專利名稱：一種多路led均流驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED驅(qū)動電路。具體地說是利用電容充 放電平衡原理和電流互感器來實現(xiàn)偶數(shù)路LED負載電流均衡的驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
LED需要恒流驅(qū)動，一些大功率照明的應(yīng)用場合，LED通常需要串聯(lián)或并聯(lián)使用。 LED并聯(lián)使用時每路都需要恒流控制，增加了電路成本。因此，對LED而言，直接串聯(lián)的方式 最簡單，但如果LED串聯(lián)個數(shù)過多，一方面驅(qū)動器輸出電壓較高，增加了線路元器件成本， 另一方面如果其中一個LED失效會導(dǎo)致整串LED燈失效，因此從系統(tǒng)角度來看可靠性不高。圖1中利用電容的電荷平衡原理，可以實現(xiàn)兩路LED燈串的電流均衡，從而可以將 LED串聯(lián)數(shù)量減少一半，從而降低了電壓應(yīng)力。這種方法實現(xiàn)簡單，LED均流效果好，但是如 果要增加LED燈串個數(shù)，需外加耦合電感來保證均流效果，從而增加了電路復(fù)雜性和電路 成本。另一種技術(shù)是采用多個高頻變壓器原邊串聯(lián)，副邊經(jīng)整流后帶LED負載，利用理 想變壓器原副邊電流與變壓器匝比成反比的原理，在保證多個變壓器匝比相同的條件下， 實現(xiàn)副邊的LED電流均流，如圖2所示。該技術(shù)雖然原理上可行，但是在實際應(yīng)用中存在一 些缺點，影響到其實際應(yīng)用，如(1)變壓器勵磁電感的離散性會使多路輸出電流的均流度 受到影響。(2)當(dāng)某一路負載短路時，由于僅電容濾波，因此該路對應(yīng)的變壓器相當(dāng)于短路， 導(dǎo)致原邊串聯(lián)的總的勵磁電感量發(fā)生變化，從而影響變流器的穩(wěn)態(tài)增益，增加了控制難度， 因此會嚴重降低了變流器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于電容充放電平衡原理和電流互感器 (CT)實現(xiàn)的偶數(shù)路LED均流電路，該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和均流性能好等優(yōu)點。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為
本發(fā)明包括高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路、電感Lr、電容Cr、正向整流電路、逆向整流電 路和2N個電流互感器模塊，其中N為自然數(shù)。高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的輸入端接外部的直流輸入電源的正端，高頻交流電 壓脈沖產(chǎn)生電路的負輸入端接外部的直流輸入電源的負端，高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的 一輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端分別接正 向整流電路的正輸入端和逆向整流電路的負輸入端；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一輸 出端接正向整流電路的負輸入端和逆向整流電路的正輸入端。正向整流電路的正輸出端接第一電流互感器原邊繞組的同名端，第一電流互感器 至第N電流互感器的原邊繞組依次串接，第N電流互感器原邊繞組的異名端接正向整流電 路的負輸出端；
逆向整流電路的負輸出端接第N+1電流互感器原邊繞組的異名端，第N+1電流互感器至第2N電流互感器的原邊繞組依次串接，第2N電流互感器的原邊繞組的同名端接逆向整 流電路的正輸出端；
電流互感器驅(qū)動模塊中，電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二極管的陽極，輸出 二極管的陰極接輸出電容的正端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端，LED燈串與輸出電 容并聯(lián)。其中正向整流電路和逆向整流電路中電流只能單向流動，從正輸出端流出，負輸 出端流入，正向整流電路和逆向整流電路的結(jié)構(gòu)形式可以為半波整流電路、全波整流電路 和倍流整流電路。其中高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路是若干種隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲之一，用來 產(chǎn)生高頻的交流脈沖電壓信號。本發(fā)明中電路可以工作在諧振模式，也可以工作在常規(guī)的PWM模式。具體來說，本發(fā)明的核心思想是首先構(gòu)造出高頻交變的電壓脈沖信號源，然后經(jīng) LC電路轉(zhuǎn)換成電流源，利用電容充放電平衡原理來保證兩條支路的電流均衡，然后利用電 流互感器感應(yīng)出電流來驅(qū)動LED負載，只要電流互感器的匝數(shù)比相同，即可實現(xiàn)所有LED燈 串電流均衡。本發(fā)明的有益效果在于
(1)電流互感器原邊繞組串入主電路，將感應(yīng)的原邊電流傳遞給副邊，原邊繞組基本不 承受電壓，電流互感器激磁電感對均流效果沒有影響；
(2)電流互感器原邊感應(yīng)電流時，副邊輸出二極管導(dǎo)通，電流互感器激磁電感已經(jīng)相當(dāng) 于被副邊輸出電容短路，因此出現(xiàn)負載短路情況時也不會對電路性能造成任何影響；
(3)均流效果受負載電壓偏差影響較??；
(4)利用電容充放電平衡使得兩條并聯(lián)的支路電流均衡，使得在相同輸出電壓下均流 的LED數(shù)量可增加一倍；
(5)電流互感器模塊可以標準化，容易實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。


圖1 利用電容的電荷平衡原理實現(xiàn)的LED負載均流電路； 圖2 利用多個高頻變壓器串聯(lián)實現(xiàn)副邊均流的電路；
圖3:本發(fā)明電路示意圖4 本發(fā)明實施例中高頻交流脈沖電壓產(chǎn)生電路的具體可選拓撲結(jié)構(gòu)； 圖5 本發(fā)明第一具體實施例電路圖； 圖6 本發(fā)明第二具體實施例電路圖； 圖7 本發(fā)明第三具體實施例電路圖； 圖8 本發(fā)明第三具體實施例的進一步簡化圖； 圖9 本發(fā)明電路利用電容實現(xiàn)電氣隔離結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例以及附圖對本發(fā)明內(nèi)容進行詳細說明。如圖3所示，本發(fā)明包括一個高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路、電感Lr、電容Cr、正向整流電路、逆向整流電路和2N個電流互感器驅(qū)動模塊。高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的正輸入端接外部的直流輸入電源的正端，高頻交流 電壓脈沖產(chǎn)生電路的負輸入端接外部的直流輸入電源的負端，高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路 的一個輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端接正 向整流電路的正輸入端和逆向整流電路的負輸入端；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個 輸出端接正向整流電路的負輸入端和逆向整流電路的正輸入端。正向整流電路的正輸出端接電流互感器1原邊繞組的同名端，電流互感器1至電 流互感器N的原邊繞組皆首尾依次串接(即上一個電流互感器原邊繞組的異名端接下一個 電流互感器原邊繞組的同名端)，電流互感器N原邊繞組的異名端接正向整流電路的負輸出端。逆向整流電路的負輸出端接電流互感器N+1原邊繞組的異名端，電流互感器N+1 至電流互感器2N的原邊繞組皆首尾依次串接，電流互感器2N的原邊繞組的同名端接逆向 整流電路的正輸出端；電流互感器驅(qū)動模塊中，電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二 極管的陽極，輸出二極管的陰極接輸出電容的正端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端， LED燈串與輸出電容并聯(lián)。其中，正向整流電路和逆向整流電路中電流只能單向流動，從正輸出端流出，負輸 出端流入。其中，高頻交流電壓源產(chǎn)生電路是隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲，如圖4所示的10 種拓撲結(jié)構(gòu)中任意一種。圖5為本發(fā)明的第一具體實施例，包括一個高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路、電感Lr、 電容Cr、二極管D1、二極管D2和2N個電流互感器驅(qū)動模塊。二極管D1、二極管D2分別構(gòu) 成了正向整流電路和逆向整流電路，屬于半波整流電路；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的一 個輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端接二極 管Dl的陽極和二極管D2的陰極，二極管Dl的陰極接電流互感器1原邊繞組的同名端，電 流互感器1至電流互感器N的原邊繞組皆首尾依次串接，電流互感器N原邊繞組的異名端 接高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個輸出端，二極管D2的陽極接電流互感器N+1原邊繞 組的異名端，電流互感器N+1至電流互感器2N的原邊繞組皆首位首尾相連，電流互感器2N 原邊繞組的同名端接接高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的負輸出端；電流互感器驅(qū)動模塊中， 電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二極管的陽極，輸出二極管的陰極接輸出電容的正 端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端，LED燈串與輸出電容并聯(lián)；圖5中高頻交流電壓 源產(chǎn)生電路是隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲，如圖4所示的10種拓撲結(jié)構(gòu)中任意一種；進一 步，二極管D1、二極管D2可用同步整流MOSFET替代掉以降低損耗。圖6所示為本發(fā)明電路的第二具體實施例，包括一個高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電 路、電感Lr、電容Cr、二極管Dl、二極管D2、二極管D3、二極管D4和2N個電流互感器驅(qū)動 模塊，其中二極管Dl和二極管D2構(gòu)成了正向整流電路，二極管D3和二極管D4構(gòu)成逆向整 流電路，屬于全波整流電路；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的一個輸出端接電感Lr的一端， 電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端接二極管Dl的陽極和二極管D3的陰 極，二極管Dl的陰極接電流互感器1原邊繞組的同名端，電流互感器1至電流互感器N的 原邊繞組皆首尾相連，電流互感器N的原邊繞組的異名端接二極管D2的陽極和二極管D3的陽極，二極管D2的陰極和二極管D4的陽極接高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個輸出 端，二極管D3的陽極還接電流互感器N+1原邊繞組的異名端，電流互感器N+1至電流互感 器2N的原邊繞組皆首尾依次串接，電流互感器2N的原邊繞組的同名端接二極管D4的陰 極；電流互感器驅(qū)動模塊中，電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二極管的陽極，輸出二 極管的陰極接輸出電容的正端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端，LED燈串與輸出電容 并聯(lián)；圖6中高頻交流電壓源產(chǎn)生電路是隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲，如圖4所示的10種 拓撲結(jié)構(gòu)中任意一種；進一步，二極管Dl D4可用同步整流MOSFET替代掉以降低損耗。圖7所示為本發(fā)明的第三具體實施例；包括一個高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路、電 感Lr、電容Cr、二極管Da、二極管Db、電感La、電感Lb和2N個電流互感器驅(qū)動模塊，其中二 極管Da和電感La構(gòu)成了正向整流電路，二極管Db和電感Lb構(gòu)成逆向整流電路，屬于倍流 整流電路；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的一個輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接 電容Cr的一端，電容Cr的另一端接電感La的一端和二極管Db的陰極，電感La的另一端 接電流互感器1原邊繞組的同名端，電流互感器1至電流互感器N的原邊繞組皆首尾依次 串接，電流互感器N的原邊繞組的異名端接二極管Da的陽極和二極管Db的陽極，二極管Da 的陰極和電感Lb的一端接高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個輸出端，二極管Db的陽極 還接電流互感器N+1原邊繞組的異名端，電流互感器N+1至電流互感器2N的原邊繞組皆首 尾依次串接，電流互感器2N的原邊繞組的同名端接電感Lb的另一端；電流互感器驅(qū)動模塊 中，電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二極管的陽極，輸出二極管的陰極接輸出電容 的正端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端，LED燈串與輸出電容并聯(lián)；圖7中高頻交流 電壓源產(chǎn)生電路是隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲，如圖4所示的10種拓撲結(jié)構(gòu)中任意一種。進一步，二極管Da和Db可用同步整流MOSFET替代掉以降低損耗。進一步，圖7所示第三具體實施例中，電感Lr可以去掉，如圖8所示。進一步，圖3所示本發(fā)明電路中高頻交流電壓源產(chǎn)生電路選用圖4 (a) 圖4 (d) 四種拓撲之一時，為了降低電流互感器的耐壓要求，圖3所示發(fā)明電路可以將電容Cr拆分 成電容Crl和電容Cr2，如圖9所示，利用電容來實現(xiàn)符合安全規(guī)范的電氣隔離要求；相應(yīng) 的，圖5 圖8所示具體實施例中的電容Cr可拆分成電容Crl和電容Cr2利用電容來實現(xiàn) 符合安全規(guī)范的電氣隔離要求。無論上文說明如何詳細，領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背其精神的前提下可以有許多 方式實施本發(fā)明，說明書中所述的只是本發(fā)明的若干具體實施例子。凡根據(jù)本發(fā)明精神實 質(zhì)所做的等效變換或修飾，例如將串聯(lián)支路中的元件位置互換、同等類型元件拆分為多個 元件等，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明實施例的上述詳細說明并不是窮舉的 或者用于將本發(fā)明限制在上述明確的形式上。在上述以示意性目的說明本發(fā)明的特定實施 例和實例的同時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進行各種等同修改。本發(fā)明這里所提供的啟示并不是必須應(yīng)用到LED驅(qū)動系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到其它 系統(tǒng)中。可將上述各種實施例的元件和作用相結(jié)合以提供更多的實施例?？梢愿鶕?jù)上述詳 細說明對本發(fā)明進行修改，在上述說明描述了本發(fā)明的特定實施例并且描述了預(yù)期最佳模 式的同時，無論在上文中出現(xiàn)了如何詳細的說明，也可以許多方式實施本發(fā)明。上述電路結(jié) 構(gòu)及其控制方式的細節(jié)在其執(zhí)行細節(jié)中可以進行相當(dāng)多的變化，然而其仍然包含在這里所 公開的本發(fā)明中。
如上述一樣應(yīng)當(dāng)注意，在說明本發(fā)明的某些特征或者方案時所使用的特殊術(shù)語不 應(yīng)當(dāng)用于表示在這里重新定義該術(shù)語以限制與該術(shù)語相關(guān)的本發(fā)明的某些特定特點、特征 或者方案?？傊?，不應(yīng)當(dāng)將在隨附的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語解釋為將本發(fā)明限定在說明 書中公開的特定實施例，除非上述詳細說明部分明確地限定了這些術(shù)語。因此，本發(fā)明的實 際范圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權(quán)利要求書之下實施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等 效方案。
權(quán)利要求
1.一種多路LED均流驅(qū)動電路，包括高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路、電感Lr、電容Cr、 正向整流電路、逆向整流電路和2N個電流互感器模塊，其特征在于高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的正輸入端接外部的直流輸入電源的正端，高頻交流電壓 脈沖產(chǎn)生電路的負輸入端接外部的直流輸入電源的負端，高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的一 個輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端分別接正 向整流電路的正輸入端和逆向整流電路的負輸入端；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個 輸出端接正向整流電路的負輸入端和逆向整流電路的正輸入端；正向整流電路的正輸出端接第一電流互感器原邊繞組的同名端，第一電流互感器至第 N電流互感器的原邊繞組首尾依次串接，第N電流互感器原邊繞組的異名端接正向整流電 路的負輸出端；逆向整流電路的負輸出端接第N+1電流互感器原邊繞組的異名端，第N+1電流互感器 至第2N電流互感器的原邊繞組首尾依次串接，第2N電流互感器的原邊繞組的同名端接逆 向整流電路的正輸出端；電流互感器驅(qū)動模塊中，電流互感器的副邊繞組的同名端接輸出二極管的陽極，輸出 二極管的陰極接輸出電容的正端，副邊繞組的異名端接輸出電容的負端，LED燈串與輸出電 容并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED均流驅(qū)動電路，其特征在于所述的正向整流 電路，其電流只能單向流動，從正輸出端流出，負輸出端流入，正向整流電路結(jié)構(gòu)形式為半 波整流電路、全波整流電路或倍流整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED均流驅(qū)動電路，其特征在于所述的逆向整流 電路，其電流只能單向流動，從正輸出端流出，負輸出端流入，逆向整流電路結(jié)構(gòu)形式為半 波整流電路、全波整流電路或倍流整流電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路LED均流驅(qū)動電路，其特征在于所述的高頻交流 電壓脈沖產(chǎn)生電路為隔離型或非隔離型開關(guān)拓撲，用來產(chǎn)生高頻的交流脈沖電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路LED均流驅(qū)動電路?，F(xiàn)有的驅(qū)動電路較為復(fù)雜且成本高。本發(fā)明中的高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的正輸入端接外部的直流輸入電源的正端，高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的負輸入端接外部的直流輸入電源的負端，高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的一個輸出端接電感Lr的一端，電感Lr的另一端接電容Cr的一端，電容Cr的另一端分別接正向整流電路的正輸入端和逆向整流電路的負輸入端；高頻交流電壓脈沖產(chǎn)生電路的另一個輸出端接正向整流電路的負輸入端和逆向整流電路的正輸入端。本發(fā)明利用電容充放電平衡使得兩條并聯(lián)的支路電流均衡，使得在相同輸出電壓下均流的LED數(shù)量可增加一倍。
文檔編號H05B37/02GK102065615SQ20111000469
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者呂強, 王加蓮, 謝小高 申請人:杭州電子科技大學(xué)