专利名称：一种多通道多相驱动的led电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多通道多相驱动的LED电源的方法，特别是采用单串或多串LED 照明的多相恒流或恒压-恒流的多相供电方法。
背景技术：
现今国内外LED照明较多的采用LED芯片颗粒串联方式，串联方式通过每颗LED 的电流相同，易于恒流驱动，但当照明功率加大，LED颗粒串联较多时，端电压随之升高，造成高功率和安全规范的矛盾；为实现低压大功率，采用多串LED并联的串并混联方式是大功率LED灯具使用较多的连接方式，这种连接方式的优点是驱动电路简单、成本低，但由于 LED导通压降随温度、电流及其他环境因素发生变化，很难保证各串LED参数完全一致，这种差异导致分配在不同的LED串联支路的电流不同，导致不同支路的LED亮度不均、发热量不均，各支路LED光衰和寿命不一致，严重时使整个大功率LED和电源失效。上述LED照明驱动电源通常为单通道开关驱动结构，无论LED串并多少，电源驱动通道通常仅为一个，这种单一通道开关驱动的峰值电流和纹波电流都较大，滤波电容大，开关管的电流损耗大，将影响电源寿命和效率提高，并易产生较大的电磁干扰。此外，现有采用多路开关驱动结构的LED电源，各路开关驱动电路简单拼凑，其缺点是，各路互不关联，相互独立，电磁干扰大，甚至产生差拍闪烁干扰等问题。有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提出一种多通道多相驱动的LED电源的方法，以提高电源的可靠性、稳定性、使用寿命和提高用电质量。
发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多通道多相驱动LED 的电源方案。本发明另一目的之一在于，提出一种多通道多相驱动LED电源的方法，将总输出电流分配到每一通道，各通道开关频率相同，相位不同，且相对独立恒流控制，消除了多串 LED直接并联时，各串LED参数不完全一致而导致不同的LED串联支路的电流差异。多相提高纹波频率若N相电路的开关频率是f，N个相位交错工作，等效的开关频率是Nf，等效频率的提高易于滤波和减少输入输出纹波。本发明另一目的之一在于，提出一种实现多通道多相驱动LED电源的控制方案。为达到上述目的，就其中一个观点而言，本发明提供了一种多通道多相多串LED 驱动方案。为达到上述目的，就其中一个观点而言，本发明提供了一种多通道多相驱动单串 LED驱动方案。为达到上述目的，多相的最小相位间隔取值为3607N，其中N为通道数目；以四通道为例，N=4，最小相位间隔为90°。为达到上述目的，各通道开关频率相同，源于同一时钟频率，各驱动电路驱动脉冲相位不同，各通道驱动采用PWM调制。为达到上述目的，LED开关驱动部分可采用隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换器。当驱动多通道多相多串LED时，输出滤波器与通道数相等；当多通道多相驱动单串LED时，输出滤波器可合并为一个。稳流采样信号取自与LED相串联的取样电阻压降，并且取样电阻数与LED串联组数相对应，取样信号与基准电压比较的误差信号经放大后作为多相PWM/PM控制器21的输入控制信号分别对各路驱动脉宽进行调制，通过脉宽调制PWM方式对输出电流进行恒流控制。若实现稳压，稳压采样信号取自与LED相并联的取样分压电阻压降，并联取样电路与LED串联组数相对应，取样信号与基准电压比较的误差信号经放大后作为多相PWM/PM 控制器21的输入控制信号分别对各路驱动脉宽进行调制，通过脉宽调制PWM方式对输出电压进行恒压控制。
图1是一种多通道多相多串LED驱动结构的电源示意图； 图2是一种多通道多相驱动单串LED结构的电源示意图； 图3是以四通道四相驱动为例的驱动方波波形。图1图2中的符号说明
11交流电源可以为单相交流电源或三相交流电源；
12整流滤波电路，对应采用单相或三相全波整流电路，该电路单元可内含EMI滤波电路，也可加入功率因数校正电路； 21多相PWM/PM控制器；
31、32、33、34为LED提供开关恒流或恒压的驱动器；内含开关管、电流电压取样电阻电路，电感或开关变压器；可以是隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换器； 40、41、42、43、44为输出滤波器； 51、52、53、M为电流/电压采样比较放大器； 60、61、62、63、64为串联的LED灯串； 70为实现电源管理或数字驱动的微处理器。多通道多相智能控制的大功率LED电源基本原理如图1所示，交流电经整流滤波后送入31、32、33、34四个LED驱动电路，四个LED驱动电路由PWM/PM相位控制器21控制， 这里PWM/PM相位控制器21采用四相输出，频率由基准时钟信号产生；各通道输出电流或电压采样分别比较放大后作为多相PWM/PM控制器21的输入控制信号产生四相PWM信号分别对31、32、33、34内部的开关管进行开关脉宽控制，四路开关管按90度预定相位顺序轮流导通工作，经41、42、43、44滤波器平滑滤波，在各串LED中达到恒定电流或电压输出；多通道多相驱动降低输入电流波纹和电流密度，并提高总纹波频率，减少各通道功率负担，提高了可靠性。图2是另一种多相单路驱动应用方案，与图一的区别为LED灯串仅有一串，仍由四相位驱动提供输出电流电压。这里负载电流由各相分担，相数越多分担电流越小，并同时降低了输入输出电流波纹和电流密度，提高输入输出总纹波频率，高纹波频率对减小输出滤波电容容量极为有利。上述图1、图2电源可采用模拟开关电源控制方式，也可采用数字化控制方式，若采用数字化控制可如图2增加MCU或DSP数字组件与模拟组件组合，并通过PMBUS (电源管理总线)实现数字电源管理。
具体实施例方式请参见图1，其中显示本发明的一个实施例。图中显示出四相四路的控制及驱动方框示意图，实际相位和路数根据具体情况可有增减，至于31、32、33、34中的开关管、电感、 电容、采样电阻等予以省略，其中多相PWM/PM控制器21输出的多相驱动脉冲如图3所示， 相邻激励脉冲的相位相差的计算公式为360° /N, N为驱动器数，以本图为例N=4，相邻相相位差为360° /4=90° ；脉宽在实际工作状况会与图3不同，属PWM驱动波形，控制器21本身具有电压、电流调控作用。在大功率LED路灯应用时，11应采用三相交流电源供应，此时12应采用三相全波整流滤波或六相全波整流滤波电路。图2是一个四相供电驱动单串LED方案，可理解为四个相位差90°度的驱动器31、 32、33、34供电电路的并联，其输出电源叠加，四个驱动器内的开关管相隔四分之一周期的时间分别依次交替、轮流导通截止，对LED负载等效的开关频率提高四倍，同理，对N相供电驱动，LED负载等效的开关频率提高N倍。图1、图2中，51、52、53、讨为误差放大器，其中省略了基准电压、电流或电压采样部分，电流或电压采样可采用电阻采样、变压器反馈采样或电感抽头等方式采样，具体随驱动器的拓补结构和电压变换器类型而定，一般置于31、32、33、34中；该误差放大信号提供给控制器21作为对各相驱动器进行PWM脉宽控制的信息。以上所述电源方案采用模拟电路可以实现，当采用数字电源控制方式，可如图2 增加MCU或DSP数字组件与模拟驱动组件接合，此时电流或电压采样所得模拟信号可利用 AD变换器进行模数转换，MCU通过PMBUS (电源管理总线)实现数字电源管理。以上所述仅为使本发明领域的技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围；在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化，例如增加减少相位路数，在轻负载及LED调光应用时关闭部分相位输出甚至仅保留一相一路工作；又如直流供电应用时；以及全数字采样控制应用时；多串LED通过开关切换进行串联、 并联、串并混联等方式进行多相驱动或增减相控制；凡此种种，均应包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种多通道多相驱动的LED电源，其特征在于所述LED电源由交流整流滤波单元、 多相PWM/PM控制器单元、输出滤波器单元、电流/电压采样及比较放大单元、多个开关恒流或恒压驱动单元及LED灯串等组成。
2.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其特征在于交流供电可以是二相交流供电或三相交流供电，三相交流供电的整流部分采用三相全波整流或六相全波整流电路。
3.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其特征在于一定包含两个以上不同工作相位的LED开关恒流或恒压驱动通道或电路，该电源的多个开关恒流或恒压驱动电路可以采用隔离或非隔离、升压或降压、正激或反激等各型变换电路。
4.如权利要求3所述，其中还包含多个开关恒流或恒压驱动电路可以应用于直流供电环境。
5.如权利要求1所述的一种多通道多相驱动的LED电源，其特征在于，LED负载可以是与通道数相等的多串LED，也可以是多个通道共同驱动的单串LED。
6.一种多通道多相驱动的LED电源的相位控制方法，其特征在于多相PWM/PM控制器单元有与通道一致的驱动输出端，其多相输出的最小相位间隔取值为3607N，其中N为通道数目，采用PWM调制实现恒流或恒压输出。
7.如权利要求6所述一种多通道多相驱动的LED电源的相位控制方法，其中还包含 各通道具有不同的驱动相位，但驱动信号的开关频率完全相同。
8.如权利要求1、权利要求6所述的一种多通道多相驱动的LED电源及其相位控制方法，其中还包含多相PWM/PM控制器单元接收电流或电压采样的误差放大信号控制，并根据该信号大小而决定开关占空比。
9.如权利要求1和权利要求8所述的一种多通道多相驱动的LED电源及其相位控制方法，其特征还在于信号采样、相位控制可以为模拟信号，当采用数字控制方式，或数模结合方式，电路至少还应包含MCU或DSP之一，并含AD、DA变换器。
10.如权利要求5和权利要求6所述的一种多通道多相驱动的LED电源及其相位控制方法，其中还包含可以在轻负载、电路保护及LED调光应用等进行增减相控制、关闭部分 LED相位通道甚至仅保留一相一路工作。
全文摘要
本发明涉及一种多通道多相驱动的LED电源及相位控制方法，特别是采用单串或多串LED照明的多相恒流或恒压多相供电方法。本发明克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多通道多相驱动的LED电源，将总输出电流分配到每一通道，各通道开关频率相同，相位不同，且相对独立恒流或恒压控制，消除了多串LED直接并联时，各串LED参数不完全一致而导致各LED串联支路的电流差异。本发明也提供了一种多通道多相驱动单串LED驱动方案。
文档编号H05B37/02GK102176806SQ201110062099
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者谢俊国 申请人:广东轻工职业技术学院, 谢俊国