0 引言

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

    近年來，多路輸出均流技術(shù)主要分為有源均流技術(shù)^[3]和無源均流技術(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,。無源均流技術(shù)主要利用電容,、電感等元件，具有結(jié)構(gòu)簡單/成本低等優(yōu)點^[5-6],。文獻[7,，8]中，提出了一系列具有單開關(guān)的多輸出LED均流驅(qū)動電路,，但只適合于驅(qū)動偶數(shù)通道LED串^[7-8],。為了實現(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],，在多個次級輸出回路中再采用級聯(lián)電容來實現(xiàn)通道均流,；另一種方法是采用對稱跨接的電容結(jié)構(gòu)^[10]，但是該電路需要與通道數(shù)相同數(shù)量的開關(guān)管,，因此驅(qū)動電路的效率和控制必將受到影響,。

    本文在傳統(tǒng)正激變換器拓撲的基礎(chǔ)上，利用諧振電容的特性,，實現(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)動電路

    本文以三通道輸出為例,，對所采用的均流原理進行闡述,，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)通道具有良好的對稱性，分析過程更為簡單,。圖1和圖2分別為該驅(qū)動電路的拓撲結(jié)構(gòu)和主要波形圖,。為了簡化分析過程，提出了以下幾點假設(shè)：

    (1)開關(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Boost升壓拓撲和一個控制模塊電路。與典型的升壓拓撲結(jié)構(gòu)不同的是,，輸入與負載之間不是直接級聯(lián),，而是采用諧振電容。并且為了抑制電容在開關(guān)切換時出現(xiàn)的電流脈沖,，加入了一個小電感L_r,。而控制模塊可分為一個帶2型補償網(wǎng)絡(luò)的誤差放大電路和一個比較電路，基于PWM調(diào)制原理,，通過采樣電阻R_s對輸出電流進行檢測,，實現(xiàn)LED的恒流控制，該控制方法較為成熟,，本文不作詳細介紹,。

1.2 工作原理

    如圖2所示，在一個開關(guān)周期T_s內(nèi),，該驅(qū)動電路可分為4個階段,。

    階段模態(tài)1 [t₀～t₁]：開關(guān)管S₁導(dǎo)通，輸入電壓V_in對電感L進行充電,，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)電感的伏秒平衡準則，由式(1)~式(4),，可得：

    因此,，有：

    由式(6)、(7)可知,，流過各通道LED的平均電流相同,。

3 仿真及實驗結(jié)果

    為了驗證本文所提出的驅(qū)動電路,，通過PSIM軟件對電路原理進行仿真，并制作一個實驗樣機,。仿真和實驗的電路參數(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為樣機穩(wěn)態(tài)工作時的部分波形圖,，包括開關(guān)管S₁的驅(qū)動電壓V_g、負載LED2的電流,、二極管D_r2的電流,，占空比約為0.6。圖5為樣機的輸入電流和負載電流波形圖,。表2給出了不同負載電流時電路的均流誤差,。可以看出,，均流誤差保持在0.35%以下,。

4 結(jié)論

    通過理論分析、電路仿真和實驗測試表明,，本文提出的多通路LED均流拓撲結(jié)構(gòu)使用元件數(shù)量較少,、性能高，可以有效地實現(xiàn)多路LED負載的均流效果,。

參考文獻

[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 電子與信息學院,，廣東 廣州510640）