CN102595725A - 一种实现精确均流的多路led驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电能转换器，旨在提供一种实现精确均流的多路LED驱动电路。该电路包括一个高频交流源和一个包括n个副边绕组的变压器T1，交流源并联在变压器T1的原边绕组两端；各相邻副边绕组的一端为接电容端，分别接至各自的电容Cbn的一端；各电容Cbn的另一端与下一级副边绕组侧的电容之间以二极管串接，电容Cbn接至该二极管的阴极，下一级的电容则接至该二极管的阳极；各副边绕组的非接电容端分别接至一个输出整流电路。本发明通过多个电容之间的电荷互换和各电容的安秒平衡的原理，实现多路输出之间的精确恒流。只需在主变压器的输出侧增加多个绕组，加上少量整流元件，就可以实现多路输出，电路简单，容易扩展，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种多路输出的电能转换器，具体的说是一种实现精确均流的多路LED驱动电路。
背景技术
很多电能转换的应用场合需要变流器能够实现直流恒流输出，如电池充电器、LED驱动电源等。除了需要多路输出，还需要实现高压隔离，以满足安规的要求和高强度电气绝缘的要求。
为了获得实现隔离的多路输出直流电流源，一般都采用两级DC-DC的方案，前级采用隔离的DC-DC获得恒定的电压源，然后跟随多个不隔离的DC-DC实现多路独立的恒流输出。该方案灵活多变，可靠性较高。但是，由于需要多个独立的后级DC-DC，因此需要独立的控制芯片和开关器件，大大增加了成本。
为了降低成本，有很多采用无源方式进行多路恒流，并且可以实现多路电流之间比较准确的均流。图1中利用隔离的高频交流源的整流二极管中串联耦合电感的方式，实现两路直流输出的电流的均流。并且，利用多个耦合电感的互相耦合，可以扩展到多路恒定的直流输出。但是由于二极管串联了耦合电感，而且多路的偶合电感绕组很多，这些绕组的接口都必须串联在副边整流二极管中，导致副边的PCB布线很复杂，增加了很多PCB的高频交流损耗。
图2中利用电容的电荷平衡原理，在交流电源于整流电路之间串入隔直电容CB，实现正、负两个极性的电荷的平衡，从而获得直流侧电流的相等。虽然电容成本低、实现简单，但是，该方法用于更多路输出时需要配合辅助耦合电感的技术实现，如图3。
还有一种技术(图4)是将多个高频变压器原边绕组串联，副边利用电容整流获得直流，并实现多路负载电流相同。该技术利用理想变压器原副边电流取决于匝比的原理，在保证多个变压器匝比相同的条件下，实现副边的平均电流相等。该技术虽然简单，但是存在一些严重影响其应用范围的缺点。主要包括，1)由于每个变压器都承担了高绝缘的要求，因此每个变压器都必须要安规要求，成本大大增加，也降低了窗口利用率，影响变流器的效率。2)由于串联原边励磁电流不反映到副边回路，因此，当励磁电流比较大的拓扑结构，如串、并联谐振变流器等，其变压器的励磁电流与负载电流的比例比较接近，考虑到励磁电感的离散性较大，因此多路输出电流的均流度受到影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种实现精确均流的多路LED驱动电路。
为解决上述问题，本发明的解决方案是：
提供一种实现精确均流的多路LED驱动电路，包括一个高频交流源和一个变压器T1，交流源并联在变压器T1的原边绕组Np两端；所述变压器T1包括n个副边绕组，为Ns1、Ns2、…、Nsn；各相邻副边绕组的一端为接电容端，分别接至各自的电容Cbn的一端，且相邻副边绕组的接电容端以同名端与非同名端交替出现；各电容Cbn的另一端与下一级副边绕组侧的电容之间以二极管串接，电容Cbn接至该二极管的阴极，下一级的电容则接至该二极管的阳极；
对于设置于第一级副边绕组接电容端侧的电容Cb1，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接到输出地；
对于设置于最后一级副边绕组接电容端侧的电容Cbn，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管Dn4的阴极，二极管Dn4的阳极则接输出地；
各副边绕组的非接电容端分别接至一个输出整流电路，该输出整流电路具有相同的电路结构：两个二极管Dn2和Dn3串联，其中点与副边绕组的非接电容端相接，二极管Dn2的阴极接到输出滤波电容Con2的正端，二极管Dn3的阳极接到输出滤波电容Con2的负端；一个负载LED并联在输出滤波电容Con2的两端，Con2的负端同时接至输出地。
提供另一种实现精确均流的多路LED驱动电路，包括一个高频交流源和若干个变压器T1、T2、…、Tn，各变压器的原边绕组分别为Np1、Np2、…、Npn，各变压器的副边绕组分别为Ns1、Ns2、…、Nsn，高频交流源并联在各变压器原边绕组的两端；各相邻副边绕组的一端为接电容端，分别接至各自的电容Cbn的一端，且相邻副边绕组的接电容端以同名端与非同名端交替出现；各电容Cbn的另一端与下一级副边绕组侧的电容之间以二极管串接，电容Cbn接至该二极管的阴极，下一级的电容则接至该二极管的阳极；
对于设置于第一级副边绕组接电容端侧的电容Cb1，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接到输出地；
对于设置于最后一级副边绕组接电容端侧的电容Cbn，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管Dn4的阴极，二极管Dn4的阳极则接输出地；
各副边绕组的非接电容端分别接至一个输出整流电路，该输出整流电路具有相同的电路结构：两个二极管Dn2和Dn3串联，其中点与副边绕组的非接电容端相接，二极管Dn2的阴极接到输出滤波电容Con2的正端，二极管Dn3的阳极接到输出滤波电容Con2的负端；一个负载LED并联在输出滤波电容Con2的两端，Con2的负端同时接至输出地。
本发明中，所述的并联在原边绕组上的交流电源是任意双端励磁的开关逆变拓扑。
本发明中，作为方案的变形，是将电容Cbn和与之串联的变压器副边绕组互换位置。与副边绕组串联的电容Cbn可以与变压器绕组互换位置，不影响电路的性能，从而无需改变电路中其它元件的连接方式。
本发明中，即使任意一路或者多路LED负载短路，仍然可以实现其余各路负载的电流的精确均流。
本发明通过多个电容之间的电荷互换和各电容的安秒平衡的原理，实现多路输出之间的精确恒流。只需在主变压器的输出侧增加多个绕组，加上少量整流元件，就可以实现多路输出，电路简单，容易扩展，成本低。
与实现副边均流的方案相比，本发明有益效果是：
1、无需额外的用于均流的磁元件，只需电容，成本低，效率高。
2、采用电容减少体积，密度高。
3、变压器可以扩展到多路，并实现多路均流。
4、原边可以是任意实现变压器双端励磁的开关电路拓扑，电路构建非常灵活。
5、也可以采用模块化设计的变压器，实现多路输出的模块化。
6、均流可靠性高，即使一路或者多路LED负载短路，剩余各路负载也能实现精确恒流。
附图说明
图1为二极管串联耦合电感的均流技术；
图2为副边串联隔直电容的两路均流电路；
图3为采用辅助耦合电感的四路均流输出整流电路；
图4为变压器原边串联的实现副边均流的技术；
图5为本发明提出的n路恒流输出的整流电路；
图6为本发明提出的改进型n路恒流输出的整流电路；
图7为原边为半桥电路的图5中三路输出方案的实施例；
图8为原边为半桥电路的图6中三路输出方案的实施例。
具体实施例
下面结合附图对本发明的实施方案进行具体阐述。
图5中的技术方案解决了n路LED输出的均流问题。该方案中包括一个高频交流源，变压器T1，原边绕组Np，n个副边绕组Ns1，Ns2，Nsn。交流源并联在Np的两端，Ns1的同名端输出接电容Cb1的一端，另一端接二极管D12的阳极和D13的阴极，二极管D12的阴极接到输出滤波电容Co12的正端，二极管D13的阳极接到Co12的负端。负载LED1并联在Co12的两端，Co12的负端作为输出地。Cb1的另一端接到二极管D11的阳极，同时接到二极管D21的阴极；二极管D11的阴极接到输出地。Ns2的非同名端接电容Cb2的一端，同名端接二极管D22的阳极和二极管D23的阴极，二极管D22的阴极连接到滤波电容Co22的正端，Co22的负端接到输出地，LED2并联在Co22的两端。Cb2的另一端接D21的阳极和下一级电路中二极管Dn1的阴极。
以此连接方式类推第n个绕组对应的第n路输出的连接，同时绕组N与绕组N-1的接电容Cbn与Cbn-1的一端是同名端与非同名端交替出现；最后一级电路中的二极管Dn1的阳极接最后一级电路中二极管Dn4的阴极，Dn4的阳极接输出地。
图6中的技术方案作为图5的一种改进，解决了n路LED输出的均流问题。该方案中包括一个高频交流源，变压器T1，T2…Tn，T1的原边绕组Np1，T2的原边绕组Np2，Tn的原边绕组Npn，T1的副边绕组Ns1，T2的副边绕组Ns2，Tn的副边绕组Nsn。输入交流源并联在所有变压器原边绕组(Np1，Np2…Npn)的两端。Ns1的同名端输出接电容Cb1的一端，另一端接二极管D12的阳极和D13的阴极，二极管D12的阴极接到输出滤波电容Co12的正端，二极管D13的阳极接到Co12的负端。负载LED1并联在Co12的两端，Co12的负端作为输出地。Cb1的另一端接到二极管D11的阳极，同时接到二极管D21的阴极；二极管D11的阴极接输出地。Ns2的非同名端接电容Cb2的一端，同名端接二极管D22的阳极和二极管D23的阴极，二极管D22的阴极连接到滤波电容Co22的正端，Co22的负端接到输出地，LED2并联在Co22的两端。Cb2的另一端接D21的阳极和下一级电路中二极管Dn1的阴极。
以此连接方式类推第n个绕组对应的第n路输出的连接，同时绕组N与绕组N-1的接电容Cbn与Cbn-1的一端是同名端与非同名端交替出现；最后一级电路中的二极管Dn1的阳极接最后一级电路中二极管Dn4的阴极，Dn4的阳极接输出地。
如图7所示，开关管S1和S2组成一个开关桥臂，输入直流Vin跨接在开关桥臂的两端。S1和S2的中点连接到电感Lr的一端，Lr的另一端节到变压器T1的原边绕组Np的一端，Np的另一端接到电容Cr的一端，电容Cr的另一端接到输入Vin的负端。变压器T1有三个副边绕组Ns1、Ns2和Ns3，Ns1的同名端输出接电容Cb1的一端，另一端接二极管D12的阳极和D13的阴极，二极管D12的阴极接到输出滤波电容Co12的正端，二极管D13的阳极接到Co12的负端。负载LED2并联在Co12的两端，Co12的负端作为输出地。电容Cb1的另一端接到二极管D11的阳极，同时接到二极管D21的阴极；二极管D11的阴极接输出地。
Ns2的一端接电容Cb2的一端，同名端接二极管D22的阳极和二极管D23的阴极，二极管D22的阴极连接到滤波电容Co22的正端，Co22的负端接到输出地，LED2并联在Co22的两端。Cb2的另一端接D21的阳极和二极管D31的阴极。D21的阴极接到D11的阳极。
Ns3的一端接电容Cb3的一端，同名端接二极管D32的阳极和二极管D33的阴极，二极管D32的阴极连接到滤波电容Co32的正端，Co32的负端接到输出地，LED3并联在Co32的两端。Cb3的另一端接D31的阳极和二极管D34的阴极，D34的阳极接到输出地。D31的阴极接到D21的阳极。
如图8所示，三个独立的变压器T1、T2和T3的原边绕组Np1、Np2和Np3各自并联在输入交流源两端，便于变压器的模块化和标准化设计，通过并联变压器数量和相应辅助元件的增减来灵活满足输出路数的改变，无需修改主变压器参数。
该方案中包括一个高频交流源，变压器T1、T2和T3，T1的原边绕组Np1，T2的原边绕组Np2，T3的原边绕组Np3，T1的副边绕组Ns1和T2的副边绕组Ns2，T3的副边绕组Ns3；输入交流源并联在Np1，Np2和Np3的两端，Ns1的同名端输出接电容Cb1的一端，另一端接二极管D12的阳极和D13的阴极，二极管D12的阴极接到输出滤波电容Co12的正端，二极管D13的阳极接到Co12的负端。负载LED1并联在Co12的两端，Co12的负端作为输出地。Cb1的另一端的另一端接到二极管D11的阳极，同时接到二极管D21的阴极；二极管D11的阴极接输出地。
Ns2的一端接电容Cb2的一端，同名端接二极管D22的阳极和二极管D23的阴极，二极管D22的阴极连接到滤波电容Co22的正端，Co22的负端接到输出地，LED2并联在Co22的两端。Cb2的另一端接D21的阳极。
Ns3的一端接电容Cb3的一端，同名端接二极管D32的阳极和二极管D33的阴极，二极管D32的阴极连接到滤波电容Co32的正端，Co32的负端接到输出地，LED3并联在Co32的两端。Cb3的另一端接D31的阳极和二极管D34的阴极。D31的阴极接到D21的阳极，二极管D34的阳极接到输出地。
应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
Claims (4)
1.一种实现精确均流的多路LED驱动电路，包括一个高频交流源和一个变压器T1，交流源并联在变压器T1的原边绕组Np两端；其特征在于，所述变压器T1包括n个副边绕组，为Ns1、Ns2、…、Nsn；各相邻副边绕组的一端为接电容端，分别接至各自的电容Cbn的一端，且相邻副边绕组的接电容端以同名端与非同名端交替出现；各电容Cbn的另一端与下一级副边绕组侧的电容之间以二极管串接，电容Cbn接至该二极管的阴极，下一级的电容则接至该二极管的阳极；
对于设置于第一级副边绕组接电容端侧的电容Cb1，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接到输出地；
对于设置于最后一级副边绕组接电容端侧的电容Cbn，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管Dn4的阴极，二极管Dn4的阳极则接输出地；
各副边绕组的非接电容端分别接至一个输出整流电路，该输出整流电路具有相同的电路结构：两个二极管Dn2和Dn3串联，其中点与副边绕组的非接电容端相接，二极管Dn2的阴极接到输出滤波电容Con2的正端，二极管Dn3的阳极接到输出滤波电容Con2的负端；一个负载LED并联在输出滤波电容Con2的两端，Con2的负端同时接至输出地。
2.一种实现精确均流的多路LED驱动电路，包括一个高频交流源和若干个变压器T1、T2、…、Tn，各变压器的原边绕组分别为Np1、Np2、…、Npn，各变压器的副边绕组分别为Ns1、Ns2、…、Nsn，其特征在于，高频交流源并联在各变压器原边绕组的两端；各相邻副边绕组的一端为接电容端，分别接至各自的电容Cbn的一端，且相邻副边绕组的接电容端以同名端与非同名端交替出现；各电容Cbn的另一端与下一级副边绕组侧的电容之间以二极管串接，电容Cbn接至该二极管的阴极，下一级的电容则接至该二极管的阳极；
对于设置于第一级副边绕组接电容端侧的电容Cb1，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管D11的阳极，二极管D11的阴极连接到输出地；
对于设置于最后一级副边绕组接电容端侧的电容Cbn，其与二极管相接的一端还连接至另一个二极管Dn4的阴极，二极管Dn4的阳极则接输出地；
各副边绕组的非接电容端分别接至一个输出整流电路，该输出整流电路具有相同的电路结构：两个二极管Dn2和Dn3串联，其中点与副边绕组的非接电容端相接，二极管Dn2的阴极接到输出滤波电容Con2的正端，二极管Dn3的阳极接到输出滤波电容Con2的负端；一个负载LED并联在输出滤波电容Con2的两端，Con2的负端同时接至输出地。
3.根据权利要求1或2中所述的LED驱动电路，其特征在于，所述的并联在原边绕组上的交流电源是任意双端励磁的开关逆变拓扑。
4.根据权利要求1或2中所述的LED驱动电路，其特征在于，作为方案的变形，是将电容Cbn和与之串联的变压器副边绕组互换位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141029 |