電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】一種電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，包括：具有被布置成將輸入電流輸送到多個(gè)分支中的電源的電流分布裝置，使得輸入電流分布到多個(gè)單獨(dú)分支電流中；其中多個(gè)分支中的每個(gè)包括電感設(shè)備，其布置成形成與至少一個(gè)其它相關(guān)分支的相關(guān)電感設(shè)備的電感耦合；以及連接到電流分布裝置的每個(gè)相關(guān)分支的多個(gè)輸出負(fù)載。
【專利說明】電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，且具體地--但不是排他地--涉及多個(gè)LED燈 串的驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 照明裝置對(duì)人的日常生活，如在暗/低光環(huán)境中的照明是必不可少的，或在各種 情況例如修理和維護(hù)中作為視覺輔助設(shè)備。照明裝置也是必不可少的部件，例如平板顯示 器的背光模塊和信號(hào)指示器。
[0003] 在過去，照明裝置通常以白熾或熒光燈泡/管制成。在最新的固態(tài)照明技術(shù)中，高 亮度發(fā)光二極管（LED)由于其高發(fā)光功效和長預(yù)期使用壽命而在各種商業(yè)、住宅和工業(yè)照 明應(yīng)用中被廣泛采用。LED燈由連接在燈串的形式中的多個(gè)LED組成，每個(gè)燈串具有串聯(lián)連 接的幾個(gè)LED，以便滿足前級(jí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓和電流規(guī)范。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其包括：具有被布置成將 輸入電流輸送到多個(gè)分支中的電源的電流分布裝置，使得輸入電流分布到多個(gè)單獨(dú)分支電 流中；其中多個(gè)分支中的每個(gè)包括電感設(shè)備，其布置成形成與至少一個(gè)其它相關(guān)分支的相 關(guān)電感設(shè)備的電感耦合；以及連接到電流分布裝置的每個(gè)相關(guān)分支的多個(gè)輸出負(fù)載。
[0005] 在第一方面的實(shí)施方式中，每個(gè)分支的電感設(shè)備包括第一線圈和第二線圈。
[0006] 在第一方面的實(shí)施方式中，每個(gè)分支的第一線圈與相鄰分支的第二線圈電感地稱合。
[0007] 在第一方面的實(shí)施方式中，每個(gè)分支的第一線圈和相鄰分支的第二線圈一起限定 變壓器單元。
[0008] 在第一方面的實(shí)施方式中，變壓器單元的數(shù)量等于分支的數(shù)量。
[0009] 在第一方面的實(shí)施方式中，變壓器單元以菊花鏈方式被連接。
[0010] 在第一方面的實(shí)施方式中，第一線圈是變壓器單元的初級(jí)線圈，而第二線圈是變 壓器單元的次級(jí)線圈。
[0011] 在第一方面的實(shí)施方式中，每個(gè)變壓器單元的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈被布置在相鄰 分支中。
[0012] 在第一方面的實(shí)施方式中，每個(gè)變壓器單元的初級(jí)線圈與相鄰變壓器單元的次級(jí) 線圈被布置在同一分支上。
[0013] 在第一方面的實(shí)施方式中，多個(gè)單獨(dú)分支中的每個(gè)的單獨(dú)分支電流的總和實(shí)質(zhì)上 等于輸入電流。
[0014] 在第一方面的實(shí)施方式中，電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置還包括可操作來將一個(gè)或多個(gè)相關(guān) 輸出負(fù)載從電流分布裝置的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)分支斷開的多個(gè)隔離電路。
[0015] 在第一方面的實(shí)施方式中，隔離電路連接在相關(guān)輸出負(fù)載和電流分布裝置的相關(guān) 分支之間。
[0016] 在第一方面的實(shí)施方式中，電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置還包括布置成當(dāng)相關(guān)輸出負(fù)載從電 流分布裝置的相關(guān)分支斷開時(shí)，接收電流分布裝置的單獨(dú)分支電流的再循環(huán)電路。
[0017] 在第一方面的實(shí)施方式中，再循環(huán)電路連接到電流分布裝置的至少一個(gè)分支，并 與電源電通信。
[0018] 在第一方面的實(shí)施方式中，電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置還包括布置成當(dāng)相關(guān)輸出負(fù)載從電 流分布裝置的相關(guān)分支斷開時(shí)，維持再循環(huán)電路與相關(guān)分支之間的電連接的多個(gè)二極管。
[0019] 在第一方面的實(shí)施方式中，二極管形成再循環(huán)電路和電流分布裝置的相關(guān)分支之 間的連接。
[0020] 在第一方面的實(shí)施方式中，電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置還包括連接在電源和電流分布裝置 的多個(gè)輸入分支的每個(gè)相關(guān)分支之間的多個(gè)開關(guān)電路。
[0021] 在第一方面的實(shí)施方式中，開關(guān)電路包括布置成防止電流在電流分布裝置的單獨(dú) 輸入分支與另一單獨(dú)分支之間流動(dòng)的第一二極管；以及布置成當(dāng)零電壓施加到開關(guān)電路 時(shí)，維持電流流動(dòng)的第二二極管。
[0022] 在第一方面的實(shí)施方式中，電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置還包括在每個(gè)相關(guān)輸出負(fù)載和電流 分布裝置的每個(gè)相關(guān)分支之間連接的多個(gè)開關(guān)電路。
[0023] 在第一方面的實(shí)施方式中，開關(guān)電路包括連接成全橋整流器的多個(gè)二極管。
[0024] 在第一方面的實(shí)施方式中，電源是通過將直流源連接到輸入開關(guān)電路而產(chǎn)生的交 流源。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了電力負(fù)載開關(guān)裝置，其包括：串聯(lián)連接的多個(gè)電力 負(fù)載；與多個(gè)電力負(fù)載中的每個(gè)并聯(lián)連接的多個(gè)開關(guān)電路；其中開關(guān)電路布置成當(dāng)相關(guān)電 力負(fù)載斷開時(shí)維持連接。
[0026] 在第二方面的實(shí)施方式中，開關(guān)電路包括硅控整流器。
[0027] 在第一方面的實(shí)施方式中，多個(gè)輸出負(fù)載使用第二方面的電力負(fù)載開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)。
[0028] 在第一方面的實(shí)施方式中，多個(gè)輸出負(fù)載是包括串聯(lián)連接的多個(gè)LED的多個(gè)燈串。
[0029] 在第一方面的實(shí)施方式中，由于多個(gè)輸出負(fù)載中的一個(gè)或多個(gè)從電流分布裝置的 每個(gè)相關(guān)分支斷開，電流分布裝置布置成吸收由電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的斷開引起的電力波 動(dòng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 現(xiàn)在將參考附圖作為例子描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中：
[0031] 圖1是示出簡化的電流分布方案的圖；
[0032] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電流分布裝置的圖；
[0033] 圖3是示出圖2的電流分布裝置的分支的圖；
[0034] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖；
[0035] 圖5是示出圖4的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的補(bǔ)償器單元的示意圖；
[0036] 圖6是示出圖5的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的電流分布裝置的單獨(dú)分支的等效電路的示 意圖；
[0037] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的方框圖；
[0038] 圖8是示出圖7的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的示意圖；
[0039] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載開關(guān)裝置的等效電路的示意 圖；
[0040] 圖10是示出圖9的電力負(fù)載開關(guān)的電路的示意圖；
[0041] 圖11A是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 在300mA的穩(wěn)定LED負(fù)載電流下的電流曲線；
[0042] 圖11B是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 在240mA的穩(wěn)定LED負(fù)載電流下的電流曲線；
[0043] 圖11C是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 在180mA的穩(wěn)定LED負(fù)載電流下的電流曲線；
[0044] 圖11D是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 在120mA的穩(wěn)定LED負(fù)載電流下的電流曲線；
[0045] 圖12A是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 由四個(gè)LED串聯(lián)連接的輸出負(fù)載燈串在穩(wěn)定LED負(fù)載電流下且一個(gè)LED處于斷路時(shí)的電流 曲線；
[0046] 圖12B是在使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施的實(shí)驗(yàn)中， 由四個(gè)LED串聯(lián)連接的輸出負(fù)載燈串在穩(wěn)定LED負(fù)載電流下且一個(gè)LED處于短路時(shí)的電流 曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 發(fā)明人在整個(gè)其自己的研究、試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)中設(shè)想LED可理想地通過使其燈串并聯(lián) 來驅(qū)動(dòng)。然而，由于在LED當(dāng)中的不一致的非線性電壓-電流特征和LED正向電壓的負(fù)溫 度系數(shù)，在這種連接下的燈串電流實(shí)際上并不平衡。
[0048] 被動(dòng)電流平衡技術(shù)基于使用電阻器、耦合電感器、變壓器或電容器來平衡燈串電 流。在一個(gè)例子中，插入電阻器以與每個(gè)燈串串聯(lián)。電流平衡功能通過燈串電流和電阻器的 正溫度系數(shù)之間的反饋機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)通過燈串的電流增加時(shí)，所連接的電阻器的功率耗散 將增加。于是，電阻器值將增加且燈串電流將減少。然而，這個(gè)簡單的方法是能量低效的。 [0049] 在另一例子中，使用具有多個(gè)輸出模塊的串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器。每個(gè)輸出用于通過串 聯(lián)諧振電流和兩個(gè)二極管橋整流器來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED燈串。在每個(gè)模塊中的諧振電感器的其 中之一耦合到另一模塊的諧振電感器。串聯(lián)諧振電容器用于執(zhí)行電隔離。在一些例子中， 電流平衡技術(shù)是基于"霍夫曼樹"的概念。變壓器具有連接到需要電流平衡的兩個(gè)電流路徑 的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)。然后，在進(jìn)一步的電流分配中，重復(fù)這種相同的變壓器結(jié)構(gòu)。因此，初 級(jí)變壓器具有最高的額定功率，因?yàn)樗碾娏魇亲罡叩?。在其它一些例子中，每個(gè)LED燈串 具有與其連接的電容器。操作原理是基于電容器的電荷平衡來平衡LED燈串電流。然而， 上述方法的優(yōu)點(diǎn)被下面的限制抵消 ：
[0050] ?當(dāng)任何LED燈串出現(xiàn)故障時(shí)，可能失去電流平衡功能。
[0051] · LED燈串的利用率低，因?yàn)榘胫茈娏鲗⒘鹘?jīng)燈串。
[0052] 籲耦合電感器和變壓器的勵(lì)磁電感的影響不被考慮。
[0053] ?燈串的數(shù)量必須是偶數(shù)。
[0054] 主動(dòng)電流平衡方法是基于使用有源設(shè)備來控制通過LED燈串的電流。在一些例子 中，晶體管在線性區(qū)中操作，以便補(bǔ)償直流-總線電壓和LED燈串電壓之間的差異。在上述 的兩個(gè)例子中，電流反射鏡用于控制電流。電流調(diào)節(jié)器的使用在熱考慮因素上引起一些挑 戰(zhàn)，一個(gè)例子中提出一個(gè)反饋控制，該反饋控制使用開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)直流-總線電 壓。在另一例子中，每個(gè)燈串具有線性或開關(guān)電路來控制燈串電流。
[0055] 下面提出了模塊化和可升級(jí)的結(jié)構(gòu)的例子，該結(jié)構(gòu)可以用系統(tǒng)化方式來幫助電路 設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)所需數(shù)量的燈串的驅(qū)動(dòng)器。電流平衡功能通過使用連接在菊花鏈中的多個(gè)變壓 器來實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞組連接到兩個(gè)不同的模塊，使得通過這兩個(gè)模 塊的電流可相互耦合。所提議的菊花鏈變壓器的結(jié)構(gòu)最大程度地減少變壓器的勵(lì)磁電感對(duì) 電流平衡的不利影響。而且，能量再循環(huán)技術(shù)用于確保在LED燈串中出現(xiàn)的任何異常條件 不影響其它燈串的正常操作。
[0056] 參考圖1，示出了說明簡化的電流分布方案100的圖。發(fā)明人在其全部研究、試驗(yàn) 和實(shí)驗(yàn)中想出，交變電流可基于多個(gè)預(yù)定參數(shù)分成多個(gè)分支。例如，如在圖1中所示的，主 電流i M在N個(gè)分支當(dāng)中被分享，其中分支中的電流被表示為;^、"、…、ik、…、iN。更具體 地，主電流通過下面的等式與分支電流有關(guān)：
[0057] 1^12+. . . +ik+. . . +iN = iM (1)
[0058] 優(yōu)選地，電流是交流(AC)。然而在一些其它實(shí)施方式中，電流在另一實(shí)施方式中也 可以是直流（DC)。
[0059] 參考圖2,示出了包括公共電流源的電流分布裝置200的實(shí)施方式，公共電流源布 置成將輸入電流i M輸送到多個(gè)分支中使得輸入電流iM分布到多個(gè)單獨(dú)分支電流中；其中多 個(gè)分支中的每個(gè)包括電感設(shè)備，其布置成形成與至少一個(gè)其它相關(guān)分支的相關(guān)電感設(shè)備的 電感耦合。
[0060] 在這個(gè)實(shí)施方式中，電流分布裝置200由連接在菊花鏈結(jié)構(gòu)208中的多個(gè)磁耦合 電感部件(變壓器或變壓器單元）202構(gòu)成。如圖2所示，每個(gè)變壓器單元202的初級(jí)線圈 206和次級(jí)線圈204布置在相鄰分支中。特別是，每個(gè)變壓器單元202的初級(jí)線圈206布置 在與相鄰變壓器單元202的次級(jí)線圈204相同的分支中。優(yōu)選地，變壓器202的所需數(shù)量 等于分支的數(shù)量。
[0061] 在這個(gè)實(shí)施方式中，流經(jīng)每個(gè)分支的電流由變壓器202的匝數(shù)比(初級(jí)線圈206中 的線圈的阻數(shù)與次級(jí)線圈204中的線圈的阻數(shù)的比例)，即，、…、n k、···、]%確定。理 想地，所有變壓器202具有無窮大勵(lì)磁電感。因此，分支中的電流可被表示為如下：
[0062] ij = (2)
[0063] i2 = n2il (3)
[0064] ik = nkik_i (4)
[0065] iN = nNiN_i (5)
[0066] 因此，將等式（2)到（5)代入等式（1)中，可證明：
【權(quán)利要求】
1. 一種電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，包括： 具有被布置成將輸入電流輸送到多個(gè)分支中的電源的電流分布裝置，使得所述輸入電 流分布到多個(gè)單獨(dú)分支電流中；其中所述多個(gè)分支中的每個(gè)包括電感設(shè)備，所述電感設(shè)備 布置成形成與至少一個(gè)其它相關(guān)分支的相關(guān)電感設(shè)備的電感耦合；以及連接到所述電流分 布裝置的每個(gè)相關(guān)分支的多個(gè)輸出負(fù)載。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)分支的所述電感設(shè)備包括第一線 圈和第二線圈。
3. 如權(quán)利要求2所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)分支的所述第一線圈與相鄰分支 的所述第二線圈電感地耦合。
4. 如權(quán)利要求3所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)分支的所述第一線圈和相鄰分支 的所述第二線圈一起限定變壓器單元。
5. 如權(quán)利要求4所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中變壓器單元的數(shù)量等于分支的數(shù)量。
6. 如權(quán)利要求4所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述變壓器單元以菊花鏈方式被連 接。
7. 如權(quán)利要求4所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述第一線圈是所述變壓器單元的初 級(jí)線圈，而所述第二線圈是所述變壓器單元的次級(jí)線圈。
8. 如權(quán)利要求7所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)變壓器單元的所述初級(jí)線圈和所 述次級(jí)線圈被布置在相鄰分支中。
9. 如權(quán)利要求7所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)變壓器單元的所述初級(jí)線圈與相 鄰變壓器單元的所述次級(jí)線圈被布置在同一分支上。
10. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述多個(gè)單獨(dú)分支中的每個(gè)的單獨(dú) 分支電流的總和實(shí)質(zhì)上等于所述輸入電流。
11. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，還包括可操作來將一個(gè)或多個(gè)相關(guān)輸出 負(fù)載從所述電流分布裝置的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)分支斷開的多個(gè)隔離電路。
12. 如權(quán)利要求11所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述隔離電路連接在所述相關(guān)輸出 負(fù)載和所述電流分布裝置的所述相關(guān)分支之間。
13. 如權(quán)利要求11所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，還包括布置成當(dāng)所述相關(guān)輸出負(fù)載從所 述電流分布裝置的所述相關(guān)分支斷開時(shí)，接收所述電流分布裝置的所述單獨(dú)分支電流的再 循環(huán)電路。
14. 如權(quán)利要求13所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述再循環(huán)電路連接到所述電流分 布裝置的至少一個(gè)分支，并與所述電源電通信。
15. 如權(quán)利要求13所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，還包括布置成當(dāng)所述相關(guān)輸出負(fù)載從所 述電流分布裝置的所述相關(guān)分支斷開時(shí)，維持所述再循環(huán)電路與所述相關(guān)分支之間的電連 接的多個(gè)二極管。
16. 如權(quán)利要求15所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述二極管形成所述再循環(huán)電路和 所述電流分布裝置的所述相關(guān)分支之間的連接。
17. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，還包括連接在所述電源和所述電流分布 裝置的多個(gè)輸入分支的每個(gè)相關(guān)分支之間的多個(gè)開關(guān)電路。
18. 如權(quán)利要求17所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述開關(guān)電路包括布置成防止電流 在所述電流分布裝置的單獨(dú)輸入分支與另一單獨(dú)分支之間流動(dòng)的第一二極管；以及布置成 當(dāng)零電壓施加到所述開關(guān)電路時(shí)，維持電流流動(dòng)的第二二極管。
19. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，還包括在每個(gè)所述相關(guān)輸出負(fù)載和所述 電流分布裝置的每個(gè)所述相關(guān)分支之間連接的多個(gè)開關(guān)電路。
20. 如權(quán)利要求19所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述開關(guān)電路包括連接成全橋整流 器的多個(gè)二極管。
21. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述電源是通過將直流源連接到輸 入開關(guān)電路而產(chǎn)生的交流源。
22. -種電力負(fù)載開關(guān)裝置，包括：串聯(lián)連接的多個(gè)電力負(fù)載；與所述多個(gè)電力負(fù)載中 的每個(gè)并聯(lián)連接的多個(gè)開關(guān)電路；其中所述開關(guān)電路布置成當(dāng)所述相關(guān)電力負(fù)載斷開時(shí)維 持連接。
23. 如權(quán)利要求22所述的電力負(fù)載開關(guān)裝置，其中所述開關(guān)電路包括硅控整流器。
24. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述多個(gè)輸出負(fù)載使用根據(jù)權(quán)利要 求22的所述電力負(fù)載開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)。
25. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中所述多個(gè)輸出負(fù)載是包括串聯(lián)連接 的多個(gè)LED的多個(gè)燈串。
26. 如權(quán)利要求1所述的電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，其中由于所述多個(gè)輸出負(fù)載中的一個(gè)或 多個(gè)從所述電流分布裝置的每個(gè)所述相關(guān)分支斷開，所述電流分布裝置布置成吸收由所述 電力負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的斷開引起的電力波動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104065271SQ201410085846
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】鐘樹鴻, 張瑞宏 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)