一种母线电流互补式分时复用多路恒流输出led驱动器拓扑及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及多路输出应用，尤其是多串L邸均流W及调光调色L邸驱动技术领域。
【背景技术】
[0002] 作为最有发展和应用前景的绿色光源之一，L抓W节能，环保，寿命长和控制简单 等特点，广泛应用于液晶背光，汽车照明，交通灯W及通用照明。而L邸的非线性和对溫度的 敏感性，使其需采用恒流驱动。受单颗LED功率的限制，在许多高流明应用场合，需要同时使 用多颗LED实现大功率输出。但随之而来的问题是需要对各路LED进行恒流控制。为了满足 混联型L邸的各支路恒流要求，近年来，学术界对多路恒流输出开关变换器技术做了大量研 究。现有的Lm)多路恒流输出技术基本上可W分为两大类，即无源多路恒流输出技术和有源 多路恒流输出技术。
[0003] 无源多路恒流输出技术利用电阻、电感、变压器、电容等无源器件实现各输出支路 均流，其特点是W实现各支路电流相同为目的，通过对各支路电流的恒流控制，实现每一输 出支路的恒流控制。虽然无源多路恒流输出技术具有控制电路简单的优点，但是不能实现 L邸的调光功能。现有的调光方式主要有两种，一种为模拟调光，即改变Lm)的正向电流来改 变Lm)的光通量。另一种方式为PWM调光。PWM调光方式由于具有低色差的特性广泛应用于 L抓背光等应用中。有源多路恒流输出技术通过有源开关和相应的控制电路组成多个电流 调节器，电流调节器和各支路的L邸串联在一起，进而实现各支路L邸电流的独立调节。该电 流调节器可W是线性模式，也可W是开关模式。线性模式均流效率较低，只适用于小功率场 合;开关模式均流效率高，但电路元件数目多，电路控制复杂，体积大，成本高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种母线电流互补式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓 扑，使之克服克服现有有源均流技术电路元件数目多，电路控制复杂，体积大，成本高等缺 点。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种母线电流互补式分时复用N路恒流输出Lm)驱动器拓扑，包括恒流输出开关变 换器、N个L抓负载W及各支路分时复用控制开关管及N-I个采样电阻;恒流输出开关变换器 的输出端并联N个LED负载支路，第1至第N-I路LED负载支路由LED元件与一个分时复用控制 开关管及一个采样电阻串联构成，第N路LED负载支路由LED元件与一个分时复用控制开关 管构成;母线电流控制器控制恒流输出开关变换器输出恒流;母线电流分时复用控制器控 制各输出支路电流;母线电流分时复用控制器由N-I个PWM模块和N-2个与口构成，除第N路， 母线电流分时复用控制器的输入端口和输出端口分别与支路采样电阻和各LED负载支路的 分时复用控制开关管连接;除第1路和第N路，每一个控制环路均包含一个PWM模块和一个与 n ;第N条输出支路的控制信号取自第N-I路PWM模块中的RS触发器的输出端O。
[0007] 进一步地，恒流输出开关变换器输出端连接了一个滤波电容。
[0008] 此外，恒流输出开关变换器部分可W是单级结构恒流输出开关变换器，也可W是 恒流输出DC-DC开关变换器。
[0009] 运样，整套驱动器拓扑分为两部分，一部分为母线电流控制器控制单级结构恒流 输出开关变换器输出恒流，另一部分为母线电流分时复用控制器控制各输出支路电流，即 通过分时复用控制各输出支路开关管依次交替导通，可W实现各输出支路的均流和PWM调 光功能。此外，两部分为独立的控制环路，便于电路的模块化。
[0010] 本发明的另一个目的是为上述驱动器拓扑提供控制方法实现各输出支路的均流 和PWM调光，具体方案是：
[0011] 母线电流互补式分时复用N路恒流输出Lm)驱动器的控制方法，通过控制各输出支 路开关管依次交替导通实现分时复用母线电流控制，根据分时复用开关管所在支路的输出 电流情况调节其导通时间，其逻辑电路确保了在任意时刻只有一个分时复用开关管开通， 避免了恒流母线因无流通路径而导致母线电压过高的问题。
[0012] 进一步地，通过改变母线电流分时复用控制器中各环路PWM模块中的参考电压，实 现各输出支路的均流和PWM调光功能。
[0013] 运样，对一个恒流母线用PWM的方式进行分时复用控制，其恒流母线电流由单级结 构单路恒流输出PFC变换器或不具有功率因数校正功能的AC-DC变换器提供，由分时复用控 制开关管对母线电流进行分时复用控制，从而实现控制每个输出支路电流相等或不同。其 中母线电流分时复用控制器由N-I个PWM模块和N-2个与口构成，除第1路和第N路，每一个控 制环路包含一个PWM模块和一个与口，此外第N条输出支路的控制信号即为第N-I路PWM模块 中的RS触发器的输出端(吉。根据分时复用开关管所在支路的输出电流情况调节其导通时 间，母线电流分时复用控制中的逻辑电路确保了在任意时刻只有一个分时复用开关管开 通，即各输出支路开关管依次交替导通。通过改变母线电流分时复用控制器中各环路PWM模 块中的参考电压，即可实现各输出支路的均流和PWM调光。
[0014] 与现有控制技术相比，本发明的有益效果是：
[0015] -、与现有的开关均流控制相比，本发明只采用了一个大的工频滤波电容，其本质 是对一个恒流输出变换器的输出进行分时复用控制，相对于传统的多路输出控制方案，省 去了各输出支路的输出滤波电容，进一步减小了多路恒流输出开关变换器的体积与成本；
[0016] 二、与现有的开关均流技术相比，本发明仅需使用N-I个控制环路即可实现N路输 出支路的均流和PWM调光，且其母线电流分时复用控制中的逻辑电路也使得电路控制简单；
[0017] =、与现有的开关均流技术相比，本发明具有母线电压自适应调节的特性，简化了 控制。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的电路拓扑及控制框图。
[0019] 图2为本发明的分时复用控制过程示意图，其中（a)为控制环路图；（b)为控制时序 图。
[0020] 图3为本发明的等效电路图。
[0021] 图4为本发明的各支路电流工作时序图。
[0022] 图5为本发明W理想恒流源为母线的S路输出实施例的电路拓扑图。
[0023] 图6为图5实施例在S条L邸支路等效动态电阻及等效正向压降相同时的主要时域 仿真波形图（闭环）。
[0024] 图7为图5实施例在S条L邸支路等效动态电阻相同但等效正向压降不同时的主要 时域仿真波形图（闭环）。
[0025] 图8为本发明对由高效率的单级CM Buck PFC提供的恒流母线的两路输出为实施 例的电路拓扑图。
[0026] 图9为图8实施例在两条L邸支路等效动态电阻及等效正向压降相同且输入电压为 1 l(Wac时的主要时域仿真波形图（闭环）。
[0027] 图10为图8实施例在两条Lm)支路等效动态电阻相同但等效正向压降不同且输入 电压为220Vac时的主要时域仿真波形图（闭环）。
[00%]图11为本发明W两条LED输出支路为例，通过调节第一个控制环路的参考电压 Vdim,两个输出支路的平均电流及母线电流波形图。
【具体实施方式】
[0029] 下面通过具体的实例并结合附图对本发明做进一步详细的描述。
[0030] 如图1所示，该发明为对一个恒流母线用PWM的方式进行分时复用控制，其恒流母 线电流由单级结构恒流输出开关变换器提供，由分时复用控制开关管对母线电流进行分时 复用控制，从而实现控制每个输出支路电流相等或不同。其中电容Cbus是为了防止分时复用 控制开关管均不导通而导致母线电压过高的情况发生，因而在恒流母线上加电容来抑制母 线电压突变。
[0031] 图2(a)给出了母线电流互补式分时复用多路恒流输出Lm)驱动器控制方法中母线 电流分时复用控制器的控制环路。由图可知，N路输出存在N-I个均流环路，根据电压型P歷 控制的原理，每个支路均可把采样电流Vs[k]/Rs山化=1，2，…，N-I )的平均值稳定在Vref山/ Rs[k]化=1，2，'。，N-1)附近，即前N-I个支路的平均电流可W被调节到io[k]-av = Vref[k]/Rs[k] (k=l，2,…，N-1)。那么第N条输出支路的电流可W被调节到
前N-I 个输出支路的电流可W被调节到相应的设置值，母线电流ibus由单级结构恒流输出开关变 换器控制，所W第N个输出支路的电流实际上也得到了控制。因此，如图2(a)所示，第N条输 出支路不需要PWM环路控制，简化了均流电路的复杂性。若设置前N-I个支路的调节电