专利名称：一种led串均流电路及控制方法
技术领域：
发明涉及一种发光二极管串驱动器及其串电流控制方法，属电力电子变换器领 域。
背景技术：
高亮度发光二极管(Light Emitting Diode, LED)是新一代照明光源，具有长寿 命、高效率、无污染等优点。LED驱动器是指为其提供供电电压或电流的功率变换装置，多为 电力电子变换装置，是LED照明光源的核心部件之一。为降低对电网的谐波污染，以交流电供电的LED驱动器多要求其具有功率因数校 正功能。目前主要有技术为(1)功率因数校正器(Power Factor Correction Converter, 下称PFCC)+DC-DC变换器+恒流驱动控制器的三级结构；(2)单级功率因数校正器(完成功 率因数校正与DC电压调节两个功能)+恒流驱动控制器的两级结构。当交流输入电流、电 压同相位且畸变较小时，输入功率含有较大成分的交流脉动。LED驱动器的输出端为为恒定 功率。因此，需要较大容量的电容(多采用电解电容)来处理输入功率与输出功率的差值。 通常，电解电容寿命较短，是LED驱动器及照明光源的寿命瓶颈。因此，无电解电容的方案 对提高寿命具有重要价值。目前主要有三种减小电解电容的方案。(1)直接减小PFCC的输 出电容，允许由其产生较大的脉动，此种做法较大幅度地减小了输出电容，对50或60Hz的 交流输入电源来说，通常可以选择0.1 μ F/W的电容；但此电容值仍然偏大。( 在输入电 流中注入3次或(3次和5次)谐波，减小输入功率的脉动，因此输出电容上的脉动功率减 小，从而在允许同样脉动电压的情况下，减小了 PFCC输出电容值。输入电流中注入故意注 入了 3次谐波，人为带来了电网污染。(3)输出电流基准正比于输入功率，从而在输出电压 接近为恒定直流的情况下，维持了输出功率与输入功率瞬时值相等，减小了 PFCC输出电容 (储能电容)。采用此种方案的输出电流峰值与平均值的比例(下文称为峰均比)为2，作 为负载的元器件必须降额使用。LED为半导体器件，其伏安特性与普通的稳压二极管类似。由于生产工艺等原因， 在特定电流工作点上，即使同一批次的LED产品其两端电压降落亦有较大的离散性，并且 它们的电压降的温度系数也不同。因此，多个LED并联，或者多个LED串联后再并联时，由于 端电压的不一致，容易引起某个LED或某串LED中流过的电流过大而烧毁的问题。但单个 LED为小功率、低光通量输出的元件，在要求大的光通量输出的场合，多个或多串并联LED 并联的应用是无法避免的。目前主要的解决方案有(1)每串LED单独采用一个DC-DC变换 器，调节其端电压或输出电流；但在需要3串以上的结构并联时，需要3台以上的较大功率 的DC-DC变换器，成本较高。(2)每串串联一个三极管或MOSFET等，该三极管或MOSFET承 担LED供电源与LED串之间的电压差值，完成LED串的电流调节；但由于三极管或MOSFET 上承担了较大的线性压降，因此损耗较大。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种能量回馈式发光二极管串驱动 器及其串电流控制方法，避免现有方案成本高或损耗大的缺陷。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案本发明发光二极管串驱动器，包括功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输 出电容、主电路DC-DC变换器和电流控制器，功率因数校正器的正输出端分别接输出母线 电容和主电路DC-DC变换器的正输入端，功率因数校正器的负输出端分别接输出母线电容 和主电路DC-DC变换器的负输入端，主电路DC-DC变换器的正输出端接变换器输出电容的 正输入端，主电路DC-DC变换器的负输出端与变换器输出电容的负输入端连接接地，其特 征在于所述电流控制器包括η条结构相同的控制支路、一个双向DC-DC变换器，每条控制 支路都由一个支路DC-DC变换器构成，每个支路DC-DC变换器的输入端串接发光二极管串 后分别接主电路DC-DC变换器的输出端和双向DC-DC变换器的一端，每个支路DC-DC变换 器的输出端接双向DC-DC变换器的另一端，其中所述发光二极管串由m个发光二极管依次 串接构成，η和m都为大于零的自然数。发光二极管串驱动器，包括功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输出电容、 主电路DC-DC变换器和电流控制变换器，功率因数校正器的正输出端分别接输出母线电容和 主电路DC-DC变换器的正输入端，功率因数校正器的负输出端分别接输出母线电容和主电路 DC-DC变换器的负输入端，主电路DC-DC变换器的正输出端接变换器输出电容的正输入端，主 电路DC-DC变换器的负输出端与变换器输出电容的负输入端连接接地，其特征在于所述电流控制器包括η条结构相同的控制支路、第η+1发光二极管串、一个双向 DC-DC变换器，每条控制支路都由一个支路DC-DC变换器构成，每个支路DC-DC变换器的输 入端串接发光二极管串后分别接主电路DC-DC变换器的输出端和双向DC-DC变换器的一 端，每个支路DC-DC变换器的输出端接双向DC-DC变换器的另一端，双向DC-DC变换器的另 一端串接第η+1发光二极管串后接地，其中所述发光二极管串由m个发光二极管依次串接 构成，η和m都为大于零的自然数。所述的发光二极管串驱动器，其特征在于所述支路DC-DC变换器为非隔离式或隔 离式的升压型Boost、降压型Buck、升降压型Buck-Boost变换器。所述的发光二极管串驱动器，其特征在于所述主电路DC-DC变换器为非隔离式或 隔离式的升压型Boost、降压型Buck、升降压型Buck-Boost型双向变换器。所述的发光二极管串驱动器的串电流控制方法，其特征在于(1)双向DC-DC变换器将能量全部回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端，双向 DC-DC变换器单向工作，通过双向DC-DC变换器的反馈控制实现支路DC-DC变换器输出端电 压的稳定；(2)双向DC-DC变换器将能量回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端，通过双向
30DC-DC变换器的反馈控制实现支路DC-DC变换器输出端电压正比于l + ∑ kicos(iwt+ai) ，减小
i=2
功率因数校正器PFCC输出端的电容，其中Iii为绝对值小于1的常数，α i为电角度，i为介于2与30的正整数，其中Ici满足
权利要求
1.一种发光二极管串驱动器，包括功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输出 电容、主电路DC-DC变换器和电流控制器，功率因数校正器的正输出端分别接输出母线电 容和主电路DC-DC变换器的正输入端，功率因数校正器的负输出端分别接输出母线电容和 主电路DC-DC变换器的负输入端，主电路DC-DC变换器的正输出端接变换器输出电容的正 输入端，主电路DC-DC变换器的负输出端与变换器输出电容的负输入端连接接地，其特征 在于所述电流控制器包括η条结构相同的控制支路、一个双向DC-DC变换器，每条控制支路 都由一个支路DC-DC变换器构成，每个支路DC-DC变换器的输入端串接发光二极管串后分 别接主电路DC-DC变换器的输出端和双向DC-DC变换器的一端，每个支路DC-DC变换器的 输出端接双向DC-DC变换器的另一端，其中所述发光二极管串由m个发光二极管依次串接 构成，η和m都为大于零的自然数。
2.一种发光二极管串驱动器，包括功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输出 电容、主电路DC-DC变换器和电流控制变换器，功率因数校正器的正输出端分别接输出母 线电容和主电路DC-DC变换器的正输入端，功率因数校正器的负输出端分别接输出母线电 容和主电路DC-DC变换器的负输入端，主电路DC-DC变换器的正输出端接变换器输出电容 的正输入端，主电路DC-DC变换器的负输出端与变换器输出电容的负输入端连接接地，其 特征在于所述电流控制器包括η条结构相同的控制支路、第n+1发光二极管串、一个双向DC-DC 变换器，每条控制支路都由一个支路DC-DC变换器构成，每个支路DC-DC变换器的输入端串 接发光二极管串后分别接主电路DC-DC变换器的输出端和双向DC-DC变换器的一端，每个 支路DC-DC变换器的输出端接双向DC-DC变换器的另一端，双向DC-DC变换器的另一端串 接第n+1发光二极管串后接地，其中所述发光二极管串由m个发光二极管依次串接构成，η 和m都为大于零的自然数。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管串驱动器，其特征在于所述支路DC-DC变换 器为非隔离式或隔离式的升压型Boost、降压型Buck、升降压型Buck-Boost变换器。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管串驱动器，其特征在于所述主电路DC-DC变 换器为非隔离式或隔离式的升压型Boost、降压型Buck、升降压型Buck-Boost型双向变换器。
5.一种基于权利要求1所述的发光二极管串驱动器的串电流控制方法，其特征在于(1)双向DC-DC变换器将能量全部回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端，双向DC-DC 变换器单向工作，通过双向DC-DC变换器的反馈控制实现支路DC-DC变换器输出端电压的稳定；(2)双向DC-DC变换器将能量回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端，通过双向DC-DC 变换器的反馈控制实现支路DC-DC变换器输出端电压正比于
6.一种基于权利要求2所述的发光二极管串驱动器的串电流控制方法，其特征在于通过双向DC-DC变换器将能量全部回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端实现第n+1发光 二极管串电流的稳定，支路DC-DC变换器输出的能量的一部分给LED串215供电，另一部分 通过双向DC-DC变换器回馈到主电路DC-DC变换器的正输出端。
7.一种基于权利要求1或2所述的发光二极管串驱动器的串电流控制方法，其特征在 于直接采用直流电供电，无功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输出电容、主电 路DC-DC变换器，η个发光二极管串的输入端分别接直流电，即主电路DC-DC变换器正输出 端为直流供电源的正极。
8.一种基于权利要求1或2所述的发光二极管串驱动器的串电流控制方法，其特征在 于双向DC-DC变换器的输出端与主电路DC-DC变换器正输出端断开，与功率因数校正器 PFCC的正输出端相连，将能量回馈功率因数校正器PFCC的正输出端。
全文摘要
本发明公布了一种发光二极管串驱动器及其串电流控制方法，属于电力电子变换器。本发明驱动器包括功率因数校正器PFCC、输出母线电容、变换器输出电容、主电路DC-DC变换器和电流控制变换器。本发明方法通过DC-DC变换器的控制完成每串LED的电流调节；将多余的能量回馈到每串LED的输入端。多个并联后的DC-DC变换器输出端可以接负载，当接有负载时，双向DC-DC变换器可给该负载提供能量。由于低压器件便于实现集成，本发明提供了能量回馈式LED串并联方案，避免现有方案成本高或损耗大的缺陷。
文档编号H05B37/02GK102149239SQ201010585389
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者倪建军, 刘硕, 张方华 申请人:南京航空航天大学