N)可知，峰值电流大的支路将被环路调节到比较小的占空比。由以上分析可知母线 LED峰值电流最低支路的占空比为1，其峰值电流等于平均电流，LED的利用率达到最高，在 各支路LED差异不大的情况下，其他高峰值LED支路的占空比接近于1，LED的利用率同样较 尚。
[0033] 图4给出了基于母线电流同步式分时复用控制技术的控制环路及其各支路开关管 的控制逻辑。为了简化分析，假设IP1〈I P2〈…<IPN。由图4(a)可知，基于母线电流同步式分时 复用控制技术的控制环路由N个ΠΜ模块组成，每个ΠΜ模块对连接在相应支路的电流进行 采样并进行PWM调节，其中每个PWM模块中的v sajPCLK为同一信号以确保每个分时复用控制 开关管同步分时复用控制母线电流，每个环路的输出νΡΠ?]α = 1，2，···，Ν)进行逻辑运算后 产生各支路分时复用控制开关管的控制信号。控制环路中的逻辑运算部分可由下式表达
k=l，2, · · ·，N, j = l，2,…，N, j关k。由表达式可知，当Vpk为1时，无论Vpj 为何值，vck等于1;当VPk为0时，只要VPj中有一个值为1，则v ck等于Ο;当VPk为0时，而VPj全为ο， 则vck等于1。每个支路分时复用控制开关管的控制信号为该支路PWM输出信号与其它支路 PWM输出信号的"或非"再"或"的逻辑具有如下特性：
[0034] (1)若某一支路PWM输出的占空比最大，即该支路LED峰值电流最低，那么该控制逻 辑自动地将该支路开关管的控制信号置高电平，即该支路分时复用控制开关管的控制占空 比为1，如图4(b)所示。一旦该支路分时复用控制开关管的控制占空比被调节成1，就意味着 该支路为LED峰值电流最低的支路，因而该支路分时复用控制开关管得到了"长通"。
[0035] (2)假设各支路LED特性相同，由控制逻辑可知，各支路分时复用控制开关管的控 制信号均实现了"长通"，各支路LED实现了并联。
[0036]由以上分析可知，当各支路LED差异不大时，PWM环路的占空比接近1;当各支路LED 压降不同时，控制环路会自动选择峰值电流最低LED支路的分时复用控制开关管"长通"，其 它支路进行PWM调节。两种情况下的各支路LED利用率均较高。
[0037]仿真结果分析：
[0038]图6为图5实施例在三条LED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 = 10yF，分时复用控制开关周期Ts = 20 ys，LEDsl、LEDs2与LEDs3的动态等效电阻Rei = Re2 = Re3 = 84Q，LEDsl、LEDs2与LEDs3的等效 正向电压源％1 = '\^'2 = '\^3 = 35￥。由图6可知，当三个1^0支路等效正向压降及等效动态电阻 相同时，三个LED支路的峰值电流相同，均为50mA，且三个支路PWM的占空比均为1，三个分时 复用控制开关管均实现了"长通"，其母线电压被自动调节到39.2V。在实际的一批LED产品 中，不同LED个体的等效动态电阻参数的变化量很小，可以近似为一个常数，因此，不同LED 个体的差异主要由正向压降VF决定。图7为图5实施例在三条LED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，其中，V F1 = 35V，VF2 = 34V，VF3 = 33V，其他仿真参数与图6 基本一致。由图7可知，当三个LED支路等效正向压降不同时，三个LED支路的峰值电流不再 相同，其中Ipi = 50mA，Ip2 = 62mA，Ip3 = 75mA。验证了此种控制方式LED峰值电流低的特性，即 支路1分时复用控制开关管实现了"长通"，LED利用率达到了最高。通过调节各支路的占空 比，三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39.2V。
[0039]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在三条LED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，其电路具体参数为：输入电压￥^=110￥ &(3、220￥&(3，恒流母线电流^1^ = 150滅31^1^??(：功率电感感量1^=1.1111!1，81^1^??(：输出滤波电容(：-=22(^?，分时复用控 制开关周期!^ = 2(^8，1^〇81、1^〇82、1^〇83的等效动态电阻为1^1 = 1^2 = 1^3 = 84〇，1^〇81、 LEDs2、LEDs3的等效正向电压源￥「1 = 35￥、￥「2 = 34￥、￥「3 = 33￥。当恒流母线由单级0?181^1^ PFC提供且稳态时，输出电流包络含有2倍工频分量，但是各支路平均电流在llOVac及 220Vac输入时均实现了较好的均流特性，且该变换器的输入电流跟随输入电压，实现了功 率因数校正功能。
[0040]综上，本发明所提出的母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑及 其控制方法，通过同步调节各路PWM的占空比来调节流过各支路LED的平均电流相等。在各 支路均流情况下，峰值电流最低LED支路的电流为直流量，通过降低高峰值电流LED支路的 分时复用开关管的占空比，仍可使该支路的平均电流与峰值电流最低LED支路的平均电流 相同。理论上，在各支路LED差异不大的情况下，该控制方法中的各支路LED利用率均较高。 该发明提供的控制方法只采用了一个大的滤波电容，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，为需要多路均流的应用提供了一种高性能、低成 本的解决方案。
【主权项】
1. 一种母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑，其特征在于，前级开关 变换器的输出端并联N个LED负载支路，各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;母线电流控制器控制前级开关变换器输出恒流为各LED负载 支路提供总的电流，各LED负载支路分时复用控制开关管控制流过各支路的平均电流;母线 电流同步式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，所构成的N个控制环路控制各输出支路的平均电流均流;母线 电流同步式分时复用控制器中的每一个控制环路包含一个PWM模块以及一个"或非"门和一 个"或，，门。2. 如权利要求1所述的母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑，其特征 在于，驱动器拓扑分为两部分，一部分为母线电流恒流控制部分，另一部分为母线电流同步 式分时复用控制部分，两部分为独立的控制环路，以便于电路的模块化。3. 如权利要求1所述的母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑，其特征 在于，所述前级变换器可以为任意拓扑的单级结构恒流输出开关变换器，如图1所示，也可 以是任意拓扑的DC-DC变换器。4. 采样权利要求1或2或3所述LED驱动器拓扑的母线电流同式步分时复用多路恒流输 出LED驱动器的控制方法，其特征在于，控制器自动寻找峰值电流最低的LED支路且将其流 过的电流控制为直流量，其它高峰值电流LED支路通过调节该支路分时复用控制开关管的 占空比来控制其输出平均电流;在各支路LED差异不大的情况下，各支路分时复用控制开关 管的占空比均接近或等于1，从而提高了各支路LED的利用率。
【专利摘要】本发明公开了一种母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑及其控制方法。恒流母线为各支路LED提供总电流，通过同步调节各支路分时复用开关管的占空比来调节流过各支路LED的平均电流，从而实现各支路LED的平均电流均流。在各支路平均电流均流的情况下，峰值电流最低的LED支路的分时复用控制开关管的占空比将被自动调节成1，因此，流过该支路的电流为直流。其它高峰值电流LED支路通过降低该支路分时复用控制开关管的占空比，仍可使该支路的平均电流与峰值电流最低的LED支路的平均电流相等。本发明具有电路控制简单，体积小，效率高，成本低以及母线电压自适应调节的特点，为需要多路均流的LED驱动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】CN105530728
【申请号】CN201610099085
【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4月27日
【申请日】2016年2月24日