本發(fā)明涉及一種隔離型多路均流LED驅(qū)動(dòng)電源。

背景技術(shù)：

LED作為新一代綠色照明電光源，以其壽命長(zhǎng)、光效高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)深受青睞，在路燈、隧道等大功率照明場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。LED燈需要恒流驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)工作，而LED驅(qū)動(dòng)電源的性能直接影響著整個(gè)LED照明系統(tǒng)的可靠工作。

在實(shí)際應(yīng)用中大功率LED由于燈珠數(shù)目較多，往往需要使用多路LED并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，然而不同支路LED的V-I特性不同會(huì)導(dǎo)致各路電流不均等的問(wèn)題，因此需要研究多路輸出時(shí)的均流策略。在各種均流控制方案中，無(wú)源均流由于電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、均流效果好、易擴(kuò)展，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種隔離型多路均流LED驅(qū)動(dòng)電源，可實(shí)現(xiàn)任意2N路LED燈個(gè)數(shù)相同或不同時(shí)各路LED燈負(fù)載的均流輸出，具有電路簡(jiǎn)單、效率高和均流效果好等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種隔離型多路均流LED驅(qū)動(dòng)電源，包括半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)、均流網(wǎng)絡(luò)和LED燈負(fù)載電路，所述LED燈負(fù)載電路包括2N路LED燈負(fù)載；所述半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)中的諧振電感與所述均流網(wǎng)絡(luò)的變壓器初級(jí)繞組串聯(lián)后再并聯(lián)進(jìn)而構(gòu)成N個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路模塊，而后通過(guò)所述均流網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)所述2N路LED燈負(fù)載的均流；所述均流網(wǎng)絡(luò)包括第一至第N變壓器、第1至第2N-1電容、第1至第2N二極管；第1二極管的陽(yáng)極與第2二極管的陰極相連接，并經(jīng)第1電容連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第一端，第1二極管的陰極與第1路LED燈負(fù)載的正極連接，第1路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接至第1 變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端，第2二極管的陽(yáng)極與第2路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2路LED燈負(fù)載的正極連接第3路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第N+1電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第2i-1二極管的陽(yáng)極與第2i二極管的陰極相連接，并經(jīng)第i電容連接至第i變壓器次級(jí)繞組的第一端，第2i-1二極管的陰極與第2i-1路LED燈負(fù)載的正極連接，第2i二極管的陽(yáng)極與第2i路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2i路LED燈負(fù)載的正極連接第2i+1路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第N+i電容連接至第i+1變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第2N-1二極管的陽(yáng)極與第2N二極管的陰極相連接，并經(jīng)第N電容連接至第N變壓器次級(jí)繞組的第一端，第2N-1二極管的陰極與第2N-1路LED燈負(fù)載的正極連接，第2N二極管的陽(yáng)極與第2N路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2N路LED燈負(fù)載的正極連接第N變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；其中，1≤i≤N-1，其中，N為大于等于2的自然數(shù)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)包括開(kāi)關(guān)管S1、S2、電感Lr、Ls1至Lsn、電容Cr、Cs；開(kāi)關(guān)管S1、S2的柵極連接至一控制模塊，開(kāi)關(guān)管S1的漏極連接輸入電源正極、開(kāi)關(guān)管S1的源極與開(kāi)關(guān)管S2的漏極、電容Cr的一端連接，開(kāi)關(guān)管S2的的源極與輸入電源負(fù)極、電感Lr的一端、第一至第N變壓器初級(jí)繞組的第二端連接，電容Cr的另一端與電感Lr的另一端、電容Cs的一端連接，電容Cs的另一端與第一至第N變壓器初級(jí)繞組的第一端連接。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述2N路LED燈負(fù)載的每一路LED燈負(fù)載均由多個(gè)LED燈串聯(lián)連接后與一電容并聯(lián)而成。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述每一路LED燈負(fù)載的LED燈個(gè)數(shù)相同或不同。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述N為2，所述均流網(wǎng)絡(luò)包括第1至第3電容、第1至第4二極管；第1二極管的陽(yáng)極與第2二極管的陰極相連接，并經(jīng)第1電容連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第一端，第1二極管的陰極與第1路LED燈負(fù)載的正極連接，第1路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端，第2二極管的陽(yáng)極與第2路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2路LED燈負(fù)載的正極連接第3路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第3電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第3二極管的陽(yáng)極與第4二極管的陰極相連接，并經(jīng)第2電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第一端，第3二極管的陰極與第3路LED燈負(fù)載的正極連接，第4二極管的陽(yáng)極與第4路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第4路LED燈負(fù)載的正極連接第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，N為2的情況下，即4路LED均流時(shí)，各路LED燈負(fù)載的輸出電流平均值為：

其中，I₁₁、I₁₂、I₂₁、I₂₂分別第1至第4路LED燈負(fù)載的輸出電流平均值；為第1電容的充電電流、為第2、第3電容的充電電流，為第1、第3電容的放電電流、分別為第2電容的放電電流；Ts為一個(gè)充放電周期，t_a~t_b為電容充電時(shí)間，t_b~t_c為電容放電時(shí)間；

在穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下，每個(gè)周期內(nèi)的電容充電電荷與其放電電荷相等，可得，從而實(shí)現(xiàn)了4路LED燈負(fù)載的均流。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明所提出的多路均流電路，將變壓器初級(jí)繞組并聯(lián)均流與電容均流有機(jī)結(jié)合，可為四路或任意2n路相同或不同個(gè)數(shù)的LED燈負(fù)載實(shí)現(xiàn)均流輸出，具有電路簡(jiǎn)單、效率高和均流效果好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明隔離型多路均流LED驅(qū)動(dòng)電源結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為諧振網(wǎng)絡(luò)的交流等效電路。

圖3為不同負(fù)載下的輸出電流特性曲線。

圖4為n路輸出均流簡(jiǎn)化等效電路。

圖5（a）、5（b）為變壓器副邊繞組的電流流通路徑圖一、二。

圖6為4路均流電路的驅(qū)動(dòng)電源樣機(jī)。

圖7為不同負(fù)載下的各路輸出電流實(shí)驗(yàn)波形。

圖8為4路輸出電壓不同時(shí)的輸出電流波形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種隔離型多路均流LED驅(qū)動(dòng)電源，包括半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)、均流網(wǎng)絡(luò)和LED燈負(fù)載電路，所述LED燈負(fù)載電路包括2N路LED燈負(fù)載；所述半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)中的諧振電感與所述均流網(wǎng)絡(luò)的變壓器初級(jí)繞組串聯(lián)后再并聯(lián)進(jìn)而構(gòu)成N個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路模塊，而后通過(guò)所述均流網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)所述2N路LED燈負(fù)載的均流；所述均流網(wǎng)絡(luò)包括第一至第N變壓器、第1至第2N-1電容、第1至第2N二極管；第1二極管的陽(yáng)極與第2二極管的陰極相連接，并經(jīng)第1電容連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第一端，第1二極管的陰極與第1路LED燈負(fù)載的正極連接，第1路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接至第1 變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端，第2二極管的陽(yáng)極與第2路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2路LED燈負(fù)載的正極連接第3路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第N+1電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第2i-1二極管的陽(yáng)極與第2i二極管的陰極相連接，并經(jīng)第i電容連接至第i變壓器次級(jí)繞組的第一端，第2i-1二極管的陰極與第2i-1路LED燈負(fù)載的正極連接，第2i二極管的陽(yáng)極與第2i路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2i路LED燈負(fù)載的正極連接第2i+1路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第N+i電容連接至第i+1變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第2N-1二極管的陽(yáng)極與第2N二極管的陰極相連接，并經(jīng)第N電容連接至第N變壓器次級(jí)繞組的第一端，第2N-1二極管的陰極與第2N-1路LED燈負(fù)載的正極連接，第2N二極管的陽(yáng)極與第2N路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2N路LED燈負(fù)載的正極連接第N變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；其中，1≤i≤N-1，其中，N為大于等于2的自然數(shù)。

所述半橋恒流諧振網(wǎng)絡(luò)包括開(kāi)關(guān)管S1、S2、電感Lr、Ls1至Lsn、電容Cr、Cs；開(kāi)關(guān)管S1、S2的柵極連接至一控制模塊，開(kāi)關(guān)管S1的漏極連接輸入電源正極、開(kāi)關(guān)管S1的源極與開(kāi)關(guān)管S2的漏極、電容Cr的一端連接，開(kāi)關(guān)管S2的的源極與輸入電源負(fù)極、電感Lr的一端、第一至第N變壓器初級(jí)繞組的第二端連接，電容Cr的另一端與電感Lr的另一端、電容Cs的一端連接，電容Cs的另一端與第一至第N變壓器初級(jí)繞組的第一端連接。

所述2N路LED燈負(fù)載的每一路LED燈負(fù)載均由多個(gè)LED燈串聯(lián)連接后與一電容并聯(lián)而成。所述每一路LED燈負(fù)載的LED燈個(gè)數(shù)相同或不同。

所述N為2，所述均流網(wǎng)絡(luò)包括第1至第3電容、第1至第4二極管；第1二極管的陽(yáng)極與第2二極管的陰極相連接，并經(jīng)第1電容連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第一端，第1二極管的陰極與第1路LED燈負(fù)載的正極連接，第1路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接至第1變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端，第2二極管的陽(yáng)極與第2路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第2路LED燈負(fù)載的正極連接第3路LED燈負(fù)載的負(fù)極，并經(jīng)第3電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端；第3二極管的陽(yáng)極與第4二極管的陰極相連接，并經(jīng)第2電容連接至第2變壓器次級(jí)繞組的第一端，第3二極管的陰極與第3路LED燈負(fù)載的正極連接，第4二極管的陽(yáng)極與第4路LED燈負(fù)載的負(fù)極連接，第4路LED燈負(fù)載的正極連接第2變壓器次級(jí)繞組的第二端、GND端。N為2的情況下，即4路LED均流時(shí)，各路LED燈負(fù)載的輸出電流平均值為：

其中，I₁₁、I₁₂、I₂₁、I₂₂分別第1至第4路LED燈負(fù)載的輸出電流平均值；為第1電容的充電電流、為第2、第3電容的充電電流，為第1、第3電容的放電電流、分別為第2電容的放電電流；Ts為一個(gè)充放電周期，t_a~t_b為電容充電時(shí)間，t_b~t_c為電容放電時(shí)間；

在穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下，每個(gè)周期內(nèi)的電容充電電荷與其放電電荷相等，可得 ，從而實(shí)現(xiàn)了4路LED燈負(fù)載的均流。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程。

為分析電路的恒流特性，假設(shè)變壓器勵(lì)磁電感足夠大，忽略其對(duì)負(fù)載電流的影響，n個(gè)并聯(lián)模塊用諧振電感L_s和R_eq等效，R_eq為折算到到變壓器原邊的負(fù)載等效電阻，則諧振網(wǎng)絡(luò)的交流等效電路如圖2所示?？梢酝茖?dǎo)出等效負(fù)載電流如下：

等效負(fù)載R_eq上的電流為：

（1）

從式（1）可以看出，當(dāng)時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò)工作在恒流模式，其輸出電流峰值與負(fù)載電阻R_eq無(wú)關(guān)，只與輸入電壓及諧振參數(shù)有關(guān)。利用Mathcad軟件繪制出如圖3所示的諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出電流峰值對(duì)應(yīng)不同負(fù)載下的頻率特性曲線。可以看出，在諧振頻率f_r附近，不同負(fù)載的輸出電流相交于一點(diǎn)，在該點(diǎn)處諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出電流不隨負(fù)載的變化而變化，即能實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

變壓器并聯(lián)均流原理：

當(dāng)n個(gè)并聯(lián)模塊的參數(shù)均相同時(shí)，即，，而且，忽略變壓器勵(lì)磁電感L_m對(duì)輸出電流的影響，則可得如圖4所示的并聯(lián)模塊等效電路，為并聯(lián)支路兩端的電壓，其中Req₁，Req₂……Req_n為負(fù)載電阻折算到變壓器原邊的等效阻抗。

假設(shè)n路輸出中最大輸出電流為，其對(duì)應(yīng)的等效負(fù)載電阻，最小輸出電流為，其對(duì)應(yīng)的等效負(fù)載電阻，最大均流誤差為，負(fù)載最大不均衡度為。則有：

電路的輸出均流誤差為：

（2）

由于R_eq為滿(mǎn)載時(shí)的等效負(fù)載，即有，因此令R_eqb=R_eq，R_eqa=R_eq/δ，δ為負(fù)載最大不均衡度，且δ≥1，則由式(3-14)可得：

(3)

由式(3)可知，負(fù)載電流的均流誤差只與負(fù)載的不均衡度有關(guān)，負(fù)載的不均衡度越大，則輸出電流的均流誤差大。但只要負(fù)載取在限定的負(fù)載范圍內(nèi)時(shí)，輸出均流誤差就能保持在最大均流誤差的范圍內(nèi)。

為了進(jìn)一步提高2n路輸出均流電路的均流效果，研究了一種變壓器并聯(lián)均流與模塊之間跨接均流電容的混合均流方案，以4路LED均流為例，該均流方案的均流原理如下。

圖5（a）、5（b）所示為變壓器副邊繞組的電流流通路徑圖，當(dāng)副邊電壓等于（與相位相同）時(shí)，電流的流通途徑如圖5(a)所示，模塊1電流經(jīng)過(guò)C_b1、D₁₁、U₁₁，再流回變壓器副邊繞組，電流給C_b1充電；模塊2電流經(jīng)過(guò)C_b2、D₂₁、U₂₁、C_b3，再流回變壓器副邊繞組，電流給C_b2、C_b3充電。

當(dāng)副邊電壓等于時(shí)，電流的流通途徑如圖5(b)所示，模塊1電流經(jīng)過(guò)C_b3、U₁₂、D₁₂、C_b1，再流回變壓器副邊繞組，電流給C_b1、C_b3放電；模塊2電流經(jīng)過(guò)U₂₂、D₂₂、C_b2，再流回變壓器副邊繞組，電流給C_b2放電。

圖5（a）、5（b）中各路負(fù)載的輸出電流平均值為：

（4）

在穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下，每個(gè)周期內(nèi)的電容充電電荷與其放電電荷相等，可得，從而實(shí)現(xiàn)了4路均流。

為驗(yàn)證電路準(zhǔn)確性，搭建了如圖6所示的4路均流電路的驅(qū)動(dòng)電源樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7、圖8所示：

圖7為恒流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出，當(dāng)負(fù)載為2路或四路，輸出電壓為54V或18V時(shí)輸出電流總和基本相等，不同LED負(fù)載時(shí)電路的總電流誤差均小于1%，因此所提方案在不同LED負(fù)載路數(shù)和各路燈電壓變化時(shí)都可以保持總電流恒定，實(shí)現(xiàn)恒流功能。

圖8為4路輸出電壓不同時(shí)的輸出電流波形，4路燈電壓分別為U_o1=54V、U_o2=42V、U_o3=30V、U_o4=18V。從圖7可以看出，4路燈電壓不同時(shí)，4路輸出電流基本相等，最大均流誤差僅為0.32%，可以實(shí)現(xiàn)4路均流。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。