一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路制造技術

本發明專利技術提出一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，包括直流輸入電源、半橋開關電路、諧振電感、諧振電容、并聯電感、變壓器、可變電容電路、平衡電容模塊、LED燈串模塊、反饋控制模塊和恒頻控制模塊。LED燈串模塊中n個LED燈串負載分別與平衡電容模塊中的n個平衡電容串聯后并聯連接到變壓器的次級側，恒頻控制模塊負責控制半橋開關電路中開關管的導通與關斷，反饋控制模塊采樣變壓器的次級輸出電壓和初級諧振電流，與所需的參考電壓比較后產生控制可變電容電路中開關管的信號。本發明專利技術固定半橋開關頻率，通過調節等效諧振電容來控制輸出，使負載阻抗特性不受開關頻率的影響，既實現自動均流，又具有LED燈串開路保護功能。

【技術實現步驟摘要】
一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路
本專利技術涉及一種多通道LED驅動電源領域，特別是涉及一種采用電容阻抗平衡電流的多通道LED驅動電路。
技術介紹
LED具有高效率、長壽命以及節能等優點，在各種照明領域得到廣泛應用。但由于LED本身的特性和封裝技術，單顆LED燈珠所能提供的亮度受到一定的限制，需要通過增加LED燈珠數量來獲得所需的亮度。串聯連接雖然可以保證流過各燈珠的電流相同，但在大功率場合下，有時需要幾百瓦甚至更大的輸出，燈珠的數量大大增加，很難獲得一個較大的輸出電壓。采用多通道并聯連接可以解決驅動電壓過大的問題，而且方便后續維護，但為了達到一致的發光強度，各通道之間的電流差異以及系統的轉換效率需要重點關注，
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供了一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，用于解決大功率LED電源多通道輸出電流的均衡和效率，保證各LED燈珠發光強度一致。本專利技術采用以下技術方案實現。一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，其包括直流輸入電源、半橋開關電路、諧振電感、諧振電容、并聯電感、變壓器、可變電容電路、平衡電容模塊、LED燈串模塊、反饋控制模塊和恒頻控制模塊；所述半橋開關電路的第一個輸入端連接直流輸入電源的正極，第二個輸入端連接直流輸入電源的負極，兩個輸出端分別連接諧振電感和可調電容電路的一端，諧振電感的另一端與諧振電容的一端連接，變壓器的初級側與并聯電感并聯連接后的同名端與諧振電容的另一端連接，另一端連接到可變電容電路的另一端；LED燈串模塊中n個LED燈串負載分別一對一地與平衡電容模塊中的n個平衡電容串聯后并聯連接到變壓器的次級側，n≥1；恒頻控制模塊負責控制半橋開關電路中開關管的導通與關斷，反饋控制模塊采樣變壓器的次級輸出電壓和初級諧振電流，與所需的參考電壓比較后產生控制可變電容電路中開關管的信號。進一步地，半橋開關電路內部包括兩個N溝道MOS開關管，即上開關管和下開關管；第一個二極管和第一個電容分別為上開關管的體二極管和輸出電容，第二個二極管和第二個電容分別為下開關管的體二極管和輸出電容；上開關管的漏極連接到直流輸入電源的正極，源極與下開關管的漏極、諧振電感的一端連接，下開關管的漏極與直流輸入電源的負極、初級地端連接，上開關管和下開關管的柵極分別連接到恒頻控制模塊的兩個輸出端。進一步地，可變電容電路內部包括兩個N溝道MOS開關管以及基準電容，兩個N溝道MOS開關管為左開關管和右開關管；第三個二極管和第四個二極管分別為左開關管和右開關管的體二極管；左開關管和右開關管的漏極相連接，左開關管的源極與半橋開關電路中的下開關管的源極連接，右開關管的源極與變壓器初級側的另一端連接。進一步地，平衡電容模塊內部包括n個型號相同的平衡電容，n≥1，n個平衡電容的一端都與變壓器次級輸出的同名端連接，各平衡電容的另一端分別一對一地與LED燈串模塊中各LED燈串負載的正輸入端連接。進一步地，LED燈串模塊內部包括n組LED燈串負載，各燈串負載的負輸入端均與變壓器次級輸出的另一端、次級地端連接。進一步地，反饋控制模塊的三個輸入端分別為諧振電流采樣端、變壓器次級輸出電壓采樣端、參考電壓輸入端，2個輸出端分別與可變電容電路中兩個開關管的柵極連接。進一步地，恒頻控制模塊輸出固定頻率、固定占空比的控制信號給半橋開關電路，半橋開關電路對直流輸入電源進行調節，輸出周期性矩形波經過諧振電感、諧振電容、可變電容電路組成的諧振回路，由變壓器耦合到次級輸出，平衡電容模塊和LED燈串模塊組成n個LED燈串負載通道，由變壓器的次級提供能量，恒頻控制模塊使半橋開關電路中兩個開關管保持固定的開關頻率，反饋控制模塊通過采樣變壓器的次級輸出電壓和初級諧振電流，與所需的參考電壓比較后產生控制可變電容電路中兩個開關管的信號，調節可變電容電路的等效電容值，即調節回路的總諧振電容和諧振頻率，根據電路的電壓傳遞函數，次級輸出電壓也隨之改變，最終得到各通道LED燈串負載所需的電流值。如上所述，本專利技術所述的電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，具有以下有益效果：(1)電路采用半橋LLC諧振拓撲，在任何負載情況下均能實現軟開關，較小開關管的開關損耗，提高電路的轉換效率。(2)采用固定諧振拓撲開關頻率的方法，使各通道負載(包括平衡電容和LED燈串)特性保持不變，簡化系統調節的復雜性。(3)通過調節可變電容電路(4)的等效電容，從而改變系統的諧振頻率，既能達到調節輸出電壓的功能，又能在負載開路時保證其它通道的電流值不變。附圖說明圖1是本專利技術的電路框圖；圖2是本專利技術的恒頻控制模塊內部框圖；圖3是本專利技術的反饋控制模塊內部框圖；圖4是本專利技術的LED燈串的連接示意圖；圖5是本專利技術的一實施例的電路示意圖；圖6是圖5實施例中主要波形圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施例進行詳細闡述，以使本專利技術的有點和特征能更易于被本領域技術人員理解。請參閱圖1、圖2、圖3和圖4，本專利技術實施例包括：一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，包括：直流輸入電源Vin、半橋開關電路1、諧振電感Lr、諧振電容Cr、并聯電感Lm、變壓器T1、可變電容電路3、平衡電容模塊5、LED燈串模塊6、反饋控制模塊3、恒頻控制模塊2。如圖2所示，恒頻控制模塊包括一個振蕩器電路、2個放大電路、2個固定死區電路、2個緩沖器。振蕩器電路的第一輸出端與第一個放大電路OP1的輸入端連接，放大電路OP1的輸出端連接到第一個固定死區電路的輸入端，固定死區電路的輸出經過第一個緩沖器Buf1后作為恒頻控制模塊的第一輸出端口VQ1，類似地，振蕩器電路的第二輸出端與第二個放大電路OP、第二個固定死區電路、第二個緩沖器Buf2依次串聯后，作為恒頻控制模塊的第二輸出端VQ2，兩個輸出端的信號在一個周期內相互對稱，并且具有固定的相同死區。如圖3所示，反饋控制模塊包括峰值檢測電路、誤差放大電路、第一比較器CMP1、鋸齒波模塊、第二比較器CMP2、過零檢測電路、兩個邏輯與門。電流采樣端Isense與過零檢測電路的輸入端連接，過零檢測電路的正輸出端Vp、負輸出端Vn分別與第一邏輯與門Gate1、第二邏輯與門Gate2的一端連接，兩個邏輯與門的另一端均與第二比較器的輸出端EN2連接，第一比較器CMP1的正輸入端接地，負輸入端與電流采樣端經取絕對值后的輸出連接，輸出端EN1與鋸齒波模塊連接，控制產生的鋸齒波連接到第二比較器CMP2的負輸入端，電壓采樣端Vsense經峰值檢測電路后與第一反饋電阻Rf1的一端連接，第一反饋電阻Rf1的另一端與誤差放大器EA1的負輸入端、第二反饋電阻Rf2的一端、第一反饋電容Cf1的一端連接，第二反饋電容Cf2的一端與第二反饋電阻Rf2的另一端連接，另一端與第二比較器CMP2正輸入端、第一反饋電容Cf1的另一端、誤差放大器EA1輸出端連接，誤差放大器EA1的正輸入端與參考電壓端Vref連接。如圖4所示，LED燈串負載包括整流橋電路、輸出濾波電容、LED串。LED燈珠串聯連接后的陽極、陰極分別與輸出濾波電容Con的正極、負極連接，第一個二極管Dn1的陰極與第二個二極管Dn2的陰極、輸出濾波電容Con的正極連接，陽極與第三個二極管Dn3的陰極連接后作為LED燈串負載的正輸入端，第三個二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，其特征在于包括直流輸入電源(Vin)、半橋開關電路(1)、諧振電感(Lr)、諧振電容(Cr)、并聯電感(Lm)、變壓器(T1)、可變電容電路(4)、平衡電容模塊(5)、LED燈串模塊(6)、反饋控制模塊(3)和恒頻控制模塊(2)；所述半橋開關電路(1)的第一個輸入端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二個輸入端連接直流輸入電源的負極，兩個輸出端分別連接諧振電感(Lr)和可調電容電路(4)的一端，諧振電感(Lr)的另一端與諧振電容(Cr)的一端連接，變壓器(T1)的初級側與并聯電感(Lm)并聯連接后的同名端與諧振電容(Cr)的另一端連接，另一端連接到可變電容電路(4)的另一端；LED燈串模塊(6)中n個LED燈串負載分別一對一地與平衡電容模塊(5)中的n個平衡電容串聯后并聯連接到變壓器(T1)的次級側，n≥1；恒頻控制模塊(2)負責控制半橋開關電路(1)中開關管的導通與關斷，反饋控制模塊(3)采樣變壓器(T1)的次級輸出電壓(Vo)和初級諧振電流(ir)，與所需的參考電壓比較后產生控制可變電容電路(4)中開關管的信號。

【技術特征摘要】
1.一種電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，其特征在于包括直流輸入電源(Vin)、半橋開關電路(1)、諧振電感(Lr)、諧振電容(Cr)、并聯電感(Lm)、變壓器(T1)、可變電容電路(4)、平衡電容模塊(5)、LED燈串模塊(6)、反饋控制模塊(3)和恒頻控制模塊(2)；所述半橋開關電路(1)的第一個輸入端連接直流輸入電源(Vin)的正極，第二個輸入端連接直流輸入電源的負極，兩個輸出端分別連接諧振電感(Lr)和可調電容電路(4)的一端，諧振電感(Lr)的另一端與諧振電容(Cr)的一端連接，變壓器(T1)的初級側與并聯電感(Lm)并聯連接后的同名端與諧振電容(Cr)的另一端連接，另一端連接到可變電容電路(4)的另一端；LED燈串模塊(6)中n個LED燈串負載分別一對一地與平衡電容模塊(5)中的n個平衡電容串聯后并聯連接到變壓器(T1)的次級側，n≥1；恒頻控制模塊(2)負責控制半橋開關電路(1)中開關管的導通與關斷，反饋控制模塊(3)采樣變壓器(T1)的次級輸出電壓(Vo)和初級諧振電流(ir)，與所需的參考電壓比較后產生控制可變電容電路(4)中開關管的信號。2.根據權利要求1所述的電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，其特征在于，半橋開關電路(1)內部包括兩個N溝道MOS開關管(Q1、Q2)，即上開關管(Q1)和下開關管(Q2)；第一個二極管(DQ1)和第一個電容(C1)分別為上開關管(Q1)的體二極管和輸出電容，第二個二極管(DQ2)和第二個電容(C2)分別為下開關管(Q2)的體二極管和輸出電容；上開關管(Q1)的漏極連接到直流輸入電源(Vin)的正極，源極與下開關管(Q2)的漏極、諧振電感(Lr)的一端連接，下開關管(Q2)的漏極與直流輸入電源(Vin)的負極、初級地端連接，上開關管(Q1)和下開關管(Q2)的柵極分別連接到恒頻控制模塊(2)的兩個輸出端。3.根據權利要求1所述的電容阻抗平衡式多通道LED驅動電路，其特征在于，可變電容電路(4)內部包括兩個N溝道MOS開關管(S1、S2)以及基準電容(Ca)，兩個N溝道MOS開關管(S1、S2)為左開關管(S1)和右開關管(S2)；第三個二極管(DS1)和第四...

【專利技術屬性】
技術研發人員：常天海，魏曉群，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44