CN106376141B - 一种高兼容性led集中式直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高兼容性LED集中式直流供电系统，包括N个共M种类型、输出电压平均值相同的电源模块、N个Z源阻抗、输出母排以及与输出母排连接的LED灯组；每个电源模块的输出正极与一一对应地Z源阻抗的输入正极连接，每个电源模块的输出负极与一一对应地Z源阻抗的输入负极连接，每个Z源阻抗的输出正极均与输出母排的正极连接，每个Z源阻抗的输出负极均与输出母排的负极连接。本发明能够抑制各电源模块的输出电压和电流波动，降低LED电源系统输出纹波含量，提高输出电能质量；能够抑制各电源模块间的环流现象，降低损耗提高LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性，另外，当某一个或者多个电源模块出现直通时，不会造成母排短路。

Description

一种高兼容性LED集中式直流供电系统

技术领域

本发明涉及直流供电技术领域，特别是涉及一种高兼容性LED集中式直流供电系统。

背景技术

常规多模块并联型大功率LED集中式直流供电系统在日常生活中得到了越来越多的应用，其要求各并联电源模块具有相同的电源结构，有时为了确保 LED集中式直流供电系统的可靠性，甚至要求各个并联电源模块必须是同一厂家生产的同一型号的电源模块，这大大降低了多模块并联型大功率LED集中式直流供电系统的兼容性和可扩展性。且当常规多模块并联型大功率LED集中式直流供电系统中有一个电源模块出现故障时，用户往往不得不去找该模块原来的生产厂家进行维修和更换，无形中造成了时间成本和经济成本的大幅增加；另外，即便常规多模块并联型大功率LED集中式直流供电系统中各并联电源模块是同一厂家生产的同一型号的电源模块，但由于受元器件和外界环境因素的影响，各模块输出特性不可能完全一致，其输出电压和输出电流存在波动，若直接将各电源模块并联使用将不可避免地在各电源模块间产生“环流”现象，造成整个LED电源系统的可靠性和效率大幅降低。另外，当某一个或者多个并联电源模块出现直通时，会造成母排的短路，对LED集中式直流供电系统的安全构成了严重威胁。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的技术方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高兼容性LED集中式直流供电系统，能够抑制各电源模块的输出电压和电流波动，降低LED电源系统输出纹波含量，提高输出电能质量；能够抑制各电源模块间的环流现象，降低损耗提高LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性，另外，当某一个或者多个电源模块出现直通时，不会造成母排短路。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高兼容性LED集中式直流供电系统，包括N个共M种类型、输出电压平均值相同的电源模块、N个Z源阻抗、输出母排以及与所述输出母排连接的LED灯组，N为不小于2的整数，M为不大于N的正整数；

每个电源模块的输出正极与一一对应地Z源阻抗的输入正极连接，每个电源模块的输出负极与一一对应地Z源阻抗的输入负极连接，每个Z源阻抗的输出正极均与所述输出母排的正极连接，每个Z源阻抗的输出负极均与所述输出母排的负极连接；

其中，所述Z源阻抗包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感，所述第一电感的第一端与所述第一电容的第一端连接，其公共端作为所述Z 源阻抗的输入正极，所述第二电感的第一端与所述第二电容的第一端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输入负极，所述第一电感的第二端与所述第二电容的第二端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输出正极，所述第一电容的第二端与所述第二电感的第二端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输出负极。

优选地，该系统还包括N个二极管，其中，每个二极管的阳极一一对应地与Z源阻抗的正极连接，每个二极管的阴极均与所述输出母排的正极连接。

优选地，每个Z源阻抗的第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感均分别对应相等。

优选地，所述电源模块包括PWM电源模块。

优选地，所述电源模块包括PFM电源模块。

优选地，N个所述电源模块的类型为3种。

本发明提供了一种高兼容性LED集中式直流供电系统，在每个电源模块与输出母排之间设置了Z源阻抗，因为Z源阻抗具有滤波功能且通过电源模块中开关管和Z源阻抗来实现增益的调节，改变电源模块的输出电压，使得各电源模块的输出电压相同，则一方面，能够抑制各电源模块的输出电压和电流波动，降低LED电源系统输出纹波含量，提高输出电能质量，从而使得可以对电源模块的类型不作要求，当出现一个电源模块出现故障时，避免了用户不得不去找该模块原来的生产厂家进行维修和更换的情况的发生，降低了时间成本和经济成本；另一方面，能够抑制因不同电源模块间电源内阻、纹波幅度等特征参数的差异而造成的各电源模块输出电压不同而导致的各电源模块间的环流现象，降低损耗，从而实现不同类型电源模块的并联协同供电，提高LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性；另外，当某一个或者多个电源模块出现直通时，不会造成母排短路，提高了LED集中式直流供电系统的安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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他的附图。

图1为本发明提供的一种高兼容性LED集中式直流供电系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种并联式LED供电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种高兼容性LED集中式直流供电系统，能够抑制各电源模块的输出电压和电流波动，降低LED电源系统输出纹波含量，提高输出电能质量；能够抑制各电源模块间的环流现象，降低损耗提高LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性，另外，当某一个或者多个电源模块出现直通时，不会造成母排短路。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种高兼容性LED集中式直流供电系统的结构示意图，该系统包括N个共M种类型、输出电压平均值相同的电源模块 1、N个Z源阻抗2、输出母排3以及与输出母排3连接的LED灯组4，N为不小于2的整数，M为不大于N的正整数；

每个电源模块1的输出正极与一一对应地Z源阻抗2的输入正极连接，每个电源模块1的输出负极与一一对应地Z源阻抗2的输入负极连接，每个Z 源阻抗2的输出正极均与输出母排3的正极连接，每个Z源阻抗2的输出负极均与输出母排3的负极连接；

其中，Z源阻抗2包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感，第一电感的第一端与第一电容的第一端连接，其公共端作为Z源阻抗2的输入正极，第二电感的第一端与第二电容的第一端连接，其公共端作为Z源阻抗2 的输入负极，第一电感的第二端与第二电容的第二端连接，其公共端作为Z 源阻抗2的输出正极，第一电容的第二端与第二电感的第二端连接，其公共端作为Z源阻抗2的输出负极。

首先需要说明的是，这里的LED灯组4可以是LED路灯、大型室外LED景观灯等。

另外，这里的N个电源模块1可以是不同类型的电源，不同类型的电源模块1可以是各模块的一个特性不同或多个特性不同，具体可以是N个电源的输出电流大小不同和/或输出纹波大小不同和/或电源内阻大小不同和/或厂家和型号不同和/或电源的控制策略不同。

作为优选地，电源模块1包括PWM电源模块。

作为优选地，电源模块1包括PFM电源模块。

作为优选地，N个电源模块1的类型为3种。

当然，这里的电源模块1还可以为其他类型的电源模块，本发明在此不做特别的限定，要求各个电源模块1的输出电压平均值相同即可。

可以理解的是，因为可以通过电源模块中开关管和Z源阻抗2来实现增益的调节，改变电源模块的输出电压，使得各个电源模块1的输出电压相同，进而可以抑制因不同电源模块1间电源内阻、纹波幅度等特征参数的差异而造成的各电源模块1间的“环流”现象，降低损耗，从而实现不同类型电源模块1的并联协同供电，提高整个LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性，另外，因为Z源阻抗2中包括电压和电容，能够抑制各电源模块1输出电压和电流波动，减小系统输出纹波含量，提高整个LED电源系统的电能质量。

另外，因为可以通过电源模块中开关管和Z源阻抗2来实现增益的调节，可以实现LED集中式直流供电系统输出电压的宽范围调节，以适应各种不同等级的负载。

作为优选地，该系统还包括N个二极管5，其中，每个二极管5的阳极一一对应地与Z源阻抗2的正极连接，每个二极管5的阴极均与输出母排3的正极连接。

为了进一步提高LED集中式直流供电系统的安全性能，还在各个Z源阻抗 2的输出正极与输出母排3之间分别增加了二极管5，进一步抑制了各电源模块1之间的“环流”现象。

作为优选地，每个Z源阻抗2的第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感均分别对应相等。

请参照图2，图2为本发明提供的一种并联式LED供电系统的结构示意图。

下面结合图2对本发明的原理作介绍：

本发明中，二极管D1、电容C1、C2和电感L1、L2构成Z阻抗兼容模块1，二极管D2、电容C3～C4和电感L3～L4构成Z阻抗兼容模块2，C1＝C2，L1＝L2， C3＝C4，L3＝L4，LED负载总阻抗为R。一方面，可以通过电源模块中开关管和 Z抗兼容模块来实现增益的调节，改变电源模块的输出电压，另外，Z阻抗兼容模块的二极管D1和D2只能单向导通，可以阻断电源模块间的电流“环流”路径，Z源阻抗中的电容和电感能够抑制电源模块的输出电压电流纹波。如电源模块的电压U1升高时，U1经二极管D1给电容C1、C2和电感L1、L2充电，由于电容电压和电感电流的不可突变性，LED负载电压和电流基本不变；当电源模块的电源U1降低时，电容C1、C2和电感L1、L2放电，维持负载电压和电流基本不变。

由此可得到本申请中的LED集中式直流供电系统的工作原理：

本申请中，当N个电源模块1中的一个或者多个电源模块1输出的电压升高时，该电压给电容和电感充电，由于电容电压和电感电流的不可突变性，LED 负载电压和电流基本不变；另一方面，当一个或者多个电源模块1输出的电源降低时，电容和电感放电，维持负载电压和电流基本不变。

另外，当某一个或者多个电源模块1出现直通时，Z源阻抗2的存在使得母排不会发生短路，提高了LED集中式直流供电系统的安全性能。

本发明提供了一种高兼容性LED集中式直流供电系统，在每个电源模块与输出母排之间设置了Z源阻抗，因为Z源阻抗具有滤波功能且通过电源模块中开关管和Z源阻抗来实现增益的调节，改变电源模块的输出电压，使得各电源模块的输出电压相同，则一方面，能够抑制各电源模块的输出电压和电流波动，降低LED电源系统输出纹波含量，提高输出电能质量，从而使得可以对电源模块的类型不作要求，当出现一个电源模块出现故障时，避免了用户不得不去找该模块原来的生产厂家进行维修和更换的情况的发生，降低了时间成本和经济成本；另一方面，能够抑制因不同电源模块间电源内阻、纹波幅度等特征参数的差异而造成的各电源模块输出电压不同而导致的各电源模块间的环流现象，降低损耗，从而实现不同类型电源模块的并联协同供电，提高LED电源系统的兼容性、可扩展性和可靠性；另外，当某一个或者多个电源模块出现直通时，不会造成母排短路，提高了LED集中式直流供电系统的安全性能。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种高兼容性LED集中式直流供电系统，其特征在于，包括N个共M种类型、输出电压平均值相同的电源模块、N个Z源阻抗、输出母排以及与所述输出母排连接的LED灯组，N为不小于2的整数，M为不大于N的正整数；

每个电源模块的输出正极与一一对应地Z源阻抗的输入正极连接，每个电源模块的输出负极与一一对应地Z源阻抗的输入负极连接，每个Z源阻抗的输出正极均与所述输出母排的正极连接，每个Z源阻抗的输出负极均与所述输出母排的负极连接，所述Z源阻抗用于滤波，还用于与所述电源模块中的开关管配合来实现增益的调节，以便电源模块输出至所述输出母排的输出电压相同；

其中，所述Z源阻抗包括第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感，所述第一电感的第一端与所述第一电容的第一端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输入正极，所述第二电感的第一端与所述第二电容的第一端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输入负极，所述第一电感的第二端与所述第二电容的第二端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输出正极，所述第一电容的第二端与所述第二电感的第二端连接，其公共端作为所述Z源阻抗的输出负极。

2.如权利要求1所述的LED集中式直流供电系统，其特征在于，该系统还包括N个二极管，其中，每个二极管的阳极一一对应地与Z源阻抗的正极连接，每个二极管的阴极均与所述输出母排的正极连接。

3.如权利要求1所述的LED集中式直流供电系统，其特征在于，每个Z源阻抗的第一电容、第二电容、第一电感以及第二电感均分别对应相等。

4.如权利要求1-3任一项所述的LED集中式直流供电系统，其特征在于，所述电源模块包括PWM电源模块。

5.如权利要求1-3任一项所述的LED集中式直流供电系统，其特征在于，所述电源模块包括PFM电源模块。

6.如权利要求1所述的LED集中式直流供电系统，其特征在于，N个所述电源模块的类型为3种。