專利名稱：一種led串均流電路及控制方法
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。LED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 正功能。目前主要有技術(shù)為(1)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。LED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 μ F/W的電容；但此電容值仍然偏大。( 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。輸入電流中注入故意注 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，從而在輸出電壓 接近為恒定直流的情況下，維持了輸出功率與輸入功率瞬時值相等，減小了 PFCC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。LED為半導(dǎo)體器件，其伏安特性與普通的穩(wěn)壓二極管類似。由于生產(chǎn)工藝等原因， 在特定電流工作點上，即使同一批次的LED產(chǎn)品其兩端電壓降落亦有較大的離散性，并且 它們的電壓降的溫度系數(shù)也不同。因此，多個LED并聯(lián)，或者多個LED串聯(lián)后再并聯(lián)時，由于 端電壓的不一致，容易引起某個LED或某串LED中流過的電流過大而燒毀的問題。但單個 LED為小功率、低光通量輸出的元件，在要求大的光通量輸出的場合，多個或多串并聯(lián)LED 并聯(lián)的應(yīng)用是無法避免的。目前主要的解決方案有(1)每串LED單獨采用一個DC-DC變換 器，調(diào)節(jié)其端電壓或輸出電流；但在需要3串以上的結(jié)構(gòu)并聯(lián)時，需要3臺以上的較大功率 的DC-DC變換器，成本較高。(2)每串串聯(lián)一個三極管或MOSFET等，該三極管或MOSFET承 擔(dān)LED供電源與LED串之間的電壓差值，完成LED串的電流調(diào)節(jié)；但由于三極管或MOSFET 上承擔(dān)了較大的線性壓降，因此損耗較大。

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能量回饋式發(fā)光二極管串驅(qū)動 器及其串電流控制方法，避免現(xiàn)有方案成本高或損耗大的缺陷。本發(fā)明為實現(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、變換器輸 出電容、主電路DC-DC變換器和電流控制器，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變換器的正輸出端接變換器輸出電容的 正輸入端，主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端與變換器輸出電容的負(fù)輸入端連接接地，其特 征在于所述電流控制器包括η條結(jié)構(gòu)相同的控制支路、一個雙向DC-DC變換器，每條控制 支路都由一個支路DC-DC變換器構(gòu)成，每個支路DC-DC變換器的輸入端串接發(fā)光二極管串 后分別接主電路DC-DC變換器的輸出端和雙向DC-DC變換器的一端，每個支路DC-DC變換 器的輸出端接雙向DC-DC變換器的另一端，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，η和m都為大于零的自然數(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、變換器輸出電容、 主電路DC-DC變換器和電流控制變換器，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變換器的正輸出端接變換器輸出電容的正輸入端，主 電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端與變換器輸出電容的負(fù)輸入端連接接地，其特征在于所述電流控制器包括η條結(jié)構(gòu)相同的控制支路、第η+1發(fā)光二極管串、一個雙向 DC-DC變換器，每條控制支路都由一個支路DC-DC變換器構(gòu)成，每個支路DC-DC變換器的輸 入端串接發(fā)光二極管串后分別接主電路DC-DC變換器的輸出端和雙向DC-DC變換器的一 端，每個支路DC-DC變換器的輸出端接雙向DC-DC變換器的另一端，雙向DC-DC變換器的另 一端串接第η+1發(fā)光二極管串后接地，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，η和m都為大于零的自然數(shù)。所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述支路DC-DC變換器為非隔離式或隔 離式的升壓型Boost、降壓型Buck、升降壓型Buck-Boost變換器。所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述主電路DC-DC變換器為非隔離式或 隔離式的升壓型Boost、降壓型Buck、升降壓型Buck-Boost型雙向變換器。所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，其特征在于(1)雙向DC-DC變換器將能量全部回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端，雙向 DC-DC變換器單向工作，通過雙向DC-DC變換器的反饋控制實現(xiàn)支路DC-DC變換器輸出端電 壓的穩(wěn)定；(2)雙向DC-DC變換器將能量回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端，通過雙向
30DC-DC變換器的反饋控制實現(xiàn)支路DC-DC變換器輸出端電壓正比于l + ∑ kicos(iwt+ai) ，減小
i=2
功率因數(shù)校正器PFCC輸出端的電容，其中Iii為絕對值小于1的常數(shù)，α i為電角度，i為介于2與30的正整數(shù)，其中Ici滿足
權(quán)利要求
1.一種發(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、變換器輸出 電容、主電路DC-DC變換器和電流控制器，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變換器的正輸出端接變換器輸出電容的正 輸入端，主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端與變換器輸出電容的負(fù)輸入端連接接地，其特征 在于所述電流控制器包括η條結(jié)構(gòu)相同的控制支路、一個雙向DC-DC變換器，每條控制支路 都由一個支路DC-DC變換器構(gòu)成，每個支路DC-DC變換器的輸入端串接發(fā)光二極管串后分 別接主電路DC-DC變換器的輸出端和雙向DC-DC變換器的一端，每個支路DC-DC變換器的 輸出端接雙向DC-DC變換器的另一端，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，η和m都為大于零的自然數(shù)。
2.一種發(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、變換器輸出 電容、主電路DC-DC變換器和電流控制變換器，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變換器的正輸出端接變換器輸出電容 的正輸入端，主電路DC-DC變換器的負(fù)輸出端與變換器輸出電容的負(fù)輸入端連接接地，其 特征在于所述電流控制器包括η條結(jié)構(gòu)相同的控制支路、第n+1發(fā)光二極管串、一個雙向DC-DC 變換器，每條控制支路都由一個支路DC-DC變換器構(gòu)成，每個支路DC-DC變換器的輸入端串 接發(fā)光二極管串后分別接主電路DC-DC變換器的輸出端和雙向DC-DC變換器的一端，每個 支路DC-DC變換器的輸出端接雙向DC-DC變換器的另一端，雙向DC-DC變換器的另一端串 接第n+1發(fā)光二極管串后接地，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，η 和m都為大于零的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述支路DC-DC變換 器為非隔離式或隔離式的升壓型Boost、降壓型Buck、升降壓型Buck-Boost變換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器，其特征在于所述主電路DC-DC變 換器為非隔離式或隔離式的升壓型Boost、降壓型Buck、升降壓型Buck-Boost型雙向變換器。
5.一種基于權(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，其特征在于(1)雙向DC-DC變換器將能量全部回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端，雙向DC-DC 變換器單向工作，通過雙向DC-DC變換器的反饋控制實現(xiàn)支路DC-DC變換器輸出端電壓的穩(wěn)定；(2)雙向DC-DC變換器將能量回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端，通過雙向DC-DC 變換器的反饋控制實現(xiàn)支路DC-DC變換器輸出端電壓正比于
6.一種基于權(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，其特征在于通過雙向DC-DC變換器將能量全部回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端實現(xiàn)第n+1發(fā)光 二極管串電流的穩(wěn)定，支路DC-DC變換器輸出的能量的一部分給LED串215供電，另一部分 通過雙向DC-DC變換器回饋到主電路DC-DC變換器的正輸出端。
7.一種基于權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，其特征在 于直接采用直流電供電，無功率因數(shù)校正器PFCC、輸出母線電容、變換器輸出電容、主電 路DC-DC變換器，η個發(fā)光二極管串的輸入端分別接直流電，即主電路DC-DC變換器正輸出 端為直流供電源的正極。
8.一種基于權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管串驅(qū)動器的串電流控制方法，其特征在 于雙向DC-DC變換器的輸出端與主電路DC-DC變換器正輸出端斷開，與功率因數(shù)校正器 PFCC的正輸出端相連，將能量回饋功率因數(shù)校正器PFCC的正輸出端。
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，屬于電力電子變換器。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、變換器輸出電容、主電路DC-DC變換器和電流控制變換器。本發(fā)明方法通過DC-DC變換器的控制完成每串LED的電流調(diào)節(jié)；將多余的能量回饋到每串LED的輸入端。多個并聯(lián)后的DC-DC變換器輸出端可以接負(fù)載，當(dāng)接有負(fù)載時，雙向DC-DC變換器可給該負(fù)載提供能量。由于低壓器件便于實現(xiàn)集成，本發(fā)明提供了能量回饋式LED串并聯(lián)方案，避免現(xiàn)有方案成本高或損耗大的缺陷。
文檔編號H05B37/02GK102149239SQ201010585389
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者倪建軍, 劉碩, 張方華 申請人:南京航空航天大學(xué)