CN201957301U

CN201957301U - 多路led均流驱动电路

Info

Publication number: CN201957301U
Application number: CN2011200068044U
Authority: CN
Inventors: 谢小高; 王加莲; 吕强
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-01-11

Abstract

本实用新型公开了一种多路LED均流驱动电路。现有的驱动电路较为复杂且成本高。本实用新型中的高频交流电压脉冲产生电路的正输入端接外部的直流输入电源的正端，高频交流电压脉冲产生电路的负输入端接外部的直流输入电源的负端，高频交流电压脉冲产生电路的一个输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端分别接正向整流电路的正输入端和逆向整流电路的负输入端；高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端接正向整流电路的负输入端和逆向整流电路的正输入端。本实用新型利用电容充放电平衡使得两条并联的支路电流均衡，使得在相同输出电压下均流的LED数量可增加一倍。

Description

多路LED均流驱动电路

技术领域

本实用新型属于开关电源技术领域，涉及一种LED驱动电路。具体地说是利用电容充放电平衡原理和电流互感器来实现偶数路LED负载电流均衡的驱动电路。

背景技术

LED需要恒流驱动，一些大功率照明的应用场合，LED通常需要串联或并联使用。LED并联使用时每路都需要恒流控制，增加了电路成本。因此，对LED而言，直接串联的方式最简单，但如果LED串联个数过多，一方面驱动器输出电压较高，增加了线路元器件成本，另一方面如果其中一个LED失效会导致整串LED灯失效，因此从系统角度来看可靠性不高。

图1中利用电容的电荷平衡原理，可以实现两路LED灯串的电流均衡，从而可以将LED串联数量减少一半，从而降低了电压应力。这种方法实现简单，LED均流效果好，但是如果要增加LED灯串个数，需外加耦合电感来保证均流效果，从而增加了电路复杂性和电路成本。

另一种技术是采用多个高频变压器原边串联，副边经整流后带LED负载，利用理想变压器原副边电流与变压器匝比成反比的原理，在保证多个变压器匝比相同的条件下，实现副边的LED电流均流，如图2所示。该技术虽然原理上可行，但是在实际应用中存在一些缺点，影响到其实际应用，如：（1）变压器励磁电感的离散性会使多路输出电流的均流度受到影响。（2）当某一路负载短路时，由于仅电容滤波，因此该路对应的变压器相当于短路，导致原边串联的总的励磁电感量发生变化，从而影响变流器的稳态增益，增加了控制难度，因此会严重降低了变流器的可靠性。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种基于电容充放电平衡原理和电流互感器（CT）实现的偶数路LED均流电路，该电路具有结构简单、成本低和均流性能好等优点。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

本实用新型包括高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、正向整流电路、逆向整流电路和2N个电流互感器模块，其中N为自然数。

高频交流电压脉冲产生电路的输入端接外部的直流输入电源的正端，高频交流电压脉冲产生电路的负输入端接外部的直流输入电源的负端，高频交流电压脉冲产生电路的一输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端分别接正向整流电路的正输入端和逆向整流电路的负输入端；高频交流电压脉冲产生电路的另一输出端接正向整流电路的负输入端和逆向整流电路的正输入端。

正向整流电路的正输出端接第一电流互感器原边绕组的同名端，第一电流互感器至第N电流互感器的原边绕组依次串接，第N电流互感器原边绕组的异名端接正向整流电路的负输出端；

逆向整流电路的负输出端接第N+1电流互感器原边绕组的异名端，第N+1电流互感器至第2N电流互感器的原边绕组依次串接，第2N电流互感器的原边绕组的同名端接逆向整流电路的正输出端；

电流互感器驱动模块中，电流互感器的副边绕组的同名端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接输出电容的正端，副边绕组的异名端接输出电容的负端，LED灯串与输出电容并联。

其中正向整流电路和逆向整流电路中电流只能单向流动，从正输出端流出，负输出端流入，正向整流电路和逆向整流电路的结构形式可以为半波整流电路、全波整流电路和倍流整流电路。

其中高频交流电压脉冲产生电路是若干种隔离型或非隔离型开关拓扑之一，用来产生高频的交流脉冲电压信号。

本实用新型中电路可以工作在谐振模式，也可以工作在常规的PWM模式。

具体来说，本实用新型的核心思想是：首先构造出高频交变的电压脉冲信号源，然后经LC电路转换成电流源，利用电容充放电平衡原理来保证两条支路的电流均衡，然后利用电流互感器感应出电流来驱动LED负载，只要电流互感器的匝数比相同，即可实现所有LED灯串电流均衡。

本实用新型的有益效果在于：

（1）电流互感器原边绕组串入主电路，将感应的原边电流传递给副边，原边绕组基本不承受电压，电流互感器激磁电感对均流效果没有影响；

（2）电流互感器原边感应电流时，副边输出二极管导通，电流互感器激磁电感已经相当于被副边输出电容短路，因此出现负载短路情况时也不会对电路性能造成任何影响；

（3）均流效果受负载电压偏差影响较小；

（4）利用电容充放电平衡使得两条并联的支路电流均衡，使得在相同输出电压下均流的LED数量可增加一倍；

（5）电流互感器模块可以标准化，容易实现模块化生产，降低生产成本。

附图说明

图1：利用电容的电荷平衡原理实现的LED负载均流电路；

图2：利用多个高频变压器串联实现副边均流的电路；

图3：本实用新型电路示意图；

图4：本实用新型实施例中高频交流脉冲电压产生电路的具体可选拓扑结构；

图5：本实用新型第一具体实施例电路图；

图6：本实用新型第二具体实施例电路图；

图7：本实用新型第三具体实施例电路图；

图8：本实用新型第三具体实施例的进一步简化图；

图9：本实用新型电路利用电容实现电气隔离结构图。

具体实施方式

以下结合具体实施例以及附图对本实用新型内容进行详细说明。

如图3所示，本实用新型包括一个高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、正向整流电路、逆向整流电路和2N个电流互感器驱动模块。

高频交流电压脉冲产生电路的正输入端接外部的直流输入电源的正端，高频交流电压脉冲产生电路的负输入端接外部的直流输入电源的负端，高频交流电压脉冲产生电路的一个输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端接正向整流电路的正输入端和逆向整流电路的负输入端；高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端接正向整流电路的负输入端和逆向整流电路的正输入端。

正向整流电路的正输出端接电流互感器1原边绕组的同名端，电流互感器1至电流互感器N的原边绕组皆首尾依次串接（即上一个电流互感器原边绕组的异名端接下一个电流互感器原边绕组的同名端），电流互感器N原边绕组的异名端接正向整流电路的负输出端。

逆向整流电路的负输出端接电流互感器N+1原边绕组的异名端，电流互感器N+1至电流互感器2N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器2N的原边绕组的同名端接逆向整流电路的正输出端；电流互感器驱动模块中，电流互感器的副边绕组的同名端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接输出电容的正端，副边绕组的异名端接输出电容的负端，LED灯串与输出电容并联。

其中，正向整流电路和逆向整流电路中电流只能单向流动，从正输出端流出，负输出端流入。

其中，高频交流电压源产生电路是隔离型或非隔离型开关拓扑，如图4所示的10种拓扑结构中任意一种。

图5为本实用新型的第一具体实施例，包括一个高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、二极管D1、二极管D2和2N个电流互感器驱动模块。二极管D1、二极管D2分别构成了正向整流电路和逆向整流电路，属于半波整流电路；高频交流电压脉冲产生电路的一个输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端接二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，二极管D1的阴极接电流互感器1原边绕组的同名端，电流互感器1至电流互感器N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器N原边绕组的异名端接高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端，二极管D2的阳极接电流互感器N+1原边绕组的异名端，电流互感器N+1至电流互感器2N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器2N原边绕组的同名端接高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端；电流互感器驱动模块中，电流互感器的副边绕组的同名端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接输出电容的正端，副边绕组的异名端接输出电容的负端，LED灯串与输出电容并联；图5中高频交流电压源产生电路是隔离型或非隔离型开关拓扑，如图4所示的10种拓扑结构中任意一种；进一步，二极管D1、二极管D2可用同步整流MOSFET替代掉以降低损耗。

图6所示为本实用新型电路的第二具体实施例，包括一个高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和2N个电流互感器驱动模块，其中二极管D1和二极管D2构成了正向整流电路，二极管D3和二极管D4构成逆向整流电路，属于全波整流电路；高频交流电压脉冲产生电路的一个输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端接二极管D1的阳极和二极管D3的阴极，二极管D1的阴极接电流互感器1原边绕组的同名端，电流互感器1至电流互感器N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器N的原边绕组的异名端接二极管D2的阳极和二极管D3的阳极，二极管D2的阴极和二极管D4的阳极接高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端，二极管D3的阳极还接电流互感器N+1原边绕组的异名端，电流互感器N+1至电流互感器2N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器2N的原边绕组的同名端接二极管D4的阴极；电流互感器驱动模块中，电流互感器的副边绕组的同名端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接输出电容的正端，副边绕组的异名端接输出电容的负端，LED灯串与输出电容并联；图6中高频交流电压源产生电路是隔离型或非隔离型开关拓扑，如图4所示的10种拓扑结构中任意一种；进一步，二极管D1~ D4可用同步整流MOSFET替代掉以降低损耗。

图7所示为本实用新型的第三具体实施例；包括一个高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、二极管Da、二极管Db、电感La、电感Lb和2N个电流互感器驱动模块，其中二极管Da和电感La构成了正向整流电路，二极管Db和电感Lb构成逆向整流电路，属于倍流整流电路；高频交流电压脉冲产生电路的一个输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端接电感La的一端和二极管Db的阴极，电感La的另一端接电流互感器1原边绕组的同名端，电流互感器1至电流互感器N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器N的原边绕组的异名端接二极管Da的阳极和二极管Db的阳极，二极管Da的阴极和电感Lb的一端接高频交流电压脉冲产生电路的另一个输出端，二极管Db的阳极还接电流互感器N+1原边绕组的异名端，电流互感器N+1至电流互感器2N的原边绕组皆首尾依次串接，电流互感器2N的原边绕组的同名端接电感Lb的另一端；电流互感器驱动模块中，电流互感器的副边绕组的同名端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接输出电容的正端，副边绕组的异名端接输出电容的负端，LED灯串与输出电容并联；图7中高频交流电压源产生电路是隔离型或非隔离型开关拓扑，如图4所示的10种拓扑结构中任意一种。

进一步，二极管Da和Db可用同步整流MOSFET替代掉以降低损耗。

进一步，图7所示第三具体实施例中，电感Lr可以去掉，如图8所示。

进一步，图3所示本实用新型电路中高频交流电压源产生电路选用图4（a）～图4（d）四种拓扑之一时，为了降低电流互感器的耐压要求，图3所示实用新型电路可以将电容Cr拆分成电容Cr1和电容Cr2，如图9所示，利用电容来实现符合安全规范的电气隔离要求；相应的，图5～图8所示具体实施例中的电容Cr可拆分成电容Cr1和电容Cr2利用电容来实现符合安全规范的电气隔离要求。

Claims

1.多路LED均流驱动电路, 包括高频交流电压脉冲产生电路、电感Lr、电容Cr、正向整流电路、逆向整流电路和2N个电流互感器模块，其特征在于：

高频交流电压脉冲产生电路的正输入端接外部的直流输入电源的正端，高频交流电压脉冲产生电路的负输入端接外部的直流输入电源的负端，高频交流电压脉冲产生电路的正输出端接电感Lr的一端，电感Lr的另一端接电容Cr的一端，电容Cr的另一端分别接正向整流电路的正输入端和逆向整流电路的负输入端；高频交流电压脉冲产生电路的负输出端分别接正向整流电路的负输入端和逆向整流电路的正输入端；

2.根据权利要求1所述的多路LED均流驱动电路，其特征在于：所述的正向整流电路，其电流只能单向流动，从正输出端流出，负输出端流入，正向整流电路结构形式为半波整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

3.根据权利要求1所述的多路LED均流驱动电路，其特征在于：所述的逆向整流电路，其电流只能单向流动，从正输出端流出，负输出端流入，逆向整流电路结构形式为半波整流电路、全波整流电路或倍流整流电路。

4.根据权利要求1所述的多路LED均流驱动电路，其特征在于：所述的高频交流电压脉冲产生电路为隔离型或非隔离型开关拓扑，用来产生高频的交流脉冲电压信号。