CN106993355A - 一种基于均衡电容的多路反激led驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于包括直流输入端口、原边拓扑和n路副边拓扑，n大于或等于2；所述原边拓扑包括一个原边励磁绕组；所有副边拓扑都相同，所述副边拓扑包括一个副边绕组、整流二级管和LED驱动端口，所述副边绕组的同名端与整流二级管正极相连，整流二级管的负极与LED驱动端口的阳极相连，LED驱动端口为副边拓扑的输出地；第i路副边拓扑的另外一个同名端与第i+1路副边拓扑的输出地相连；n路副边拓扑的输出地通过n端口电容网络相连。本发明通过采用基于均衡电容的多路反激LED驱动器，具有良好的均流性能，且可应用于反激等单端口拓扑和任意多路输出的LED负载，拓展性好，应用前景广阔。

Description

一种基于均衡电容的多路反激LED驱动器

技术领域

本发明涉及LED驱动器技术领域，特别涉及一种基于均衡电容的多路反激LED驱动器。

背景技术

在多路输出的LED驱动器中，通常需采用均流技术来保证流过各路LED串的电流相同。按照均流原理来划分主要可分为两大类：一类是有源均流技术，另一类是无源均流技术。其中：有源均流技术主要包含线性模式均流与开关模式均流等技术；无源均流技术主要包含耦合电感均流与均衡电容均流等技术。

在现有的多种均流技术中，均衡电容均流技术具有成本低、效率高以及均流精度高等优点。但是，现有均衡电容均流技术利用流过均衡电容的电荷在正负半周期内相同的特性，来实现均流效果。这带来了两个问题：第一，由于要求拓扑存在正负半周期，因此现有均衡电容均流集输大多只能应用于半桥、全桥、推挽等双端口拓扑，不能应用于反激等常用单端口拓扑。第二，由于要满足流过均衡电容的电流为偶数，因此现有均衡电容均流技术大多不适用于负载为奇数路的场合。

综上所述，如何使均衡电容均流技术应用于任意多路反激LED驱动器，将是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的如何解决现有均衡电容均流技术不适用于单端口拓扑和负载为奇数路的场合的问题。

为了解决以上问题本发明提出了一种基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于包括直流输入端口、原边拓扑和n路副边拓扑，n大于或等于2；所述原边拓扑包括一个原边励磁绕组，所述原边励磁绕组与直流输入端口耦合连接；所有副边拓扑都相同，所述副边拓扑包括一个副边绕组、整流二级管和LED驱动端口，所述副边绕组的同名端与整流二级管正极相连，整流二级管的负极与LED驱动端口的阳极相连，LED驱动端口为副边拓扑的输出地；当i<n时，第i路副边拓扑的另外一个同名端与第i+1路副边拓扑的输出地相连；当i＝n时，第n路副边拓扑的另外一个同名端与第1路副边拓扑的输出地相连；n路副边拓扑的输出地通过n端口电容网络相连。

所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的n端口电容网络采用星形连接或者采用环形连接。

所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的星形连接具体为：每一路副边拓扑设置一个均衡电容，一共n个均衡电容，所有均衡电容的一端与其对应的副边拓扑的输出地相连接，所有均衡电容的另一端连接在一起。

所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的环形连接具体为：每一路副边拓扑设置一个均衡电容，第i个均衡电容的一端与第i-1个均衡电容的一端连接，另一端与第i+1个均衡电容的一端连接，每2个均衡电容的连接点分别与每一路副边拓扑的输出地相连。

所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述LED驱动端口上还设有滤波电容，所述滤波电容的阳极与整流二极管的负极相连，所述滤波电容的阴极与副边拓扑的输出地相连。

本发明通过采用基于均衡电容的多路反激LED驱动器，具有良好的均流性能，且可应用于反激等单端口拓扑和任意多路输出的LED负载，拓展性好，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明应用于两路输出反激LED驱动器的一个具体实施例；

图2是本发明应用于两路输出反激LED驱动器的关键波形；

图3是本发明应用于三路输出反激LED驱动器的星形连接的具体实施例；

图4是本发明应用于三路输出反激LED驱动器的环形连接的具体实施例；

图5是本发明应用于多路输出反激LED驱动器的星形连接的具体实施例；

图6是本发明应用于多路输出反激LED驱动器的环形连接的具体实施例。

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，所描述的实施例仅仅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作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。

图1是本发明应用于两路输出反激LED驱动器的一个具体实施例，该实施例以应用于两路输出反激LED驱动器为例，用于说明本发明如何基于均衡电容来实现多路反激LED驱动器的输出电流的均衡。

基于本领域的常识，传统反激变流器的副边绕组的负端应该与该路输出的地连接。而本实施例，每一路的副边绕组的负端分别与另一路的地连接。同时，两路副边输出的地GND₁和GND₂之间通过一个均衡电容连接。

本发明提出的基于均衡电容的多路反激LED驱动器均流方法在电流断续模式和电流连续模式下均可以工作。图2的(a)部分和图2(b)部分分别给出了两路输出反激LED驱动器在断续模式和连续模式下的关键波形。

在一个开关周期内，根据各个开关元件的通断状态不同，电路的工作状态可分为三个状态：

状态一：此时，原边开关管S₁导通，励磁电流i_Lm线性上升。副边续流二极管D₁，D₂均关断，LED负载由输出电容C_o1，C_o2供电；

状态二：此时，原边开关管S₁关断，副边续流二极管D₁，D₂均导通。原边励磁电感储存的能量通过变压器传递到副边，副边电流i_D1与i_D2均流过均衡电容C_s；

状态三：该状态只出现在电流断续模式下。此时，原边开关管S₁与副边续流二极管D₁，D₂都处于关断状态。LED负载由输出电容C_o1，C_o2供电。

由图2可知，当反激LED驱动器的状态由状态一转换为状态二时，均衡电容电压上会产生一个小振铃。振铃产生于变压器副边漏感与均衡电容之间的谐振。其谐振周期为，

其中，L_k表示变压器的副边漏感，C_s为均衡电容。振铃的幅度除了与L_k，C_s的大小相关外，还与初始能量有关。为减小振铃幅值，应尽量减小漏感，并适当增加均衡电容的容值。

以下从理论推导的角度分析本发明应用于两路输出反激LED驱动器的均流原理。

如图2所示，假设一个开关周期内，副边电流i_D1与i_D2累积的电荷为Q₁与Q₂，其定义如下：

其中，T表示一个开关周期。

在图1所示的实施例中，只有当两路输出的反激LED驱动器处于状态二时，才有副边电流流过均衡电容C_s。具体地，副边电流i_D1与i_D2从相反的方向流过均衡电容C_s。在稳定状态下，电容C_s具有充放电平衡(安秒平衡)的特性。一个开关周期内，i_D1与i_D2流过C_s的电荷应当相等，即

Q₁＝Q₂ (4)

各输出电流为对应各副边电流的平均值，假设输出滤波电容C_o1与C_o2足够大，副边电流i_D1与i_D2的交流纹波完全被滤波电容滤除，流过负载LED串的电流只包含直流成分，其大小就是副边电流的平均值。输出电流可表示为，

结合公式(5)和公式(6)可以得出两路输出电流相等的关系，即

I_o1＝I_o2 (7)

因此，本发明可实现两路输出反激LED驱动器的输出电流均流。

图3是本发明应用于三路输出反激LED驱动器的星形连接的具体实施例；图4是本发明应用于三路输出反激LED驱动器的环形连接的具体实施例。其中，图3中均衡电容采用星形连接，图4中均衡电容采用环形连接(三角形连接)。通过这两种常用连接方式可以方便地拓展到多路输出的场合。其中，图5是图3拓展到n路输出的拓扑图，图6是图4拓展到n路输出的拓扑图。

以图5所示本发明应用于多路输出反激LED驱动器为例，用于说明本发明如何基于均衡电容来实现多路反激LED驱动器的输出电流的均衡。

作为一般情况，图5给出了本发明应用于n路输出反激LED驱动器的拓扑结构。GND₁，GND₂……GND_n分别表示n路输出的地。GND₁接绕组N_sn的负端，GND₂接绕组N_s1的负端，以此类推。最后，GND_n接绕组N_sn-1的负端。GND₁，GND₂……GND_n之间接入一个n端口均流电容网络。该均流电容网络由n个均流电容C_s1，C_s2……C_sn构成。图5中均流电容网络采用星形连接，图6中均流电容网络采用环形连接。

以下从理论推导的角度分析本发明应用于多路输出反激LED驱动器的均流原理。

图5所示的本发明应用于n路输出反激LED驱动器的拓扑结构中，n端口均衡电容网络中电容C_s1，C_s2……C_sn星形连接，中心点标记为N。C_s1，C_s2……C_sn分别连接GND₁，GND₂……GND_n与中心点N。即C_s1连接GND₁与N；C_s2连接GND₂与N……依此类推，最后C_sn连接GND_n与N。考虑状态二时各个副边电流流过均衡电容的电流方向。

对于均衡电容C_s1，副边电流i_D1与i_Dn从相反方向流过C_s1。结合C_s1的安秒平衡特性，可得，

Q₁＝Q_n (8)

对均衡电容C_si(1<i≤n)，副边电流i_si与i_si-1从相反方向流过C_si。结合C_si的安秒平衡特性，可得，

Q_i＝Q_i-1(1≤i≤n) (9)

结合公式(8)和公式(9)，可得

Q₁＝Q₂＝…＝Q_n (10)

Q₁，Q₂……Q_n为一个开关周期内各个副边电流流过均衡电容网络的电荷。各输出电流为对应各副边电流的平均值，

I_o1＝I_o2＝…＝I_on (12)

结合公式(11)和公式(12)，即可得出各路输出电流均相等的结论。因此，本发明可实现任意多路输出反激LED驱动器的输出电流均流。

图6是本发明应用于多路输出反激LED驱动器的环形连接的具体实施例。与图5中的拓扑的区别在于，图6中的n端口均衡电容网络中电容C_s1，C_s2……C_sn环形连接。C_s1分别连接C_sn与C_s2，C_s2分别连接C_s1与C_s3……依此类推，C_sn分别连接C_sn-1与C_s1。GND₁与C_sn和C_s1的连接点相连，GND₂与C_s1和C_s2的连接点相连……依此类推，GND_n与C_sn-1和C_sn的连接点相连。根据基本的电路原理知识，环形连接的电容网络经过变换可等效成星形连接的电容网络，因此，该拓扑也可实现任意多路输出反激LED驱动器的输出电流均流。

本发明提供的各种实施例的电路拓扑适用于多种反激电路的控制方法，包括电流连续模式控制，电流断续模式控制，包括副边控制技术以及原边控制技术。

本发明这里所提供的启示并不是必须应用到上述系统中，还可以应用到其它系统中。可将上述各种实施例的元件和作用相结合以提供更多的实施例。可以根据上述详细说明对本发明进行修改，在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本发明中。

如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。

以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于包括直流输入端口、原边拓扑和n路副边拓扑，n大于或等于2；所述原边拓扑包括一个原边励磁绕组，所述原边励磁绕组与直流输入端口耦合连接；所有副边拓扑都相同，所述副边拓扑包括一个副边绕组、整流二级管和LED驱动端口，所述副边绕组的同名端与整流二级管正极相连，整流二级管的负极与LED驱动端口的阳极相连，LED驱动端口为副边拓扑的输出地；当i<n时，第i路副边拓扑的另外一个同名端与第i+1路副边拓扑的输出地相连；当i＝n时，第n路副边拓扑的另外一个同名端与第1路副边拓扑的输出地相连；n路副边拓扑的输出地通过n端口电容网络相连。

2.根据权利要求1所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的n端口电容网络采用星形连接或者采用环形连接。

3.根据权利要求2所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的星形连接具体为：每一路副边拓扑设置一个均衡电容，一共n个均衡电容，所有均衡电容的一端与其对应的副边拓扑的输出地相连接，所有均衡电容的另一端连接在一起。

4.根据权利要求2所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述的环形连接具体为：每一路副边拓扑设置一个均衡电容，第i个均衡电容的一端与第i-1个均衡电容的一端连接，另一端与第i+1个均衡电容的一端连接，每2个均衡电容的连接点分别与每一路副边拓扑的输出地相连。

5.根据权利要求3或4所述的基于均衡电容的多路反激LED驱动器，其特征在于所述LED驱动端口上还设有滤波电容，所述滤波电容的阳极与整流二极管的负极相连，所述滤波电容的阴极与副边拓扑的输出地相连。