流不 等，则可W实现各支路L邸的调光功能;若合理设置前N-I个支路的调节电流，则各支路电流 可W达到均衡，从而实现各支路均流，即io[k]-av=ibus/N。图2(b)给出了各支路分时复用控 审研关管的控制逻辑及其控制时序，图2(a)中的每个PWM模块中的vsaw和CLK 一致W保证同 步可W确保每个分时复用控制开关管依次交替打开，根据其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，理论上避免了 恒流母线因无流通路径而导致母线电压过高的问题。
[0032] 为了简化分析，将图1的电路等效成如图3的形式，其中各支路LED负载等效成一个 正向电压源Vfm化=1，2,…，N)和一个动态等效电阻Re[k]化=1，2,…，N)串联的形式，其恒 流母线等效成一个恒流源，各支路LED电流的工作时序如图4所示。假设各支路LED平均电流 通过控制已经实现相等，那么，每个支路LED压降可表示为VLED[k]=VF[k] + Ip[k] XRe[k]化=I， 2,…，N)。由于恒流源的输出端连接了一个滤波电容Cbus，假设滤波电容无限大，则正向压降 相对偏低的L邸支路将流过较大的峰值电流，即Ip山=(VbUS-VF山VRe山化=1，2，…，N)。同 时，由于前N-I个支路环路调节的作用，为了使各支路电流的平均值相等，则峰值电流大的 支路，即LED正向压降小的支路将被环路调节到比较小的占空比，因为in[k]-av=ibus/N=Ip[k] Dm化=1，2,…，N)。其中化k]化=1，2,…，N)为各支路PWM调节的占空比，各支路占空比的和 为1，因此可得母线电压的表达式为；
>由W上分析可知，当各支路Lm)特 性确定，母线电压Vbus也相应确定，因而母线电压具有自适应调节的特性。
[0033] W上主要分析了各支路输出均流，而调光功能可W通过设置各主动调节支路的参 考电压来使各输出支路均流。在某些应用场合，如Lm)调光调色等智能照明中，需要对各支 路的色溫进行调节，且L邸总电流不变。通过调节各支路不同色溫L邸的电流分配，进而实现 总色溫的调节。常见的应用有L邸冷暖色溫调节，RGB混合色溫调节等。而本发明提出的母线 电流分时复用控制技术非常适合运些应用。对于L邸冷暖色溫调节，假设LE化1与LE化2为不 同色溫的LED,那么可W通过改变图8中误差放大器EAl的参考电压Vdim实现LE化1与LE化2的 电流调节，进而实现两支路L邸混合调色溫的功能。
[0034] 仿真结果分析：
[0035] 图6为图5实施例在S条Lm)支路等效动态电阻及等效正向压降相同时的仿真波 形，其仿真参数为:输入恒流源ibus = 150mA，电容Cbus = IOiiF，分时复用控制开关周期Ts = 20 帖，1^6化1、1^邸32与1邸33的动态等效电阻1?61 = 1?62 = 1?63 = 84〇，1^抓31、1^抓32与1邸33的等效 正向电压源Vfi = Vf2 = Vf3 = 35V。由图6可知，当；个160支路等效正向压降及等效动态电阻 相同时，S个L抓支路的峰值电流相同，均为150mA，S个支路Pmi的占空比为33.3 %，S个 L邸支路的平均电流被调节到50mA，而母线电压被自动调节到42.725V。在实际的一批L抓产 品中，不同Lm)个体的等效动态电阻的变化量很小，可W近似为一个常数，因此，不同Lm)个 体的差异主要由正向压降决定。图7为图5实施例在S条Lm)支路等效动态电阻相同但等效 正向压降不同时的仿真波形，其仿真参数与图6基本一致，除了正向电压源不同，即Vfi = 35V，Vf2 = 33V，Vf3 = 31V。由图7可知，当；个160支路等效正向压降不同时，；个160支路的 峰值电流不再相同，其中Ipi = 129mA，Ip2 = 152mA，Ip3= 176mA，通过调节各支路的占空比，立 个支路的平均电流被调节到近似相等，母线电压被自动调节到约45.933V。
[0036] 为了模拟实际系统，仿真中恒流母线由高效率的单级CRM Buck PFC提供，其电路 拓扑图如图8所示。图9、图10为图8在两条LED支路等效动态电阻相同时的仿真波形，其电路 参数为:输入电压Vin = 11 OVac、22(Wac，恒流母线电流ibus = 150mA，Buck PFC功率电感感量 Lm=l.l恤，Buck PFC输出滤波电容Cbus = 220iiF，分时复用控制开关周期Ts = 20iis，L邸Si与 LE化2的等效动态电阻为Rei = Re2 = 84Q，LE化1与LE化2的等效正向电压源分别为Vfi = Vf2 = 35￥、￥。1 = 35￥，￥。2 = 32￥，采样电阻1^1=1.670。当恒流母线由单级〇?1811。4?。巧是供且稳 态时，输出电流包络含有2倍工频分量，但是各支路平均电流在1 IOVac及22(Wac输入时均实 现了较好的均流特性，且输入电流跟随输入电压，实现了功率因数校正功能。
[0037] 图11给出了分时复用控制母线电流的PFC变换器的调光曲线，由图可知，在母线电 流不变的情况下，LE化1与LE化2可W W互补的方式进行调光，从而实现各支路Lm)的色溫调 节，通过两个支路L邸色溫的组合从而实现总的色溫调节。
[0038]综上，本发明所提出的母线电流互补式分时复用多路恒流输出Lm)驱动器拓扑及 其控制方法，只采用了一个大的工频滤波电容且只需要N-I个控制环路就可W实现N路输出 的均流和PWM调光功能，具有电路控制简单，体积小，效率高，成本低W及母线电压自适应调 节的特点，为需要多路均流和调光的应用提供了一种高性能、低成本的解决方案。
【主权项】
1. 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，其特征在于，包括恒流 输出开关变换器、N个LED负载以及各支路分时复用控制开关管及N-1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-1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-1个ΠΜ模块和N-2个与门构 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模块和一个与门；第N条输出支路的控制信号取自第N-1路PWM模块中的RS触发器的输出 端Q〇2. 如权利要求1所述的母线电流互补式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑，其特征 在于，恒流输出开关变换器输出端连接了一个滤波电容。3. 如权利要求1所述的母线电流互补式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑，其特征 在于，所述恒流输出开关变换器部分可以是单级结构恒流输出开关变换器，如图1所示，也 可以是恒流输出DC-DC开关变换器。4. 采用权利要求或1或2或3所述驱动器拓扑的母线电流互补式分时复用N路恒流输出 LED驱动器的控制方法，其特征在于，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。5. 如权利要求4所述的母线电流互补式分时复用多路恒流输出LED驱动器控制方法，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。
【专利摘要】本发明公开了一种母线电流互补式分时复用多路恒流输出LED驱动器的拓扑及其控制方法。该拓扑由恒流输出变换器、LED负载、各支路分时复用控制开关管及相应采样电阻组成。通过分时复用控制各输出支路开关管依次交替导通，可以实现各输出支路的均流和PWM调光功能。相对于传统的多路输出控制方案，该发明提供的控制方法只采用了一个大的工频滤波电容,且只需要N-1个控制环路就可以实现N路输出的均流及PWM调光功能，具有电路控制简单，体积小，效率高，成本低以及母线电压自适应调节的特点。此方案尤其适用于冷暖调光调色LED驱动器，为需要多路均流和调光的应用提供了一种高性能、低成本的解决方案。
【IPC分类】H05B33/08
【公开号】CN105554965
【申请号】CN201610100028
【发明人】许建平, 刘雪山, 杨琦, 周述晗
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月24日