专利名称：基于电流互感器的led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明属于开关电源技术领域，涉及一种LED驱动电路。具体地说是通过电流互 感器来实现多路LED负载电流均衡的驱动电路。
背景技术：
LED需要恒流驱动，一些大功率照明的应用场合，LED通常需要串联或并联使用。 LED并联使用时每路都需要恒流控制，增加了电路成本。因此，对LED而言，直接串联的方式 最简单，但如果LED串联个数过多，一方面驱动器输出电压较高，增加了线路元器件成本， 另一方面如果其中一个LED失效会导致整串LED灯失效，因此从系统角度来看可靠性不高。 一种技术是采用多个高频变压器原边串联，副边经整流后带LED负载，利用理想变压器原 副边电流与变压器匝比成反比的原理，在保证多个变压器匝比相同的条件下，实现副边的 LED电流均流，如图1所示。该技术虽然原理上可行，但是在实际应用中存在一些缺点，影 响到其实际应用，如(1)变压器励磁电感的离散性会使多路输出电流的均流度受到影响。当某一路负载短路时，由于仅电容滤波，因此该路对应的变压器相当于短路，导致原边 串联的总的励磁电感量发生变化，从而影响变流器的稳态增益，增加了控制难度，因此会严 重降低了变流器的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于电流互感器(CT)实现的多路LED均流 电路，具有结构简单、成本低和均流性能好等优点。本发明解决技术问题所采取的技术方案为
本发明包括高频交流电流源、N个电流互感器模块；每个电流互感器模块包括一个电 流互感器、一个输出整流器和一个输出电容，其中N为自然数。高频交流电流源的一个输出端接第一电流互感器模块中的电流互感器原边绕组 一端，所有电流互感器原边绕组顺次串接，直到电流互感器模块N-I另一个输入端接电流 互感器模块N的一个输入端，第N电流互感器模块中的电流互感器原边绕组的另一端接高 频电流源的另一个输出端。每个电流互感器模块的正输出端接对应的LED负载的正输入 端，电流互感器模块的负输出端接对应的LED负载的负输入端。所述高频交流电流源是具有交流电流源特性的高频逆变电路，包括直流电压源、 高频交流电压源产生电路和阻抗网络。直流电压源可以是蓄电池等直流源或由市电经整流 后得到；所述高频交流电压源产生电路是若干种隔离型或非隔离型开关拓扑之一，用来产 生高频交流脉冲电压信号；所述阻抗网络是电感或者电感和电容构成的阻抗转换网络，将 高频交流脉冲电压信号转换为高频交流电流信号。所述电流互感器模块中，电流互感器的副边绕组接到输出整流器的输入端，输出 整流器的输出端接到输出电容的两端，LED负载与输出电容并联。所述电流互感器模块中，电流互感器的副边可以是单绕组结构，也可以是多绕组整流结构，如中心抽头的绕组结构。所述电流互感器模块中，输出整流器可以是半波整流电路，也可以是全桥整流电 路，或者中心抽头整流电路，或者倍压整流电路，及其它适用于输出电容滤波的整流电路。具体来说，本发明的核心思想是首先构造出一个高频交流电流源，然后利用电流 互感器感应出电流来驱动LED负载；只要保证电流互感器匝比一致，可自动实现各路LED负 载电流均衡。本发明与图1所示的采用多个高频变压器原边串联方法的主要区别在于图1中 的高频脉冲交流电源输出阻抗较低，等效为电压源，高频变压器原边激磁电感量需为高阻 抗以承受该电压源，在设计原边主电路参数时，需将高频变压器原边激磁电感量考虑进去； 本发明的高频脉冲交流电源为电流源，输出阻抗较大，电流互感器激磁电感为低阻抗，电流 互感器激磁电感在原边主电路参数设计时不予考虑。本发明的有益效果在于
(1)电流互感器原边绕组串入主电路，将感应的原边电流传递给副边，原边绕组基本不 承受电压，电流互感器激磁电感对均流效果没有影响；
(2)电流互感器原边感应电流时，副边整流器导通，电流互感器激磁电感已经相当于被 副边输出电容短路，因此出现负载短路情况时也不会对电路性能造成任何影响；
(3)均流效果受负载电压偏差影响较小；
(4)电流互感器模块可以标准化，容易实现模块化生产，降低生产成本。
图1 现有的多个高频变压器串联实现副边均流结构图； 图2 为本发明结构框图3:本发明的第一具体实施例 图4 高频电压源产生电路的具体可选拓扑结构； 图5 阻抗网络的具体可选结构； 图6 输出整流器具体可选结构； 图7:本发明的第二具体实施例。
具体实施例方式以下结合具体实施例以及附图对本发明内容进行详细说明。如图2所示，本发明包括一个高频交流电流源、N个电流互感器模块；高频交流电 流源的一个输出端接电流互感器模块1的一个输入端，电流互感器模块1的另一输入端接 电流互感器模块2的一个输入端，所有电流互感器模块输入端皆首尾相连，直到电流互感 器模块N-I另一个输入端接电流互感器模块N的一个输入端，电流互感器模块N的另一个 输入端接高频交流电流源的另一个输出端；每个电流互感器模块的正输出端接对应的LED 负载的正输入端，电流互感器模块的负输出端接对应的LED负载的负输入端；电流互感器 模块中，电流互感器的副边绕组接到输出整流器的输入端，输出整流器的输出端接到输出 电容的两端。图3所示为本发明的第一具体实施例，包括一个直流电压源Vin、高频交流电压源产生电路、阻抗网络和N个两绕组电流互感器模块；其中，直流电压源Vin、高频交流电压 源产生电路和阻抗网络构成图2中所示的高频交流电流源；直流电压源Vin的正输出端接 高频交流电压源产生电路的正输入端，直流电压源Vin的负输出端接高频交流电压源产生 电路的负输入端，高频交流电压源产生电路的两个输出端分别与阻抗网络的两个输入端相 连，阻抗网络的两个输出端作为所述高频交流电流源的两个输出端；每个电流互感器模块 包括一个两绕组的电流互感器、一个输出整流器和一个输出电容；阻抗网络的一个输出端 输出接电流互感器CTl原边绕组同名端，电流互感器CTl的异名端接电流互感器CT2的同 名端，所有电流互感器原边绕组顺次串接，直到电流互感器CTN-I原边绕组的异名端接电 流互感器CTN原边绕组的同名端，电流互感器CTN原边绕组的异名端接阻抗网络的另一个 输出端；任意一个电流互感器模块η中，电流互感器CTn的副边绕组的同名端接输出整流器 的正输入端，电流互感器CTn的副边绕组的异名端接输出整流器的负输入端；输出整流器 的正输出端接输出电容Con的正端，输出整流器的负输出端接输出电容Con的负端，LED负 载η与输出电容Con并联。其中，直流电压源Vin可以是蓄电池等直流源或由市电经整流后得到。其中，高频交流电压源产生电路是隔离型或非隔离型开关拓扑，如图4所示的10 种拓扑结构中任意一种。其中，阻抗网络可以是LC网络，如图5 (a)所示的结构一；为了降低对后级电流互 感器的耐压要求，将5 (a)所示的结构一中的电容Cr拆分成两个电容Crl和Cr2，变成如图 5 (b)所示的结构二，利用电容实现电路的电气隔离；上述两种结构适用于图4所示10种 拓扑结构种任意一种；第三种阻抗网络直接由电感组成，如5 (c)所示，适用于图4 (b)、图 4⑷、图4 (e)、图4⑴、图4 (g)、图4 (h)、图4 (i)和图4 (j)等八种拓扑。其中，输出整流器可以是图6所示三种整流电路种任意一种，输出整流器中的整 流管可以是二极管或同步整流MOSFET。图7为本发明的第二具体实施例，包括一个直流电压源Viru高频交流电压源产生 电路、阻抗网络和N个三绕组电流互感器模块，其中，直流电压源Viru高频交流电压源产生 电路、阻抗网络具体实现方式和连接方式都与图3所示第一具体实施例相同，区别在于电 流互感器模块实现方式本实施例的电流互感器模块由一个带中心抽头的三绕组电流互感 器CT、两个整流二极管组成的输出整流器和一个输出电容组成。阻抗网络的正端输出接电 流互感器CTl原边绕组同名端，电流互感器CTl的异名端接电流互感器CT2的同名端，所有 电流互感器原边绕组皆首尾相连，直到电流互感器CTN-I原边绕组的异名端接电流互感器 CTN原边绕组的同名端，电流互感器CTN原边绕组的异名端接阻抗网络的负端输出；任意一 个电流互感器模块η中，电流互感器CTn的第一副边绕组的同名端接二极管Dsln的阳极， 第一副边绕组的异名端与第二副边绕组的同名端相连并接到输出电容Con的负端以及对 应的LED负载η的阴极，第二副边绕组的异名端接二极管Ds2n的阳极，二极管Dsln的阴极 与二极管Ds2n的阴极相连后接到输出电容Con的正端以及对应的LED负载η的阳极。无论上文说明如何详细，领域技术人员可以在不违背其精神的前提下可以有许多 方式实施本发明，说明书中所述的只是本发明的若干具体实施例子。凡根据本发明精神实 质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明实施例的上述详细 说明并不是穷举的或者用于将本发明限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本发明的特定实施例和实例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本发明的范围内进行 各种等同修改。本发明这里所提供的启示并不是必须应用到上述系统中，还可以应用到其它系统 中。可将上述各种实施例的元件和作用相结合以提供更多的实施例。可以根据上述详细说 明对本发明进行修改，在上述说明描述了本发明的特定实施例并且描述了预期最佳模式的 同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本发明。上述电路结构及 其控制方式的细节在其执行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开 的本发明中。如上述一样应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不 应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征 或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明 书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实 际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等 效方案。
权利要求
1.基于电流互感器的LED驱动电路，其特征在于包括高频交流电流源、N个电流互感 器模块；每个电流互感器模块包括一个电流互感器、一个输出整流器和一个输出电容；高频交流电流源的一个输出端接第一电流互感器模块中的电流互感器原边绕组一端， 所有电流互感器原边绕组顺次串接，第N电流互感器模块中的电流互感器原边绕组的另一 端接高频电流源的另一个输出端；每个电流互感器模块的正输出端接对应的LED负载的正 输入端，电流互感器模块的负输出端接对应的LED负载的负输入端；所述高频交流电流源是具有交流电流源特性的高频逆变电路，包括直流电压源、高频 交流电压源产生电路和阻抗网络；直流电压源可以是蓄电池或由市电经整流后得到；高频 交流电压源产生电路可以是隔离型或非隔离型开关拓扑，用来产生高频交流脉冲电压信 号；阻抗网络是电感或者电感和电容构成的阻抗转换网络，将高频交流脉冲电压信号转换 为高频交流电流信号；所述电流互感器模块中，电流互感器的副边绕组接到输出整流器的输入端，输出整流 器的输出端接到输出电容的两端，LED负载与输出电容并联。
2.根据权利要求1所述的基于电流互感器的LED驱动电路，其特征在于所述电流互 感器模块中，电流互感器的副边可以是单绕组结构，也可以是多绕组整流结构。
3.根据权利要求1所述的基于电流互感器的LED驱动电路，其特征在于所述电流互 感器模块中，输出整流器可以是半波整流电路，也可以是全桥整流电路，或者中心抽头整流 电路，或者倍压整流电路，及其它适用于输出电容滤波的整流电路。
全文摘要
本发明公开了一种基于电流互感器的LED驱动电路。现有的驱动电路较为复杂且成本高。本发明包括高频交流电流源、N个电流互感器模块；每个电流互感器模块包括电流互感器、输出整流器和输出电容。高频交流电流源的一个输出端接第一电流互感器模块中的电流互感器原边绕组一端，所有电流互感器原边绕组顺次串接，直到电流互感器模块N-1另一个输入端接电流互感器模块N的一个输入端，第N电流互感器模块中的电流互感器原边绕组的另一端接高频电流源的另一个输出端。每个电流互感器模块的正输出端接对应的LED负载的正输入端，电流互感器模块的负输出端接对应的LED负载的负输入端。本发明容易实现模块化生产，降低生产成本。
文档编号H05B37/02GK102098842SQ20111000469
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者吕强, 王加莲, 谢小高 申请人:杭州电子科技大学