一種適用于多路并聯(lián)的led串之間的自主均流電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路，該自主均流電路包括電容C1、C2，電感L，二極管D1、D2，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2，以及開(kāi)關(guān)管控制器K1、K2，所述開(kāi)關(guān)管Q1與二極管D1構(gòu)成串聯(lián)支路，開(kāi)關(guān)管Q1一端與電容C1連接，另一端連接二極管D1陽(yáng)極，二極管D1的陰極連接電感L并與二極管D2陰極相連，D2與Q2串聯(lián)，D2的陽(yáng)極與開(kāi)關(guān)一端連接，Q2另一端與C2連接，C1、L、C2的空閑端子相互連接，構(gòu)成公共端口；Q1、Q2的控制引腳分別與開(kāi)關(guān)管控制器K1、K2相連。它功率部分由雙向Buck-Boost電路構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)兩路(組)并聯(lián)的LED串之間的自主均流，大大增強(qiáng)LED工作可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路單元，屬于照明與電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)具有發(fā)光能效好、光學(xué)性能好、壽命長(zhǎng)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。
[0003]由于LED功率小，亮度低，在亮度要求高的場(chǎng)合，多只LED串、并聯(lián)是必然采取的措施。為保證多顆LED的亮度一致，通常將它們串聯(lián)起來(lái)，串聯(lián)LED數(shù)目受LED驅(qū)動(dòng)電壓的影響，故在需要較多LED的應(yīng)用中一般采用串并連接方式。但是由于不同LED串的V-1特性不同，簡(jiǎn)單地將它們并聯(lián)起來(lái)會(huì)產(chǎn)生多路不均流的問(wèn)題，至今已經(jīng)有許多均流方案，大致分為有源均流和無(wú)源均流兩種。
[0004]無(wú)源均流方案是指利用電感、電容等無(wú)源元件實(shí)現(xiàn)電路均流，通常無(wú)源方案電路較為簡(jiǎn)單，但均流精度無(wú)法保證，均流效果易受器件參數(shù)變化的影響。有源均流方案是指運(yùn)用開(kāi)關(guān)管或運(yùn)算放大器等有源器件構(gòu)成電流調(diào)節(jié)器，這些電流調(diào)節(jié)器工作在線型狀態(tài)或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由于線型狀態(tài)開(kāi)關(guān)管一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，其導(dǎo)通損耗比較大，效率較低；而開(kāi)關(guān)狀態(tài)的調(diào)節(jié)器使用DC-DC變換器調(diào)節(jié)每一路電流，能夠?qū)Ω鞔娏鬟M(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，效率較高，是一種較為理想的方案。
[0005]目前，有源均流的方案多采用反饋控制，可以精準(zhǔn)控制每路電流，但所需元器件較多，控制電路復(fù)雜，因此需要一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可以自主實(shí)現(xiàn)均流的電路方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了實(shí)現(xiàn)多路并聯(lián)LED串之間的自主均流，解決由于多路LED串V-1特性不相同造成的電流不均現(xiàn)象，而現(xiàn)有的均流方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)電路的自主均流。
[0007]本發(fā)明提供了一種利用Buck-Boost變換器在占空比D=0.5時(shí)的均流特性，提供一種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路，以實(shí)現(xiàn)的LED的自主均流。
[0008]本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
一種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路，該自主均流電路包括電容C1、C2，電感L，二極管D1、D2，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2，以及開(kāi)關(guān)管控制器K1、K2，所述開(kāi)關(guān)管Ql與二極管Dl構(gòu)成串聯(lián)支路，開(kāi)關(guān)管Ql —端與電容Cl連接，另一端連接二極管Dl陽(yáng)極，二極管Dl的陰極連接電感L并與二極管D2陰極相連，二極管D2與開(kāi)關(guān)管Q2串聯(lián)，D2的陽(yáng)極與開(kāi)關(guān)管Q2一端連接，開(kāi)關(guān)管Q2另一端與電容C2連接，電容Cl、電感L、電容C2的空閑端子相互連接，構(gòu)成公共端口 ；開(kāi)關(guān)管Q1、Q2的控制引腳分別與開(kāi)關(guān)管控制器Kl、K2相連。
[0009]電路工作時(shí)，當(dāng)電容Cl兩端作為電壓輸入端時(shí)，電容C2兩端作為電壓輸出端；反之，電容C2兩端作為電壓輸入端時(shí)，電容Cl兩端作為電壓輸出端。
[0010]該自主均流電路還包括在跨接在電容Cl和C2間的電路，該電路包括電容C3與二極管D3串聯(lián)支路，和二極管D4與電容C4串聯(lián)支路，兩串聯(lián)支路相并聯(lián)，其中二極管D3的陰極與電容C3 —端相連，二極管D3的陽(yáng)極與電容C4 一端及電容Cl相連，電容C3另一端與二極管D4陽(yáng)極及電容C2相連，二極管D4的陰極與電容C4另一端相連。
[0011]該自主均流電路還包括電壓比較器，電容Cl與開(kāi)關(guān)管Ql的連接端接入電壓比較器的一輸入端；電容C2與開(kāi)關(guān)管Q2的連接端接入電壓比較器的另一輸入端，電壓比較器的輸出端同時(shí)與開(kāi)關(guān)管控制器KU K2相連。
[0012]多路并聯(lián)的LED串為2n路，η為正整數(shù)；每?jī)陕稬ED串之間設(shè)計(jì)有所述自主均流電路。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)是:
本發(fā)明的主要方法是利用Buck-Boost變換器實(shí)現(xiàn)LED自主均流電路，借助變換器自身特性及外部元件的合理使用，自主地調(diào)節(jié)了各LED支路電流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確、高效地實(shí)現(xiàn)了 LED自主均流。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖1是LED自主均流電路原理圖；
附圖2是傳統(tǒng)Buck-Boost電路原理圖；
附圖3是LED自主均流電路實(shí)施案例一；
附圖4是LED自主均流電路實(shí)施案例二 ；
附圖5是LED自主均流電路實(shí)施案例三；
附圖6是現(xiàn)有LED串的V-1特性曲線；
附圖7是LED自主均流電路實(shí)施案例四；
附圖8是LED自主均流電路實(shí)施案例四。
[0015]上述附圖中的主要符號(hào)名稱(chēng):匕一輸入直流電源;VoJ，K^-LED串壓降一輸入電流山’ I2,13,14,15, Z6—支路電流 'I/’ I/, I3，，I/, I/, I6，一支路電流 'C1, G—儲(chǔ)能電容{一儲(chǔ)能電感'C3, G—檢測(cè)電容；i”心一變換器端口電流A，仏一開(kāi)關(guān)管'DvD2A,A—開(kāi)關(guān)二極管；木，A—開(kāi)關(guān)管控制器。
[0016]
【具體實(shí)施方式】[0017] 實(shí)施例一:
本發(fā)明自主均流電路原理圖如附圖1、3所示:
1)對(duì)附圖1所示電路，當(dāng)兩路電流不均時(shí)，A、B之間必定存在電位差(此時(shí)無(wú)自主均流電路控制時(shí)，兩路LED串V-1特性曲線示意圖如附圖6所示)。附圖1中A、B兩點(diǎn)電位分別對(duì)應(yīng)附圖3中端口 A、B電位；
2)本發(fā)明在傳統(tǒng)Buck-Boost電路附圖2的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，圖2的自主均流電路由電容Cl、C2，電感L，二極管D2及開(kāi)關(guān)管Ql組成，只能實(shí)現(xiàn)一端口輸入，一端口輸出的單向功率傳輸功能，根據(jù)該工作原理，如果在D2支路串聯(lián)開(kāi)關(guān)管Q2，在Ql支路串聯(lián)二極管D1，得到本發(fā)明附圖3所示自主均流電路，通過(guò)適當(dāng)控制，可以實(shí)現(xiàn)雙向Buck-Boost電路；
3)在圖3的雙向Buck-Boost電路中，Q1、D1構(gòu)成串聯(lián)支路，Ql—端與Cl連接，另一端連接Dl陽(yáng)極，Dl的陰極連接L并且與D2陰極相連，相同的，D2與Q2串聯(lián)，D2的陽(yáng)極與Q2一端連接，Q2另一端與C2連接，然后，C1、L、C2的空閑端子相互連接，構(gòu)成公共端口，C1、C2的兩端作為電壓輸入或輸出端，此處，QU Q2的控制引腳分別與K1、K2開(kāi)關(guān)管控制器相連，開(kāi)關(guān)管控制器中包含驅(qū)動(dòng)模塊或控制軟件等。
[0018]4)本發(fā)明圖3設(shè)計(jì)中，主功率部分電路為雙向Buck-Boost電路，假定此時(shí)A端口電位較高，則開(kāi)關(guān)管控制器Kl運(yùn)行內(nèi)部控制單元與驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)Ql工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，占空比D=0.5，同時(shí)開(kāi)關(guān)管控制器K2控制Q2常開(kāi)，此時(shí)A端口作為Buck-Boost電路輸入端，由公式I1=D^Il, I2= (1-D) *Il，D=0.5，此時(shí)I1=I2，實(shí)現(xiàn)兩路LED串自主均流；
5)同理，當(dāng)B端口電位較高時(shí)，控制端口 B作為Buck-Boost電路輸入端，由于I2=D*Il，I1=(1-D)*]^,而 D=0.5,則 I1= I2,實(shí)現(xiàn)自主均流。
[0019]雙向Buck-Boost電路工作于CCM模態(tài),變換器一端口作為輸入端，提供一定輸出電壓，從而同時(shí)調(diào)節(jié)兩路LED工作電壓，實(shí)現(xiàn)兩路均流。
[0020]附圖6所示V-1特性曲線，在圖1中電路未采用自主均流電路時(shí)，由于LED的結(jié)溫等因素的影響，LED串之間具有不同的V-1特性曲線，電路工作時(shí)兩路電流不均，則A、B間必存在電位差；
如附圖3所示在A、B兩端接適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，測(cè)量電路將信息發(fā)送給K1、K2開(kāi)關(guān)管控制器，開(kāi)關(guān)管控制器控制開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)，使得Q1、Q2工作在不同的狀態(tài)；
當(dāng)A點(diǎn)電位較高時(shí)，開(kāi)關(guān)管控制器Kl控制Ql占空比D=0.5，K2控制Q2常開(kāi)，使得端口A作為Buck-Boost電路輸入端，由于I1=D^Il, I2= (1-D) *Il，而D=0.5，則I1= I2,電路實(shí)現(xiàn)自主均流；
反之則端口 B作為輸入端，此時(shí)Ql常開(kāi)，Q2的占空比D=0.5，I1=(1-D)^Il, I2=D*Il, JP么I1= 12，電路實(shí)現(xiàn)自主均流。
[0021]實(shí)施例二:
本發(fā)明也可以采用如附圖4所示的電路設(shè)計(jì)，為了控制Buck-Boost電路工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)兩路均流，需要同時(shí)測(cè)量C3、C4電容兩端的電壓。
[0022]I)該實(shí)例在附圖3電路基礎(chǔ)上，為了采集端口 A、B的電位信息，在兩端口之間跨接一電路，其中，C3、D3串聯(lián)，D4、C4串聯(lián)，兩串聯(lián)支路并聯(lián)構(gòu)成該電路，如附圖4所示，電路工作時(shí)，以C3、C4兩端電壓為參考量控制電路工作狀態(tài)；
2)如附圖3所示，當(dāng)端口A電位較高時(shí)，則D3導(dǎo)通，D4關(guān)斷，C3儲(chǔ)能，C3兩端電壓為正，開(kāi)關(guān)管控制器Kl檢測(cè)到該信號(hào)，運(yùn)行內(nèi)部驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)Ql工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，D=0.5，同時(shí)控制Q2常開(kāi)，此時(shí)A端口為Buck-Boost電路輸入端；
3)變換器自主調(diào)節(jié)兩路LED串的工作電壓，由于I1=DMl,I2= (1-D) *Il，而D=0.5，則I1=I2，實(shí)現(xiàn)兩路均流；
4)反之，當(dāng)B點(diǎn)電位較高時(shí)，Q2工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，D=0.5，Ql常開(kāi)，此時(shí)B端口為Buck-Boost 電路輸入端，I1=(1-D)^Il, I2=D*Il,則 I1= I2,實(shí)現(xiàn)自主均流。
[0023]實(shí)施例三:
本發(fā)明還可以采用如附圖5所示的自主均流電路，通過(guò)采集Buck-Boost電路兩端口電位，可以實(shí)現(xiàn)自主均流。
[0024] I)與實(shí)施例二不同，該自主均流電路工作時(shí)可直接采集端口 A、B的電位進(jìn)行比較，兩端口分別與電壓比較器輸入端相連，電壓比較器產(chǎn)生電平信號(hào)給K1、K2開(kāi)關(guān)管控制器，開(kāi)關(guān)管控制器最終運(yùn)行驅(qū)動(dòng)單元，從而控制Ql、Q2的工作狀態(tài)；
2)當(dāng)兩路電流不均時(shí)，電壓信號(hào)必定有高低，當(dāng)測(cè)得A端電位較高時(shí)，電壓比較器向控制器Kl發(fā)出信號(hào)，開(kāi)關(guān)管控制器Kl控制Ql工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，占空比為0.5，同時(shí)K2控制Q2常開(kāi)，使得端口 A作為Buck-Boost電路輸入端，由于I1=D^Il, I2= (1-D) *Il，而D=0.5，則I1=I2，實(shí)現(xiàn)兩路均流；
3)同樣，B端電位較高時(shí)，端口B作為Buck-Boost電路輸入端，此時(shí)Ql常開(kāi)，Q2工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，D=0.5，而I1= (1-D) *IL，I2=D*Iy則I1= I2，從而實(shí)現(xiàn)兩路均流。
[0025]實(shí)施例四:
對(duì)于2n路LED串并聯(lián)電路，通過(guò)在LED電路中連接多個(gè)自主均流模塊，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)雙路LED串的自主均流。
[0026]I)如附圖7所示四路LED串并聯(lián)電路，其中自主均流電路I和自主均流電流2的工作方式與上述三例完全相同，使得電流I1= I2, I3= I4，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)雙路LED串的自主均流；
2)如附圖8所示六路LED串并聯(lián)電路，其中自主均流電路f3的工作方式與上述三例所述原理完全相同，使得電流I1= I2, I3= 14，I5= I6，實(shí)現(xiàn)三個(gè)雙路LED串的自主均流；
3)因此，對(duì)于2n路LED串并聯(lián)電路，通過(guò)增加η個(gè)自主均流模塊，可以實(shí)現(xiàn)N個(gè)雙路LED串的自主均流 。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于多路并聯(lián)的LED串之間的自主均流電路，其特征是:該自主均流電路包括電容Cl、C2，電感L，二極管Dl、D2，開(kāi)關(guān)管Ql、Q2，以及開(kāi)關(guān)管控制器Kl、K2，所述開(kāi)關(guān)管Ql與二極管Dl構(gòu)成串聯(lián)支路，開(kāi)關(guān)管Ql —端與電容Cl連接，另一端連接二極管Dl陽(yáng)極，二極管Dl的陰極連接電感L并與二極管D2陰極相連，二極管D2與開(kāi)關(guān)管Q2串聯(lián)，D2的陽(yáng)極與開(kāi)關(guān)管Q2 —端連接，開(kāi)關(guān)管Q2另一端與電容C2連接，電容Cl、電感L、電容C2的空閑端子相互連接，構(gòu)成公共端口 ；開(kāi)關(guān)管Q1、Q2的控制引腳分別與開(kāi)關(guān)管控制器K1、K2相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主均流電路，其特征是:電路工作時(shí)，當(dāng)電容Cl兩端作為電壓輸入端時(shí)，電容C2兩端作為電壓輸出端；反之，電容C2兩端作為電壓輸入端時(shí)，電容Cl兩端作為電壓輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主均流電路，其特征是:該自主均流電路還包括在跨接在電容Cl和C2間的電路，該電路包括電容C3與二極管D3串聯(lián)支路，和二極管D4與電容C4串聯(lián)支路，兩串聯(lián)支路相并聯(lián)，其中二極管D3的陰極與電容C3 —端相連，二極管D3的陽(yáng)極與電容C4 一端及電容Cl相連，電容C3另一端與二極管D4陽(yáng)極及電容C2相連，二極管D4的陰極與電容C4另一端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主均流電路，其特征是:該自主均流電路還包括電壓比較器，電容Cl與開(kāi)關(guān)管Ql的連接端接入電壓比較器的一輸入端；電容C2與開(kāi)關(guān)管Q2的連接端接入電壓比較器的另一輸入端，電壓比較器的輸出端同時(shí)與開(kāi)關(guān)管控制器Κ1、Κ2相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的自主均流電路，其特征是:多路并聯(lián)的LED串為2η路，η為正整數(shù)；每?jī)陕稬ED串之間設(shè)計(jì)有一組所述自主均流電路。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK104010426SQ201410278212
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】任小永, 顧云波, 阮新波, 陳乾宏 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)