專利名稱：一種多通道多相驅(qū)動的led電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道多相驅(qū)動的LED電源的方法，特別是采用單串或多串LED 照明的多相恒流或恒壓-恒流的多相供電方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今國內(nèi)外LED照明較多的采用LED芯片顆粒串聯(lián)方式，串聯(lián)方式通過每顆LED 的電流相同，易于恒流驅(qū)動，但當(dāng)照明功率加大，LED顆粒串聯(lián)較多時，端電壓隨之升高，造成高功率和安全規(guī)范的矛盾；為實現(xiàn)低壓大功率，采用多串LED并聯(lián)的串并混聯(lián)方式是大功率LED燈具使用較多的連接方式，這種連接方式的優(yōu)點是驅(qū)動電路簡單、成本低，但由于 LED導(dǎo)通壓降隨溫度、電流及其他環(huán)境因素發(fā)生變化，很難保證各串LED參數(shù)完全一致，這種差異導(dǎo)致分配在不同的LED串聯(lián)支路的電流不同，導(dǎo)致不同支路的LED亮度不均、發(fā)熱量不均，各支路LED光衰和壽命不一致，嚴(yán)重時使整個大功率LED和電源失效。上述LED照明驅(qū)動電源通常為單通道開關(guān)驅(qū)動結(jié)構(gòu)，無論LED串并多少，電源驅(qū)動通道通常僅為一個，這種單一通道開關(guān)驅(qū)動的峰值電流和紋波電流都較大，濾波電容大，開關(guān)管的電流損耗大，將影響電源壽命和效率提高，并易產(chǎn)生較大的電磁干擾。此外，現(xiàn)有采用多路開關(guān)驅(qū)動結(jié)構(gòu)的LED電源，各路開關(guān)驅(qū)動電路簡單拼湊，其缺點是，各路互不關(guān)聯(lián)，相互獨立，電磁干擾大，甚至產(chǎn)生差拍閃爍干擾等問題。有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種多通道多相驅(qū)動的LED電源的方法，以提高電源的可靠性、穩(wěn)定性、使用壽命和提高用電質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種多通道多相驅(qū)動LED 的電源方案。本發(fā)明另一目的之一在于，提出一種多通道多相驅(qū)動LED電源的方法，將總輸出電流分配到每一通道，各通道開關(guān)頻率相同，相位不同，且相對獨立恒流控制，消除了多串 LED直接并聯(lián)時，各串LED參數(shù)不完全一致而導(dǎo)致不同的LED串聯(lián)支路的電流差異。多相提高紋波頻率若N相電路的開關(guān)頻率是f，N個相位交錯工作，等效的開關(guān)頻率是Nf，等效頻率的提高易于濾波和減少輸入輸出紋波。本發(fā)明另一目的之一在于，提出一種實現(xiàn)多通道多相驅(qū)動LED電源的控制方案。為達(dá)到上述目的，就其中一個觀點而言，本發(fā)明提供了一種多通道多相多串LED 驅(qū)動方案。為達(dá)到上述目的，就其中一個觀點而言，本發(fā)明提供了一種多通道多相驅(qū)動單串 LED驅(qū)動方案。為達(dá)到上述目的，多相的最小相位間隔取值為3607N，其中N為通道數(shù)目；以四通道為例，N=4，最小相位間隔為90°。為達(dá)到上述目的，各通道開關(guān)頻率相同，源于同一時鐘頻率，各驅(qū)動電路驅(qū)動脈沖相位不同，各通道驅(qū)動采用PWM調(diào)制。為達(dá)到上述目的，LED開關(guān)驅(qū)動部分可采用隔離或非隔離、升壓或降壓、正激或反激等各型變換器。當(dāng)驅(qū)動多通道多相多串LED時，輸出濾波器與通道數(shù)相等；當(dāng)多通道多相驅(qū)動單串LED時，輸出濾波器可合并為一個。穩(wěn)流采樣信號取自與LED相串聯(lián)的取樣電阻壓降，并且取樣電阻數(shù)與LED串聯(lián)組數(shù)相對應(yīng)，取樣信號與基準(zhǔn)電壓比較的誤差信號經(jīng)放大后作為多相PWM/PM控制器21的輸入控制信號分別對各路驅(qū)動脈寬進(jìn)行調(diào)制，通過脈寬調(diào)制PWM方式對輸出電流進(jìn)行恒流控制。若實現(xiàn)穩(wěn)壓，穩(wěn)壓采樣信號取自與LED相并聯(lián)的取樣分壓電阻壓降，并聯(lián)取樣電路與LED串聯(lián)組數(shù)相對應(yīng)，取樣信號與基準(zhǔn)電壓比較的誤差信號經(jīng)放大后作為多相PWM/PM 控制器21的輸入控制信號分別對各路驅(qū)動脈寬進(jìn)行調(diào)制，通過脈寬調(diào)制PWM方式對輸出電壓進(jìn)行恒壓控制。


圖1是一種多通道多相多串LED驅(qū)動結(jié)構(gòu)的電源示意圖； 圖2是一種多通道多相驅(qū)動單串LED結(jié)構(gòu)的電源示意圖； 圖3是以四通道四相驅(qū)動為例的驅(qū)動方波波形。圖1圖2中的符號說明
11交流電源可以為單相交流電源或三相交流電源；
12整流濾波電路，對應(yīng)采用單相或三相全波整流電路，該電路單元可內(nèi)含EMI濾波電路，也可加入功率因數(shù)校正電路； 21多相PWM/PM控制器；
31、32、33、34為LED提供開關(guān)恒流或恒壓的驅(qū)動器；內(nèi)含開關(guān)管、電流電壓取樣電阻電路，電感或開關(guān)變壓器；可以是隔離或非隔離、升壓或降壓、正激或反激等各型變換器； 40、41、42、43、44為輸出濾波器； 51、52、53、M為電流/電壓采樣比較放大器； 60、61、62、63、64為串聯(lián)的LED燈串； 70為實現(xiàn)電源管理或數(shù)字驅(qū)動的微處理器。多通道多相智能控制的大功率LED電源基本原理如圖1所示，交流電經(jīng)整流濾波后送入31、32、33、34四個LED驅(qū)動電路，四個LED驅(qū)動電路由PWM/PM相位控制器21控制， 這里PWM/PM相位控制器21采用四相輸出，頻率由基準(zhǔn)時鐘信號產(chǎn)生；各通道輸出電流或電壓采樣分別比較放大后作為多相PWM/PM控制器21的輸入控制信號產(chǎn)生四相PWM信號分別對31、32、33、34內(nèi)部的開關(guān)管進(jìn)行開關(guān)脈寬控制，四路開關(guān)管按90度預(yù)定相位順序輪流導(dǎo)通工作，經(jīng)41、42、43、44濾波器平滑濾波，在各串LED中達(dá)到恒定電流或電壓輸出；多通道多相驅(qū)動降低輸入電流波紋和電流密度，并提高總紋波頻率，減少各通道功率負(fù)擔(dān)，提高了可靠性。圖2是另一種多相單路驅(qū)動應(yīng)用方案，與圖一的區(qū)別為LED燈串僅有一串，仍由四相位驅(qū)動提供輸出電流電壓。這里負(fù)載電流由各相分擔(dān)，相數(shù)越多分擔(dān)電流越小，并同時降低了輸入輸出電流波紋和電流密度，提高輸入輸出總紋波頻率，高紋波頻率對減小輸出濾波電容容量極為有利。上述圖1、圖2電源可采用模擬開關(guān)電源控制方式，也可采用數(shù)字化控制方式，若采用數(shù)字化控制可如圖2增加MCU或DSP數(shù)字組件與模擬組件組合，并通過PMBUS (電源管理總線)實現(xiàn)數(shù)字電源管理。
具體實施例方式請參見圖1，其中顯示本發(fā)明的一個實施例。圖中顯示出四相四路的控制及驅(qū)動方框示意圖，實際相位和路數(shù)根據(jù)具體情況可有增減，至于31、32、33、34中的開關(guān)管、電感、 電容、采樣電阻等予以省略，其中多相PWM/PM控制器21輸出的多相驅(qū)動脈沖如圖3所示， 相鄰激勵脈沖的相位相差的計算公式為360° /N, N為驅(qū)動器數(shù)，以本圖為例N=4，相鄰相相位差為360° /4=90° ；脈寬在實際工作狀況會與圖3不同，屬PWM驅(qū)動波形，控制器21本身具有電壓、電流調(diào)控作用。在大功率LED路燈應(yīng)用時，11應(yīng)采用三相交流電源供應(yīng)，此時12應(yīng)采用三相全波整流濾波或六相全波整流濾波電路。圖2是一個四相供電驅(qū)動單串LED方案，可理解為四個相位差90°度的驅(qū)動器31、 32、33、34供電電路的并聯(lián)，其輸出電源疊加，四個驅(qū)動器內(nèi)的開關(guān)管相隔四分之一周期的時間分別依次交替、輪流導(dǎo)通截止，對LED負(fù)載等效的開關(guān)頻率提高四倍，同理，對N相供電驅(qū)動，LED負(fù)載等效的開關(guān)頻率提高N倍。圖1、圖2中，51、52、53、討為誤差放大器，其中省略了基準(zhǔn)電壓、電流或電壓采樣部分，電流或電壓采樣可采用電阻采樣、變壓器反饋采樣或電感抽頭等方式采樣，具體隨驅(qū)動器的拓補結(jié)構(gòu)和電壓變換器類型而定，一般置于31、32、33、34中；該誤差放大信號提供給控制器21作為對各相驅(qū)動器進(jìn)行PWM脈寬控制的信息。以上所述電源方案采用模擬電路可以實現(xiàn)，當(dāng)采用數(shù)字電源控制方式，可如圖2 增加MCU或DSP數(shù)字組件與模擬驅(qū)動組件接合，此時電流或電壓采樣所得模擬信號可利用 AD變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，MCU通過PMBUS (電源管理總線)實現(xiàn)數(shù)字電源管理。以上所述僅為使本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍；在本發(fā)明的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化，例如增加減少相位路數(shù)，在輕負(fù)載及LED調(diào)光應(yīng)用時關(guān)閉部分相位輸出甚至僅保留一相一路工作；又如直流供電應(yīng)用時；以及全數(shù)字采樣控制應(yīng)用時；多串LED通過開關(guān)切換進(jìn)行串聯(lián)、 并聯(lián)、串并混聯(lián)等方式進(jìn)行多相驅(qū)動或增減相控制；凡此種種，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多通道多相驅(qū)動的LED電源，其特征在于所述LED電源由交流整流濾波單元、 多相PWM/PM控制器單元、輸出濾波器單元、電流/電壓采樣及比較放大單元、多個開關(guān)恒流或恒壓驅(qū)動單元及LED燈串等組成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源，其特征在于交流供電可以是二相交流供電或三相交流供電，三相交流供電的整流部分采用三相全波整流或六相全波整流電路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源，其特征在于一定包含兩個以上不同工作相位的LED開關(guān)恒流或恒壓驅(qū)動通道或電路，該電源的多個開關(guān)恒流或恒壓驅(qū)動電路可以采用隔離或非隔離、升壓或降壓、正激或反激等各型變換電路。
4.如權(quán)利要求3所述，其中還包含多個開關(guān)恒流或恒壓驅(qū)動電路可以應(yīng)用于直流供電環(huán)境。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源，其特征在于，LED負(fù)載可以是與通道數(shù)相等的多串LED，也可以是多個通道共同驅(qū)動的單串LED。
6.一種多通道多相驅(qū)動的LED電源的相位控制方法，其特征在于多相PWM/PM控制器單元有與通道一致的驅(qū)動輸出端，其多相輸出的最小相位間隔取值為3607N，其中N為通道數(shù)目，采用PWM調(diào)制實現(xiàn)恒流或恒壓輸出。
7.如權(quán)利要求6所述一種多通道多相驅(qū)動的LED電源的相位控制方法，其中還包含 各通道具有不同的驅(qū)動相位，但驅(qū)動信號的開關(guān)頻率完全相同。
8.如權(quán)利要求1、權(quán)利要求6所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源及其相位控制方法，其中還包含多相PWM/PM控制器單元接收電流或電壓采樣的誤差放大信號控制，并根據(jù)該信號大小而決定開關(guān)占空比。
9.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源及其相位控制方法，其特征還在于信號采樣、相位控制可以為模擬信號，當(dāng)采用數(shù)字控制方式，或數(shù)模結(jié)合方式，電路至少還應(yīng)包含MCU或DSP之一，并含AD、DA變換器。
10.如權(quán)利要求5和權(quán)利要求6所述的一種多通道多相驅(qū)動的LED電源及其相位控制方法，其中還包含可以在輕負(fù)載、電路保護(hù)及LED調(diào)光應(yīng)用等進(jìn)行增減相控制、關(guān)閉部分 LED相位通道甚至僅保留一相一路工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道多相驅(qū)動的LED電源及相位控制方法，特別是采用單串或多串LED照明的多相恒流或恒壓多相供電方法。本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種多通道多相驅(qū)動的LED電源，將總輸出電流分配到每一通道，各通道開關(guān)頻率相同，相位不同，且相對獨立恒流或恒壓控制，消除了多串LED直接并聯(lián)時，各串LED參數(shù)不完全一致而導(dǎo)致各LED串聯(lián)支路的電流差異。本發(fā)明也提供了一種多通道多相驅(qū)動單串LED驅(qū)動方案。
文檔編號H05B37/02GK102176806SQ201110062099
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者謝俊國 申請人:廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 謝俊國