專利名稱：電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子變換器，特別是指一種多個(gè)發(fā)光二極管串的均流電路及其控制方法。
背景技術(shù)：
高亮度發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED)是新一代照明光源，具有壽命長(zhǎng)、高效率、光學(xué)性能好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。LED驅(qū)動(dòng)器是指為其提供供電電壓或電流的功率變換裝置，多為電力電子變換裝置，是LED照明光源的核心部件之一。LED為半導(dǎo)體器件，其伏安特性與普通的穩(wěn)壓二極管類似。由于生產(chǎn)工藝等原因， 在特定電流工作點(diǎn)上，即使同一批次的LED產(chǎn)品，其兩端電壓降落亦有較大的離散性，并且它們的電壓降的溫度系數(shù)也不同。因此，多個(gè)LED直接并聯(lián)，或者多個(gè)LED串聯(lián)后再并聯(lián)時(shí)， 由于在同一導(dǎo)通電流下其端電壓不一致，容易引起某個(gè)LED或某串LED中流過(guò)的電流過(guò)大而燒毀的問(wèn)題，且由于LED的導(dǎo)通壓降為負(fù)溫度系數(shù)，將加劇該不均流程度，嚴(yán)重影響LED 驅(qū)動(dòng)器的可靠性。但是，由于單個(gè)LED為小功率、低光通量輸出的元件，在要求大的光通量輸出的場(chǎng)合，多個(gè)或多串并聯(lián)LED并聯(lián)的應(yīng)用是無(wú)法避免的。目前主要的解決方案有
(1)每串LED單獨(dú)采用一個(gè)DC-DC變換器，調(diào)節(jié)其端電壓或輸出電流，其電路框圖如圖2 所示；然而，此種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于當(dāng)需要2串以上的LED串并聯(lián)時(shí)，需要2臺(tái)以上的DC-DC 變換器，使得成本較高；
(2)每串LED串聯(lián)一個(gè)三極管或M0SFET，該三極管或MOSFET承擔(dān)電源與LED串之間的電壓差值，完成LED串的電流調(diào)節(jié)，分別如圖3(a)和圖3(b)所示；但由于三極管或MOSFET 上承擔(dān)了較大的線性壓降，因此損耗較大；
(3)BerndClauberg和Robert A. Erhardt提出采用高頻交流供電，并通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)使各LED串的高頻交流阻抗近似相等，取得很好的均流效果，可參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)US 6853150 一案；然而，此方案存在的缺陷是由于LED串中通過(guò)的是高頻正弦半波，且電流的峰均比為2，造成電路可靠性低，驅(qū)動(dòng)電路成本高。綜上分析可知，目前雖然存在多種針對(duì)多串LED并聯(lián)電路的均流方式，但效果均不盡如人意，有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，是針對(duì)前述背景技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其便于集成、成本低、變換效率高。本發(fā)明為解決以上技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案是
一種電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，包括恒流源和至少兩個(gè)相互并聯(lián)的負(fù)載支路，所述的各負(fù)載支路均包含相互串聯(lián)的負(fù)載單元和一個(gè)單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)，且所述負(fù)載單元的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)，其中，所述負(fù)載支路的一端連接恒流源的正極，另一端連接恒流源的負(fù)極，且可控開關(guān)的陽(yáng)極直接或間接與恒流源的正極連接，而可控開關(guān)的陰極直接或間接與恒流源的負(fù)極連接；
還包括至少一個(gè)箝位電容，所述箝位電容的數(shù)目至少為比負(fù)載支路的數(shù)目少一個(gè)，箝位電容的一端連接在任意一條負(fù)載支路上除該負(fù)載支路兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，另一端連接在其余任意一條負(fù)載支路上除該負(fù)載支路兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，并使得任意一條負(fù)載支路上至少與一個(gè)箝位電容連接。上述各負(fù)載支路中負(fù)載單元的數(shù)量均為一個(gè)，且該負(fù)載單元的一端連接恒流源的正極，另一端連接可控開關(guān)的陽(yáng)極，而可控開關(guān)的陰極與恒流源的負(fù)極連接。上述負(fù)載單元為至少一個(gè)LED、至少一個(gè)穩(wěn)壓管、至少一個(gè)電壓源或前述任意兩種或三種的組合串聯(lián)。上述某負(fù)載支路中的負(fù)載單元為單個(gè)LED或至少兩個(gè)LED依次順序串聯(lián)而成的 LED串，且該負(fù)載支路中還另外包括一濾波電感，所述濾波電感串接在負(fù)載支路中的任意位置。上述可控開關(guān)包含二極管和場(chǎng)效應(yīng)管，且二極管的陰極與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極串聯(lián)。上述可控開關(guān)包含二極管和三極管，所述二極管的陽(yáng)極與三極管的基極連接，二極管的陰極與三極管的集電極連接。上述可控開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通角依次錯(cuò)開的電角度為360° /n，導(dǎo)通占空比等于η的倒數(shù)，其中η為并聯(lián)的LED串支路的個(gè)數(shù)。上述可控開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通角依次錯(cuò)開的電角度為360° /n，導(dǎo)通占空比為 (1/η) + (Δ t/Ts)，其中η為并聯(lián)的LED串支路的個(gè)數(shù)，Δ t為導(dǎo)通重疊時(shí)間，Ts為開關(guān)周期。采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置箝位電容，根據(jù)均流原理，箝位電容的存在決定了各支路的均流，且各LED串支路中，無(wú)論LED的數(shù)量是否相同，伏安特性是否一致，均可達(dá)到均流效果，便于集成、成本低、變換效率高。


圖1是本發(fā)明的較佳實(shí)施結(jié)構(gòu)圖2是DC-DC變換器控制的多路均流電路；
圖3 (a)是采用MOSFET作為調(diào)整管的均流電路，各串采用獨(dú)立的閉環(huán)調(diào)節(jié)；
圖3 (b)是采用三極管作為鏡像電流源的LED串均流電路；
圖4是帶有濾波電感的電容箝位型多串LED均流電路；
圖5 (a)是帶有濾波電感的適用于3個(gè)相互并聯(lián)的LED串支路的均流電路；
圖5 (b)是帶有濾波電感的適用于4個(gè)相互并聯(lián)的LED串支路的均流電路；
圖6是各LED串支路均不含濾波電感的多路均流電路圖7 (a)是各LED串支路均不含濾波電感、且n=3時(shí)的多路均流電路圖7 (b)是各LED串支路均不含濾波電感、且n=4時(shí)的多路均流電路圖8是部分支路不含濾波電感的多路均流電路圖9 (a)是部分支路不含濾波電感、且n=3時(shí)的多路均流電路圖9 (b)是部分支路不含濾波電感、且n=4時(shí)的多路均流電路圖10是不含濾波電感的均流電路，其中部分LED串為穩(wěn)壓管串或等效電壓源支路串；圖11是含有3個(gè)并聯(lián)的LED串支路的均流電路，各LED串中，LED的數(shù)量分別為3、4、
5 ；
圖12 (a)- (c)分別是單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)； 圖13 (a)為單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖，其無(wú)導(dǎo)通重疊時(shí)間； 圖13 (b)為單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖，其含有導(dǎo)通重疊時(shí)間； 圖14是各LED串均不含濾波電感，且LED只數(shù)分別為3、4、5時(shí)的3路并聯(lián)的均流電路
圖15是LED串中LED只數(shù)分別為3、4、5時(shí)的LED串的仿真波形； 圖16是箝位電容連接在LED串之間的均流電路圖17是含有3個(gè)并聯(lián)的LED支路的均流電路，其中，箝位電容連接在LED串之間； 圖18是圖7 (a)中可控開關(guān)與LED串依次順序連接的電路圖； 圖19是各負(fù)載支路中可控開關(guān)串聯(lián)在兩個(gè)LED串之間的多路均流電路圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先如圖1所示，是本發(fā)明所提供的一種電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路的典型結(jié)構(gòu)，其可具有多個(gè)變型，以下將分別介紹。如圖6所示，是本發(fā)明所提供的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路的一個(gè)較佳實(shí)施例，其中的負(fù)載支路采用LED串支路，所述的均流電路包括恒流源、η (η為大于1的自然數(shù))個(gè)相互并聯(lián)的LED串支路和h個(gè)箝位電容，其中，每個(gè)LED串支路的組成部件和連接結(jié)構(gòu)均相同，LED串支路E_i (i =1,2,3,……，η)又包含相互串聯(lián)的LED串D_i和單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)S_i，其中，LED串D_i又是由mi個(gè)LED (發(fā)光二極管)依次順序串聯(lián)構(gòu)成，且LED 串D_i的陰極與可控開關(guān)S_i的陽(yáng)極的連接點(diǎn)為A_i。定義EJ為與LED串支路E_i具有相同構(gòu)成形式的另一 LED串支路，且j·不等于i。各個(gè)LED串支路相互并聯(lián)后，其一端與恒流源的正極相連，另一端與恒流源的負(fù)極相連。所述的箝位電容CJj跨接在連接點(diǎn)k—i和連接點(diǎn)A j之間，連接點(diǎn)k_i與A_ i之外的所有(n-1)個(gè)連接點(diǎn)之間均可連接箝位電容。為保證各LED串的電流均衡，只要保證各個(gè)連接點(diǎn)至少與1只箝位電容連接即可，因此保證可實(shí)現(xiàn)均流的最少的箝位電容數(shù)量為(n-1)。作為特例，箝位電容只跨接在相鄰LED串支路的連接點(diǎn)之間，即取 j‘=i+l，此時(shí)箝位電容的數(shù)量為(n-1)。對(duì)于具有η個(gè)相互并聯(lián)的LED串支路的LED驅(qū)動(dòng)器而言，僅考慮連接在A_i和連接點(diǎn)Aj之間的箝位電容的不同連接方式，即可得到
權(quán)利要求
1.一種電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于包括恒流源和至少兩個(gè)相互并聯(lián)的負(fù)載支路，所述的各負(fù)載支路均包含相互串聯(lián)的負(fù)載單元和一個(gè)單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)，且所述負(fù)載單元的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)，其中，所述負(fù)載支路的一端連接恒流源的正極， 另一端連接恒流源的負(fù)極，且可控開關(guān)的陽(yáng)極直接或間接與恒流源的正極連接，而可控開關(guān)的陰極直接或間接與恒流源的負(fù)極連接；還包括至少一個(gè)箝位電容，所述箝位電容的數(shù)目至少為比負(fù)載支路的數(shù)目少一個(gè)，箝位電容的一端連接在任意一條負(fù)載支路上除該負(fù)載支路兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，另一端連接在其余任意一條負(fù)載支路上除該負(fù)載支路兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，并使得任意一條負(fù)載支路上至少與一個(gè)箝位電容連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述各負(fù)載支路中負(fù)載單元的數(shù)量均為一個(gè)，且該負(fù)載單元的一端連接恒流源的正極，另一端連接可控開關(guān)的陽(yáng)極，而可控開關(guān)的陰極與恒流源的負(fù)極連接。
3.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述負(fù)載單元為至少一個(gè)LED、至少一個(gè)穩(wěn)壓管、至少一個(gè)電壓源或前述任意兩種或三種的組合串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述某負(fù)載支路中的負(fù)載單元為單個(gè)LED或至少兩個(gè)LED依次順序串聯(lián)而成的LED串，且該負(fù)載支路中還另外包括一濾波電感，所述濾波電感串接在負(fù)載支路中的任意位置。
5.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述可控開關(guān)包含二極管和場(chǎng)效應(yīng)管，且二極管的陰極與場(chǎng)效應(yīng)管的漏極串聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述可控開關(guān)包含二極管和三極管，所述二極管的陽(yáng)極與三極管的基極連接，二極管的陰極與三極管的集電極連接。
7.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述可控開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通角依次錯(cuò)開的電角度為360° /n，導(dǎo)通占空比等于11的倒數(shù)，其中η為并聯(lián)的LED串支路的個(gè)數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，其特征在于所述可控開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通角依次錯(cuò)開的電角度為360° /n，導(dǎo)通占空比為(l/n) + (At/Ts)，其中η為并聯(lián)的LED串支路的個(gè)數(shù)，Δ t為導(dǎo)通重疊時(shí)間，Ts為開關(guān)周期。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電容箝位型多串負(fù)載支路均流電路，包括恒流源和至少兩個(gè)相互并聯(lián)的負(fù)載支路，各負(fù)載支路均包含相互串聯(lián)的負(fù)載單元和一個(gè)單向?qū)ǖ目煽亻_關(guān)，且負(fù)載單元的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)，所述負(fù)載支路的一端連接恒流源的正極，另一端連接恒流源的負(fù)極，且可控開關(guān)的陽(yáng)極直接或間接與恒流源的正極連接，陰極直接或間接與恒流源的負(fù)極連接；還包括至少一個(gè)箝位電容，箝位電容的數(shù)目至少為比負(fù)載支路的數(shù)目少一個(gè)，箝位電容的一端連接在任意一條負(fù)載支路上除兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，另一端連接在其余任意一條負(fù)載支路上除兩端點(diǎn)之外的任意一點(diǎn)，并使得任意一條負(fù)載支路至少與一個(gè)箝位電容連接。此種均流電路結(jié)構(gòu)便于集成、成本低、變換效率高。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102164444SQ20111009645
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者俞憶潔, 劉碩, 張方華 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)