出当一个LED灯串、两个LED灯串、三个LED灯串、四个LED灯串和五个LED灯串在额定功率下出现故障时流经LED灯串的电流的变化。结果显示即使灯串电压具有±30%变化，且在LED灯串中存在异常条件，灯串电流在不同的逐渐变弱的水平下具有小于±1%的变化。

表5-在额定功率下在一些LED灯串中的故障情况下i_LED的变化

注意：“X”意指LED故障（开路或断路）

本发明实现LED灯串之间的电流平衡。LED电压的变化为大约±30%，而LED电流的变化小于±1%。任何LED灯串故障将不影响其它正常操作的LED灯串。系统的故障的容许度提高了很多。

有利地，模块的实施方式是可升级的，它们分享同一输入开关网络和能量再循环电路。因此，模块可容易被添加或移除，而不需要修改主要的电路。

有利地，通过每个LED灯串的电流被平衡，即使LED灯串电压有大的变化。此外，故障的LED灯串将不影响其它灯串的正常操作，且任何LED的故障将不影响LED灯串内的其它LED的正常操作。

在不偏离本发明的精神的情况下，电力负载驱动装置可被实现来驱动任何电力负载，例如一个或多个电动机、一个或多个白炽或荧光灯。在一些实施方式中，电力负载驱动装置可被实现来驱动一个或多个驱动电路或任何其它电气/电子电路。

本领域中的技术人员将认识到，可对本发明如在特定的实施方式中示出的作出很多变化和/或修改，而不偏离如广泛描述的本发明的精神或范围。因此，当前的实施方式应在所有方面考虑为例证性的而不是限制性的。

包含在本文中的对现有技术的任何提及不应为理解为承认信息是公共一般知识，除非另有指示。

Claims (26)

1.一种电力负载驱动装置，包括：

具有被布置成将输入电流输送到多个分支中的电源的电流分布装置，使得所述输入电流分布到多个单独分支电流中；其中所述多个分支中的每个包括电感设备，所述电感设备布置成形成与至少一个其它相关分支的相关电感设备的电感耦合；以及连接到所述电流分布装置的每个相关分支的多个输出负载。

2.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中每个分支的所述电感设备包括第一线圈和第二线圈。

3.如权利要求2所述的电力负载驱动装置，其中每个分支的所述第一线圈与相邻分支的所述第二线圈电感地耦合。

4.如权利要求3所述的电力负载驱动装置，其中每个分支的所述第一线圈和相邻分支的所述第二线圈一起限定变压器单元。

5.如权利要求4所述的电力负载驱动装置，其中变压器单元的数量等于分支的数量。

6.如权利要求4所述的电力负载驱动装置，其中所述变压器单元以菊花链方式被连接。

7.如权利要求4所述的电力负载驱动装置，其中所述第一线圈是所述变压器单元的初级线圈，而所述第二线圈是所述变压器单元的次级线圈。

8.如权利要求7所述的电力负载驱动装置，其中每个变压器单元的所述初级线圈和所述次级线圈被布置在相邻分支中。

9.如权利要求7所述的电力负载驱动装置，其中每个变压器单元的所述初级线圈与相邻变压器单元的所述次级线圈被布置在同一分支上。

10.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中所述多个单独分支中的每个的单独分支电流的总和实质上等于所述输入电流。

11.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，还包括可操作来将一个或多个相关输出负载从所述电流分布装置的一个或多个相关分支断开的多个隔离电路。

12.如权利要求11所述的电力负载驱动装置，其中所述隔离电路连接在所述相关输出负载和所述电流分布装置的所述相关分支之间。

13.如权利要求11所述的电力负载驱动装置，还包括布置成当所述相关输出负载从所述电流分布装置的所述相关分支断开时，接收所述电流分布装置的所述单独分支电流的再循环电路。

14.如权利要求13所述的电力负载驱动装置，其中所述再循环电路连接到所述电流分布装置的至少一个分支，并与所述电源电通信。

15.如权利要求13所述的电力负载驱动装置，还包括布置成当所述相关输出负载从所述电流分布装置的所述相关分支断开时，维持所述再循环电路与所述相关分支之间的电连接的多个二极管。

16.如权利要求15所述的电力负载驱动装置，其中所述二极管形成所述再循环电路和所述电流分布装置的所述相关分支之间的连接。

17.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，还包括连接在所述电源和所述电流分布装置的多个输入分支的每个相关分支之间的多个开关电路。

18.如权利要求17所述的电力负载驱动装置，其中所述开关电路包括布置成防止电流在所述电流分布装置的单独输入分支与另一单独分支之间流动的第一二极管；以及布置成当零电压施加到所述开关电路时，维持电流流动的第二二极管。

19.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，还包括在每个所述相关输出负载和所述电流分布装置的每个所述相关分支之间连接的多个开关电路。

20.如权利要求19所述的电力负载驱动装置，其中所述开关电路包括连接成全桥整流器的多个二极管。

21.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中所述电源是通过将直流源连接到输入开关电路而产生的交流源。

22.一种电力负载开关装置，包括：串联连接的多个电力负载；与所述多个电力负载中的每个并联连接的多个开关电路；其中所述开关电路布置成当所述相关电力负载断开时维持连接。

23.如权利要求22所述的电力负载开关装置，其中所述开关电路包括硅控整流器。

24.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中所述多个输出负载使用根据权利要求22的所述电力负载开关装置来实现。

25.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中所述多个输出负载是包括串联连接的多个LED的多个灯串。

26.如权利要求1所述的电力负载驱动装置，其中由于所述多个输出负载中的一个或多个从所述电流分布装置的每个所述相关分支断开，所述电流分布装置布置成吸收由所述电力负载驱动装置内的断开引起的电力波动。