多路輸出均流LED驅(qū)動(dòng)電源研究

林麗薌

（福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116）

多路輸出均流LED驅(qū)動(dòng)電源研究

林麗薌

（福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350116）

針對(duì)大功率LED應(yīng)用場(chǎng)合下需要多路輸出及各路電流均衡的問(wèn)題，本文提出一種基于電容均流的多路輸出均流的LED驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)?。詳?xì)分析了四路輸出均流原理，并進(jìn)行了等效電路的推導(dǎo)，在CLCL-T諧振恒流網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多路輸出電流的恒定與均衡；最后設(shè)計(jì)一臺(tái)108W的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提電路具有良好的均流精度。

均流；LED驅(qū)動(dòng)；恒流

為了達(dá)到所需要的輸出功率等級(jí)，LED串通常采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由于LED導(dǎo)通壓降的離散性和負(fù)溫度系數(shù)的特性，串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的LED串必須采用合適的均流措施才能保證各路LED串的電流達(dá)到均衡[1-2]。多路LED均流方法大致可分為有源均流和無(wú)源均流，其中無(wú)源均流方法以電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。無(wú)源均流方案就是利用電容、變壓器（耦合電感）、磁放大器等無(wú)源器件來(lái)實(shí)現(xiàn)多路輸出均流，但其均流精度與無(wú)源元件有關(guān)，容易受到其參數(shù)的影響而降低均流精度[3-4]。因此，研究高效精確的均流方法對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)乃至LED照明的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

1 多路輸出均流電路結(jié)構(gòu)

圖1所示為2n路輸出均流LED驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，由電壓型半橋逆變電路、CLCL-T諧振恒流網(wǎng)絡(luò)、2n路輸出均流電路、整流網(wǎng)絡(luò)等組成。電壓型半橋逆變電路由開關(guān)管S1、S2組成，將直流輸入電壓變換成方波信號(hào)；CLCL-T諧振恒流網(wǎng)絡(luò)工作在特定頻率時(shí)具有恒流特性，輸出電流恒定；2n路輸出均流電路利用電容的充放電平衡實(shí)現(xiàn)多路無(wú)源精確均流：其中，Cbn均衡n組內(nèi)Vn1、Vn2支路的輸出電流，Cb(2n-1)均衡(n-1)組內(nèi)V(n-1)2和n組內(nèi)Vn1支路的輸出電流。

等效電路推導(dǎo)，采用基波分析法對(duì)圖1電路進(jìn)行分析，即假設(shè)原邊電流只有基波分量向副邊傳送能量，忽略其他諧波分量的作用。由此得到的交流等效電路如圖2所示。

當(dāng)Cb(n+1)＞＞Cbn時(shí)，基于CLCL-T諧振恒流網(wǎng)絡(luò)的多路輸出均流電路的交流等效電路如圖2（a）所示。

式中，Vin為諧振回路輸入電壓基波分量的有效值，Rac1、Rac2為L(zhǎng)ED的交流等效負(fù)載，Ro為每路LED的直流等效負(fù)載。

圖1 2n路輸出均流LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖

圖2 CLCL-T諧振變換器交流等效電路

因?yàn)镃b1=Cb2=…=Cbn=Cb，Rac1=Rac2=…=Racn=Rac，假設(shè)變壓器勵(lì)磁電感無(wú)窮大，則可得簡(jiǎn)化的CLCL-T諧振網(wǎng)絡(luò)的交流等效電路，如圖2（b）所示。其中

式中，N為變壓器原副邊匝數(shù)之比。

從圖2（b）可得諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出電流有效值，其表達(dá)式為

圖3 不同負(fù)載下的諧振網(wǎng)絡(luò)輸出電流

2 四路輸出均流原理

CLCL-T諧振恒流網(wǎng)絡(luò)在變壓器副邊繞組上產(chǎn)生一個(gè)正向電壓和反向電壓交替的電壓波形。假設(shè)在ta～tb時(shí)間里，副邊繞組輸出的電壓是正向電壓，如圖4（a）所示，1組中電流的流通途徑為Cb1、D11、V11，再流回變壓器副邊繞組，電流i1給Cb1充電；2組中電流的流通途徑為Cb2、D21、V21、Cb3，再流回變壓器副邊繞組，電流i2給Cb2、Cb3充電。故

tb～tc時(shí)間里，副邊繞組輸出的電壓是反向電壓，如圖4（b）所示，1組中電流的流通途徑為Cb3、V12、D12、Cb1，再流回變壓器副邊繞組，電流i1′給Cb1、Cb3放電；2組中電流的流通途徑為V22、D22、Cb2，再流回變壓器副邊繞組，電流i2′給Cb2放電。故

圖4 四路均流等效電路

而每一路的輸出電流為

因?yàn)榉€(wěn)態(tài)時(shí)電容在一個(gè)周期內(nèi)充放電平衡，即

由式（1）至式（4）可得

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證所提電路的均流效果，搭建了如圖1所示的4路輸出均流實(shí)驗(yàn)樣機(jī)（n=2）。主要參數(shù)如下：直流輸入電壓Vdc=400V，額定輸出電流：I11=I12=I21= I22=0.5A，諧振變換器工作頻率fs=100kHz，諧振電容Cr=20nF，Cs=6.8nF，諧振電感Lr=129μH，Ls= 240μH，均流電容Cb1=Cb2=0.1μF，Cb3=1μF。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5（a）、圖5（b）是輸出電壓分別為54V、18V時(shí)的輸出電流波形，可以看出LED負(fù)載變化，即輸出電壓變化時(shí)，每路輸出電流基本不變，可見(jiàn)該電路可以實(shí)現(xiàn)不同燈電壓下輸出電流的恒定與均衡。

表1為負(fù)載不均衡時(shí)對(duì)應(yīng)的各支路輸出電流?？梢钥闯觯?fù)載不均衡度不同時(shí)對(duì)應(yīng)的均流誤差也不同，但均小于0.5%，可見(jiàn)所提方案具有良好的均流精度。

圖5 不同輸出電壓下的輸出電流波形

表1 輸出電壓不同時(shí)各支路的輸出電流

4 結(jié)論

本文提出一種基于CLCL-T諧振網(wǎng)絡(luò)的多路輸出均流電路拓?fù)?，分析了四路輸出均流的原理及其交流等效電路圖，最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提電路具有良好的均流精度。

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Research on the LED Driver with Multi-output Current Sharing

Lin Lixiang
(College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350116)

As for the needs of multi-outputwith current balancing in high-power LED applications, the paper proposes a LED driver with multi-output current sharing based on capacitance. Analyzing in detailthe principle of 4-output current balancing, and deducing the equivalent circuit of the resonant network. Keeping the multi-output current constant and balanced based on the CLCL-T resonant network. Finally, a 108W laboratory prototype has been built. The experimental results confirm that the topology presented has good characteristic of current balancing.

current balancing; LED driver; constant current

林麗薌（1991-），女，福建省漳州市人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娔艿母哳l變換與控制技術(shù)。