文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.166329
中文引用格式： 魏曉群，常天海. 一種單開關多路均流輸出LED驅動電路的分析與設計[J].電子技術應用，2017，43(8)：144-146，150.
英文引用格式： Wei Xiaoqun，Chang Tianhai. Analysis and design of a single-switch multi-output LED driver[J].Application of Electronic Technique，2017，43(8)：144-146，150.
0 引言
發光二極管（LED）因其壽命長、效率高等優點，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。因此，多路LED串的均流技術便更加受到關注。
近年來，多路輸出均流技術主要分為有源均流技術[3]和無源均流技術[4]。有源均流技術采用較多的有源器件，控制電路和控制邏輯復雜。無源均流技術主要利用電容、電感等元件，具有結構簡單/成本低等優點[5-6]。文獻[7，8]中，提出了一系列具有單開關的多輸出LED均流驅動電路，但只適合于驅動偶數通道LED串[7-8]。為了實現任意通道數的均流效果，一種方法是采用復雜的變壓器結構[9]，在多個次級輸出回路中再采用級聯電容來實現通道均流；另一種方法是采用對稱跨接的電容結構[10]，但是該電路需要與通道數相同數量的開關管，因此驅動電路的效率和控制必將受到影響。
本文在傳統正激變換器拓撲的基礎上，利用諧振電容的特性，實現多路LED串的均流，所需的諧振電容數量為通道數量減一。
1 驅動電路
本文以三通道輸出為例，對所采用的均流原理進行闡述，偶數通道的原理與奇數通道的原理相同，而且由于偶數通道具有良好的對稱性，分析過程更為簡單。圖1和圖2分別為該驅動電路的拓撲結構和主要波形圖。為了簡化分析過程，提出了以下幾點假設：
(1)開關管、二極管、電容和電感均為理想元件；
(2)諧振電容取值為：Cr1≤Cr2；
(3)輸出電容Co1、Co2、Co3的值足夠大，所以LED串的輸出紋波可以忽略。
1.1 電路結構
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構不同的是，輸入與負載之間不是直接級聯，而是采用諧振電容。并且為了抑制電容在開關切換時出現的電流脈沖，加入了一個小電感Lr。而控制模塊可分為一個帶2型補償網絡的誤差放大電路和一個比較電路，基于PWM調制原理，通過采樣電阻Rs對輸出電流進行檢測，實現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，在一個開關周期Ts內，該驅動電路可分為4個階段。
階段模態1 [t0～t1]：開關管S1導通，輸入電壓Vin對電感L進行充電，電容Cr1、Cr2與電感Lr組成諧振回路，為通道2的LED串提供能量。
為了保證二極管Cr1的零電流關斷，需保證：
2 均流原理
根據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 仿真及實驗結果
為了驗證本文所提出的驅動電路，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如表1所示。
仿真結果如圖3所示，電路能夠穩定工作。
圖4為樣機穩態工作時的部分波形圖，包括開關管S1的驅動電壓Vg、負載LED2的電流、二極管Dr2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均流拓撲結構使用元件數量較少、性能高，可以有效地實現多路LED負載的均流效果。
參考文獻
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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）