一種母線電流互補式分時復用多路恒流輸出led驅動器拓撲及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及多路輸出應用，尤其是多串L邸均流W及調光調色L邸驅動技術領域。
【背景技術】
[0002] 作為最有發展和應用前景的綠色光源之一，L抓W節能，環保，壽命長和控制簡單 等特點，廣泛應用于液晶背光，汽車照明，交通燈W及通用照明。而L邸的非線性和對溫度的 敏感性，使其需采用恒流驅動。受單顆LED功率的限制，在許多高流明應用場合，需要同時使 用多顆LED實現大功率輸出。但隨之而來的問題是需要對各路LED進行恒流控制。為了滿足 混聯型L邸的各支路恒流要求，近年來，學術界對多路恒流輸出開關變換器技術做了大量研 究。現有的Lm)多路恒流輸出技術基本上可W分為兩大類，即無源多路恒流輸出技術和有源 多路恒流輸出技術。
[0003] 無源多路恒流輸出技術利用電阻、電感、變壓器、電容等無源器件實現各輸出支路 均流，其特點是W實現各支路電流相同為目的，通過對各支路電流的恒流控制，實現每一輸 出支路的恒流控制。雖然無源多路恒流輸出技術具有控制電路簡單的優點，但是不能實現 L邸的調光功能。現有的調光方式主要有兩種，一種為模擬調光，即改變Lm)的正向電流來改 變Lm)的光通量。另一種方式為PWM調光。PWM調光方式由于具有低色差的特性廣泛應用于 L抓背光等應用中。有源多路恒流輸出技術通過有源開關和相應的控制電路組成多個電流 調節器，電流調節器和各支路的L邸串聯在一起，進而實現各支路L邸電流的獨立調節。該電 流調節器可W是線性模式，也可W是開關模式。線性模式均流效率較低，只適用于小功率場 合;開關模式均流效率高，但電路元件數目多，電路控制復雜，體積大，成本高。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種母線電流互補式分時復用多路恒流輸出LED驅動器拓 撲，使之克服克服現有有源均流技術電路元件數目多，電路控制復雜，體積大，成本高等缺 點。
[0005] 本發明所采用的技術方案是：
[0006] -種母線電流互補式分時復用N路恒流輸出Lm)驅動器拓撲，包括恒流輸出開關變 換器、N個L抓負載W及各支路分時復用控制開關管及N-I個采樣電阻;恒流輸出開關變換器 的輸出端并聯N個LED負載支路，第1至第N-I路LED負載支路由LED元件與一個分時復用控制 開關管及一個采樣電阻串聯構成，第N路LED負載支路由LED元件與一個分時復用控制開關 管構成;母線電流控制器控制恒流輸出開關變換器輸出恒流;母線電流分時復用控制器控 制各輸出支路電流;母線電流分時復用控制器由N-I個PWM模塊和N-2個與口構成，除第N路， 母線電流分時復用控制器的輸入端口和輸出端口分別與支路采樣電阻和各LED負載支路的 分時復用控制開關管連接;除第1路和第N路，每一個控制環路均包含一個PWM模塊和一個與 n ;第N條輸出支路的控制信號取自第N-I路PWM模塊中的RS觸發器的輸出端O。
[0007] 進一步地，恒流輸出開關變換器輸出端連接了一個濾波電容。
[0008] 此外，恒流輸出開關變換器部分可W是單級結構恒流輸出開關變換器，也可W是 恒流輸出DC-DC開關變換器。
[0009] 運樣，整套驅動器拓撲分為兩部分，一部分為母線電流控制器控制單級結構恒流 輸出開關變換器輸出恒流，另一部分為母線電流分時復用控制器控制各輸出支路電流，即 通過分時復用控制各輸出支路開關管依次交替導通，可W實現各輸出支路的均流和PWM調 光功能。此外，兩部分為獨立的控制環路，便于電路的模塊化。
[0010] 本發明的另一個目的是為上述驅動器拓撲提供控制方法實現各輸出支路的均流 和PWM調光，具體方案是：
[0011] 母線電流互補式分時復用N路恒流輸出Lm)驅動器的控制方法，通過控制各輸出支 路開關管依次交替導通實現分時復用母線電流控制，根據分時復用開關管所在支路的輸出 電流情況調節其導通時間，其邏輯電路確保了在任意時刻只有一個分時復用開關管開通， 避免了恒流母線因無流通路徑而導致母線電壓過高的問題。
[0012] 進一步地，通過改變母線電流分時復用控制器中各環路PWM模塊中的參考電壓，實 現各輸出支路的均流和PWM調光功能。
[0013] 運樣，對一個恒流母線用PWM的方式進行分時復用控制，其恒流母線電流由單級結 構單路恒流輸出PFC變換器或不具有功率因數校正功能的AC-DC變換器提供，由分時復用控 制開關管對母線電流進行分時復用控制，從而實現控制每個輸出支路電流相等或不同。其 中母線電流分時復用控制器由N-I個PWM模塊和N-2個與口構成，除第1路和第N路，每一個控 制環路包含一個PWM模塊和一個與口，此外第N條輸出支路的控制信號即為第N-I路PWM模塊 中的RS觸發器的輸出端(吉。根據分時復用開關管所在支路的輸出電流情況調節其導通時 間，母線電流分時復用控制中的邏輯電路確保了在任意時刻只有一個分時復用開關管開 通，即各輸出支路開關管依次交替導通。通過改變母線電流分時復用控制器中各環路PWM模 塊中的參考電壓，即可實現各輸出支路的均流和PWM調光。
[0014] 與現有控制技術相比，本發明的有益效果是：
[0015] -、與現有的開關均流控制相比，本發明只采用了一個大的工頻濾波電容，其本質 是對一個恒流輸出變換器的輸出進行分時復用控制，相對于傳統的多路輸出控制方案，省 去了各輸出支路的輸出濾波電容，進一步減小了多路恒流輸出開關變換器的體積與成本；
[0016] 二、與現有的開關均流技術相比，本發明僅需使用N-I個控制環路即可實現N路輸 出支路的均流和PWM調光，且其母線電流分時復用控制中的邏輯電路也使得電路控制簡單；
[0017] =、與現有的開關均流技術相比，本發明具有母線電壓自適應調節的特性，簡化了 控制。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明的電路拓撲及控制框圖。
[0019] 圖2為本發明的分時復用控制過程示意圖，其中（a)為控制環路圖；（b)為控制時序 圖。
[0020] 圖3為本發明的等效電路圖。
[0021] 圖4為本發明的各支路電流工作時序圖。
[0022] 圖5為本發明W理想恒流源為母線的S路輸出實施例的電路拓撲圖。
[0023] 圖6為圖5實施例在S條L邸支路等效動態電阻及等效正向壓降相同時的主要時域 仿真波形圖（閉環）。
[0024] 圖7為圖5實施例在S條L邸支路等效動態電阻相同但等效正向壓降不同時的主要 時域仿真波形圖（閉環）。
[0025] 圖8為本發明對由高效率的單級CM Buck PFC提供的恒流母線的兩路輸出為實施 例的電路拓撲圖。
[0026] 圖9為圖8實施例在兩條L邸支路等效動態電阻及等效正向壓降相同且輸入電壓為 1 l(Wac時的主要時域仿真波形圖（閉環）。
[0027] 圖10為圖8實施例在兩條Lm)支路等效動態電阻相同但等效正向壓降不同且輸入 電壓為220Vac時的主要時域仿真波形圖（閉環）。
[00%]圖11為本發明W兩條LED輸出支路為例，通過調節第一個控制環路的參考電壓 Vdim,兩個輸出支路的平均電流及母線電流波形圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面通過具體的實例并結合附圖對本發明做進一步詳細的描述。
[0030] 如圖1所示，該發明為對一個恒流母線用PWM的方式進行分時復用控制，其恒流母 線電流由單級結構恒流輸出開關變換器提供，由分時復用控制開關管對母線電流進行分時 復用控制，從而實現控制每個輸出支路電流相等或不同。其中電容Cbus是為了防止分時復用 控制開關管均不導通而導致母線電壓過高的情況發生，因而在恒流母線上加電容來抑制母 線電壓突變。
[0031] 圖2(a)給出了母線電流互補式分時復用多路恒流輸出Lm)驅動器控制方法中母線 電流分時復用控制器的控制環路。由圖可知，N路輸出存在N-I個均流環路，根據電壓型P歷 控制的原理，每個支路均可把采樣電流Vs[k]/Rs山化=1，2，…，N-I )的平均值穩定在Vref山/ Rs[k]化=1，2，'。，N-1)附近，即前N-I個支路的平均電流可W被調節到io[k]-av = Vref[k]/Rs[k] (k=l，2,…，N-1)。那么第N條輸出支路的電流可W被調節到
前N-I 個輸出支路的電流可W被調節到相應的設置值，母線電流ibus由單級結構恒流輸出開關變 換器控制，所W第N個輸出支路的電流實際上也得到了控制。因此，如圖2(a)所示，第N條輸 出支路不需要PWM環路控制，簡化了均流電路的復雜性。若設置前N-I個支路的調節電