專利名稱：發(fā)光二極管串驅(qū)動器及其串電流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管串驅(qū)動器及其串電流控制方法，屬電力電子變換器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高亮度發(fā)光二極管(Light Emitting Diode， LED)是新一代照明光源，具有長壽 命、高效率、無污染等優(yōu)點(diǎn)丄ED驅(qū)動器是指為其提供供電電壓或電流的功率變換裝置，多為 電力電子變換裝置，是LED照明光源的核心部件之一。 為降低對電網(wǎng)的諧波污染，以交流電供電的LED驅(qū)動器多要求其具有功率因數(shù)校 正功會g。目前主要有技術(shù)為(l)功率因數(shù)校正器(Power Factor Correction Converter, 下稱PFCC)+DC-DC變換器+恒流驅(qū)動控制器的三級結(jié)構(gòu)；(2)單級功率因數(shù)校正器(完成功 率因數(shù)校正與DC電壓調(diào)節(jié)兩個功能)+恒流驅(qū)動控制器的兩級結(jié)構(gòu)。當(dāng)交流輸入電流、電 壓同相位且畸變較小時，輸入功率含有較大成分的交流脈動丄ED驅(qū)動器的輸出端為為恒定 功率。因此，需要較大容量的電容(多采用電解電容)來處理輸入功率與輸出功率的差值。 通常，電解電容壽命較短，是LED驅(qū)動器及照明光源的壽命瓶頸。因此，無電解電容的方案 對提高壽命具有重要價(jià)值。目前主要有三種減小電解電容的方案。(1)直接減小PFCC的輸 出電容，允許由其產(chǎn)生較大的脈動，此種做法較大幅度地減小了輸出電容，對50或60Hz的 交流輸入電源來說，通?？梢赃x擇0. 1 ii F/W的電容；但此電容值仍然偏大。(2)在輸入電 流中注入3次或(3次和5次)諧波，減小輸入功率的脈動，因此輸出電容上的脈動功率減 小，從而在允許同樣脈動電壓的情況下，減小了 PFCC輸出電容值。輸入電流中故意注入了 3次諧波，人為帶來了電網(wǎng)污染。(3)輸出電流基準(zhǔn)正比于輸入功率，從而維持了輸出功率 與輸入功率瞬時值相等，減小了單級功率因數(shù)校正電路中的輸出電容(儲能電容)。采用此 種方案的輸出電流峰值與平均值的比例(下文稱為峰均比)為2，作為負(fù)載的元器件必須降 額使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種減小母線電容值、避免在輸入 側(cè)注入電流諧波、并克服輸出電流峰均比大的發(fā)光二極管串驅(qū)動器及其串電流控制方法。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路 DC-DC變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出 端分別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分 別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串 接發(fā)光二極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸 出端與主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路 DC-DC變換器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的自然數(shù)，其特征在于 所述基準(zhǔn)電流源由直流電壓源串接諧波交流電壓源構(gòu)成，直流電壓源的負(fù)極接 地，諧波交流電壓源的輸出端接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端，所述諧波交流電壓源為2 次或2次以上的諧波交流電壓源或由L個2次諧波電壓源或2次以上的諧波電壓源串接構(gòu) 成，其中L為大于1的自然數(shù)。 發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC變 換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別接 輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸出 母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光二 極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與主 電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變換 器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的自 然數(shù)，其特征在于 所述基準(zhǔn)電流源包括直流分量檢測電路、分壓電路、差分放大電路和加法器電路， 其中直流分量檢測電路的正輸入端分別接分壓電路和輸出母線電容的正輸入端，直流分量 檢測電路的負(fù)輸入端分別接分壓電路和輸出母線電容的負(fù)輸入端，直流分量檢測電路、分 壓電路的輸出端分別接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端串接加法器電路后 接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端。 發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC變 換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別接 輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸出 母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光二 極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與主 電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變換 器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的自 然數(shù)，其特征在于 所述基準(zhǔn)電流源包括二個乘法器、二個比例電路、直流電壓源和加法器，其中第一 乘法器的輸入端接最大值為1的正弦波的絕對值信號，第一乘法器的輸出端分別接第一比 例電路和第二乘法器的輸入端，第一比例電路的輸出端接加法器的反相端，第二乘法器的 輸出端串接第二比例電路后接加法器的同相端，直流電壓源的負(fù)極接地，直流電壓源的正 極串接加法器后接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端。 所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述恒流源驅(qū)動控制器還包括功率因數(shù) 校正控制電路，所述功率因數(shù)校正控制電路的輸入端接恒流源驅(qū)動控制器的輸出端，所述 功率因數(shù)校正控制電路的輸出端接主電路DC-DC變換器反饋控制端。 所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電源依次經(jīng)過功率因 數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光 二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源輸出電流基準(zhǔn)；將所述電 流基準(zhǔn)和檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC變換器的驅(qū)動控 制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光二極管串電流正CN 101702856 A
比于1 + 1>,掘(/^ + 》，其中ki為絕對值小于1的常數(shù)，a ,為電角度，i為介于2與30的正 所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，將外部交流電源依次經(jīng)過功率因數(shù)校正器PFCC 和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光二極管串得 到檢測單元的輸出電壓，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源輸出電流基準(zhǔn)；將所述電流基準(zhǔn)和 檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC變換器的驅(qū)動控制信號， 控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光二極管串電流正比于
kplXkp2 # 0，"為輸入交流電的角頻率，t為時間。 所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電源依次經(jīng)過功率因 數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光 二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于 直流分量檢測電路檢測功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓中的直流分量，輸出直流 分量信號，直流分量信號的比例系數(shù)kal為常數(shù)； 分壓電路將功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓分壓，輸出分壓信號；
差分放大電路將所述直流分量信號和分壓信號的經(jīng)過差分放大輸出交流分量信 號，所述交流分量信號與功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓的交流分量成比例、且相位相差90 度電角度，其比例系數(shù)為ka2常數(shù)； 加法器電路將直流分量信號與交流分量信號經(jīng)過加法運(yùn)算得到電流基準(zhǔn)；將所 述電流基準(zhǔn)和發(fā)光二極管串檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC 變換器的驅(qū)動控制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光 二極管串電流正比于kalVb av-Ka2coS (2 " t)，其中Vb，為功率因數(shù)校正器PFCC的輸出電壓平 均值，"為輸入交流電的角頻率，t為時間。 所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電源依次經(jīng)過功率因 數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光 二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于 第一乘法器將最大值為1的正弦波的絕對值信號經(jīng)過乘法運(yùn)算得到輸出信號 (sin("t))2 ; 第一比例電路將第一乘法器輸出信號(sin("t)"乘以比例系數(shù)&2+2、)，送入 加法器的反相端； 第二乘法器將第一乘法器輸出信號(sin("t)y經(jīng)過乘法運(yùn)算得到輸出信號 (sin(on))4 ; 第二比例電路將第二乘法器輸出信號(sin (" t))4乘以比例系數(shù)2k4，送入加法 器的同相端； 加法器將直流電壓源輸出電壓以及所述第一、第二比例電路輸出信號經(jīng)過加法 器相加，得到電流基準(zhǔn)；將所述電流基準(zhǔn)和發(fā)光二極管串檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源
整數(shù)，其中ki滿足i:《^0，"為輸入交流電的角頻率，t為時間。
(cos(2加+ ;r + ",-) (cos(2W + - +
，其中kpl、 kp2、 kp為絕對值小于1的常數(shù)，a i為電角度，其中驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC變換器的驅(qū)動控制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光 二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光二極管串電流正比于l+k2cos (2 " t) +k4cos (4 " t)，其中" 為輸入交流電的角頻率，t為時間。 本發(fā)明發(fā)光二極管串驅(qū)動器及其串電流控制方法減小了母線電容值。在維持成本 與體積不變的情況下，可以選用薄膜電容取代原來電解電容，由于薄膜電容的壽命約為電 解電容壽命的10-30倍，因此該發(fā)明可以大幅度延長發(fā)光二極管驅(qū)動器的壽命，同時避免 在輸入側(cè)注入電流諧波、并克服輸出電流峰均比大的缺陷。. _，二 、—, .二.:二 ，、時的基準(zhǔn)電流IokpC


圖1帶有功率因數(shù)校正功能的無電解電容的LED驅(qū)動器。
圖2(a)給出了輸出電流基準(zhǔn)中僅含108時的基準(zhǔn)電流1。，及正比于
1+0. 45cos(2"t)+0. 12cos(4"t)時的基準(zhǔn)電流1。24。圖2 (b)給出了輸出電流基 準(zhǔn)中僅含108時的基準(zhǔn)電流1。，及正比于 f"l + 0J(cos(;2<^ + ;r + a》S0.1) + 0.35)(cos(2ffl";r + a》>0.i;r 圖3(a)給出了功率因數(shù)校正器101的輸入功率Pin，輸出電流基準(zhǔn)僅含108時的 輸出功率P。uu及電容110處理的功率P^波形。 圖3(b)給出了功率因數(shù)校正器101的輸入功率Pin，輸出電流正比于 1+0. 45cos(2"t)+0. 12cos(4"t)時的輸出功率P。ut2及此種情況下電容110處理
的功率P。2。 圖3(c)給出了功率因數(shù)校正器101的輸入功率Pin，輸出電流正比于 K:^L)(，f。:二t:)t())時電容110處理的功率P。3及輸出電流基準(zhǔn)僅含108 時電容110處理的功率P。i波形。 圖4(a)給出了對應(yīng)于Pel及P。2的電容110上的電壓波形Ubl及Ub2。
圖4(b)給出了對應(yīng)于Pel及P。3的電容110上的電壓波形Ubl及Ub3。
圖5 (a) (e)為無電解電容的LED驅(qū)動器的實(shí)施方式。

101,201為功率因數(shù)校正器；102，204，208，210，212為DC-DC變換器；103,207， 209,211,215為LED串；104為LED串支路的電流檢測單元；105， 106， 107構(gòu)成反饋控制補(bǔ) 償環(huán)節(jié)，分別為補(bǔ)償環(huán)節(jié)輸入阻抗、補(bǔ)償環(huán)節(jié)反饋?zhàn)杩?、運(yùn)算放大器；108，109串聯(lián)構(gòu)成電 流基準(zhǔn)，108為直流電壓、109為2次以上的諧波交流電壓或多個2次或以上的諧波電壓的 和；110，202為PFCC的輸出母線電容；111，113為功率因數(shù)校正器101的正、負(fù)輸出端；112 為反饋控制補(bǔ)償環(huán)節(jié)的正輸出端；114為LED串工作電流基準(zhǔn)； 601,602為電阻，603為電容，三者一起構(gòu)成直流分量檢測電路617，其輸出信號為 620 ;604， 605為電阻，兩者構(gòu)成分壓電路，其輸出信號為621 ;606， 607， 608， 609為阻抗，610 為運(yùn)算放大器，它們構(gòu)成差分放大電路618，其輸出信號為622 ;612， 613， 614， 615為電阻， 616為運(yùn)算放大器，它們一起構(gòu)成加法器電路619，其輸出信號為114。
630為最大值為最大值為1的正弦波的絕對值信號；631,634為乘法器；633,637 為比例電路，方框內(nèi)為其比例系數(shù)；636為直流電源；638為加法器。 640為DC-DC變換器；641為LED串；104為LED串支路的電流檢測單元；643,644， 647構(gòu)成反饋控制補(bǔ)償環(huán)節(jié)，分別為補(bǔ)償環(huán)節(jié)反饋?zhàn)杩埂⒀a(bǔ)償環(huán)節(jié)輸入阻抗、運(yùn)算放大器； 645， 646串聯(lián)構(gòu)成電流基準(zhǔn)，645為直流電壓、646為2次以上的諧波交流電壓或多個2次或 以上的諧波電壓的和，652為整流橋。 660為DC-DC變換器；661,662為LED串；663,664為三極管；LED串支路的電流檢 測單元；643， 644， 647構(gòu)成反饋控制補(bǔ)償環(huán)節(jié)，分別為補(bǔ)償環(huán)節(jié)反饋?zhàn)杩?、補(bǔ)償環(huán)節(jié)輸入阻 抗、運(yùn)算放大器；645,646串聯(lián)構(gòu)成電流基準(zhǔn)，645為直流電壓、646為2次以上的諧波交流 電壓或多個2次或以上的諧波電壓的和。 680為整流器；681為單級功率因數(shù)校正器(single stage power factor correctionconverter)主電路；682為LED串；683為LED串支路的電流檢測單元；684， 685,686構(gòu)成反饋控制補(bǔ)償環(huán)節(jié)，分別為補(bǔ)償環(huán)節(jié)輸入阻抗、補(bǔ)償環(huán)節(jié)反饋?zhàn)杩埂⑦\(yùn)算放大 器；689為單級功率因數(shù)校正器的完成功率因數(shù)校正的控制電路。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明 如圖l所示，為帶有功率因數(shù)校正功能的無電解電容的LED驅(qū)動器框圖，包括功 率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單 元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器 的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù) 輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光二極管串后分別接電流檢測單元、恒流 源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接 地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變換器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極 管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的自然數(shù)，其特征在于
所述基準(zhǔn)電流源由直流電壓源串接諧波交流電壓源構(gòu)成，直流電壓源的負(fù)極接 地，諧波交流電壓源的輸出端接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端，所述諧波交流電壓源為2 次以上的諧波交流電壓源或由L個2次諧波電壓源或2次以上的諧波電壓源串接構(gòu)成，其 中L為大于1的自然數(shù)。 與傳統(tǒng)的帶有功率因數(shù)校正功能的LED驅(qū)動器不同，本發(fā)明在輸出電流基準(zhǔn)中添 加了 109，其中109為2次以上的諧波交流電壓或多個2次或以上的諧波電壓的和，因此此
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時的輸出電流基準(zhǔn)正比于1+2>^0屮'欲+",)，其中b為絕對值小于i的常數(shù)，"為輸入交流
!■=2
電的角頻率，a i為電角度，i為介于2與30的正整數(shù)。a 4、 i的取值由LED驅(qū)動器的技
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術(shù)指標(biāo)確定，其中i:《-o。本發(fā)明的工作原理如下 說明為便于理解，不失 一 般性，在工作原理闡述中設(shè)交流輸入電壓 ^ = sin(欲)，且取k2 = -0. 45， k4 = -0. 12， k3及ki(i > 4)均為0 ; a丄均為0。因此輸出電 流基準(zhǔn)正比于l+k2cOS(2"t)+k4COS(4"t)。圖2給出了輸出電流基準(zhǔn)中僅含108時的基準(zhǔn)電流1。，及正比于l+k2cos(2"t)+k4cos(4"t)時的基準(zhǔn)電流I。24。 通過功率因數(shù)校正器的控制，可以實(shí)現(xiàn)輸入電流畸變較小，且與輸入電壓同相
位。因此，可設(shè)輸入電流/,n-V^nSin(紐)。因此可得輸入功率Pin = VmIm (l-cos (2 " t))。假
設(shè)各變換器變換效率為100%，如果LED的輸出電流基準(zhǔn)為直流，則輸出功率為P。= VmIm。因此，電容Cb中的功率為，P。 = Pin_P。 = _P。C0S(2"t)，由此造成的電壓脈動為
p-W、 /。 ^ sin(2加+ ;r)。其中，Vb av為PFCC的輸出電壓平均值。波形圖見圖3(a)及
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圖4。本發(fā)明中輸出電流基準(zhǔn)正比于l +藝,cos(/抓+ "》，由于LED在工作點(diǎn)附近端電壓基
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本恒定，因此輸出功率將近似正比于l.+ g/t,cos(,'紐+ a,.;)。為便于闡述，取電流基準(zhǔn)正比于
!'=2
l+k2cos(2 cot)+k4cos(4cot)。因此輸出功率為P。ut2 = P。 (l+k2cos (2 co t)+k4cos (4 co t))，
由此造成的電壓脈動為 P-P) = "^^〔^sin(2紐)+ :^sin(4w)〕，此處k2 = _0. 45 ;k4
=-0.12。相應(yīng)波形圖見圖3(b)及圖4。由圖4可見，由于功率因數(shù)校正器輸出端電容Cb 上處理的功率在本發(fā)明中減小約45%，因此保持同樣容量的Cb，其輸出電壓脈動減小1倍。 或者維持同樣的電壓脈動，Cb電容量可減小為原來的55%。使功率因數(shù)校正器的輸出端的 短壽命的電解電容可以有機(jī)會為長壽命的薄膜電容所取代，且維持輸入端的高功率因數(shù)和 LED輸出電流的低峰值與平均值比(上述原理闡述中峰值與平均值之比為1.33)。
實(shí)施例
LED電流基準(zhǔn)是本發(fā)明的核心之一，圖5給出幾種LED電流基準(zhǔn)的
具體實(shí)施例方式
(1)圖5(a)為Cb電壓前饋方式。根據(jù)工作原理分析，可知PFCC輸出電壓表達(dá)式
為
直流分
^ = " + 2::C,(2加+ " 。 6 (a)中，617檢測PFCC輸出電壓中的直流分量，設(shè)
部分的比例系數(shù)為kal ;通過606,607的阻抗設(shè)計(jì)，差分放大電路618可實(shí)現(xiàn)將其 兩輸入端信號的差值比例、積分的功能，由此在差分放大電路618的輸出端得到與輸出電 壓Vb的交流分量成比例、且相位相差90度電角度的交流分量信號622，設(shè)其比例系數(shù)為k^。 信號620與622通過加法器電路，得到輸出信號114。經(jīng)過上述圖5(a)的處理，其最終輸出 信號114為V114 = kalVb av-ka2coS (2 " t) ， kal、 ka2為常數(shù)。該實(shí)施方式中，要完成的核心功 能是將PFCC的輸出電壓處理后，送給LED串的電流控制電路，作為基準(zhǔn)電流。因此，該實(shí)施 方式中差分放大電路618和加法器619可以采用具有相同功能的電路。
(2)圖5(b)為乘法器合成方式。仍假設(shè)，需要的電流基準(zhǔn)信號正比于 l+k2cos(2"t)+k4cos(4"t)，通過三角變換可得，該信號為:(l+k2+k4)-2(k2+2k4) (sin("t))2+2k4(sin("t))4。因此可通過乘法器來得到上述控制方式中與PFCC電路的輸 入電壓的具有相位關(guān)系的電流基準(zhǔn)控制信號。在圖5(b)中，信號630為與整流橋后的電 壓成比例的電壓信號，該信號送入乘法器631的兩輸入端得到(sin("t))M言號，該信號乘 以比例系數(shù)(k2+2k4)，送入加法器638的反相端；乘法器631的輸出端信號送入乘法器634 的兩輸入端，其輸出端信號為(sin("t))、該信號乘以比例系數(shù)2、，送入加法器638的同相端；它們與直流電壓636 —起，經(jīng)過加法器638相加，得到需要的電流基準(zhǔn)信號正比于 l+k2cos (2 co t) +k4cos (4 co t)。 (3)圖5(c)為組合實(shí)施方式。圖5(c)中，102 109共同構(gòu)成LED串電流控制器 650，而640 647共同構(gòu)成的LED串電流控制器651與650具有相同功能。在本實(shí)施方式 中，108及645為電流基準(zhǔn)的直流分量部分，而109及646分別為相應(yīng)的電流基準(zhǔn)的交流分 量部分。兩電流基準(zhǔn)114和648可以相同，也可以取不同的組合形式，只要滿足其加和正比 這種實(shí)施方式適用于100串以內(nèi)的LED串組合。 (4)圖5(d)為線性控制實(shí)施方式。圖5(d)中，電流基準(zhǔn)672,673可
以相同，也可以取不同的組合形式，只要滿足其加和正比于1 + !>,掘(^ + ,)或 (5)圖5(e)為單級功率因數(shù)校正電路。該單級功率因數(shù)校正電路中，LED串輸出
電流基準(zhǔn)的由108和109構(gòu)成。LED串電流基準(zhǔn)(或各串的加合)正比于1 + 2>,，(* + ",)
(cos(2加+ ;r + ) "p ) (cos(2c^ + ;r + "》> A:^)
(cos(2必f + ;r + cr,) "p) (cos(2必/ + ;r + ) > Ap)
。這種實(shí)施方式適用于100串以內(nèi)的LED串組合。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光二極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變換器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的自然數(shù)，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源由直流電壓源串接諧波交流電壓源或方波電壓源構(gòu)成，直流電壓源的負(fù)極接地，諧波交流電壓源或方波電壓源的輸出端接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端，所述諧波交流電壓源為2次或2次以上的諧波交流電壓源或由L個2次諧波電壓源或2次以上的諧波電壓源串接構(gòu)成，其中L為大于1的自然數(shù)。
2. —種發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC 變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別 接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸 出母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光 二極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與 主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變 換器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的 自然數(shù)，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源包括直流分量檢測電路、分壓電路、差分放大電路和加法器電路，其中 直流分量檢測電路的正輸入端分別接分壓電路和輸出母線電容的正輸入端，直流分量檢測 電路的負(fù)輸入端分別接分壓電路和輸出母線電容的負(fù)輸入端，直流分量檢測電路、分壓電 路的輸出端分別接差分放大電路的輸入端，差分放大電路的輸出端串接加法器電路后接恒 流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端。
3. —種發(fā)光二極管串驅(qū)動器，包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC 變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源，功率因數(shù)校正器的正輸出端分別 接輸出母線電容和主電路DC-DC變換器的正輸入端，功率因數(shù)校正器的負(fù)輸出端分別接輸 出母線電容和主電路DC-DC變換器的負(fù)輸入端，主電路DC-DC變換器的正輸出端串接發(fā)光 二極管串后分別接電流檢測單元、恒流源驅(qū)動控制器的輸入端，電流檢測單元的輸出端與 主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端連接接地，恒流源驅(qū)動控制器的輸出端接主電路DC-DC變 換器的反饋控制端，其中所述發(fā)光二極管串由m個發(fā)光二極管依次串接構(gòu)成，m為大于零的 自然數(shù)，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源包括二個乘法器、二個比例電路、直流電壓源和加法器，其中第一乘法 器的輸入端接最大值為1的正弦波的絕對值信號，第一乘法器的輸出端分別接第一比例電 路和第二乘法器的輸入端，第一比例電路的輸出端接加法器的反相端，第二乘法器的輸出 端串接第二比例電路后接加法器的同相端，直流電壓源的負(fù)極接地，直流電壓源的正極串 接加法器后接恒流源驅(qū)動控制器的基準(zhǔn)電流端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述恒流源驅(qū)動控制器還包括功率因數(shù)校正控制電路，所述功率因數(shù)校正控制電路的輸入端接恒流源驅(qū) 動控制器的輸出端，所述功率因數(shù)校正控制電路的輸出端接主電路DC-DC變換器反饋控制丄山順。
5. —種基于權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電 源依次經(jīng)過功率因數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將 驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源輸出電 流基準(zhǔn)；將所述電流基準(zhǔn)和檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC 變換器的驅(qū)動控制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光30二極管串電流正比于l + I^cos(/加+ a》，其中ki為絕對值小于l的常數(shù)，cii為電角度，i為30介于2與30的正整數(shù)，其中b滿足*0 ， co為輸入交流電的角頻率，t為時間。'■=2
6. —種基于權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電 源依次經(jīng)過功率因數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將 驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于所述基準(zhǔn)電流源輸出電 流基準(zhǔn)；將所述電流基準(zhǔn)和檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC 變換器的驅(qū)動控制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的采樣電壓控制發(fā)光f 1 + An1 (cos(2必f + +二極管串電流正比4":2 (cos(2加+肖,)":)，其中wkp為絕對值小于"勺常數(shù)，kplXkp2 # 0， a i為電角度，"為輸入交流電的角頻率，t為時間。
7. —種基于權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電 源依次經(jīng)過功率因數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將 驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于直流分量檢測電路檢測功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓中的直流分量，輸出直流分量 信號，直流分量信號的比例系數(shù)kal為常數(shù)；分壓電路將功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓分壓，輸出分壓信號；差分放大電路將所述直流分量信號和分壓信號的經(jīng)過差分放大輸出交流分量信號，所述交流分量信號與功率因數(shù)校正器PFCC輸出電壓的交流分量成比例、且相位相差90度電角度，其比例系數(shù)為ka2常數(shù)；加法器電路將直流分量信號與交流分量信號經(jīng)過加法運(yùn)算得到電流基準(zhǔn)；將所述電 流基準(zhǔn)和檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動控制器得到主電路DC-DC變換器的驅(qū)動控 制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光二極管串電流正 比于kalVb av-ka2coS (2 " t)，其中Vb av為功率因數(shù)校正器PFCC的輸出電壓平均值，"為輸入 交流電的角頻率，t為時間。
8. —種基于權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，將外部交流電 源依次經(jīng)過功率因數(shù)校正器PFCC和主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極管串的驅(qū)動電壓，將 驅(qū)動電壓經(jīng)過發(fā)光二極管串得到檢測單元的輸出電壓，其特征在于第一乘法器將最大值為1的正弦波的絕對值信號經(jīng)過乘法運(yùn)算得到輸出信號(sin(cot))2 ;第一比例電路將第一乘法器輸出信號(sin("t)"乘以比例系數(shù)&2+2、)，送入加法 器的反相端；第二乘法器將第一乘法器輸出信號(sin("t)"經(jīng)過乘法運(yùn)算得到輸出信號 (sin(on))4 ;第二比例電路將第二乘法器輸出信號(sin (" t))4乘以比例系數(shù)2k4，送入加法器的 同相端；加法器將直流電壓源輸出電壓以及所述第一、第二比例電路輸出信號經(jīng)過加法器相 加，得到電流基準(zhǔn)；將所述電流基準(zhǔn)和發(fā)光二極管串檢測單元的輸出電壓經(jīng)過恒流源驅(qū)動 控制器得到主電路DC-DC變換器的驅(qū)動控制信號，控制主電路DC-DC變換器輸出發(fā)光二極 管串的驅(qū)動電壓控制發(fā)光二極管串電流正比于l+k2Cos(2"t)+、cos(4"t)，其中"為輸 入交流電的角頻率，t為時間。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種發(fā)光二極管串驅(qū)動器及其串電流控制方法，屬電力電子變換器。本發(fā)明驅(qū)動器包括功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、主電路DC-DC變換器、恒流源驅(qū)動控制器、電流檢測單元和基準(zhǔn)電流源。本發(fā)明方法使LED串電流正比于或減小了功率因數(shù)校正器的輸出濾波電容母線電容，同時避免在輸入側(cè)注入電流諧波，并克服輸出電流峰均比大的缺陷。
文檔編號H05B37/02GK101702856SQ20091023509
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者張方華 申請人:南京航空航天大學(xué)