專利名稱：自動均流非隔離型多路led驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED驅動電路，特別涉及一種自動均流非隔離型多路LED驅動電路。
背景技術：
隨著LED (Light-Emitting Diode)的工藝不斷改進，LED作為照明光源已經呈現出光效高、壽命長、響應快和環保等特點，已開始在多個照明領域取代傳統光源。雖然單顆 LED的功率容量已達10W，但在需要大面積和高照度的照明場合，采用單顆LED的照明方案仍然不能滿足要求。為解決這一問題，常將LED采用并聯、串聯和混聯的方式進行連接。考慮到LED的特性參數存在不一致性，如圖1所示；LED驅動電壓對安規的要求和可靠性的要求，目前工業上功率稍大的應用場合，多使用LED混聯，如圖2所示。然而，由于每個LED都有不同的特性曲線，即使施加在LED上的電壓一致，也會導致各個LED中的電流存在差異。這將使各LED處于不同的工作狀況下，輕則降低重載支路的壽命，重則使重載支路損壞。因此必須對各LED采用均流措施，目前主要有以下幾種LED 均流措施
(1)選擇性能特性比較一致的LED元件并聯使用。這種措施能在能在一定程度上減少通過LED的電流的不均衡性，但需要投入大量的人員和設備來對LED進行選擇，實際中操作的難度較大。(2)使用成熟IC芯片實現多條獨立LED的均流。由這種方式構成的LED驅動電路比較復雜，需要另加光耦和運放，成本也較高。一般只適合1-2條LED的均流控制，難以滿足多路LED的均流控制。(3)在每條LED支路中串接電流控制單元。圖3給出了這種均流方式的工作原理。這種方式需要在每條支路中串接有源器件(M0S管、三極管等)，且這些有源器件多工作于放大區。采用這種方式構成的多支路LED驅動電路一般存在成本高、損耗大、控制復雜的缺點，現已越來越少采用。(4)在每條LED支路中串接電阻、電感或電容元件進行均流。圖4給出了電阻均流方案的示意圖，在這種方案中利用串接的電阻的阻值遠大于二極管導通阻值來實現均流。 為改善串接電阻方案中存在效率低(電路中絕大多少能量消耗在串接的電阻上)這一問題， 各種采用在支路中串接電容和電感的方案被紛紛提出。由于電容和電感在使用中并不消耗功率，因此被認為是一種理想的均流方案。在采用電感作為均流元件方案中，電感之間需相互耦合，電感的設計和制造相對復雜，因而這種方案難以實用化。目前，為實現電容作為均流元件的方案，往往采用獨立的LLC諧振電路作為的前級電路，因而電路拓撲結構比較復雜，并只能解決2N (N=I, 2, 3……)條支路均流的問題。綜上所述，現有的多路LED均流方法中，電阻均流方法存在電路損耗大、電容均流方法存在LED單周期工作和電路電流為脈動直流的問題、變壓器(電感)均流方法存在電路復雜和難以擴展的缺點、每組LED串聯有源器件的線性電流方法則存在電路成本高、控制復雜的缺點，因而這些均流方法均不能很好解決多組LED并聯工作的均流問題。

發明內容
本發明的目的在于考慮上述問題并針對某些應用場合下LED驅動電路不需要隔離這一特點，提出一種自動均流非隔離型多路LED驅動電路。本發明的驅動電路結構簡單， 具有自動均流特性的非隔離效果。該驅動電路將LLC電路中的諧振電容和外接的阻擋電容進行合并，并取消了一般均流電路中的隔離變壓器，因而驅動電路具有元件數目少和具有內在的自動均流特性；該驅動電路還能實現任意數目支路并聯的問題，具有良好的擴展能力。本發明目的通過以下技術方案予以實現
一種自動均流的非隔離型多路LED驅動電路，包括驅動器電路、LED電路，驅動器電路的輸出端與LED電路的輸入端連接。所述驅動器電路包括直流電源Vc、控制器、第一功率開關管Q1、第二功率開關管 Q2、諧振電感Lr ；直流電源Vc的正極與第一功率開關管Ql的源極相連，直流電源Vc的負極與第二功率開關管Q2的漏極相連，控制器控制第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2 的開關狀態，第一功率開關管Ql的漏極與第二功率開關管Q2的源極相連并與諧振電感Lr 串接。LED電路包括有一路LED支路電路或若干并接的LED支路電路，LED支路電路包括有第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串 LEDl ；第一阻擋電容Cbl與諧振電感Lr連接，第一阻擋電容Cbl分別與第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負極相接，第一二極管Dl的負極與第一儲能電容Cl正極和第一發光二極管串LEDl負極相接，第二二極管D2的負極與第一儲能電容Cl的負極接地，發光二極管串負極與直流電源Vc的負極之間連接一個電流檢測電阻Rm。所述各LED支路電路上的第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串LEDl的各元件參數彼此相同，或各LED支路電路上的第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串LEDl的至少任一元件參數不相同。所述驅動器電路包括直流電源Vc、控制器、第一功率開關管Q1、第二功率開關管 Q2、諧振電感Lr ；直流電源Vc的正極與第一功率開關管Ql的源極相連，直流電源Vc的負極與第二功率開關管Q2的漏極相連，控制器控制第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2 的開關狀態，第一功率開關管Ql的漏極與第二功率開關管Q2的源極相連并與諧振電感Lr 串接。LED電路包括有一路LED支路電路或若干并接的LED支路電路，LED支路電路包括有第一阻擋電容Cbl和與之串聯的交流等效電阻
2M
；交流等效電阻為= ι RLBD ,其中Μ為LED支路上的LED燈珠數目，
β ζΙζft
Rlsd為LED燈珠的等效電阻，第一阻擋電容Cbl的一端與諧振電感Lr連接，第一阻擋電容Cbl的另一端與交流等效電阻連接。
本發明利用諧振電感Lr、第一阻擋電容Cbl、構成諧振回路，諧振回路在諧振點附近工作，流過第一阻擋電容Cbl的電流接近正弦波。本發明通過改變諧振電感Lr、第一阻擋電容Cbl的數值可設定LED的額定工作電流。通過在LED支路中串接電流檢測電阻Rm，使電流閉環控制中的電流反饋環節直接來源于直流環節，簡單可靠。控制器根據電流檢測電阻Rm返回的電壓，生成占空比約為50%的PWM驅動信號控制第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2的開關狀態。本發明利用第一阻擋電容Cbl在交流回路中阻抗遠大于由各LED支路形成的交流等效電阻，從而抑制了由于LED內在參數不一致性所導致的各路LED電流不一致的情況。本發明與現有技術相比的優點在于
(1)驅動電路具有內在電流平衡能力(平衡機理見圖6、圖7)，能較好地抑制LED參數不一致性對電路的影響。 (2)驅動電路采用無能量損失的電容作為均流元件，驅動電路能量損失小。(3)電流閉環控制中的電流反饋環節直接來源于直流環節，簡單可靠。(4)驅動電路具有良好的擴充性，能方便的擴充到任意數目支路。(5)驅動電路能采用通用的IC進行控制，適用范圍廣。本發明是一種結構簡單、具有內在電流平衡能力和方便實用的多路LED驅動電路。


圖ILED特性曲線。圖2 LED混聯工作示意圖。圖3支路中串接電流控制單元的均流方案。圖4支路中串接電阻元件的均流方案。圖5為本發明的拓撲結構圖。圖6為本發明提出的驅動電路等效模型。圖7為本發明的均流機制示意圖。
具體實施例方式如圖5所示為本發明的拓撲結構圖。在圖5中只給了 2路LED支路，在實際使用時，可在諧振電感Lr與第一阻擋電容Cbl連接處串接與LED支路一致的電路就能采用本發明提出的驅動電路來驅動任意LED支路數。如圖6所示為本發明提出的驅動電路等效模型，在圖6中，Raci…/7)為LED 支路電路的交流等效電阻值。圖7為本發明的均流機制示意圖，在圖7中，馬和4 (it/)分別為第條支路和第支路的阻抗、l/j C為第一阻擋電容cbl、第二阻擋電容在交流回路中的等效阻抗。當電路工作時,第ι條支路和第支路(bJ)的電流幅值的比為
權利要求
1.一種自動均流的非隔離型多路LED驅動電路，其特征在于包括驅動器電路、LED電路，驅動器電路的輸出端與LED電路的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述自動均流的非隔離型多路LED驅動電路，其特征在于所述驅動器電路包括直流電源Vc、控制器、第一功率開關管Q1、第二功率開關管Q2、諧振電感Lr ；直流電源Vc的正極與第一功率開關管Ql的源極相連，直流電源Vc的負極與第二功率開關管 Q2的漏極相連，控制器控制第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2的開關狀態，第一功率開關管Ql的漏極與第二功率開關管Q2的源極相連并與諧振電感Lr串接；LED電路包括有一路LED支路電路或若干并接的LED支路電路，LED支路電路包括有第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串LEDl ； 第一阻擋電容Cbl與諧振電感Lr連接，第一阻擋電容Cbl分別與第一二極管Dl的正極和第二二極管D2的負極相接，第一二極管Dl的負極與第一儲能電容Cl正極和第一發光二極管串LEDl負極相接，第二二極管D2的負極與第一儲能電容Cl的負極接地，發光二極管串負極與直流電源Vc的負極之間連接一個電流檢測電阻Rm。
3.根據權利要求2所述自動均流的非隔離型多路LED驅動電路，其特征在于所述各 LED支路電路上的第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串LEDl的各元件參數彼此相同，或各LED支路電路上的第一阻擋電容Cbl、第一二極管D1、第二二極管D2、第一儲能電容Cl、第一發光二極管串LEDl的至少任一元件參數不相同。
4.根據權利要求1所述自動均流的非隔離型多路LED驅動電路，其特征在于所述驅動器電路包括直流電源Vc、控制器、第一功率開關管Q1、第二功率開關管Q2、諧振電感Lr ；直流電源Vc的正極與第一功率開關管Ql的源極相連，直流電源Vc的負極與第二功率開關管 Q2的漏極相連，控制器控制第一功率開關管Ql和第二功率開關管Q2的開關狀態，第一功率開關管Ql的漏極與第二功率開關管Q2的源極相連并與諧振電感Lr串接；LED電路包括有一路LED支路電路或若干并接的LED支路電路， LED支路電路包括有第一阻擋電容Cbl和與之串聯的交流等效電阻σ ；交流等效電阻 為= ^ A ,其中M為LED支路上的LED燈珠數目，Rim為LED燈珠的等效電阻，第一阻擋電容Cbl的一端與諧振電感Lr連接，第一阻擋電容Cbl的另一端與交流等效電阻Am連接。
全文摘要
本發明公開一種自動均流非隔離型多路LED驅動電路。本發明提出的非隔離型多路LED驅動電路，包括驅動器電路、LED電路驅動器電路的輸出端與LED電路的輸入端連接。驅動電路采用直流電源、控制器驅動2個功率開關管的開關，功率開關管與諧振電感串接；LED電路由至少一路以上LED支路電路并聯連接；LED支路電路由阻擋電容、2個二極管、儲能電容、發光二極管串連接而成。本發明公開的LED驅動電路具有自動均流的特點，能抑制LED特性參數不一致對驅動電路的影響。此外，這一電路拓撲結構具有結構簡單和擴展能力強的特點，能便利地實現任意數目支路的LED均流問題。
文檔編號H05B37/02GK102413610SQ20111036305
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者唐雄民, 張淼, 章云, 陳思哲 申請人:廣東工業大學