CN208227386U

CN208227386U - 一种多路输出led恒流驱动电路

Info

Publication number: CN208227386U
Application number: CN201820857884.6U
Authority: CN
Inventors: 刘宁宁; 王宏伟; 李圣乾
Original assignee: Xinjiang University
Current assignee: Xinjiang University
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2018-12-11
Anticipated expiration: 2028-06-05

Abstract

本实用新型提出了一种多路输出LED恒流驱动电路，只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路输出驱动电流驱动一组LED光源；所述多路输出LED恒流驱动电路中包含n个功率开关S1、S2、S3…Sn，n个二极管VD1、VD2、VD3…VDn，n个电感L1、L2、L3…Ln，n个输出电容Co1、Co2…Con，n‑1个开关电容C1、C2…Cn‑1。每一路输出驱动一组LED光源，避免由于过多LED光源串联引起的可靠性差的问题；由于只需要控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，控制电路简单；本实用新型的单个变换器可实现高降压，多路输出，恒流输出三项功能，可代替多个变换器工作，体积减小，成本降低，安装方便。

Description

一种多路输出LED恒流驱动电路

技术领域

本实用新型涉及大功率LED照明驱动电源，具体说是多路输出大功率LED恒流驱动电源。

背景技术

LED照明由于其高光效、节能、绿色环保及寿命长的优势，在照明领域的应用不断扩大。单颗LED的功率一般在3W以下，所以LED作为照明灯具使用时，总是以多颗串联的方式进行，又由于可靠性问题，LED串联颗数不能过多，所以在大功率照明场合一般采用串并联组合的形式。通常一路LED光源就需要一个LED驱动电源，这样就使得LED驱动电源在其可靠工作和成本之间存在矛盾。

现阶段用于市电照明的LED驱动电源很多采用高频变压器的隔离型驱动电路或者多级DC/DC降压，驱动电源过于复杂而且成本也较高；另外也有驱动电源使用工频变压器来达到降压目的，但是使用工频变压器存在驱动电源体积过大和安装不便的缺陷。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有的LED驱动器结构复杂且数目多、成本高、体积较大和安装不便的问题，提供一种结构简单、成本低，而且体积小、具有多路输出能力的多路输出LED恒流驱动电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种多路输出LED恒流驱动电路,其特征在于，只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路驱动电流驱动一组LED光源。

所述多路输出LED恒流驱动电路中包含n个功率开关S1、S2、S3…Sn，n个二极管VD1、VD2、VD3…VDn，n个电感L1、L2、L3…Ln，n个输出电容Co1、Co2…Con，n-1个开关电容C1、C2…Cn-1；其中，

第一功率开关S1的输入端接输入直流电源的正极，输出端接第一开关电容C1的一端，第一开关电容C1的另一端接第一电感L1正极，第一电感L1负极接输出电容Co1的正极，第一电感L1正极与输出电容Co1的负极之间接第一二极管VD1，第一二极管VD1阳极接输出电容Co1的负极，第一二极管VD1阴极与第一电感L1正极相连；第一组LED光源的阴极接输出电容Co1的负极；第一组LED光源的阳极接输出电容Co1的正极；

在第一功率开关S1和第一开关电容C1的结点接第二功率开关S2的输入端，第二功率开关S2的输出端接第二开关电容C2，在第二开关电容C2之后接第二电感L2，第二电感L2的另一端接输出电容Co2的正极，第二电感L2正极与输出电容Co2的负极之间接第二二极管VD2，第二二极管VD2阳极接输出电容Co2的负极，第二二极管VD2阴极与第二电感L2正极相连；第二组LED光源的阴极接输出电容Co2的负极；第二组LED光源的阳极接输出电容Co2的正极；

在第二功率开关S2和第二开关电容C2的结点接第三功率开关S3的输入端，第三功率开关S3的输出端接第三电感L3，第三电感L3的另一端接输出电容Co3的正极，第三电感L3正极与输出电容Co3的负极之间接第三二极管VD3，第三二极管VD3阳极接输出电容Co3的负极，第三二极管VD3阴极与第三电感L3正极相连；第三组LED光源的阴极接输出电容Co3的负极；第三组LED光源的阳极接输出电容Co3的正极；

以此类推，在第n-1功率开关Sn-1和第n-1开关电容Cn-1的结点接第n功率开关Sn的输入端，第n功率开关Sn的输出端接第n电感Ln，第n电感Ln的另一端接输出电容Con的正极，第n电感Ln正极与输出电容Con的负极之间接第n二极管VDn，第n二极管VDn阳极接输出电容Con的负极，第n二极管VDn阴极与第n电感Ln正极相连；第n组LED光源的阴极接输出电容Con的负极；第n组LED光源的阳极接输出电容Con的正极。

各功率开关的栅极分别接各自的控制器；

其中，1≤n≤10

n为输出路数，只能取正整数，且由于占空比受1/n的限制，所以通常取n≤10（满足占空比大于0.1），再者buck-boost变换器降压时的占空比取值范围0≤D≤0.5。综合n的取值范围设定为1≤n≤10。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、变换器的每一路输出驱动一组LED灯组，避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题，同时解决了LED驱动电路数量多的问题；只需要控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，控制简单；本实用新型的电路结构简单，输出性能好，成本低，且体积小。

2、与现有的交流输入经PFC整流环节，后级采用多级降压或高频变压器的电路相比较，本实用新型的控制简单、成本低；与经工频变压器降压，后级恒流驱动相比较，本实用新型的体积小，而且输出性能好；同时该电路可直接接在400V的直流母线上进行供电。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的n路输出电路原理图；

图2为本实用新型的三路输出电路原理图；

图3为本实用新型的双路输出电路原理图；

图4（a）是本实用新型的三路输出电路工作模态图；

图4（b）是本实用新型的双路输出电路工作模态图；

图5（a）是本实用新型的三路输出电路仿真波形图；

图5（b）是本实用新型的双路输出电路仿真波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型涉及的市电大功率LED驱动电源，该电源包括两个部分，第一部分为输入连接在市电一侧的PFC整流环节；第二部分为DC/DC降压恒流环节。其降压恒流环节的输出端连接在LED发光源的两端。本实用新型的改进环节在于第二部分的降压恒流环节。该环节由具有高降压比多路恒流输出能力的新型变换器构成。该变换器输入端连接经过PFC整流环节的高压400V直流电，输出多路恒定驱动电流（以3路输出图2为例说明）。每一路驱动电流驱动一组LED照明灯具。这样可以避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题。

实施例1：如图2所示，一种多路输出LED恒流驱动电路,由PFC整流电路和DC/DC降压恒流电路组成；所述降压恒流电路由具有高降压比的3路恒流输出变换器构成；该变换器输入端连接经过PFC整流电路的直流电，输出多路恒定驱动电流；每一路驱动电流驱动一组LED照明灯具；所述降压恒流电路中包含3个功率开关S1、S2、S3，3个二极管VD1、VD2、VD3，3个电感L1、L2、L3，2个开关电容C1、C2；3个输出电容Co1、Co2…Co3；

在第二功率开关S2和第二开关电容C2的结点接第三功率开关S3的输入端，第三功率开关S3的输出端接第三电感L3，第三电感L3的另一端接输出电容Co3的正极，第三电感L3正极与输出电容Co3的负极之间接第三二极管VD3，第三二极管VD3阳极接输出电容Co3的负极，第三二极管VD3阴极与第三电感L3正极相连；第三组LED光源的阴极接输出电容Co3的负极；第三组LED光源的阳极接输出电容Co3的正极。

图4（a）示出的是本实用新型的三路输出模式下一周期内的模态图，根据开关状态的不同，可以将电路分为4个工作状态：

模态1：有源开关S₁导通，S₂关断，S₃关断，电源u_in输出电能，电感L₁充电，电容C₁充电，电容C_o1放电，为第一组LED供电；电感L₂放电，同时为电容C_o2和第二组LED供电；电容C₂既不充电也不放电，电感L₃放电，同时为电容C_o2和第三组LED供电；

模态2：有源开关S₁关断，S₂导通，S₃关断，电感L₁放电，同时为电容C_o1和第一组LED供电；电容C₁放电，电容C₂和电感L₂充电，电容C_o2放电，为第二组LED供电；电感L₃放电，同时为电容C_o2和第三组LED供电；

模态3：有源开关S₁关断，S₂关断，S₃导通，电容C₁既不充电也不放电，电感L₁放电，同时为电容C_o1和第一组LED供电；电感L₂放电，同时为电容C_o2和第二组LED供电；电容C₂放电，电感L₃充电，电容C_o3放电，为第三组LED供电；

模态4：有源开关S₁关断，S₂关断，S₃关断，电感L₁放电，同时为电容C_o1和第一组LED供电；电感L₂放电，同时为电容C_o2和第二组LED供电；电感L₃放电，同时为电容C_o2和第三组LED供电。此时，电容C₁和电容C₂既不充电也不放电。

在本实用新型的具体实施方式中，三路恒流输出模式下，功率开关可选择IRF460，二极管可选择IDT12S60C。本实用新型使用的功率开关为开关器件，功率开关的开启与关闭受到控制器的控制，上述的三路恒流驱动电路，由控制器控制三相功率开关的占空比相同，每相之间相位相差120°。电容、电感是储能元件其组成低通滤波器，能将能量以离散的形式将能将传输出去，功率开关断开时候电感还起到续流的作用，给对应的LED灯组供电。每一路恒流驱动电路驱动一组LED灯组，避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题。

综上，使用时只需要检测控制一路，就可实现各路LED灯组恒流发光，控制简单，该电路同样采用直流电源供电，。

实施例2：如图3所示，电路为双路输出时的电路拓扑，同样可采用直流电源供电，输出为双路，可同时驱动两组LED负载。

图4（b）示出的是本实用新型的双路输出模式下一周期内的模态图。下面以双路输出为例，计算降压比（占空比D，输入电压U_in，开关电容电压U_C，LED负载电压n₁U_LED、n₂U_LED）。

在一个完整的个开关周期内，对电感L1、L2分别进行伏秒平衡计算可知

第一路的输入输出降压比K₁（第一路输出电压与输入电压之比）、第二路输入输出降压比K₂（第二路输出电压与输入电压之比）、开关电容电压与输入电压降压比K_C定义式如下：

可以算出：

。

图5示出的是本实用新型的仿真波形图，（a）图为三路输出模式下的仿真波形图，（b）图为双路输出模式下的仿真波形图，仿真结果证明本变换器的可行性，同时本实用新型仅通过一级变换器，实现了降压、恒流和多路输出这三项功能，无论是体积、成本、输出波形质量还是可靠性较传统市电LED驱动都具有优势。

实施例1和实施例2仅仅是为了工作原理阐述简单而分别采用了三路输出恒流驱动电路和两路输出恒流驱动电路，在实际的应用中，能够根据照明功率需求增加恒流驱动电路数目，只需要通过控制器控制功率开关的占空比相同且每相之间相位相差为360°/n即可。

上述实施范例仅仅是为了工作原理阐述简单而构造恒流驱动电路的一个实例，在实际应用中，可以根据实际情况对本方案稍作改进，达到优化效率和节约成本的目的。

本实用新型的上述实施范例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims

1.一种多路输出LED恒流驱动电路，其特征在于，只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路驱动电流驱动一组LED光源；

所述多路输出LED恒流驱动电路中包含n个功率开关S1、S2、S3…Sn，n个二极管VD1、VD2、VD3…VDn，n个电感L1、L2、L3…Ln，n个输出电容Co1、Co2…Con，n-1个开关电容C1、C2…Cn-1；

其中，第一功率开关S1的输入端接输入直流电源的正极，输出端接第一开关电容C1的一端，第一开关电容C1的另一端接第一电感L1正极，第一电感L1负极接输出电容Co1的正极，第一电感L1正极与输出电容Co1的负极之间接第一二极管VD1，第一二极管VD1阳极接输出电容Co1的负极，第一二极管VD1阴极与第一电感L1正极相连；第一组LED光源的阴极接输出电容Co1的负极；第一组LED光源的阳极接输出电容Co1的正极；

2.根据权利要求1所述多路输出LED恒流驱动电路，其特征在于：电路内的有源开关Sn采用交错相位模式控制且每路的占空比相同，相位依次相差360°/n。

3.根据权利要求1所述多路输出LED恒流驱动电路，其特征在于：电路的输入源可以是市电经整流功率校正器的输出电压或分布式电源直流母线电压。