本實(shí)用新型涉及一種多路LED均流及調(diào)光技術(shù),特別涉及一種基于SCC自動反饋控制的多路LED驅(qū)動電路。
背景技術(shù):
高亮度發(fā)光二極管(High Brightness Light Emitting Diode,HB-LED,以下簡稱LED)具有發(fā)光能效高、光學(xué)性能好、壽命長及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是極具發(fā)展前景的新一代綠色照明光源。由于單只LED功率小,亮度低,在亮度要求高的場合,多只LED串、并聯(lián)是必然采取的措施??紤]安規(guī)要求及可靠性,多只LED(如12~15只)串聯(lián)后再多串并聯(lián)(如4~6串)是常用的方案。但由于LED自身的導(dǎo)通壓降離散性大,即使同一產(chǎn)品箱中的LED在額定電流工作時其導(dǎo)通壓降差別也通常在15%以上;另外LED的導(dǎo)通壓降還隨著工作結(jié)溫以及工作電流的不同有很大差異,因此考慮各種工作狀況LED導(dǎo)通壓降的差別約為30%,采用單個電源給多個并聯(lián)的LED串供電也將引起電壓降較低的一路承擔(dān)很大的電流,且由于LED的導(dǎo)通壓降為負(fù)溫度系數(shù),將加劇該不均流程度,嚴(yán)重降低LED的可靠性,因此將LED模塊進(jìn)行串并聯(lián)組合時必須引入均流技術(shù)。
各種均流方案中:利用耦合電感進(jìn)行均流的無源均流方案在當(dāng)電路拓展到更多路輸出的應(yīng)用場合時,對藕合電感的數(shù)量要求更多,均流表現(xiàn)將會遇到兩個問題,一是:電路面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制電路復(fù)雜等共同的問題。二是,電感容易受到漏感以及勵磁電流的影響,進(jìn)而導(dǎo)致均流效果不佳。
利用電容的交流阻抗特性,其工作受到一定限制;一是負(fù)載僅工作在正常工作周期的半個周期內(nèi)發(fā)光,導(dǎo)致了電路對LED利用率較低。二是電路通過電容容量控制了負(fù)載電流大小,從而使得工作效率不理想。
現(xiàn)有方案中無源均流方案中基于電容的電荷平衡原理設(shè)計的兩路均流方案具有高效,低價,簡單的優(yōu)勢。特別適用于雙端拓?fù)涞恼鹘Y(jié)構(gòu)。其主要設(shè)計原理是利用電容的伏秒平衡特性,在雙端拓?fù)涞淖儔浩鞲边呎?fù)交替輸出時,實(shí)現(xiàn)電荷平衡進(jìn)而達(dá)到精確,可靠的控制負(fù)載電流的目的。利用平衡電容進(jìn)行多路均流的方案中,通過在整流橋變壓器副邊串聯(lián)平衡電容保證模塊內(nèi)兩路LED負(fù)載輸出的電流平衡,多個模塊間電流通過選取精確匹配的電容實(shí)現(xiàn)均衡。以為器件的不確定性使得其均衡特性較差。同時對均流精度的要求也將提高器件選取的成本。使其應(yīng)用受到了一定的限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足,提供一種基于SCC自動反饋控制的多路LED驅(qū)動電路,該LED驅(qū)動電路適用于多路可精確均流LED驅(qū)動電路。
本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于SCC自動反饋控制的多路LED驅(qū)動電路,包括:相互連接的半橋逆變單元X、多路LED精確均流驅(qū)動單元Y和輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z,所述多路LED精確均流驅(qū)動單元Y具有均流可控開關(guān)電容SCC;
所述多路LED精確均流驅(qū)動單元Y包括:
第一變壓器副邊T1、第一電感L1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一輸出濾波電容Co1、第二輸出濾波電容Co2、第一隔直電容Cb1、第一開關(guān)電容Cs1、第一開關(guān)管S1、第一LED串1、第二LED串2、第二變壓器副邊T2、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8、第三輸出濾波電容Co3、第四輸出濾波電容Co4、第三LED串3、第四LED串4和均流可控開關(guān)電容SCC,所述均流可控開關(guān)電容SCC包括第一可控開關(guān)電容SCC1和第二可控開關(guān)電容SCC2;所述第一隔直電容Cb1和第一開關(guān)電容Cs1的正極均與半橋逆變單元X中第一變壓器副邊T1的正極相連接;所述第一開關(guān)管S1的漏極與第一開關(guān)電容Cs1的負(fù)極相連接;第一開關(guān)管S1的源極和第一隔直電容Cb1的負(fù)極均與第一電感L1首端相連接;第一電感L1末端和第一二極管D1的正極均與第二二極管D2的負(fù)極相連接;第一二極管D1的負(fù)極和第一輸出濾波電容Co1的正極均與第一LED串1的正極相連接;第一LED串1的負(fù)極、第二LED串2的負(fù)極、第一輸出濾波電容Co1的負(fù)極、第二輸出濾波電容Co2的負(fù)極、第二二極管D2的正極和第四二極管D4的正極均接地;第三二極管D3的負(fù)極和與第二輸出濾波電容Co2的正極均與第二LED串2的正極相連接;第三二極管D3的正極和第四二極管D4的負(fù)極均與第一變壓器副邊T1的負(fù)極相連接;
所述第二可控開關(guān)電容SCC2包括:第二隔直電容Cb2、第二開關(guān)電容Cs2和第二開關(guān)管S2;第二隔直電容Cb2和第二開關(guān)電容Cs2的正極均與第二變壓器副邊T2正極相連接;第二開關(guān)管S2的漏極和第二開關(guān)電容Cs2的負(fù)極相連接;第二開關(guān)管S2的源極、第二隔直電容Cb2的負(fù)極和第五二極管D5的正極均與第六二極管D6的負(fù)極相連接;第五二極管D5的負(fù)極和第三輸出濾波電容Co3的正極均與第三LED串3的正極相連接;第三LED串3的負(fù)極、第四LED串4的負(fù)極、第三輸出濾波電容Co3的負(fù)極、第四輸出濾波電容Co4的負(fù)極、第六二極管D6的正極和第八二極管D8的正極均接地;第七二極管D7的負(fù)極和第四輸出濾波電容Co4的正極均與第四LED串4的正極相連接;第七二極管D7的正極和第八二極管D8的負(fù)極均與第二變壓器副邊T2的負(fù)極相連接。
所述半橋逆變單元X包括:第一開關(guān)MOS管Q1、第二開關(guān)MOS管Q2、第一電容C1和第二電容C2、變壓器T;其中,第一開關(guān)MOS管Q1的漏極與第一電容C1的正極均與直流電源正極相連接;第一電容C1的負(fù)極與第二電容C2的正極相連接;第一開關(guān)MOS管Q1的源極和第二開關(guān)MOS管Q2的漏極相連接;第二開關(guān)MOS管Q2的源極與第二電容C2的負(fù)極均與電源負(fù)極相連接;變壓器T的原邊正極與第一開關(guān)MOS管Q1的源極相連接;變壓器T的原邊負(fù)極與第一電容C1的負(fù)極相連接。
所述的多路LED精確均流驅(qū)動單元Y包括以下的(1)部分和(2)部分:
(1)第一變壓器副邊T1、第一電感L1、第一可控開關(guān)電容SCC1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一輸出濾波電容Co1、第二輸出濾波電容Co2、第一隔直電容Cb1、第一開關(guān)電容Cs1和第一開關(guān)管S1、LED串1、LED串2。第一隔直電容Cb1和第一開關(guān)電容Cs1的正極均與X中第一變壓器副邊T1正極相連接;第一開關(guān)管S1的漏極與第一開關(guān)電容Cs1的負(fù)極相連接;第一開關(guān)管S1的源極和第一隔直電容Cb1的負(fù)極均與第一電感L1首端相連接;第一電感L1末端和第一二極管D1的正極均與第二二極管D2的負(fù)極相連接;第一二極管D1的負(fù)極和第一輸出濾波電容Co1的正極均與LED串1的正極相連接;第一LED串1的負(fù)極、第二LED串2的負(fù)極、第一輸出濾波電容Co1的負(fù)極、第二輸出濾波電容Co2的負(fù)極、第二二極管D2的正極和第四二極管D4的正極均接地。第三二極管D3的負(fù)極和與第二輸出濾波電容Co2的正極均與第二LED串2的正極相連接;第三二極管D3的正極和第四二極管的負(fù)極均與第一變壓器副邊T1的負(fù)極相連接。
(2)第二變壓器副邊T2、第二可控開關(guān)電容SCC2、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8、第三輸出濾波電容Co3、第四輸出濾波電容Co4、第三LED串3、第四LED串4;其中第二可控開關(guān)電容SCC2單元包括:第二隔直電容Cb2、第二開關(guān)電容Cs2和第二開關(guān)管S2。第二隔直電容Cb2和第二開關(guān)電容Cs2的正極均與第二變壓器副邊T2正極相連接;第二開關(guān)管S2的漏極和第二開關(guān)電容Cs2的負(fù)極相連接;第二開關(guān)管S2的源極和第二隔直電容Cb2的負(fù)極和第五二極管D5的正極均與第六二極管D6的負(fù)極相連接;第五二極管D5的負(fù)極和第三輸出濾波電容Co3的正極均與第三LED串3的正極相連接;第三LED串3的負(fù)極、第四LED串4的負(fù)極、第三輸出濾波電容Co3的負(fù)極、第四輸出濾波電容Co4的負(fù)極、第六二極管D6的正極和第八二極管D8的正極均接地。第七二極管D7的負(fù)極和與第四輸出濾波電容Co4的正極均與第四LED串4的正極相連接;第七二極管D7的正極和第八二極管D8的負(fù)極均與第一變壓器副邊T1的負(fù)極相連接。
所述的輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z包括:第一電流感應(yīng)器、第一比較器、第一PID控制器、第一PWM控制器、第一門極驅(qū)動、電流感應(yīng)器、第二比較器、第二PID控制器、第二PWM控制器、第二門極驅(qū)動、參考電流Iref;其中第一電流感應(yīng)器感應(yīng)第一LED串1的電流后和參考電流Iref傳送數(shù)據(jù)給第一比較器;第一比較器比較后傳輸運(yùn)算結(jié)果給第一PID控制器,再傳給第一PWM控制,然后是第一門極驅(qū)動,最后信號傳遞給多路LED精確均流驅(qū)動單元Y中的第一開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)反饋?zhàn)詣涌刂啤k娏鞲袘?yīng)器感應(yīng)第三LED串3的電流后和參考電流Iref傳送數(shù)據(jù)給第二比較器;第二比較器比較后傳輸運(yùn)算結(jié)果給第二PID控制器,再傳給第二PWM控制器,然后是第二門極驅(qū)動,最后信號傳遞給多路LED精確均流驅(qū)動單元Y中的第二開關(guān)管S2實(shí)現(xiàn)反饋?zhàn)詣涌刂啤?/p>
通過所述半橋逆變單元X為固定開關(guān)頻率fs、50%占空比驅(qū)動,產(chǎn)生固定頻率方波電壓;由多路LED精確均流驅(qū)動單元Y對所述方波電壓進(jìn)行濾波、隔直與均衡;由輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z實(shí)現(xiàn)四路LED串間的精確均流。
所述的半橋開關(guān)頻率fs大于第一電感L1與可控開關(guān)電容SCC等效電容Ceq的諧振頻率,以實(shí)現(xiàn)半橋電路原邊電流工作在電流連續(xù)狀態(tài)CCM。
所述的多路LED精確均流驅(qū)動單元Y包含有可控開關(guān)電容SCC,SCC中第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2驅(qū)動信號采取均與半橋第二開關(guān)MOS管Q2驅(qū)動信號同相位,變占空比D控制。
所述輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z控制可控開關(guān)電容SCC的驅(qū)動信號,改變占空比D以調(diào)節(jié)等效電容Ceq的值,調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電流的大小從而實(shí)現(xiàn)精確均流。
所述半橋逆變單元X在固定開關(guān)頻率下發(fā)出恒定50%占空比方波由變壓器T原邊傳遞到副邊供給所述的多路LED精確均流驅(qū)動單元Y。由于均流可控開關(guān)電容SCC的存在,由電容的伏秒平衡特性,可以實(shí)現(xiàn)每一變壓器副邊兩路LED串驅(qū)動電流的自動均衡。隨著均流可控開關(guān)電容SCC等效電容值的不同,LED串驅(qū)動均衡電流值也將改變。
本實(shí)用新型的原理:本實(shí)用新型的基于可控開關(guān)電容自動反饋控制的多路可精確均流LED驅(qū)動電路,包括:相互連接的半橋逆變單元X、多路LED精確均流驅(qū)動單元Y和輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z;所述多路LED精確均流驅(qū)動單元Y具有均流可控開關(guān)電容SCC;所述半橋逆變單元X半橋采用固定頻率恒定50%占空比控制;可控開關(guān)電容的存在使同一變壓器副邊的兩路LED串電流自動均衡;不同變壓器副邊通過輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z來實(shí)現(xiàn)精確均流。
本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
(1)本實(shí)用新型中半橋逆變單元X驅(qū)動采用固定頻率固定占空比的驅(qū)動方式,控制簡單有利于磁性元件的設(shè)計和優(yōu)化。
(2)本實(shí)用新型基于可控開關(guān)電容自動反饋控制的多路LED均流驅(qū)動電路,通過電流反饋?zhàn)詣涌刂普{(diào)控開關(guān)電容SCC,改變等效電容的值,從而調(diào)節(jié)LED均衡電流的值,實(shí)現(xiàn)了多路LED驅(qū)動電流的精確均流。
(3)本實(shí)用新型中半橋逆變單元X及可控開關(guān)電容SCC使用的開關(guān)管均能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單,易于實(shí)現(xiàn),很好的實(shí)現(xiàn)了多路路LED串的精確均流和半橋開關(guān)管和均流可控開關(guān)電容開關(guān)管的ZVS軟開關(guān),其開關(guān)損耗小,轉(zhuǎn)換效率高。
附圖說明
圖1是基于可控開關(guān)電容自動反饋控制的多路可精確均流LED驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
圖2是可控開關(guān)電容SCC工作周期波形圖。
圖3是多路LED精確均流驅(qū)動單元Y中第一變壓器副邊T1側(cè)電路穩(wěn)態(tài)工作波形圖。
圖4是電壓感應(yīng)器型反饋?zhàn)詣涌刂坪喕疽鈭D。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
如圖1所示,是本實(shí)用新型所述的一種基于SCC自動反饋控制的多路LED驅(qū)動電路,該多路LED驅(qū)動電路包括:相互連接的半橋逆變單元X、多路LED精確均流驅(qū)動單元Y和輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z,所述多路LED精確均流驅(qū)動單元Y具有均流可控開關(guān)電容SCC;
所述半橋逆變單元X包括:第一開關(guān)MOS管Q1、第二開關(guān)MOS管Q2、第一電容C1和第二電容C2、變壓器T;其中,第一開關(guān)MOS管Q1的漏極與第一電容C1的正極均與直流電源正極相連接;第一電容C1的負(fù)極與第二電容C2的正極相連接;第一開關(guān)MOS管Q1的源極和第二開關(guān)MOS管Q2的漏極相連接;第二開關(guān)MOS管Q2的源極與第二電容C2的負(fù)極均與電源負(fù)極相連接;變壓器T的原邊正極與第一開關(guān)MOS管Q1的源極相連接;變壓器T的原邊負(fù)極與第一電容C1的負(fù)極相連接。
所述的多路LED精確均流驅(qū)動單元Y包括以下的(1)部分和(2)部分:
(1)第一變壓器副邊T1、第一電感L1、第一可控開關(guān)電容SCC1、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一輸出濾波電容Co1、第二輸出濾波電容Co2、第一隔直電容Cb1、第一開關(guān)電容Cs1和第一開關(guān)管S1、LED串1、LED串2。第一隔直電容Cb1和第一開關(guān)電容Cs1的正極均與X中第一變壓器副邊T1正極相連接;第一開關(guān)管S1的漏極與第一開關(guān)電容Cs1的負(fù)極相連接;第一開關(guān)管S1的源極和第一隔直電容Cb1的負(fù)極均與第一電感L1首端相連接;第一電感L1末端和第一二極管D1的正極均與第二二極管D2的負(fù)極相連接;第一二極管D1的負(fù)極和第一輸出濾波電容Co1的正極均與LED串1的正極相連接;第一LED串1的負(fù)極、第二LED串2的負(fù)極、第一輸出濾波電容Co1的負(fù)極、第二輸出濾波電容Co2的負(fù)極、第二二極管D2的正極和第四二極管D4的正極均接地。第三二極管D3的負(fù)極和與第二輸出濾波電容Co2的正極均與第二LED串2的正極相連接;第三二極管D3的正極和第四二極管的負(fù)極均與第一變壓器副邊T1的負(fù)極相連接。
(2)第二變壓器副邊T2、第二可控開關(guān)電容SCC2、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8、第三輸出濾波電容Co3、第四輸出濾波電容Co4、第三LED串3、第四LED串4;其中第二可控開關(guān)電容SCC2單元包括:第二隔直電容Cb2、第二開關(guān)電容Cs2和第二開關(guān)管S2。第二隔直電容Cb2和第二開關(guān)電容Cs2的正極均與第二變壓器副邊T2正極相連接;第二開關(guān)管S2的漏極和第二開關(guān)電容Cs2的負(fù)極相連接;第二開關(guān)管S2的源極和第二隔直電容Cb2的負(fù)極和第五二極管D5的正極均與第六二極管D6的負(fù)極相連接;第五二極管D5的負(fù)極和第三輸出濾波電容Co3的正極均與第三LED串3的正極相連接;第三LED串3的負(fù)極、第四LED串4的負(fù)極、第三輸出濾波電容Co3的負(fù)極、第四輸出濾波電容Co4的負(fù)極、第六二極管D6的正極和第八二極管D8的正極均接地。第七二極管D7的負(fù)極和與第四輸出濾波電容Co4的正極均與第四LED串4的正極相連接;第七二極管D7的正極和第八二極管D8的負(fù)極均與第一變壓器副邊T1的負(fù)極相連接。
所述的輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z包括:第一電流感應(yīng)器、第一比較器、第一PID控制器、第一PWM控制器、第一門極驅(qū)動、第二電流感應(yīng)器、第二比較器、第二PID控制器、第二PWM控制器、第二門極驅(qū)動、參考電流Iref。其中第一電流感應(yīng)器感應(yīng)第一LED串1的電流后和參考電流Iref傳送數(shù)據(jù)給第一比較器;第一比較器比較后傳輸運(yùn)算結(jié)果給第一PID控制器,再傳給第一PWM控制,然后是第一門極驅(qū)動,最后信號傳遞給多路LED精確均流驅(qū)動單元Y中的第一開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)反饋?zhàn)詣涌刂?。第二電流感?yīng)器感應(yīng)第三LED串3的電流后和參考電流Iref傳送數(shù)據(jù)給第二比較器;第二比較器比較后傳輸運(yùn)算結(jié)果給第二PID控制器,再傳給第二PWM控制器,然后是第二門極驅(qū)動,最后信號傳遞給多路LED精確均流驅(qū)動單元Y中的第二開關(guān)管S2實(shí)現(xiàn)反饋?zhàn)詣涌刂啤?/p>
從圖1中可以看到,兩個第一變壓器副邊T1和第二變壓器副邊T2側(cè)的兩路結(jié)構(gòu)是完全一樣的,所以接下以第一變壓器副邊T1側(cè)電路為例分析。
如圖2所示,SCC等效電容值與電容一個周期內(nèi)的電荷量Q成正比,開關(guān)電容SCC的等效電容公式如式(1),占空比D的控制范圍是:[δ,0.5+δ]。等效電容最大值Ceqmax=Cb1+Cs1,最小值Ceq1min=Cb1。δ角為電壓vs1相角超前于輸出電流is1角度。
其中,Qcs為第一電容Cs1在正常同等條件完整半個周期下的電荷量,ΔQcs為第一開關(guān)電容Cs1半個周期的電荷量;Cb1為第一隔直電容電容值;Cs1為第一開關(guān)電容電容值;δ角為電壓vs1相角超前于輸出電流is1角度。
以下分析把均流可控開關(guān)電容等效替換為等效電容Ceq1分析,如圖3所示,可得變壓器T1側(cè)電路具體模態(tài)分析如下:
1)模態(tài)1(t0-t1):在此模態(tài)內(nèi),第一二極管D1、第四二極管D4導(dǎo)通,電流is1給輸出第一濾波電容Co1充電及給第一LED串1供電;第二二極管D2、第三二極管D3關(guān)斷,第二LED串2由輸出第二濾波電容Co2供電驅(qū)動。
2)模態(tài)2(t1-t2):在此模態(tài)內(nèi),第二二極管D2、第三二極管D3導(dǎo)通,電流is1給輸出第二濾波電容Co2充電及給第二LED串2供電;第一二極管D1、第四D4關(guān)斷,第一LED串1由輸出第一濾波電容Co1供電驅(qū)動。
由電容的安秒平衡特性,電容在一個工作周期內(nèi)充放電平衡,即正負(fù)半周期通過的電容Ceq1的電荷量相等(Q1=Q2)。兩路LED串輸出電流如式(2)所示,可以實(shí)現(xiàn)輸出電流的自動均衡,式中Ts為半橋開關(guān)周期。
其中,ILED1為第一LED串1的電流;ILED2為第二LED串2的電流;Ts為半橋開關(guān)周期;Q1為電容在一個工作周期內(nèi)正半周期的電荷量;Q2為電容在一個工作周期內(nèi)負(fù)半周期的電荷量。
兩變壓器副邊間電流的均衡,則靠輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z的控制調(diào)控各自可控開關(guān)電容SCC的占空比,以實(shí)現(xiàn)四路LED電流的精確均流。
對于所應(yīng)用的輸出反饋?zhàn)詣涌刂葡到y(tǒng)Z,其應(yīng)用的是電流感應(yīng)器來檢測電路的LED驅(qū)動電流,此外應(yīng)用電壓感應(yīng)器來檢測LED驅(qū)動電流也是其中一種變形,也在保護(hù)當(dāng)中,其示意圖如圖4所示。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制,其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。