CN102123552B

CN102123552B - 一种多路恒流大功率led驱动电源

Info

Publication number: CN102123552B
Application number: CN 201110031371
Authority: CN
Inventors: 罗全明; 周雒维; 卢伟国; 邾玢鑫; 汪洋
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CN102123552A

Abstract

本发明提供一种多路恒流大功率LED驱动电源,只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路输出驱动电流驱动一组LED光源；所述多路恒流大功率LED驱动电源中包含n个功率开关S1、S2、S3…Sn，n个二极管D1、D2、D3…Dn，n个电感L1、L2、L3…Ln，n-1个电容C1、C2…Cn-1。每一路输出驱动一组LED光源，避免由于过多LED光源串联引起的可靠性差的问题；由于只需要控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，控制电路简单；本发明的电路结构简单，恒流性能好，并且成本低、体积小。

Description

一种多路恒流大功率LED驱动电源

技术领域

本发明涉及LED驱动电源，具体涉及一种多路恒流大功率LED驱动电源。

背景技术

半导体照明由于其高效、节能、环保及长寿命等优点，在照明领域应用的范围越来越广。单颗LED的功率一般在3W以下，所以LED作为照明灯具使用时，总是以多颗串联的方式进行，又由于可靠性问题，LED串联颗数不能过多，所以在大功率照明场合一般采用串并联组合的形式。通常多少组LED光源就需要多少个LED驱动电源，这样就使得LED驱动电源在其可靠工作和成本之间存在矛盾。

现阶段用于市电照明的LED驱动电源很多采用高频变压器环节或者多级DC/DC降压，这样的驱动电源过于复杂而且成本也较高；另外，也有驱动电源使用工频变压器来达到降压目的，但是使用工频变压器存在驱动电源体积过大和安装不便的缺陷。

发明内容

　　本发明所要解决的技术问题是，针对现有的LED驱动器结构复杂且数目多、成本高、体积较大和安装不便的问题，提供一种结构简单、成本低，而且体积小、具有多路输出能力的多路恒流大功率LED驱动电源。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多路恒流大功率LED驱动电源,其特征在于，只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路驱动电流驱动一组LED光源；

　　所述多路恒流大功率LED驱动电源中包含n个功率开关S1、S2、S3…Sn，n个二极管D1、D2、D3…Dn，n个电感L1、L2、L3…Ln，n-1个电容C1、C2…Cn-1；其中，

第一功率开关S1的输入端接输入直流电源的正极，输出端接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接第一电感L1，第一电感L1接第一组LED光源的阳极，第一组LED光源的阴极接降压恒流电路的负极；在第一电容C1和第一电感L1的结点和降压恒流电路的负极之间接第一二极管D1，第一二极管D1阳极接降压恒流电路的负极，第一二极管D1阴极与所述结点相连；

在第一功率开关S1和第一电容C1的结点接第二功率开关S2的输入端，第二功率开关S2的输出端接第二电容C2，在第二电容C2之后接第二电感L2，第二电感L2的另一端接第二组LED光源的阳极，第二组LED的阴极接降压恒流电路的负极；在第二电容C2和第二电感L2的结点接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极接降压恒流电路的负极；

　　在第二功率开关S2和第二电容C2之间连接第三功率开关S3的输入端，第三功率开关S3的输出端接第三电感L3，第三电感L3的另一端接第三组LED光源的阳极，第三组LED的阴极接降压恒流电路的负极，在第三功率开关S3的输出端和第三电感L3结点接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极接降压恒流电路的负极；

以此类推，在第n-1功率开关Sn-1和第n-1电容Cn-1之间连接第n功率开关Sn的输入端，第n功率开关Sn的输出端接第n电感Ln，第n电感Ln的另一端接第n组LED光源的阳极，第n组LED光源的阴极接电源的负极，在第n个功率开关Sn的输出端和第n电感Ln结点接第n二极管Dn的阴极，第n个二极管Dn的阳极接降压恒流电路的负极。

各功率开关的栅极分别接各自的控制器。

n为输出路数，只能取正整数，且由于占空比受1/n的限制，所以通常取n≤10（满足占空比大于0.1）。综合n的取值范围设定为1≤n≤10。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、每一路恒流驱动电路驱动一组LED灯组，避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题；只需要控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，控制简单；本发明的电路结构简单，输出性能好，成本低，且体积小。

2、与现有的交流输入经PFC整流环节，后级采用多级降压或高频变压器的电路相比较，本发明的控制简单、成本低；与经工频变压器降压，后级恒流驱动相比较，本发明的体积小，而且输出性能好。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明一种具体实施方式电路原理图；

图3是图1电路输出电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明涉及的市电大功率LED驱动电源，该电源包括两个部分，第一部分为输入连接在市电一侧的PFC整流环节；第二部分为DC/DC降压恒流环节。其降压恒流环节的输出端连接在LED发光源的两端。本发明的改进环节在于第二部分的降压恒流环节。该环节由具有高降压比多路恒流输出能力的新型变换器构成。该变换器输入端连接经过PFC整流环节的高压400V直流电，输出多路恒定驱动电流（以3路输出为例说明）。每一路驱动电流驱动一组LED照明灯具。这样可以避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题。

　　实施例1：如图1所示，一种多路恒流大功率LED驱动电源,由PFC整流电路和DC/DC降压恒流电路组成；所述降压恒流电路由具有高降压比的3路恒流输出变换器构成；该变换器输入端连接经过PFC整流电路的直流电，输出多路恒定驱动电流；每一路驱动电流驱动一组LED照明灯具；所述降压恒流电路中包含3个功率开关S1、S2、S3，3个二极管D1、D2、D3，3个电感L1、L2、L3，2个电容C1、C2；

　　在第二功率开关S2和第二电容C2之间连接第三功率开关S3的输入端，第三功率开关S3的输出端接第三电感L3，第三电感L3的另一端接第三组LED光源的阳极，第三组LED的阴极接降压恒流电路的负极，在第三功率开关S3的输出端和第三电感L3结点接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极接降压恒流电路的负极。

根据开关状态的不同，可以将电路分为4个工作状态：

　　（1）控制器控制第一功率开关S1导通，此时由PFC整流电路提供的400V的直流电通过第一功率开关S1为第一电容C1和第一电感L1充电，同时为第一组LED灯组供电；此时第二功率开关S2和第三功率开关S3均都关闭，第二电感L2和第三L3通过第二二极管D2和第三二极管D3续流，为第二组LED灯和第三组LED灯供电。

　　（2）控制器控制第二功率开关S2导通，此时电容C1通过功率开关S2为第二电容C2和第二电感L2充电，同时为第二组LED灯组供电；同时第一功率开关S1和第三功率开关S3均都关闭，第一电感L1和第三L3通过第一二极管D1和第三二极管D3续流，为第一组LED灯和第三组LED灯供电。

　　（3）控制器控制第三功率开关S3导通，此时电容C2通过功率开关S3为第三电感L3充电，同时为第三组LED灯组供电；同时第一功率开关S1和第二功率开关S2均都关闭，第一电感L1和第二L2通过第一二极管D1和第二二极管D2续流，为第一组LED灯和第二组LED灯供电。

　　（4）功率开关均关断，电感L1、L2及L3均通过相应的二极管D1、D2及D3续流，同时为各自回路的LED灯供电。

在本发明的具体实施方式中，功率开关选择IRF440，二极管选择BYT56J。

　　本发明使用的功率开关为开关器件，功率开关的开启与关闭受到控制器的控制，上述的三路恒流驱动电路，由控制器控制三相功率开关的占空比相同，每相之间相位相差120°。电容、电感是储能元件其组成低通滤波器，能将能量以离散的形式将能将传输出去，功率开关断开时候电感还起到续流的作用，给对应的LED灯组供电。每一路恒流驱动电路驱动一组LED灯组，避免由于过多LED灯串联引起的可靠性差的问题。

综上，使用时只需要检测控制一路，就可实现各路LED灯组恒流发光，控制简单。

实施例2：如图2所示，电路同样采用直流电源供电，其降压恒流电路的连接关系与实施例1相同，不过为了防止三相输出电路输出过电流，而损坏LED灯组，由三路比较器LM339分别比对设置的安全电流与各路采集电流的大小，如果采样得到的电流超过安全电流，比较器输出高电平到控制及保护电路，由控制及保护电路输出控制信号，控制相应的功率开关的开启与关闭，避免因为电流过大损坏LED灯组。

图3示出的是本发明的输出电流波形图，本发明仅通过一级变换器，实现了降压、恒流和三路输出这三项功能，无论是体积、成本、输出波形质量还是可靠性较传统市电LED驱动都具有优势。

实施例1和实施例2仅仅是为了工作原理阐述简单而采用了三路恒流驱动电路，在实际的应用中，能够根据照明功率需求增加恒流驱动电路数目，只需要通过控制器控制功率开关的占空比相同且每相之间相位相差为360°/n即可。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种多路恒流大功率LED驱动电源,其特征在于，只需控制一路实现恒流输出，其余各路输出可自动恒流，每一路驱动电流驱动一组LED光源；

以此类推，在第n-1功率开关Sn-1和第n-1电容Cn-1之间连接第n功率开关Sn的输入端，第n功率开关Sn的输出端接第n电感Ln，第n电感Ln的另一端接第n组LED光源的阳极，第n组LED光源的阴极接电源的负极，在第n个功率开关Sn的输出端和第n电感Ln结点接第n二极管Dn的阴极，第n个二极管Dn的阳极接降压恒流电路的负极；

各功率开关的栅极分别接各自的控制器，控制器控制n个功率管S1、S2、S3…Sn的导通或者关闭，使多路恒流大功率LED驱动电源工作在以下n+1个工作状态下：（1）控制器控制第一功率开关S1导通，此时由PFC整流电路提供的400V的直流电通过第一功率开关S1为第一电容C1和第一电感L1充电，同时为第一组LED灯组供电；此时第二功率开关S2和第三功率开关S3均都关闭，第二电感L2和第三L3通过第二二极管D2和第三二极管D3续流，为第二组LED灯和第三组LED灯供电；（2）控制器控制第二功率开关S2导通，此时电容C1通过功率开关S2为第二电容C2和第二电感L2充电，同时为第二组LED灯组供电；同时第一功率开关S1和第三功率开关S3均都关闭，第一电感L1和第三L3通过第一二极管D1和第三二极管D3续流，为第一组LED灯和第三组LED灯供电；（3）控制器控制第三功率开关S3导通，此时电容C2通过功率开关S3为第三电感L3充电，同时为第三组LED灯组供电；同时第一功率开关S1和第二功率开关S2均都关闭，第一电感L1和第二L2通过第一二极管D1和第二二极管D2续流，为第一组LED灯和第二组LED灯供电；（4）功率开关均关断，电感L1、L2及L3均通过相应的二极管D1、D2及D3续流，同时为各自回路的LED灯供电；

其中，n为输出路数，只能取正数，n的取值范围为： 2≤n≤10。

2.根据权利要求1所述多路恒流大功率LED驱动电源，其特征在于：所有功率开关的驱动信号具有相同的占空比，相位依次相差360°/n。

3.根据权利要求1所述多路恒流大功率LED驱动电源，其特征在于：所有的功率开关选择MOSFET 或IGBT，二极管可用上述全控型开关器件替代。

4.根据权利要求1所述多路恒流大功率LED驱动电源，其特征在于：第一功率开关S1的输入端所接输入直流电源是市电经PFC整流电路后得到的直流电源。