CN102170732B - 用于mr16 发光二极管驱动电路拓扑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置，包括开关型降压电流调节器（1）、带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）以及输出发光二极管（LED）负载（3），所述开关型降压电流调节器（1）检测带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流根据相应的准平均电流或平均电流控制律而产生相应的PWM控制信号来控制所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的功率开关，从而使带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流为一恒定电流；所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流驱动输出发光二极管（LED）负载（3）。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及MR16发光二极管驱动器及控制。更具体地说，本发明涉及一种用于MR16发光二极管驱动器功率拓扑及控制方案。
背景技术
在发光二极管(LED)应用市场中，MR16发光二极管(LED)灯是最大量的。50瓦的卤素MR16灯由6W功率发光二极管取代，它具有巨大的节能效益。对于MR16发光二极管(LED)灯，由于空间限制，它是由LED光源、散热片和LED驱动器组成，三部分封装在一起。LED光源是一个光源，也是一个热源。LED光源的热量传送到散热器，散热器将这热量传送到其周围空间，同时这热量也烧烤LED驱动器。对于高可靠性而言，MR16发光二极管(LED)的驱动器的所有组件应该可以在高温下运作。对于高性能MR16发光二极管(LED)灯，它应该有高的功率因数和调光功能并无色彩偏移的问题。为了避免色偏的问题，PWM调光方法是一个不错的选择。
对于较高的功率因数和PWM调光控制要求，由于良好的动态调节性能，降压拓扑是一个不错的选择来实现的MR16发光二极管驱动器，它能满足PWM调光控制的动态调节要求，它如图1所示。对于MR16应用，其输入电压为12V交流输入，其交流电压经整流器的输出电压是从0V至17V。为了获得较高的功率因数，通常希望LED驱动器当其整流器的输出瞬时电压大于8V时开通并且小于8V时关断。这样，LED驱动器有大约120度的导通角从而可以保证其功率因数在0.9以上。在实际应用中，如果负载LED电压VLED低，例如：VLED＝5V时，这很容易满足该***正常工作要求，整个***可以运作良好。如果负载LED电压VLED高，例如 
或者更高，这意味着对降压转换器而言，其输出电压可能超过其输入电压，所以该降压转换器不能正常工作。
就目前的技术而言，LED的光效与LED电流相关。LED电流越大，其LED光效越低。为了获得较高的整体***的效率，负载LED电压VLED应该更高，这样对一固定输出LED功率而言，其相应的LED电流就低从而使LED光效高。对于高的负载LED输出电压VLED和低输入电压情况，这降压拓扑结构应该进行修改，以符合此所要求的应用条件，并保持降压拓扑结构的良好的动态调节性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置，本发明是以正激式开关变换器为基础产生相应的发光二极管串所需的驱动电压及电流。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置，包括开关型降压电流调节器、带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器以及输出发光二极管(LED)负载，开关型降压电流调节器检测带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器的输出电感电流根据相应的准平均电流或平均电流控制律而产生相应的PWM控制信号来控制所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器的功率开关，从而使带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器的输出电感电流为一恒定电流；带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器的输出电感电流驱动输出发光二极管(LED)负载。
作为本发明的用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置的改进：带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器是由功率开关Q与自耦变压器T的原边及MR16发光二极管(LED)驱动器的二极管整流器RB构成回路；
自耦变压器T的付边分别与整流二极管D1和续流二极管D2相连；输出电感L与输出发光二极管(LED)负载相串联；输出电感L与输出发光二极管(LED)负载的串联支路与续流二极管D2并联；整流二极管D1所并联的电容Cr是用于该自耦变压器的谐振复位。
在本发明中，输出发光二极管(LED)可由一颗至数颗高亮度发光二极管(LED)串联而成。
使用本发明可使MR16发光二极管(LED)驱动器能根据不同发光二极管串应用电压设计其相应的驱动器，并使该MR16发光二极管(LED)驱动器能具有高功率因数及PWM调光功能。本发明的原理图如图2所示。本发明提出一种用自耦变压器的正激式开关变换器拓扑结构。对于不同的发光二极管串应用电压，由于自耦变压器的升降压功能，这使得相应的MR16发光二极管(LED)驱动器成为可能，并使该MR16发光二极管(LED)驱动器能具有高功率因数及PWM调光功能。由于自耦变压器T具有一些特殊的特征，自耦变压器T的传输效率高于相应正激变换器的开关变压器。
本发明的MR16发光二极管(LED)驱动器开关变换器拓扑结构及控制方案，其由开关型降压电流调节器，带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器及输出发光二极管(LED)负载组成。开关型降压电流调节器是根据所检测的输出电感电流方法进行准平均电流或平均电流规律控制而产生相应的PWM控制信号来控制功率开关Q使这输出电感L的平均电流跟随这开关型降压电流调节器的参考电平变化。所述带自耦变压器谐振复位 的开关型降压变换器是由功率开关Q与自耦变压器的原边及MR16发光二极管(LED)驱动器的二极管整流器RB构成回路；自耦变压器的付边分别与整流二极管D1和续流二极管D2相连；输出电感L与输出发光二极管(LED)负载相串联；输出电感L与输出发光二极管(LED)的串联支路与续流二极管D2并联；整流二极管D1所并联的电容Cr是用于这自耦变压器的谐振复位；输出发光二极管(LED)负载是可由一颗至数颗高亮度发光二极管(LED)串联而成。
本发明的优点之一是可以使针对具体高亮度发光二极管(LED)负载应用要求来设计MR16发光二极管(LED)驱动器并具有良好的动态调节性能成为可能。
本发明的优点之二是可以与合适的LED驱动控制器组合使MR16发光二极管(LED)驱动器具有高功率因数。
本发明的优点之三是由于良好的静态调节性能的作用，可以使MR16发光二极管(LED)驱动器输出高精度电流源。
本发明的优点之四是由于良好的动态调节性能的作用，可以使MR16发光二极管(LED)驱动器具有优良的动态响应能力。
本发明的优点之五是由于优良的动态响应能力可以使相应的MR16发光二极管(LED)驱动器具有PWM调光功能。
本发明的优点之六是可以利用这自耦变压器带来的宽脉宽调制范围，省去已有MR16发光二极管(LED)驱动器中的大储能电容Cin。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是现有降压式MR16发光二极管(LED)驱动器；
图2是本发明的原理图；
图3是用一个正激变换器来更换降压变换器的过渡方案(为现有)；
图4是本发明的用于MR16发光二极管驱动电路拓扑结构及控制方案具体实例1的电路图；
图5是本发明的用于MR16发光二极管驱动电路拓扑结构及控制方案具体第二实例的电路图。
具体实施方式
最初的设想是用一个正激变换器来更换降压转换器，在图3所示。正激变换器具有降压转换器的良好动态调节性能。在正激变换器中，有一个开关变压器T。正是开关变压 器T，可以减小等效负载LED电压VLED_EQU，LED电压VLED通过开关变压器T的匝数比NSP减小，即VLED_EQU＝VLED/NSP。在这设计中，开关变压器T用来传输所有的输出功率。这开关变压器T的尺寸是按照所传输的输出功率设计。在MR16发光二极管(LED)的驱动器设计中，其所能拥有的空间有限。这开关变压器T的尺寸有可能使这MR16发光二极管(LED)的驱动器的尺寸大于其所能拥有的有限空间。
对于MR16应用，其是12V交流输入，没有隔离的要求。开关变压器T可以由一自耦变压器T来取代如图4所示。本发明的MR16发光二极管(LED)驱动器开关变换器拓扑结构及控制是由带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器2，开关型降压电流调节器1及输出发光二极管(LED)负载3组成。带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器2是由功率开关Q与自耦变压器T的原边及MR16的二极管整流器RB构成回路；自耦变压器T的付边分别与整流二极管D1和续流二极管D2相连；输出电感L与输出发光二极管(LED)负载3相串联；输出电感L与输出发光二极管(LED)负载3的串联支路与续流二极管D2并联；整流二极管D1所并联的电容Cr是用于：当功率开关Q关断时，自耦变压器T的谐振复位；开关型降压电流调节器1是根据所检测得到的输出电感电流进行准平均电流或平均电流控制而产生相应的PWM控制信号来控制功率开关Q使输出电感L的平均电流为一恒定电流。输出电感L的平均电流驱动输出发光二极管(LED)负载3。
在本发明中，开关型降压电流调节器1例如可参照专利US 7250744B2。
具体，如下：
实施例1、用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置，
在图4中，自耦变压器T在功率开关Q关断时，自耦变压器T的激磁电感Lm经续流二极管D2与整流管D1并联的电容Cr谐振。自耦变压器T的激磁电流经谐振电容Cr谐振复位。当然功率开关Q关断时间必须大于激磁电感Lm与谐振电容Cr的谐振半波以保证自耦变压器T的激磁电流完全复位。
自耦变压器T具有一些特殊的特征。从自耦变压器T的原边转移到付边的传输总功率是通过电路和磁路分别传输。这通过电路和通过磁路传输的功率比是随匝数比NSP变化而变化。当匝数比NSP为1时，从自耦变压器T的原边到付边的传输总功率仅仅通过电路，而通过磁路传输的功率是零。这意味着在理想的情况下，自耦变压器T的尺寸可以是零。当这匝数比NSP不等于1，例如NSP＝2，在自耦变压器T中，从原边转移到付边的传输总功率是一半通过磁路一半通过电路。这意味着，NSP＝2情况下，由于仅一半传输总功率是通过磁路传输，自耦变压器T的尺寸可以是相应传输总功率的正激变换器的开关变压器尺 寸的一半。自耦变压器T的尺寸有可能使这MR16发光二极管(LED)的驱动器的尺寸满足其所能拥有的有限空间。由于有一半传输总功率是通过电路直接传输，自耦变压器T的传输效率自然高于相应正激变换器的开关变压器。
开关型降压电流调节器1是根据所检测得到的输出电感L电流进行准平均电流或平均电流控制的。在此MR16发光二极管(LED)的驱动器开关变换器拓扑结构中，输出电感L是在自耦变压器T的付边。要检测输出电感L的输出电流有两种方法。其一是当功率开关Q导通时，功率开关Q中流过的电流对应于输出电感L的输出电流。采用准平均电流控制方法就能产生相应的PWM控制信号来控制功率开关Q使输出电感L的平均电流为一恒定电流。其二是直接检测输出电感L的输出电流。采用平均电流控制方法就能产生相应的PWM控制信号来控制功率开关Q使输出电感L的平均电流为一恒定电流。
实施例2、图5给出了本发明的用于MR16发光二极管驱动电路拓扑结构及控制方案具体第二实例电路图；它将图4中的自耦变压器T与功率开关Q的位置置换一下。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (1)
1.用于MR16发光二极管驱动电路拓扑装置，其特征是：包括开关型降压电流调节器（1）、带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）以及输出发光二极管（LED）负载（3），所述开关型降压电流调节器（1）检测带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流根据相应的准平均电流或平均电流控制律而产生相应的PWM控制信号来控制所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的功率开关，从而使带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流为一恒定电流；所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）的输出电感电流驱动输出发光二极管（LED）负载（3）；
所述带自耦变压器谐振复位的开关型降压变换器（2）是由功率开关Q与自耦变压器T的原边及MR16发光二极管（LED）驱动器的二极管整流器RB构成回路；
自耦变压器T的付边分别与整流二极管D1和续流二极管D2相连；输出电感L与输出发光二极管（LED）负载（3）相串联；输出电感L与输出发光二极管（LED）负载（3）的串联支路与续流二极管D2并联；整流二极管D1所并联的电容Cr是用于该自耦变压器的谐振复位。
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