CN205408211U - 基于scc的可均流独立调光多路led驱动电路 - Google Patents

基于scc的可均流独立调光多路led驱动电路 Download PDF

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孙伟华
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Abstract

本实用新型公开了一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，包括：相互连接的半桥逆变单元X、前级LLC谐振变换网络单元Y、第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2；所述第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1具有第一均流可控开关电容SCC1；第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2具有第二均流可控开关电容SCC2。本实用新型具有结构简单，易于实现，且极易拓展至2n路应用场合，成本低和实用性强等优点。

Description

基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种多路LED均流及调光技术，特别涉及一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，该电路是一种基于前端LLC谐振变换器和SCC的可均流独立调光的多路LED驱动电路。
背景技术
LED光源具有光效高和寿命长的特点，因此被广泛应用在家用、商业和工业等领域。目前市场上大部分LED光源的单片封装功率为1～3W，这是由于大功率的单片封装难以解决其散热问题。因此，在大部分照明场合，如液晶背光源，街灯及普通照明等，需要同时使用多个LED光源才能满足照明强度要求，并且多个LED光源同时工作时，必须满足亮度均匀。而LED的输出光频谱、发光效率与LED的驱动电流直接相关，为满足亮度均匀要求，需保证流过每只LED的电流相等。最简单的方法是将多个LED灯串联连接，但串联连接的可靠性低，当任意一灯损坏时，整个LED支路无法工作，且串联个数有限，LED支路电压通常为几十伏，不超过安全电压限值。因此，大部分LED照明采用LED串并联相结合的方式。LED是半导体器件，其伏安特性符合指数关系，即电压的微小变化会造成电流的显著变化。LED导通电压除了受驱动电流影响，还受工作温度、时间及个体差异的影响。当多个LED支路并联于同一电压源时，由于导通电压存在差异，每个LED支路中的电流并不完全相等，电流大的支路的LED灯易发生光衰、老化加速甚至熄灭，降低了LED灯的寿命和可靠性。为了解决不均流问题，可给每个LED支路提供独立的电压源，每条支路电流由单独的变换器控制，电压源幅值等于LED导通压降，由LED电流和LED本身的特性决定，支路间互不影响，保证电流一致性。但该方法结构复杂，每个LED支路需要独立的电流控制和驱动电路，增加了成本。
基于电容的电荷平衡原理设计的两路均流方案具有高效,低价,简单的优势。特别适用于双端拓扑的整流结构。其主要设计原理是利用电容的伏秒平衡特性,在双端拓扑的变压器副边正负交替输出时,实现电荷平衡进而达到精确,可靠的控制负载电流的目的。利用电容的充放电电荷平衡实现多路输出均流的方法简便、精确、成本低、可靠性高,从能量利用的角度来讲,通过平衡电容可以实现两级的能量变换,大大提高了电路的整体效率水平利用平衡电容进行多路均流的方案中,通过在整流桥变压器副边串联平衡电容保证模块内两路LED负载输出的电流平衡,多个模块间电流通过选取精确匹配的电容实现均衡。以为器件的不确定性使得其均衡特性较差。同时对均流精度的要求也将提高器件选取的成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，该LED驱动电路适用于LED多路均流及调光领域，可用于实现多路LED驱动电流自动均衡及可控调光。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，包括：相互连接的半桥逆变单元X、前级LLC谐振变换网络单元Y、第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2，所述第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1具有可控开关电容SCC中的第一均流可控开关电容SCC1；第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2具有可控开关电容SCC中的第二均流可控开关电容SCC2；
所述半桥逆变单元X包括：第一开关MOS管Q1、第二开关MOS管Q2、第一电容C1和第二电容C2；其中，第一开关MOS管Q1的漏极与第一电容C1的正极均与电源正极相连接；第一电容C1的负极与第二电容C2的正极相连接；第一开关MOS管Q1的源极和第二开关MOS管Q2的漏极相连接；第二开关MOS管Q2的源极与第二电容C2的负极均与电源负极相连接。
所述的前级LLC谐振变换网络单元Y包括：第一谐振电感Lr，第一谐振电容Cr，第一励磁电感Lm以及第一变压器T原边；其中第一谐振电感Lr、第一谐振电容Cr和第一励磁电感Lm相互串联；第一谐振电感Lr的首端和X中第一开关MOS管Q1的源极相连接；第一谐振电感Lr的末端和第一励磁电感Lm的首端均与第一变压器T原边的正极相连接；第一谐振电容Cr的正极和第一励磁电感Lm的末端均与第一变压器T原边的负极相连接；第一谐振电容Cr的负极与X中第一电容C1的负极相连接。
所述的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1包括：第一变压器副边T1、第一电感L1、可控开关电容SCC1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一输出滤波电容Co1、第二输出滤波电容Co2、第一隔直电容Cb1、第一开关电容Cs1和第一开关管S1、第一LED串1、第二LED串2。第一隔直电容Cb1和第一开关电容Cs1的正极均与第一变压器T1副边正极相连接；第一开关管S1的漏极与第一开关电容Cs1的负极相连接；第一开关管S1的源极和第一隔直电容Cb1的负极均与第一电感L1首端相连接；第一电感L1末端与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极相连接；第一二极管D1的负极与第一输出滤波电容Co1的正极和第一LED串1的正极相连接；第一LED串1的负极、第二LED串2的负极、第一输出滤波电容Co1的负极、第二输出滤波电容Co2的负极、第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极均接地。第三二极管D3的负极与与第二输出滤波电容Co2的正极和第二LED串2的正极相连接；第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极均与第一变压器T1副边的负极相连接。
所述的第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2包括：第二变压器副边T2、可控开关电容SCC2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三输出滤波电容Co3、第四输出滤波电容Co4、LED串3、LED串4；其中可控开关电容SCC2单元包括：第二隔直电容Cb2、第二开关电容Cs2和第二开关管S2。第二隔直电容Cb2和第二开关电容Cs2的正极均与第二变压器副边T2正极相连接；第二开关管S2的漏极与第二开关电容Cs2的负极相连接；第二开关管S2的源极、第二隔直电容Cb2的负极和第五二极管D5的正极均与第六二极管D6的负极相连接；第五二极管D5的负极和第三输出滤波电容Co3的正极均与LED串3的正极相连接；LED串3的负极、LED串4的负极、第三输出滤波电容Co3的负极、第四输出滤波电容Co4的负极、第六二极管D6的正极、第八二极管D8的正极均接地。第七二极管D7的负极和第四输出滤波电容Co4的正极均与LED串4的正极相连接；第七二极管D7的正极和第八二极管D8的负极均与第二变压器副边T2的负极相连接。
通过所述半桥逆变单元X产生固定开关频率频率fs和50％占空比的方波电压，其中开关频率fs等于第一谐振电感Lr和第一谐振电容Cr的谐振频率；由前级LLC谐振变换网络单元Y对所述方波电压进行滤波，第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2单元进行隔直、调控与均衡，实现多路LED的均流及调光。
所提出的拓扑中第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2中由于可控开关电容SCC中电容的伏秒平衡特性可是实现模块内两路LED输出电流的自动均流。
所述的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1单元中采用可控开关电容SCC1，SCC1中第一开关管S1驱动信号采取与半桥第二开关MOS管Q2驱动信号同相位，变占空比D1控制，以实现多Z1单元中LED串1和LED串2的调光。
所述的第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2单元中采用第二可控开关电容SCC2，第二可控开关电容SCC2中第二开关管S2驱动信号采取与半桥第二开关MOS管Q2驱动信号同相位，变占空比D2控制，以实现多Z2单元中LED串3和LED串4的调光。
所述第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1极易拓展至2n(n为正整数)路应用场合，不仅仅为所示意第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2所表示的四路应用场合。
本实用新型的原理：本实用新型的基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，包括：相互连接的半桥逆变单元X、前级LLC谐振变换网络单元Y、第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2，所述半桥逆变单元X半桥采用固定频率fs恒定50％占空比控制，且固定频率fs等于第一谐振电感Lr和第一谐振电容Cr的谐振频率；第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2都具有可控开关电容SCC；可控开关电容的存在使两路LED串电流自动均衡；通过调控可控开关电容SCC等效电容的大小调控LED驱动电流，以实现LED串的调光。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)无需额外的用于均流的磁元件,只需电容和开关管,成本低,效率高。不需要额外的调光开关。
(2)本实用新型使用均流可控开关电容SCC，调节占空比改变等效电容的值，从而调节LED均衡电流的值，实现多路LED驱动电流的均流及调光。
(3)本实用新型使用均流可控开关电容SCC进行调光可以使先单调连续的调光，调光简单有效。
(4)本实用新型中半桥逆变单元X及可控开关电容SCC使用的开关管均能实现软开关，开关损耗小，转换效率高。
(5)本实用新型中半桥逆变单元X驱动采用固定频率固定占空比的驱动方式，控制电路简单，结构简单，易于实现，操作方便，且极易拓展至2n路应用场合，克服了电容均流电路难拓展的缺点，具有很好的实用性和可行性。
(6)本实用新型中的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2具有很强的可拓展性，极易拓展至2n路应用场合。
附图说明
图1是基于前端LLC谐振变换器和可控开关电容驱动控制的可均流独立调光的多路LED驱动电路拓扑结构图。
图2是基于前端LLC谐振变换器和可控开关电容驱动控制的可均流独立调光的多路LED驱动电路稳态简化等效图。
图3是基于前端LLC谐振变换器和可控开关电容驱动控制的可均流独立调光的多路LED驱动电路2n路拓展结构示意图。
图4是基于前端LLC谐振变换器和可控开关电容驱动控制的可均流独立调光的多路LED驱动电路多变压器应用结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，是本实用新型所述的一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，包括：相互连接的半桥逆变单元X、前级LLC谐振变换网络单元Y和第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2；所述第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1具有第一均流可控开关电容SCC1；第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2具有第二均流可控开关电容SCC2；
所述半桥逆变单元X包括：第一开关MOS管Q1、第二开关MOS管Q2、第一电容C1和第二电容C2；其中，第一开关MOS管Q1的漏极与第一电容C1的正极均与电源正极相连接；第一电容C1的负极与第二电容C2的正极相连接；第一开关MOS管Q1的源极和第二开关MOS管Q2的漏极相连接；第二开关MOS管Q2的源极与第二电容C2的负极均与电源负极相连接。
所述的前级LLC谐振变换网络单元Y包括：第一谐振电感Lr，第一谐振电容Cr，第一励磁电感Lm以及第一变压器T原边；其中第一谐振电感Lr、第一谐振电容Cr和第一励磁电感Lm相互串联；第一谐振电感Lr的首端和X中第一开关MOS管Q1的源极相连接；第一谐振电感Lr的末端和第一励磁电感Lm的首端均与第一变压器T原边的正极相连接；第一谐振电容Cr的正极和第一励磁电感Lm的末端均与第一变压器T原边的负极相连接；第一谐振电容Cr的负极与X中第一电容C1的负极相连接。
所述的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1包括：第一变压器副边T1、第一电感L1、可控开关电容SCC1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一输出滤波电容Co1、第二输出滤波电容Co2、第一隔直电容Cb1、第一开关电容Cs1和第一开关管S1、第一LED串1、第二LED串2。第一隔直电容Cb1和第一开关电容Cs1的正极均与第一变压器T1副边正极相连接；第一开关管S1的漏极与第一开关电容Cs1的负极相连接；第一开关管S1的源极和第一隔直电容Cb1的负极均与第一电感L1首端相连接；第一电感L1末端与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的负极相连接；第一二极管D1的负极与第一输出滤波电容Co1的正极和第一LED串1的正极相连接；第一LED串1的负极、第二LED串2的负极、第一输出滤波电容Co1的负极、第二输出滤波电容Co2的负极、第二二极管D2的正极、第四二极管D4的正极均接地。第三二极管D3的负极与与第二输出滤波电容Co2的正极和第二LED串2的正极相连接；第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极均与第一变压器T1副边的负极相连接。
所述的第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2包括：第二变压器副边T2、可控开关电容SCC2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三输出滤波电容Co3、第四输出滤波电容Co4、LED串3、LED串4；其中可控开关电容SCC2单元包括：第二隔直电容Cb2、第二开关电容Cs2和第二开关管S2。第二隔直电容Cb2和第二开关电容Cs2的正极均与第二变压器副边T2正极相连接；第二开关管S2的漏极与第二开关电容Cs2的负极相连接；第二开关管S2的源极、第二隔直电容Cb2的负极和第五二极管D5的正极均与第六二极管D6的负极相连接；第五二极管D5的负极和第三输出滤波电容Co3的正极均与LED串3的正极相连接；LED串3的负极、LED串4的负极、第三输出滤波电容Co3的负极、第四输出滤波电容Co4的负极、第六二极管D6的正极、第八二极管D8的正极均接地。第七二极管D7的负极和第四输出滤波电容Co4的正极均与LED串4的正极相连接；第七二极管D7的正极和第八二极管D8的负极均与第二变压器副边T2的负极相连接。
通过所述半桥逆变单元X产生固定开关频率fs和50％占空比的方波电压，其中开关频率fs等于第一谐振电感Lr和第一谐振电容Cr的谐振频率；由前级LLC谐振变换网络单元Y对所述方波电压进行滤波，第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2进行隔直、调控与均衡，实现多路LED的均流及调光。
所提出的拓扑中第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2中由于可控开关电容SCC中电容的伏秒平衡特性可是实现模块内两路LED输出电流的自动均流。
所述的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1单元中采用可控开关电容SCC1，SCC1中第一开关管S1驱动信号采取与半桥第二开关MOS管Q2驱动信号同相位，变占空比D1控制，从而实现了多Z1单元中LED串1和LED串2的调光。
所述的第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2单元中第二采用可控开关电容SCC2，第二采用可控开关电容SCC2中第二开关管S2驱动信号采取与半桥第二开关MOS管Q2驱动信号同相位，变占空比D2控制，以实现多Z2单元中LED串3和LED串4的调光。
如图2所示，为所提出的基于前端LLC谐振变换器和可控开关电容驱动控制的可均流独立调光的多路LED驱动电路稳态简化等效图。改变可控开关电容SCC的等效电容值Ceq以改变输出电流值，以实现LED的调光。
第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z1和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元Z2具有很强的可拓展性，极易拓展至2n路应用场合，拓展至2n路应用结构图如图3所示。每一驱动单元具有相同的元件和结构，不同变压器副边，但是共用变压器原边。
作为本应用的变形，每一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元间不共用变压器原边，而是每一驱动单元一个变压器，各变压器原边互相并联，其应用也是实施方式之一，其结构图如图4所示。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，包括：相互连接的半桥逆变单元(X)、前级LLC谐振变换网络单元(Y)、第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z1)和第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z2)；所述第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z1)具有第一均流可控开关电容(SCC1)；第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z2)具有第二均流可控开关电容(SCC2)；
所述半桥逆变单元(X)包括：第一开关MOS管(Q1)、第二开关MOS管(Q2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；所述第一开关MOS管(Q1)的漏极与第一电容(C1)的正极均与电源的正极相连接；所述第一电容(C1)的负极与第二电容(C2)的正极相连接；所述第一开关MOS管(Q1)的源极和第二开关MOS管(Q2)的漏极相连接；所述第二开关MOS管(Q2)的源极与第二电容(C2)的负极均与电源的负极相连接；
所述的前级LLC谐振变换网络单元(Y)包括：第一谐振电感(Lr)、第一谐振电容(Cr)、第一励磁电感(Lm)和第一变压器(T)的原边；所述第一谐振电感(Lr)、第一励磁电感(Lm)和第一谐振电容(Cr)依次连接；第一谐振电感(Lr)的首端和半桥逆变单元(X)中第一开关MOS管(Q1)的源极相连接；第一谐振电感(Lr)的末端和第一励磁电感(Lm)的首端均与第一变压器(T)原边的正极相连接；第一谐振电容(Cr)的正极和第一励磁电感(Lm)的末端均与第一变压器(T)原边的负极相连接；第一谐振电容(Cr)的负极与半桥逆变单元(X)中第一电容(C1)的负极相连接；
所述的第一可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z1)包括：第一变压器副边(T1)、第一电感(L1)、可控开关电容(SCC)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一输出滤波电容(Co1)、第二输出滤波电容(Co2)、第一隔直电容(Cb1)、第一开关电容(Cs1)、第一开关管(S1)、第一LED串(1)和第二LED串(2)；第一隔直电容(Cb1)的正极和第一开关电容(Cs1)的正极均与半桥逆变单元(X)中第一变压器(T1)副边正极相连接；第一开关管(S1)的漏极与第一开关电容(Cs1)的负极相连接；第一开关管(S1)的源极和第一隔直电容(Cb1)的负极均与第一电感(L1)的首端相连接；第一二极管(D1)的正极和第二二极管(D2)的负极均与第一电感(L1)的末端相连接；第一输出滤波电容(Co1)的正极和第一LED串(1)的正极都与第一二极管(D1)的负极相连接；所述第一LED串(1)的负极、第二LED串(2)的负极、第一输出滤波电容(Co1)的负极、第二输出滤波电容(Co2)的负极、第二二极管(D2)的正极和第四二极管(D4)的正极均接地；第二输出滤波电容(Co2)的正极和第二LED串(2)的正极均与第三二极管(D3)的负极相连接；第三二极管(D3)的正极和第四二极管(D4)的负极均与第一变压器(T1)副边的负极相连接。
2.根据权利要求1所述的基于SCC的可均流独立调光多路LED驱动电路，其特征在于，所述的第二可控开关电容控制的多路LED均流驱动单元(Z2)包括：第二变压器副边(T2)、可控开关电容(SCC2)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第三输出滤波电容(Co3)、第四输出滤波电容(Co4)、第三LED串(3)和第四LED串(4)；所述第二可控开关电容(SCC2)单元包括：第二隔直电容(Cb2)、第二开关电容(Cs2)和第二开关管(S2)；第二隔直电容(Cb2)和第二开关电容(Cs2)的正极均与第二变压器副边(T2)正极相连接；第二开关管(S2)的漏极与第二开关电容(Cs2)的负极相连接；第二开关管(S2)的源极、第二隔直电容(Cb2)的负极和第五二极管(D5)的正极均与第六二极管(D6)的负极相连接；第五二极管(D5)的负极和第三输出滤波电容(Co3)的正极均与LED串(3)的正极相连接；第三LED串(3)的负极、第四LED串(4)的负极、第三输出滤波电容(Co3)的负极、第四输出滤波电容(Co4)的负极、第六二极管(D6)的正极和第八二极管(D8)的正极均接地；第七二极管(D7)的负极和第四输出滤波电容(Co4)的正极均与第四LED串(4)的正极相连接；第七二极管(D7)的正极和第八二极管(D8)的负极均与第二变压器副边(T2)的负极相连接。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105530724A (zh) * 2016-01-14 2016-04-27 华南理工大学 基于scc的可均流独立调光多路led驱动电路
CN107635313A (zh) * 2017-10-19 2018-01-26 河北科技大学 一种基于电容自均流实现调光的多路led驱动器
CN110226282A (zh) * 2017-03-31 2019-09-10 欧姆龙株式会社 Llc谐振转换器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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