无数级电流输出的LED照明驱动电路的制作方法

本发明涉及led驱动领域，特别涉及一种无数级电流输出的led照明驱动电路。

背景技术：

很多电能转换的应用场合需要变流器能够实现直流恒流输出，如电池充电器、led驱动电源等。除了需要无数级输出外，还需要实现高压隔离，以满足安规的要求和高强度电气绝缘的要求。为了获得实现隔离的无数级输出直流电流源，一般都采用两级dc-dc的方案，前级采用隔离的dc-dc获得恒定的电压源，然后跟随多个不隔离的dc-dc实现无数级独立的恒流输出。该方案灵活多变，可靠性较高。但是由于需要多个独立的后级dc-dc，因此需要独立的控制芯片和开关器件，大大增加了成本。

为了降低成本，有很多采用无源方式进行无数级恒流，并且可以实现无数级电流之间比较准确的均流。图1中利用隔离的高频交流源的整流二极管中串联耦合电感的方式，实现两路直流输出的电流的均流。并且，利用多个耦合电感的互相耦合，可以扩展到多路恒定的直流输出。但是由于二极管串联了耦合电感，而且多路的耦合电感绕组很多，这些绕组的接口都必须串联在副边整流二极管中，导致副边的pcb布线很复杂，增加了很多pcb的高频交流损耗。

图2中利用电容的电荷平衡原理，在交流电源与整流电路之间串入隔直电容cb，实现正、负两个极性的电荷的平衡，从而获得直流侧电流的相等。虽然电容成本低、实现简单，但是，该方法用于更多路输出时需要配合辅助耦合电感的技术实现，如图3。

另外还有一种技术如图4所示，图4是将多个高频变压器的原边绕组串联，副边利用电容整流获得直流，并实现多路负载电流相同。该技术利用理想变压器的原副边电流取决于匝比的原理，在保证多个变压器匝比相同的条件下，实现副边的平均电流相等。该技术虽然简单，但是存在一些严重影响其应用范围的缺点。主要包括：1)由于每个变压器都承担了高绝缘的要求，因此每个变压器都必须要符合安规要求，成本大大增加，也降低了窗口利用率，影响变流器的效率。2)由于串联原边励磁电流不反映到副边回路，因此，励磁电流比较大的拓扑结构，如串、并联谐振变流器等，其变压器的励磁电流与负载电流的比例比较接近，考虑到励磁电感的离散性较大，因此无数级输出电流的均流度受到影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能实现无数级输出之间的精确恒流、电路简单、容易扩展、成本较低、能减小体积的无数级电流输出的led照明驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无数级电流输出的led照明驱动电路，包括一个高频交流源ac和一个变压器t1，所述高频交流源ac并联在所述变压器t1的原边绕组np的两端；所述变压器t1包括若干个副边绕组，各相邻副边绕组的一端分别与各自隔直电容cbn的一端连接，且相邻副边绕组的一端以同名端与非同名端交替出现；各隔直电容cbn的另一端通过二极管d(n+1)1与下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接，所述n为大于0的整数；

设置于所述变压器t1的副边绕组ns1侧的隔直电容cb1的另一端还连接二极管d11的阳极，所述二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，所述输出滤波电容co11的负极接输出地，所述输出滤波电容co11的两端并联有负载led1；设置于所述变压器t1的副边绕组nsn侧的隔直电容cbn的另一端连接二极管dn4的阴极，所述二极管dn4的阳极接输出地；

各副边绕组的另一端分别连接一个输出整流电路，每个所述输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，所述变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与所述二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，所述二极管dn2的阴极与所述输出滤波电容con2的正极连接，所述二极管dn3的阳极与所述输出滤波电容con2的负极连接，所述输出滤波电容con2的负极接输出地，所述负载led(n+1)与所述输出滤波电容con2并联。

在本发明所述的无数级电流输出的led照明驱动电路中，各隔直电容cbn的另一端与所述二极管d(n+1)1的阴极连接，所述二极管d(n+1)1的阳极连接所述下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接。

本发明还涉及一种无数级电流输出的led照明驱动电路，包括一个高频交流源ac和若干个变压器，所述高频交流源ac并联在各变压器的原边绕组的两端；各相邻副边绕组的一端分别接各自隔直电容cbn的一端，且相邻副边绕组的一端以同名端与非同名端交替出现；各隔直电容cbn的另一端通过二极管d(n+1)1与下一级副边绕组的隔直电容cb(n+1)的另一端连接，所述n为大于0的整数；

设置于副边绕组ns1侧的隔直电容cb1的另一端还连接二极管d11的阳极，所述二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，所述输出滤波电容co11的负极接输出地，所述输出滤波电容co11的两端并联有负载led1，设置于副边绕组nsn侧的隔直电容cbn的另一端连接二极管dn4的阴极，所述二极管dn4的阳极接输出地；

各副边绕组的另一端分别连接一个输出整流电路，每个所述输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，所述变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与所述二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，所述二极管dn2的阴极与所述输出滤波电容con2的正极连接，所述二极管dn3的阳极与所述输出滤波电容con2的负极连接，所述输出滤波电容con2的负极接输出地，所述负载led(n+1)与所述输出滤波电容con2并联。

在本发明所述的无数级电流输出的led照明驱动电路中，各隔直电容cbn的另一端与所述二极管d(n+1)1的阴极连接，所述二极管d(n+1)1的阳极连接所述下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接。

本发明还涉及一种无数级电流输出的led照明驱动电路，包括一个高频交流源ac和一个变压器t1，所述高频交流源ac并联在所述变压器t1的原边绕组np的两端；所述变压器t1包括若干个副边绕组，各相邻副边绕组的一端为分别连接一个第一输出整流电路；所述第一输出整流电路均包括隔直电容cbn、二极管dn1、输出滤波电容con1和负载led(2n-1)，所述n为大于0的整数，所述隔直电容cbn的一端连接所述变压器t1的副边绕组nsn的一端，所述隔直电容cbn的另一端与所述二极管dn1的阳极连接，所述二极管dn1的阴极与所述输出滤波电容con1的正极连接，所述输出滤波电容con1的负极接到上一级的第一输出整流电路中二极管d(n-1)1的阳极，所述负载led(2n-1)并联在所述输出滤波电容con1的两端；

第一级的第一输出整流电路中的输出滤波电容co11的负极接输出地，最后一级的第一输出整流电路中的二极管dn1的阳极还连接二极管dn4的阴极，所述二极管dn4的阳极接输出地；

各副边绕组的另一端分别接一个第二输出整流电路，所述第二输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，所述变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与所述二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，所述二极管dn2的阴极与所述输出滤波电容con2的正极连接，所述二极管dn3的阳极与所述输出滤波电容con2的负极连接，所述输出滤波电容con2的负极接输出地，所述负载led(n+1)与所述输出滤波电容con2并联。

在本发明所述的无数级电流输出的led照明驱动电路中，所述高频交流源ac是任意双端励磁的开关逆变拓扑。

实施本发明的无数级电流输出的led照明驱动电路，具有以下有益效果：由于通过多个电容之间的电荷互换和各电容的安秒平衡的原理，实现无数级输出之间的精确恒流，只需在主变压器的输出侧增加多个绕组，加上少量整流元件，就可以实现无数级输出，电路简单，容易扩展，成本低，与传统实现副边均流的方案相比，本发明无需额外的用于均流的磁元件，只需电容，变压器可以扩展到无数级，并实现无数级均流，因此能实现无数级输出之间的精确恒流、电路简单、容易扩展、成本较低、能减小体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统技术中二极管串联耦合电感的均流电路的电路结构示意图；

图2为传统技术中副边串联隔直电容的两路均流电路的电路结构示意图；

图3为传统技术中采用辅助耦合电感的四路均流输出整流电路的电路结构示意图；

图4为传统技术中变压器原边串联的实现副边均流电路的电路结构示意图；

图5为本发明无数级电流输出的led照明驱动电路第一实施例中三路恒流输出的整流电路的电路结构示意图；

图6为第二实施例中改进型三路恒流输出的整流电路的电路结构示意图；

图7为第三实施例中四路恒流输出的整流电路的电路结构示意图；

图8为第四实施例中改进型n+1路恒流输出的整流电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图5为本发明无数级电流输出的led照明驱动电路第一实施例中三路恒流输出的整流电路的电路结构示意图。第一实施例中，该无数级电流输出的led照明驱动电路包括一个高频交流源ac和一个变压器t1，高频交流源ac并联在变压器t1的原边绕组np的两端；变压器t1包括若干个副边绕组ns1、ns2、…、nsn，各相邻副边绕组的一端(接电容端)分别与各自隔直电容cbn的一端连接，且相邻副边绕组的一端以同名端与非同名端交替出现；各隔直电容cbn的另一端通过二极管d(n+1)1与下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接，n为大于0的整数；具体的，各隔直电容cbn的另一端与所述二极管d(n+1)1的阴极连接，二极管d(n+1)1的阳极连接下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接。

设置于变压器t1的第一级副边绕组ns1侧的隔直电容cb1的另一端还连接二极管d11的阳极，二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接输出地，输出滤波电容co11的两端并联有负载led1；设置于变压器t1的副边绕组nsn侧的隔直电容cbn的另一端连接二极管dn4的阴极，二极管dn4的阳极接输出地；

各副边绕组的另一端分别连接一个输出整流电路，每个输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与所述二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，二极管dn2的阴极与输出滤波电容con2的正极连接，二极管dn3的阳极与输出滤波电容con2的负极连接，输出滤波电容con2的负极接输出地，负载led(n+1)与输出滤波电容con2并联。

图5中是上述技术方案中当有三路负载输出时的电路图，即图5中的电路能实现负载led1、负载led2和负载led3)的均流输出。图5中的三路恒流输出的整流电路包括一个高频交流源ac、变压器t1、原边绕组np和两个副边绕组ns1、ns2，高频交流源ac并联在原边绕组np的两端，第一级副边绕组ns1的同名端接隔直电容cb1的一端，第一级副边绕组ns1的另一端接二极管d12的阳极和d13的阴极，二极管d12的阴极连接输出滤波电容co12的正极，二极管d13的阳极连接输出滤波电容co12的负极。负载led2并联在输出滤波电容co12的两端，输出滤波电容co12的负极作为输出地。隔直电容cb1的另一端连接二极管d11的阳极，同时连接二极管d21的阴极；二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接输出地。负载led1并联在输出滤波电容co11的两端。

第二级副边绕组ns2的一端连接隔直电容cb2的一端，第二级副边绕组ns2的同名端分别连接二极管d22的阳极和二极管d23的阴极，二极管d22的阴极连接输出滤波电容co22的正极，输出滤波电容co22的负极接输出地，负载led3并联在输出滤波电容co22的两端。隔直电容cb2的另一端分别连接d21的阳极和二极管d24的阴极，二极管d24的阳极接输出地。二极管d21的阴极接二极管d11的阳极。

值得一提的是，高频交流源ac是任意双端励磁的开关逆变拓扑，这样会使电路构建变得较为简单。本第一实施例中，隔直电容cbn和与之串联的变压器的副边绕组可以互换位置，其不影响电路的性能，从而无需改变电路中其它元件的连接方式。

本发明与传统实现副边均流的方案相比，其无需额外的用于均流的磁元件，只需电容，成本较低，效率较高。采用电容能减小体积，密度高。变压器可以扩展到无数级，并实现无数级均流。也可以采用模块化设计的变压器，实现无数级输出的模块化。

图6为第二实施例中改进型三路恒流输出的整流电路的电路结构示意图，第二实施例中，该无数级电流输出的led照明驱动电路包括一个高频交流源ac和若干个变压器，高频交流源ac并联在各变压器的原边绕组的两端；各相邻副边绕组的一端(接电容端)分别接各自隔直电容cbn的一端，且相邻副边绕组的一端以同名端与非同名端交替出现；各隔直电容cbn的另一端通过二极管d(n+1)1与下一级副边绕组的隔直电容cb(n+1)的另一端连接，n为大于0的整数，具体的，各隔直电容cbn的另一端与所述二极管d(n+1)1的阴极连接，二极管d(n+1)1的阳极连接下一级副边绕组ns(n+1)侧的隔直电容cb(n+1)的另一端连接。

设置于第一级副边绕组ns1侧的隔直电容cb1的另一端还连接二极管d11的阳极，二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接输出地，输出滤波电容co11的两端并联有负载led1，设置于副边绕组nsn侧的隔直电容cbn的另一端连接二极管dn4的阴极，二极管dn4的阳极接输出地。

各副边绕组的另一端分别连接一个输出整流电路，每个输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，二极管dn2的阴极与输出滤波电容con2的正极连接，二极管dn3的阳极与输出滤波电容con2的负极连接，输出滤波电容con2的负极接输出地，负载led(n+1)与输出滤波电容con2并联。

图6中的技术方案是为图5的一种改进，图6中，两个独立的变压器t1和t2的原边绕组np1和np2各自并联在高频交流源ac的两端，便于变压器的模块化和标准化设计，通过并联变压器的数量和相应辅助元件的增减来灵活满足输出路数的改变，无需修改主变压器的参数。

图6中的改进型三路恒流输出的整流电路包括一个高频交流源ac、变压器t1和变压器t2，变压器t1的原边绕组np1，变压器t2的原边绕组np2，变压器t1的副边绕组为ns1和变压器t2的副边绕组ns2，高频交流源ac并联在变压器t1的原边绕组np1和变压器t2的原边绕组np2的两端，变压器t1的副边绕组为ns1的同名端连接隔直电容cb1的一端，另一端接连接二极管d12的阳极和二极管d12的阴极，二极管d12的阴极连接输出滤波电容co12的正极，二极管d13的阳极连接输出滤波电容co12的负极。负载led2并联在输出滤波电容co12的两端，输出滤波电容co12的负极作为输出地。隔直电容cb1的另一端连接二极管d11的阳极，同时连接二极管d21的阴极；二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接到输出地，负载led1并联在输出滤波电容co11的两端。

变压器t2的副边绕组ns2的一端连接隔直电容cb2的一端，变压器t2的副边绕组ns2的同名端连接二极管d22的阳极和二极管d23的阴极，二极管d22的阴极连接输出滤波电容co22的正极，输出滤波电容co22的负极接输出地，负载led3并联在输出滤波电容co22的两端。隔直电容cb2的另一端连接二极管d21的阳极和二极管d24的阴极，二极管d24的阳极接输出地，二极管d21的阴极连接二极管d11的阳极。

图7为第三实施例中四路恒流输出的整流电路的电路结构示意图，第三实施例中，该无数级电流输出的led照明驱动电路包括一个高频交流源ac和一个变压器t1，高频交流源ac并联在变压器t1的原边绕组np的两端；变压器t1包括若干个副边绕组ns1、ns2、…、nsn，各相邻副边绕组的一端为分别连接一个第一输出整流电路；第一输出整流电路均包括隔直电容cbn、二极管dn1、输出滤波电容con1和负载led(2n-1)，n为大于0的整数，隔直电容cbn的一端连接变压器t1的副边绕组nsn的一端，隔直电容cbn的另一端与二极管dn1的阳极连接，二极管dn1的阴极与输出滤波电容con1的正极连接，输出滤波电容con1的负极接到上一级的第一输出整流电路中二极管d(n-1)1的阳极，负载led(2n-1)并联在输出滤波电容con1的两端。

第一级的第一输出整流电路中的输出滤波电容co11的负极接输出地，最后一级的第一输出整流电路中的二极管dn1的阳极还连接二极管dn4的阴极，二极管dn4的阳极接输出地。

各副边绕组的另一端分别接一个第二输出整流电路，第二输出整流电路均包括二极管dn2、二极管dn3、输出滤波电容con2和负载led(n+1)，变压器t1的副边绕组nsn的另一端分别与二极管dn2的阳极和二极管dn3的阴极连接，二极管dn2的阴极与输出滤波电容con2的正极连接，二极管dn3的阳极与输出滤波电容con2的负极连接，输出滤波电容con2的负极接输出地，负载led(n+1)与输出滤波电容con2并联。

图7中的技术方案作为图5的另一种改进，解决四路负载的均流问题，即解决负载led1、负载led2、负载led3和负载led4的均流问题。图7的中四路恒流输出的整流电路包括一个高频交流源ac、变压器t1、原边绕组np和两个副边绕组ns1、ns2，高频交流源ac并联在变压器t1的原边绕组np的两端，变压器t1的副边绕组ns1的同名端连接隔直电容cb1的一端，变压器t1的副边绕组ns1的另一端分别连接二极管d12的阳极和二极管d13的阴极，二极管d12的阴极连接输出滤波电容co12的正极，二极管d13的阳极连接输出滤波电容co12的负极。负载led2并联在输出滤波电容co12的两端，输出滤波电容co12的负极作为输出地。隔直电容cb1的另一端连接二极管d11的阳极；二极管d11的阴极接到输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接到出地，负载led1并联在输出滤波电容co11的两端。

变压器t1的副边绕组ns2的一端连接隔直电容cb2的一端，变压器t1的副边绕组ns2的同名端分别连接二极管d22的阳极和二极管d23的阴极，二极管d22的阴极连接输出滤波电容co22的正极，输出滤波电容co22的负极接输出地，负载led3并联在输出滤波电容co22的两端。隔直电容cb2的另一端分别二极管d21的阳极和二极管d24的阴极，二极管d24的阳极接输出地。二极管d21的阴极连接输出滤波电容co21的正极，输出滤波电容co21的负极连接二极管d11的阳极。负载led3并联在输出滤波电容co21的两端。

图8为第四实施例中改进型n+1路恒流输出的整流电路的电路结构示意图，图8中的技术方案作为图6的一种改进，解决n+1路负载led输出的均流问题。图8中的改进型n+1路恒流输出的整流电路包括一个高频交流源ac、n个变压器t1、t2、…、tn，变压器t1的原边绕组np1，变压器t2的原边绕组np2，变压器tn的原边绕组npn，变压器t1的副边绕组ns1，变压器t2的副边绕组ns2，以及变压器tn的副边绕组nsn。高频交流源ac并联在所有变压器的原边绕组np1、np2、…、npn的两端。

变压器t1的副边绕组ns1的同名端连接隔直电容cb1的一端，变压器t1的副边绕组ns1的另一端分别连接二极管d12的阳极和二极管d13的阴极，二极管d12的阴极连接输出滤波电容co12的正极，二极管d13的阳极连接co12的负极。负载led2并联在输出滤波电容co12的两端，输出滤波电容co12的负极作为输出地。隔直电容cb1的另一端连接二极管d11的阳极，同时连接二极管d21的阴极；二极管d11的阴极连接输出滤波电容co11的正极，输出滤波电容co11的负极接输出地。负载led1并联在输出滤波电容co11的两端。变压器t2的副边绕组ns2的非同名端连接隔直电容cb2的一端，变压器t2的副边绕组ns2的同名端分别连接二极管d22的阳极和二极管d23的阴极，二极管d22的阴极连接输出滤波电容co22的正极，输出滤波电容co22的负极接输出地，负载led3并联在输出滤波电容co22的两端。隔直电容cb2的另一端连接二极管d21的阳极和下一级电路中二极管dn1的阴极。

以此连接方式类推第n个绕组对应的第n+1路输出的连接，同时变压器tn的副边绕组nsn与变压器tn-1的副边绕组ns(n-1)的连接隔直电容cbn与隔直电容cb(n-1)的一端是同名端与非同名端交替出现；最后一级电路中的二极管dn1的阳极连接最后一级电路中二极管dn4的阴极，二极管dn4的阳极接输出地。

第一输出整流电路中的负载为led(2n-1)；作为一种对此前所述的方案的变形，可以将该负载led(2n-1)与二极管dn1互换位置。

总之，本发明通过多个电容之间的电荷互换和各电容的安秒平衡的原理，实现无数级输出之间的精确恒流。只需在主变压器的输出侧增加多个绕组，加上少量整流元件，就可以实现无数级输出，电路较为简单，容易扩展，成本较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。