CN108770126A - 一种双输入升压*uk的LED驱动电路及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其包括第一输入直流源E1、第二输入直流源E2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、输出电容C0、IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2、功率二极管D1、LED灯负载RL。本发明通过输入并联的方式构造一种能实现不同电源供电，共用输出的双输入升压Ćuk的LED驱动电路应用于新能能源发电供电系统，其具有输入输出纹波低、适用多种电源供电等特点。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电和LED照明电源领域，特别是一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路及其工作方法。
背景技术
石油、煤炭等石化能源作为不可再生能源正在日益枯竭，同时所造成的环境污染日益严重。新型能源具有廉价、可靠、清洁无污染、能源丰富的特点，因此，新能源发电展现了良好的市场前景。目前，应用较多的可再生能源发电形式有光伏发电、燃料电池供电、风力发电、水利发电、地热发电等等，但均存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺点，有效的解决方式之一就是采用多种能源联合供电的互联网式供电系统。
而且，在众多可再生能源中，风能和太阳能不仅环保安全、储量丰富，并且在时间利用方面具有很强的互补性，其组成的风光互补发电系统是一种具有较高性价比的新型能源发电系统，克服了传统单一风力发电系统与单一光伏发电系统受外界环境条件影响不能持续稳定为负载供电的问题。此外，LED作为第四代的电光源,具有寿命长、转换效率高、节能环保等优良特性，目前越来越多的照明灯具使用的是LED灯。因此，对于LED照明，尤其是LED路灯照明，风光互补路灯系统成为了必然趋势，具有现实使用价值。
然而，传统的新能源分布式供电系统中每种能源形式均需要一个DC/DC变换器，将各种能源变成直流输出，并联在公共的直流母线上，供给直流负载，结构较复杂，且成本较高。为了简化电路结构，可以用一个多输入直流变换器替代多个单输入直流变换器。多输入直流变换器允许多种能源供电，输入源的性质、幅值和特性可以相同，也可以差别很大，因此提高了系统的稳定性和灵活性，实现能源的优先利用，并且降低系统成本。此外，升压Ćuk电路输入、输出端各有一个电感，使得输入输出电流脉动小，容易对输入、输出进行滤波，有利于EMI。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路及其工作方法，通过输入并联的方式构造一种能实现双输入共用输出的双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其具有输入输出纹波低、适应多种能源供电和高效高可靠性等特点。
本发明采用以下方案实现：一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，包括第一输入直流源E1、第二输入直流源E2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、输出电容C0、IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2、功率二极管D1及LED灯负载；所述第一直流源E1的正极分别连接第一电感L1的a1端、输出电容C0的正端、LED灯负载的正端；所述第一电感L1的a2端分别连接第一电容C1的b1端、IGBT开关Q1的集电极；所述第一电容C1的b2端分别连接第三电感L3的c1端、功率二极管D1的阳极、第二电容C2的e2端；所述第三电感L3的c2端分别连接输出电容C0的负端、LED灯负载的负端；所述第一输入直流源E1的负极分别连接IGBT开关管Q1的发射极、功率二极管D1的阴极、IGBT开关管Q2的发射极、第二输入直流源E2的负极；所述第二电容C2的e1端分别连接第二电感L2的 d2端、IGBT开关管Q2的集电极；所述第二电感L2的d1端分别连接第二输入直流源E2的正极。
进一步地，所述开关管Q1和Q2需采用逆阻型的功率开关管IGBT。
进一步地，所述IGBT开关管Q1和IGBT开关管Q2采用PWM或PFM控制用于实现电路的升压和输出电流恒定。
进一步地，当所述第一输入直流源电压大于第二输入直流源电压时，所述IGBT开关管Q1的工作占空比应小于等于 IGBT开关管Q2的工作占空比；反之也成立。
进一步地，所述一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其输入极性和输出极性相同。
进一步地，所述二极管D1为快恢复二极管。
进一步地，所述电容C1、C2为高频电容，所述电容Co为电解电容。
本发明还提供一种上述的双输入升压Ćuk的LED驱动电路的工作方法，所述双输入升压Ćuk电路工作模式为CCM模式，实现两个输入共同给一个LED灯负载供电；假设第一输入直流源E1的电压大于第二输入直流源E2的电压，即IGBT开关管Q2占空比大于IGBT开关管Q1；具体包括以下阶段：第一阶段：由于电路稳态时电容C1上的电压大于电容C2上的电压，导致IGBT开关管Q2集电极和发射极之间的电压V CE为负，因此Q2将不会在此阶段有导通，处于关断阶段；此阶段二极管D1截止；直流源E1通过IGBT开关管Q1给第一电感L1充电；电源E1和电容C1给第三电感L3充电，给LED灯负载供电；直流源E2和电容C1给电感L2和电容C2充电；第二阶段：IGBT开关管Q1关断，IGBT开关管Q2导通，此阶段二极管D1截止；直流源E1和电容C2给电感L3充电和灯负载供电；直流源E1和电容C2通过开关管Q2给电感L1和电容C1充电；直流源E2通过开关管Q2给电感L2充电；第三阶段：IGBT开关管Q1和Q2均关断，此阶段D1导通；直流源E1和电感L3通过二极管D1给灯负载供电；直流源E1和电感L1通过二极管D1给C1充电；直流源E2和电感L2通过二极管D1给C2充电。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果。
1、多路供电升压Ćuk变换器共用功率二极管D1、第三电感L3、输出电容C0、输出LED灯负载，变换电路的元器件少、成本低；
2、本发明变换器的两个不同性质供电电源、幅值和特性可以相同，也可以不同，适用于新能源发电系统，尤其是分布式路灯照明；
3、升压Cuk变换器具有输入输出纹波低和升压变换范围宽等优点。
附图说明
图1是本发明的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路原理图。
图2是本发明的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路开关管Q1导通，开关管Q2关断时的等效工作模态示意图。
图3是本发明的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路开关管Q1关断，开关管Q2导通时的等效工作模态示意图。
图4是本本发明的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路开关管Q1和 Q2均关断时的等效工作模态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，包括第一输入直流源E1、第二输入直流源E2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、输出电容C0、IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2、功率二极管D1、LED灯负载；所述第一直流源E1的正极分别连接第一电感L1的a1端、输出电容C0的正端、LED灯负载的正端；所述第一电感L1的a2端分别连接第一电容C1的b1端、IGBT开关Q1的集电极；所述第一电容C1的b2端分别连接第三电感L3的c1端、功率二极管D1的阳极、第二电容C2的e2端；所述第三电感L3的c2端分别连接输出电容C0的负端、LED灯负载的负端；所述第一输入直流源E1的负极分别连接IGBT开关管Q1的发射极、功率二极管D1的阴极、IGBT开关管Q2的发射极、第二输入直流源E2的负极；所述第二电容C2的e1端分别连接第二电感L2的 d2端、IGBT开关管Q2的集电极；所述第二电感L2的d1端分别连接第二输入直流源E2的正极。
在本实施例中，所述开关管Q1和Q2需采用逆阻型的功率IGBT开关管。
在本实施例中，所述IGBT开关管Q1和IGBT开关管Q2采用PWM或PFM控制用于实现电路的升压和输出电流恒定。
在本实施例中，当所述第一输入直流源电压大于第二输入直流源电压时，所述IGBT开关管Q1的工作占空比应小于等于 IGBT开关管Q2的工作占空比；反之亦然。
在本实施例中，所述一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其输入极性和输出极性相同。
在本实施例中，所述二极管D1为快恢复二极管。
在本实施例中，所述电容C1、C2为高频电容，所述电容Co为电解电容。
本实施例通过具体工作在CCM模式的一种双输入升压Ćuk电路，实现两个输入共同给一个LED灯负载供电，并且对其输出电压进行升压变换。下面结合图1中的具体实例具体说明本发明的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路的Q1和Q2开关管同时开通，不同时关断工作时的具体电路工作模态，如图2至图4所示。
参照图2，在此假设第一输入直流源E1的电压大于第二输入直流源E2的电压（以下模态分析均采用此假设），即开关管Q2占空比大于Q1。虽然图2所示阶段开关管Q1和Q2均有导通信号，但是实际只有Q1导通，这是由于电路稳态时电容C1上的电压大于电容C2上的电压，导致Q2集电极和发射极之间的电压V CE为负，因此Q2将不会在此阶段有导通，处于关断阶段。如图2所示，此阶段二极管D1截止；直流源E1通过开关管Q1给第一电感L1充电；电源E1和电容C1给电感L3充电，给灯负载供电；直流源E2和电容C1给电感L2和电容C2充电。
参照图3，开关管Q1关断，开关管Q2导通，此阶段二极管D1截止；直流源E1和电容C2给电感L3充电和灯负载供电；直流源E1和电容C2通过开关管Q2给电感L1和电容C1充电；直流源E2通过开关管Q2给电感L2充电。
参照图4，开关管Q1和Q2均关断，此阶段D1导通；直流源E1和电感L3通过二极管D1给灯负载供电；直流源E1和电感L1通过二极管D1给C1充电；直流源E2和电感L2通过二极管D1给C2充电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：包括第一输入直流源E1、第二输入直流源E2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、输出电容C0、IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2、功率二极管D1及LED灯负载；所述第一直流源E1的正极分别连接第一电感L1的a1端、输出电容C0的正端、LED灯负载的正端；所述第一电感L1的a2端分别连接第一电容C1的b1端、IGBT开关Q1的集电极；所述第一电容C1的b2端分别连接第三电感L3的c1端、功率二极管D1的阳极、第二电容C2的e2端；所述第三电感L3的c2端分别连接输出电容C0的负端、LED灯负载的负端；所述第一输入直流源E1的负极分别连接IGBT开关管Q1的发射极、功率二极管D1的阴极、IGBT开关管Q2的发射极、第二输入直流源E2的负极；所述第二电容C2的e1端分别连接第二电感L2的 d2端、IGBT开关管Q2的集电极；所述第二电感L2的d1端分别连接第二输入直流源E2的正极。
2.根据权利要求1所述的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：所述IGBT开关管Q1、IGBT开关管Q2采用逆阻型的功率IGBT开关管。
3.根据权利要求1所述的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：所述IGBT开关管Q1和IGBT开关管Q2采用PWM或PFM控制用于实现电路的升压和输出电流恒定。
4.根据权利要求1所述的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：当所述第一输入直流源电压大于第二输入直流源电压时，所述IGBT开关管Q1的工作占空比应小于等于 IGBT开关管Q2的工作占空比；反之亦然。
5.根据权利要求1所述的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：所述二极管D1为快恢复二极管。
6.根据权利要求1所述的一种双输入升压Ćuk的LED驱动电路，其特征在于：所述第一电容C1、第二电容C2为高频电容、所述输出电容Co为电解电容。
7.一种如权利要求1所述的双输入升压Ćuk的LED驱动电路的工作方法，其特征在于：所述双输入升压Ćuk电路工作模式为CCM模式，实现两个输入共同给一个LED灯负载供电；假设第一输入直流源E1的电压大于第二输入直流源E2的电压，即IGBT开关管Q2占空比大于IGBT开关管Q1；具体包括以下阶段：
第一阶段：由于电路稳态时电容C1上的电压大于电容C2上的电压，导致IGBT开关管Q2集电极和发射极之间的电压V CE为负，因此Q2将不会在此阶段有导通，处于关断阶段；此阶段二极管D1截止；直流源E1通过IGBT开关管Q1给第一电感L1充电；电源E1和电容C1给第三电感L3充电，给LED灯负载RL供电；直流源E2和电容C1给电感L2和电容C2充电；
第二阶段：IGBT开关管Q1关断，IGBT开关管Q2导通，此阶段二极管D1截止；直流源E1和电容C2给电感L3充电和灯负载供电；直流源E1和电容C2通过开关管Q2给电感L1和电容C1充电；直流源E2通过开关管Q2给电感L2充电；
第三阶段：IGBT开关管Q1和Q2均关断，此阶段D1导通；直流源E1和电感L3通过二极管D1给灯负载供电；直流源E1和电感L1通过二极管D1给C1充电；直流源E2和电感L2通过二极管D1给C2充电。
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