0 引言

    發(fā)光二極管（LED）因其壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上已變得越來(lái)越有競(jìng)爭(zhēng)力^[1-2]。為了得到所需的亮度，往往需要將多顆LED燈珠進(jìn)行串接或并接。但是，串接的方法將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)高輸出電壓，而由于LED本身的非線性特性，并接又無(wú)法保證各LED串的電流達(dá)到平衡狀態(tài)。因此，多路LED串的均流技術(shù)便更加受到關(guān)注。

    近年來(lái)，多路輸出均流技術(shù)主要分為有源均流技術(shù)^[3]和無(wú)源均流技術(shù)^[4]。有源均流技術(shù)采用較多的有源器件，控制電路和控制邏輯復(fù)雜。無(wú)源均流技術(shù)主要利用電容、電感等元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單/成本低等優(yōu)點(diǎn)^[5-6]。文獻(xiàn)[7，8]中，提出了一系列具有單開(kāi)關(guān)的多輸出LED均流驅(qū)動(dòng)電路，但只適合于驅(qū)動(dòng)偶數(shù)通道LED串^[7-8]。為了實(shí)現(xiàn)任意通道數(shù)的均流效果，一種方法是采用復(fù)雜的變壓器結(jié)構(gòu)^[9]，在多個(gè)次級(jí)輸出回路中再采用級(jí)聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)通道均流；另一種方法是采用對(duì)稱跨接的電容結(jié)構(gòu)^[10]，但是該電路需要與通道數(shù)相同數(shù)量的開(kāi)關(guān)管，因此驅(qū)動(dòng)電路的效率和控制必將受到影響。

    本文在傳統(tǒng)正激變換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，利用諧振電容的特性，實(shí)現(xiàn)多路LED串的均流，所需的諧振電容數(shù)量為通道數(shù)量減一。

1 驅(qū)動(dòng)電路

    本文以三通道輸出為例，對(duì)所采用的均流原理進(jìn)行闡述，偶數(shù)通道的原理與奇數(shù)通道的原理相同，而且由于偶數(shù)通道具有良好的對(duì)稱性，分析過(guò)程更為簡(jiǎn)單。圖1和圖2分別為該驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和主要波形圖。為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，提出了以下幾點(diǎn)假設(shè)：

    (1)開(kāi)關(guān)管、二極管、電容和電感均為理想元件；

    (2)諧振電容取值為：C_r1≤C_r2；

    (3)輸出電容C_o1、C_o2、C_o3的值足夠大，所以LED串的輸出紋波可以忽略。

1.1 電路結(jié)構(gòu)

    電路主要包括一個(gè)Boost升壓拓?fù)浜鸵粋€(gè)控制模塊電路。與典型的升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的是，輸入與負(fù)載之間不是直接級(jí)聯(lián)，而是采用諧振電容。并且為了抑制電容在開(kāi)關(guān)切換時(shí)出現(xiàn)的電流脈沖，加入了一個(gè)小電感L_r。而控制模塊可分為一個(gè)帶2型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的誤差放大電路和一個(gè)比較電路，基于PWM調(diào)制原理，通過(guò)采樣電阻R_s對(duì)輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)LED的恒流控制，該控制方法較為成熟，本文不作詳細(xì)介紹。

1.2 工作原理

    如圖2所示，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T_s內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)電路可分為4個(gè)階段。

    階段模態(tài)1 [t₀～t₁]：開(kāi)關(guān)管S₁導(dǎo)通，輸入電壓V_in對(duì)電感L進(jìn)行充電，電容C_r1、C_r2與電感L_r組成諧振回路，為通道2的LED串提供能量。

    為了保證二極管C_r1的零電流關(guān)斷，需保證：

2 均流原理

    根據(jù)電感的伏秒平衡準(zhǔn)則，由式(1)~式(4)，可得：

    因此，有：

    由式(6)、(7)可知，流過(guò)各通道LED的平均電流相同。

3 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    為了驗(yàn)證本文所提出的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)PSIM軟件對(duì)電路原理進(jìn)行仿真，并制作一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。仿真和實(shí)驗(yàn)的電路參數(shù)如表1所示。

    仿真結(jié)果如圖3所示，電路能夠穩(wěn)定工作。

    圖4為樣機(jī)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的部分波形圖，包括開(kāi)關(guān)管S₁的驅(qū)動(dòng)電壓V_g、負(fù)載LED2的電流、二極管D_r2的電流，占空比約為0.6。圖5為樣機(jī)的輸入電流和負(fù)載電流波形圖。表2給出了不同負(fù)載電流時(shí)電路的均流誤差。可以看出，均流誤差保持在0.35%以下。

4 結(jié)論

    通過(guò)理論分析、電路仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，本文提出的多通路LED均流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用元件數(shù)量較少、性能高，可以有效地實(shí)現(xiàn)多路LED負(fù)載的均流效果。

參考文獻(xiàn)

[1] CHENG K W E，KWOK K W，KWOK Y L，et al.LED lighting development for intelligent clothing[C]//International Conference on Power Electronics Systems and Applications.2009：1-4.

[2] CHENG Y K，CHENG K W E.General study for using LED to replace traditional lighting devices[C]//International Conference on Power Electronics Systems and Applications.2006：173-177.

[3] CHEN H，ZHANG Y，MA D.A SIMO parallel-string driver IC for dimmable LED backlighting with local bus voltage optimization and single time-shared regulation Loop[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2012，27(1)：452-462.

[4] CHIU C L，CHEN K H.A high accuracy current-balanced control technique for LED backlight[C]//Power Electronics Specialists Conference.IEEE，2008：4202-4206.

[5] ZHANG R，CHUNG S H.Use of daisy-chained transformers for current-balancing multiple LED strings[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2014，29(3)：1418-1433.

[6] WU X，HU C，ZHANG J，et al.Analysis and design considerations of LLCC resonant multioutput DC/DC LED driver with charge balancing and exchanging of secondary series resonant capacitors[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2015，30(2)：780-789.

[7] YE Y，CHENG K W E，LIN J，et al.Single-switch multichannel current-balancing LED drive circuits based on optimized SC techniques[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2015，62(8)：1-1.

[8] KIM J W，MOON J P，MOON G W.Analysis and design of single-switch forward-flyback two-channel LED driver with resonant-blocking capacitor[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2015，31(3)：1-1.

[9] WANG R，ZHANG J.A simple current balancing method for multi-output flyback LED driver[C]//Future Energy Electronics Conference.IEEE，2015.

[10] YU Y.Capacitor clamped current sharing circuit for multistring LEDs[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2012，61(5).

作者信息：

魏曉群，常天海

（華南理工大學(xué) 電子與信息學(xué)院，廣東 廣州510640）