[发明专利]一种母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及照明电子电路控制，尤其是多串LED均流技术领域。

背景技术

随着全球能源短缺及环境污染问题的日益突出，节能降耗成为全世界共同关注的话题。国际能源机构调查指出，全球超过20％的电能用于照明。与传统的白炽灯和日光灯相比，LED具有体积小、效率高、寿命长、环保、节能等特性，因此在全球能源短缺的背景下，LED已成为照明行业的一个研究热点。近年来，随着LED技术的进步，使其在路灯照明、LCD背光、医疗照明、汽车照明等诸多领域也得到了越来越广泛的应用。LED的光通量、发光强度、色温等光学性能与流过LED的平均电流基本呈线性关系，为了保证LED的照明品质，需要对其进行恒流驱动。

受单颗LED功率以及光照均匀度的限制，在许多高流明应用场合，需要同时使用多颗LED实现大功率输出。此外，LED属于点光源，在LED背光等应用中，为了获得均匀的光通量，需要多颗LED均匀分布。多颗LED直接串联将导致驱动电源电压应力高，可靠性差，因而多采用LED串并联的连接方式，但随之而来的问题是需要对各路LED进行均流控制。LED驱动电源主要有两大类均流控制方法：无源均流和有源均流。

无源均流仅使用电阻、电容、耦合电感等无源器件实现各支路电流均衡，具有控制简单的特点。使用电阻的无源均流方法精度不高，使用耦合电感的无源均流体积大，而利用电容的充放电平衡的无源均流需使用较多的二极管实现电流的双向流动，从而使得变换器的效率有所下降。有源均流使用开关管等有源器件以及控制电路组成电流调节器，实现各支路LED电流的调节。有源均流通常分为线性模式均流和开关模式均流，线性模式均流效率较低，只适用于小功率场合；开关模式均流效率高，但电路元件数目多，电路控制复杂，体积大，成本高。

发明内容

本发明提出的控制方法，克服了现有有源开关式多路恒流输出技术电路元件数目多，电路控制复杂，体积大，成本高等缺点。

本发明所采用的技术方案是：

一种母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器拓扑,前级开关变换器的输出端并联N个LED负载支路，各LED负载支路由LED元件与一个分时复用控制开关管及一个采样电阻串联构成；母线电流控制器控制前级开关变换器输出恒流为各LED负载支路提供总的电流，各LED负载支路分时复用控制开关管控制流过各支路的平均电流；母线电流同步式分时复用控制器的输入端口和输出端口分别与支路采样电阻和各LED负载支路的分时复用控制开关管连接，所构成的N个控制环路控制各输出支路的平均电流均流；母线电流同步式分时复用控制器中的每一个控制环路包含一个PWM模块以及一个“或非”门和一个“或”门。

进一步地,单级结构恒流输出变换器的输出端连接了一个滤波电容。

此外,前级变换器可以为任意拓扑的单级结构恒流输出开关变换器，也可以是任意拓扑的DC-DC变换器。

这样,整个拓扑结构为两部分，一部分为母线电流控制器控制单级结构恒流输出开关变换器输出恒流，另一部分为母线电流同步式分时复用控制器控制各输出支路电流，即控制LED峰值电流最低支路的电流为直流量，其它高峰值电流的LED支路通过调节PWM占空比来控制其输出平均电流，从而实现各输出支路的均流功能。此外，两部分为独立的控制环路，便于电路的模块化。

本发明的另一个目的是为上述拓扑结构提供控制方法.其具体方案为:

采样如上所述LED驱动器拓扑的母线电流同步式分时复用多路恒流输出LED驱动器的控制方法，控制器自动寻找峰值电流最低的LED支路且将其流过的电流控制为直流量，其它高峰值电流LED支路通过调节该支路分时复用控制开关管的占空比来控制其输出平均电流；在各支路LED差异不大的情况下，各支路分时复用控制开关管的占空比均接近或等于1，从而提高了各支路LED的利用率。

实现各输出支路均流的具体做法是：

对一个恒流母线用PWM的方式进行分时复用控制，其母线电流由单级结构单路输出AC-DC变换器或单路输出DC-DC变换器提供，由分时复用控制开关管对母线电流进行同步式分时复用控制，从而实现控制每个输出支路的平均电流均流。其中同步式分时复用母线电流控制器由N个控制环路构成，每一个控制环路包含一个PWM模块以及一个“或非”门和一个“或”门。根据分时复用开关管所在支路的输出电流情况同步调节其导通时间，在各支路LED差异不大的情况下，各支路分时复用控制开关管的占空比接近1；当各支路LED不同时，控制环路会自动控制峰值电流最低的LED支路的分时复用控制开关管“长通”，其它支路进行PWM调节。