基于无源均流的多路LED驱动器设计与研究

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第四代照明光源以发光二极管(Light Emitting Diode,LED)为主导,具有高光效、寿命长、损耗低和响应快等特点,在路灯、显示屏、液晶光源和交通信号等方面得到了广泛的应用。由于单个LED功率偏小,在普通的照明应用设计中,需要多个LED通过串并联组成阵列同时运行才能满足日常亮度需求,多串并联运行是最常见的LED负载阵列形式。本文为解决LED串并联均流问题,首先对多路LED的均流技术进行了系统分析,比较了无源均流技术在其结构、效率和成本等方面的优点,并在此基础上,提出了三种基于无源均流LED驱动器。针对现有LED驱动器拓扑功率器件存在冗余度较高等问题,提出了一种基于反激电路的单级多路LED驱动器。该电路采用改进型反激电路仅包含1个开关管,极大地简化了控制电路,该驱动器不仅实现了多路LED输出和大范围亮度调节,并且可通过数字脉宽调制(Digital Pulse Width Modulator,DPWM)控制方案实现亮度调节,以防止调光期间的颜色偏移。同时,利用器件的分时复用理论,实现了能量的单级传输。然后对所提电路进行电路结构分析和建模分析,并利用软件仿真验证电路性能。针对电流平衡电路只能解决偶数条通道均流问题,提出了一种基于谐振的无变压器降压型多路均流LED驱动器,该驱动器可扩展至任意路。基于谐振降压型2n-1路和2n路均流拓扑因电路结构有所差异,导致两电路中二极管导通顺序的规律不同。由于2n-1路和2n路多路均流拓扑的均流原理相同,分别分析了三路和四路输出LED驱动电路工作在断续模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的工作原理和工作特性,谐振降压型驱动器只需4个开关管、1个谐振电感和2n-2或2n-1个谐振电容即可实现2n-1路和2n路多路均流。该驱动器可以实现无变压器降压和软开关特性,并且具有延长了LED驱动器使用寿命、控制电路简单、均流精度高和效率高的优点,可用于提供高效率的LED负载。另外利用谐振电容的充放电平衡原理,仅需控制其中任意一条输出支路电流恒定,即可自动实现2n-1路和2n路输出支路的恒流及均流控制。另外,该多路恒流输出LED驱动电路还具有短路自保护特性,任何一条输出支路短路均不会对其它输出支路的稳态电流产生影响。最后,搭建了一台三路输出和四路输出LED驱动器实验样机,验证了提出的无变压器降压谐振式LED驱动器理论分析的正确性和有效性。
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