专利名称：自动均流非隔离型多路led驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED驱动电路，特别涉及一种自动均流非隔离型多路LED驱动电路。
背景技术：
随着LED (Light-Emitting Diode)的工艺不断改进，LED作为照明光源已经呈现出光效高、寿命长、响应快和环保等特点，已开始在多个照明领域取代传统光源。虽然单颗 LED的功率容量已达10W，但在需要大面积和高照度的照明场合，采用单颗LED的照明方案仍然不能满足要求。为解决这一问题，常将LED采用并联、串联和混联的方式进行连接。考虑到LED的特性参数存在不一致性，如图1所示；LED驱动电压对安规的要求和可靠性的要求，目前工业上功率稍大的应用场合，多使用LED混联，如图2所示。然而，由于每个LED都有不同的特性曲线，即使施加在LED上的电压一致，也会导致各个LED中的电流存在差异。这将使各LED处于不同的工作状况下，轻则降低重载支路的寿命，重则使重载支路损坏。因此必须对各LED采用均流措施，目前主要有以下几种LED 均流措施
(1)选择性能特性比较一致的LED元件并联使用。这种措施能在能在一定程度上减少通过LED的电流的不均衡性，但需要投入大量的人员和设备来对LED进行选择，实际中操作的难度较大。(2)使用成熟IC芯片实现多条独立LED的均流。由这种方式构成的LED驱动电路比较复杂，需要另加光耦和运放，成本也较高。一般只适合1-2条LED的均流控制，难以满足多路LED的均流控制。(3)在每条LED支路中串接电流控制单元。图3给出了这种均流方式的工作原理。这种方式需要在每条支路中串接有源器件(M0S管、三极管等)，且这些有源器件多工作于放大区。采用这种方式构成的多支路LED驱动电路一般存在成本高、损耗大、控制复杂的缺点，现已越来越少采用。(4)在每条LED支路中串接电阻、电感或电容元件进行均流。图4给出了电阻均流方案的示意图，在这种方案中利用串接的电阻的阻值远大于二极管导通阻值来实现均流。 为改善串接电阻方案中存在效率低(电路中绝大多少能量消耗在串接的电阻上)这一问题， 各种采用在支路中串接电容和电感的方案被纷纷提出。由于电容和电感在使用中并不消耗功率，因此被认为是一种理想的均流方案。在采用电感作为均流元件方案中，电感之间需相互耦合，电感的设计和制造相对复杂，因而这种方案难以实用化。目前，为实现电容作为均流元件的方案，往往采用独立的LLC谐振电路作为的前级电路，因而电路拓扑结构比较复杂，并只能解决2N (N=I, 2, 3……)条支路均流的问题。综上所述，现有的多路LED均流方法中，电阻均流方法存在电路损耗大、电容均流方法存在LED单周期工作和电路电流为脉动直流的问题、变压器(电感)均流方法存在电路复杂和难以扩展的缺点、每组LED串联有源器件的线性电流方法则存在电路成本高、控制复杂的缺点，因而这些均流方法均不能很好解决多组LED并联工作的均流问题。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题并针对某些应用场合下LED驱动电路不需要隔离这一特点，提出一种自动均流非隔离型多路LED驱动电路。本发明的驱动电路结构简单， 具有自动均流特性的非隔离效果。该驱动电路将LLC电路中的谐振电容和外接的阻挡电容进行合并，并取消了一般均流电路中的隔离变压器，因而驱动电路具有元件数目少和具有内在的自动均流特性；该驱动电路还能实现任意数目支路并联的问题，具有良好的扩展能力。本发明目的通过以下技术方案予以实现
一种自动均流的非隔离型多路LED驱动电路，包括驱动器电路、LED电路，驱动器电路的输出端与LED电路的输入端连接。所述驱动器电路包括直流电源Vc、控制器、第一功率开关管Q1、第二功率开关管 Q2、谐振电感Lr ；直流电源Vc的正极与第一功率开关管Ql的源极相连，直流电源Vc的负极与第二功率开关管Q2的漏极相连，控制器控制第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2 的开关状态，第一功率开关管Ql的漏极与第二功率开关管Q2的源极相连并与谐振电感Lr 串接。LED电路包括有一路LED支路电路或若干并接的LED支路电路，LED支路电路包括有第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串 LEDl ；第一阻挡电容Cbl与谐振电感Lr连接，第一阻挡电容Cbl分别与第一二极管Dl的正极和第二二极管D2的负极相接，第一二极管Dl的负极与第一储能电容Cl正极和第一发光二极管串LEDl负极相接，第二二极管D2的负极与第一储能电容Cl的负极接地，发光二极管串负极与直流电源Vc的负极之间连接一个电流检测电阻Rm。所述各LED支路电路上的第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串LEDl的各元件参数彼此相同，或各LED支路电路上的第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串LEDl的至少任一元件参数不相同。所述驱动器电路包括直流电源Vc、控制器、第一功率开关管Q1、第二功率开关管 Q2、谐振电感Lr ；直流电源Vc的正极与第一功率开关管Ql的源极相连，直流电源Vc的负极与第二功率开关管Q2的漏极相连，控制器控制第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2 的开关状态，第一功率开关管Ql的漏极与第二功率开关管Q2的源极相连并与谐振电感Lr 串接。LED电路包括有一路LED支路电路或若干并接的LED支路电路，LED支路电路包括有第一阻挡电容Cbl和与之串联的交流等效电阻
2M
；交流等效电阻为= ι RLBD ,其中Μ为LED支路上的LED灯珠数目，
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Rlsd为LED灯珠的等效电阻，第一阻挡电容Cbl的一端与谐振电感Lr连接，第一阻挡电容Cbl的另一端与交流等效电阻连接。
本发明利用谐振电感Lr、第一阻挡电容Cbl、构成谐振回路，谐振回路在谐振点附近工作，流过第一阻挡电容Cbl的电流接近正弦波。本发明通过改变谐振电感Lr、第一阻挡电容Cbl的数值可设定LED的额定工作电流。通过在LED支路中串接电流检测电阻Rm，使电流闭环控制中的电流反馈环节直接来源于直流环节，简单可靠。控制器根据电流检测电阻Rm返回的电压，生成占空比约为50%的PWM驱动信号控制第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2的开关状态。本发明利用第一阻挡电容Cbl在交流回路中阻抗远大于由各LED支路形成的交流等效电阻，从而抑制了由于LED内在参数不一致性所导致的各路LED电流不一致的情况。本发明与现有技术相比的优点在于
(1)驱动电路具有内在电流平衡能力(平衡机理见图6、图7)，能较好地抑制LED参数不一致性对电路的影响。 (2)驱动电路采用无能量损失的电容作为均流元件，驱动电路能量损失小。(3)电流闭环控制中的电流反馈环节直接来源于直流环节，简单可靠。(4)驱动电路具有良好的扩充性，能方便的扩充到任意数目支路。(5)驱动电路能采用通用的IC进行控制，适用范围广。本发明是一种结构简单、具有内在电流平衡能力和方便实用的多路LED驱动电路。
图ILED特性曲线。图2 LED混联工作示意图。图3支路中串接电流控制单元的均流方案。图4支路中串接电阻元件的均流方案。图5为本发明的拓扑结构图。图6为本发明提出的驱动电路等效模型。图7为本发明的均流机制示意图。
具体实施例方式如图5所示为本发明的拓扑结构图。在图5中只给了 2路LED支路，在实际使用时，可在谐振电感Lr与第一阻挡电容Cbl连接处串接与LED支路一致的电路就能采用本发明提出的驱动电路来驱动任意LED支路数。如图6所示为本发明提出的驱动电路等效模型，在图6中，Raci…/7)为LED 支路电路的交流等效电阻值。图7为本发明的均流机制示意图，在图7中，马和4 (it/)分别为第条支路和第支路的阻抗、l/j C为第一阻挡电容cbl、第二阻挡电容在交流回路中的等效阻抗。当电路工作时,第ι条支路和第支路(bJ)的电流幅值的比为
权利要求
1.一种自动均流的非隔离型多路LED驱动电路，其特征在于包括驱动器电路、LED电路，驱动器电路的输出端与LED电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述自动均流的非隔离型多路LED驱动电路，其特征在于所述驱动器电路包括直流电源Vc、控制器、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、谐振电感Lr ；直流电源Vc的正极与第一功率开关管Ql的源极相连，直流电源Vc的负极与第二功率开关管 Q2的漏极相连，控制器控制第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2的开关状态，第一功率开关管Ql的漏极与第二功率开关管Q2的源极相连并与谐振电感Lr串接；LED电路包括有一路LED支路电路或若干并接的LED支路电路，LED支路电路包括有第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串LEDl ； 第一阻挡电容Cbl与谐振电感Lr连接，第一阻挡电容Cbl分别与第一二极管Dl的正极和第二二极管D2的负极相接，第一二极管Dl的负极与第一储能电容Cl正极和第一发光二极管串LEDl负极相接，第二二极管D2的负极与第一储能电容Cl的负极接地，发光二极管串负极与直流电源Vc的负极之间连接一个电流检测电阻Rm。
3.根据权利要求2所述自动均流的非隔离型多路LED驱动电路，其特征在于所述各 LED支路电路上的第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串LEDl的各元件参数彼此相同，或各LED支路电路上的第一阻挡电容Cbl、第一二极管D1、第二二极管D2、第一储能电容Cl、第一发光二极管串LEDl的至少任一元件参数不相同。
4.根据权利要求1所述自动均流的非隔离型多路LED驱动电路，其特征在于所述驱动器电路包括直流电源Vc、控制器、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2、谐振电感Lr ；直流电源Vc的正极与第一功率开关管Ql的源极相连，直流电源Vc的负极与第二功率开关管 Q2的漏极相连，控制器控制第一功率开关管Ql和第二功率开关管Q2的开关状态，第一功率开关管Ql的漏极与第二功率开关管Q2的源极相连并与谐振电感Lr串接；LED电路包括有一路LED支路电路或若干并接的LED支路电路， LED支路电路包括有第一阻挡电容Cbl和与之串联的交流等效电阻σ ；交流等效电阻 为= ^ A ,其中M为LED支路上的LED灯珠数目，Rim为LED灯珠的等效电阻，第一阻挡电容Cbl的一端与谐振电感Lr连接，第一阻挡电容Cbl的另一端与交流等效电阻Am连接。
全文摘要
本发明公开一种自动均流非隔离型多路LED驱动电路。本发明提出的非隔离型多路LED驱动电路，包括驱动器电路、LED电路驱动器电路的输出端与LED电路的输入端连接。驱动电路采用直流电源、控制器驱动2个功率开关管的开关，功率开关管与谐振电感串接；LED电路由至少一路以上LED支路电路并联连接；LED支路电路由阻挡电容、2个二极管、储能电容、发光二极管串连接而成。本发明公开的LED驱动电路具有自动均流的特点，能抑制LED特性参数不一致对驱动电路的影响。此外，这一电路拓扑结构具有结构简单和扩展能力强的特点，能便利地实现任意数目支路的LED均流问题。
文档编号H05B37/02GK102413610SQ20111036305
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者唐雄民, 张淼, 章云, 陈思哲 申请人:广东工业大学