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CN102217418B - 包括具有隔离的多通道输出的单个反相器电路的led驱动器 - Google Patents

包括具有隔离的多通道输出的单个反相器电路的led驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有隔离的多通道输出的基于单转换器电路的LED驱动器电路(10)。电路(10)包括：IC控制电路(11)；多个隔离的输出通道(70，74)，每个通道具有输出电流感测和调节电路(74，90)；以及输出电流调整电路(128)。输出电流调整电路(128)包括：电压感测变压器绕组(T4)，其用于感测电路(10)的次级侧上的输出电压电平；以及峰值输出电流感测组件(156)，其用于感测来自隔离的输出通道的输出电流并确定哪个通道具有最高电流输出。另外，电路(10)利于在所检测的输出电压低于预定阈值时提供输出电流调整，并且在所检测的输出电压大于预定阈值时提供输出电流调整。

Description

包括具有隔离的多通道输出的单个反相器电路的LED驱动器
技术领域
本发明涉及包括具有隔离的多通道输出的单个反相器电路的LED驱动器。
背景技术
发光二极管(LED)照明系统因它们的长寿命、能效和在光学设计中的灵活性而获得越来越大的普及以取代白炽灯和放电灯。结果，LED系统的应用不仅包括小功率应用，而且还包括大功率应用。除了室内应用之外，LED系统还正在室外应用中获得普及。此外，LED系统正用于一般应用，而不只是特殊的照明应用。
对于一些应用，需要Ⅱ类输出隔离。一个典型的Ⅱ类大功率LED驱动器设计利用共同的前端功率因数校正部分，其中并联多个隔离的LED转换器或多个单级隔离的LED驱动器连接到相同电源。在这样的布置中，组件冗余度不良地较高。因此，这样的布置的成本和尺寸较高，而系统效率则较低。
因此，本领域中存在对于利于减少Ⅱ类额定电路中的组件冗余度和增大系统效率并克服上述缺陷的系统和方法的未能满足的需求。
发明内容
根据一个方面，一种用于控制LED照明系统的电路包括：具有初级绕组T1的单转换器控制电路；以及第一隔离输出通道电路，其具有紧密耦合到初级绕组T1以及第一输出电流感测和调节电路的至少一个次级绕组T2、T3。该电路还包括至少第二隔离输出通道，其具有紧密耦合到初级绕组T1以及第二输出电流感测和调节电路的至少一个次级绕组T6、T7。该电路还包括用于确定通过第一和第二隔离输出通道的峰值电流输出的输出电流调整电路。
根据另一个方面，一种LED驱动器输出通道调整电路包括：用于感测多通道次级电路上的电压的电压感测绕组T4；以及用于传送电流的至少第一和第二光电二极管，第一和第二光电二极管耦合到次级电路中的相应的隔离输出通道电路。该电路还包括峰值电流调整组件，其用于将由光电二极管传送的电流进行比较，确定哪个隔离输出通道电路具有较高的峰值输出电流，并调整其输出电流。
附图说明
图1示出根据本文描述的一个或多个方面的电路的初级侧，其包括IC控制器和基于半桥的谐振转换器。
图2示出根据本文描述的一个或多个方面的电路的次级侧，其包括多个隔离的输出通道。
图3示出根据本文描述的一个或多个方面的电路的电流调整部分，其在任何给定时间调整具有最高感测输出电流的通道。
具体实施方式
以下描述涉及一种具有隔离的多通道输出的基于单转换器电路的LED驱动器。所描述的电路设计的优点包括：所有输出均满足Ⅱ类要求；只使用一个IC控制和转换器电路；减少了组件计数；以及提高了效率。即，具有多个输出的单个转换器利于提供低成本、高效率且小尺寸的电路。采用基于半桥的谐振转换器作为大功率LED驱动器应用的平台。但是，将明白，可结合本文阐述的各种实施例采用电流馈入型、飞返式或任何其它隔离的电路平台。
图1-3示出根据本文描述的各个方面的电路10，其包括具有隔离的多通道输出的基于单转换器电路的LED驱动器。以下论述涉及电路10的特定配置及其特征。如图1所示，电路10包括控制集成电路(IC)12，IC 12包括多个输入/输出(I/O)引脚。在一个实例中，IC 12是L6599IC。电容器14(例如，0.1μF电容器等)耦合到控制IC 12上的自举电源电压(Vboot)引脚以及高侧驱动器基准(Out)引脚和初级变压器绕组T1。根据一个实例，绕组T1是G30876绕组。IC 12上的高侧驱动器输出(Hvg)引脚耦合到电阻器16和二极管18，而二极管18又耦合到电阻器20。电阻器16和20耦合到开关22(例如，MOSFET等)的栅极，而开关22的漏极耦合到电压总线。在一个实例中，电阻器16是20Ω电阻器，二极管18是1N4148二极管，电阻器20是1kΩ电阻器，而开关22是IRF740MOSFET。
IC 12上的源电压(Vcc)耦合到二极管24、电容器26和电容器28中的每一个。电容器28耦合到二极管30，二极管30耦合到电容器32以及二极管24、电容器26和地。电容器32进一步耦合到二极管24、电容器26、电容器14、IC 12上的输出引脚以及初级变压器绕组T1。根据一个实例，二极管24和30是1N4148二极管，电容器26是0.1μF电容器，电容器28是10μF电容器，而电容器32是150pF电容器。
IC 12上的低侧驱动器输出(Lvg)引脚耦合到电阻器34和二极管36，而二极管36又耦合到电阻器38。电阻器34和38耦合到开关40(例如，MOSFET等)的栅极，而开关40的漏极耦合到开关22的源极。开关40的源极耦合到二极管30、电容器28、电容器42和地。电容器42进一步耦合到初级变压器绕组T1和电容器44。在一个实例中，电阻器34是20Ω电阻器，二极管36是1N4148二极管，电阻器38是1kΩ电阻器，开关40是IRF740MOSFET，电容器42是15nF电容器，而电容器44是100pF电容器。
电容器44耦合到电阻器46，而电阻器46耦合到二极管48和50。二极管50耦合到电阻器52和电容器54，而电阻器52和电容器54均耦合到地以及二极管48，而二极管48也耦合到地。二极管50、电阻器52和电容器54进一步耦合到IC 12上的电流感测(Isens)引脚。IC上的其它引脚(例如，Nc和Line等)留下不连接。IC 12上的接地引脚耦合到电容器28、二极管30及地。在一个实例中，电阻器46是50Ω电阻器，二极管48和50是1N4148二极管，电阻器52是10kΩ电阻器，而电容器54是33nF电容器。
现在转到图2，并继续参考图1，电路10包括第一隔离输出通道70、第二隔离输出通道72和输出电流感测和调节电路74。
第一输出通道电路70包括耦合到大地1以及电容器76和二极管78的绕组T5。电容器76和二极管78耦合到二极管80，而二极管80又耦合到电容器82。电容器82耦合到二极管78、绕组T5以及大地1。该电路还包括次级变压器绕组T2和T3，这两个绕组T2和T3均耦合到大地1(E-Gnd1)并感应地耦合到绕组T1。在一个实例中，电容器76、82是22nF电容器，二极管78、80是1N4148二极管，而绕组T2、T3、T5是G30876绕组。
绕组T5紧密地耦合到初级侧绕组(例如，T1、T4)，并具有即使在通道1的输出短路时仍确保电压的电压源Vcc3(例如，电源)。
第二输出通道电路72包括变压器绕组T6和T7。二极管84耦合到绕组T6以及二极管86，二极管86耦合到绕组T7。二极管84和86进一步耦合到电容器88，而电容器88耦合到绕组T6和T7以及大地2(E-Gnd2)。二极管84和86以及电容器88耦合到输出电流(Iout)感测和调节组件90以及LED 92。Iout感测和调节电路90(例如，与输出电流感测和调节电路74类似或相同)耦合到LED 94。在一个实例中，二极管84、86是MUR420二极管，电容器88是100μF电容器，而LED是NCSW136LED。
电路10还包括耦合到放大器100的电阻器96和电阻器98。放大器100进一步耦合到光电二极管102和电阻器104，光电二极管102和电阻器104也彼此耦合。放大器100耦合到电容器106，而电容器106还耦合到光电二极管102和电阻器108。电阻器108耦合到放大器100和电阻器110，而电阻器110又耦合到电阻器112和LED 114。另外，电阻器112还耦合到大地1(E-Gnd1)。根据一个实例，电阻器96是10kΩ电阻器，电阻器98是1kΩ电阻器，而放大器100是LM325放大器。在另一个实例中，光电二极管102是SFH106光电二极管，电阻器104是50Ω电阻器，电容器106是22nF电容器，电阻器108是5.6kΩ电阻器，而电阻器110是1kΩ电阻器。在又一个实例中，电阻器112是0.25Ω电阻器，而LED 114是NCSW136LED。
LED 116耦合到二极管118、二极管120和电容器122。二极管118耦合到次级绕组T2，而二极管120耦合到次级绕组T3。二极管118和120进一步耦合到电容器122，而电容器122又耦合到次级绕组T2和T3以及大地1(E-Gnd1)。根据一个实例，LED是NCSW136LED，二极管118、120是MUR420二极管，而电容器122是100μF电容器。
现在转到图3，并继续参考图1和图2，电路10包括输出电流调整电路128，其具有耦合到二极管130的电压感测绕组T4，而二极管130又耦合到电阻器132。绕组T4紧密地耦合到次级绕组(例如，T2、T3、T5、T6和T7)，并感测电路10的次级侧上的电压(见图2)。当存在轻负载或无负载状况时，例如当没有连接一个或多个LED时，输出电压增大。如果输出电压达到或超过预定阈值电压(例如，在一个实例中为约55V左右)，那么电路10从电流调整切换到电压调整。感测所有通道的输出电流，并调整具有最高输出电流的通道。根据一个实例，绕组T4是G30876绕组，二极管130是1N4148二极管，而电阻器132是100Ω电阻器。
电阻器132耦合到电容器134和电阻器136，而电阻器136进一步耦合到电容器138。电阻器132和136以及电容器134耦合到电阻器140，而电阻器140又耦合到电阻器142和绕组T4。电容器134耦合到电阻器136和绕组T4以及电阻器142。在一个实例中，电容器134、138是33nF电容器，电阻器136、142是1kΩ电阻器，而电阻器140是10kΩ电阻器。
电阻器142进一步耦合到电阻器144，而电阻器144又耦合到电压源Vcc2。电阻器142和144耦合到误差放大器146，而误差放大器146也耦合到Vcc2。电容器138耦合到电阻器148，而电阻器148还耦合到二极管150。电阻器148和二极管150耦合到误差放大器146，二极管150进一步耦合到电阻器152，而电阻器152耦合到IC 12上的备用(Stby)引脚。根据一个实例，电阻器144是10kΩ电阻器，放大器146是LM325放大器，电阻器148是6.2kΩ电阻器，而二极管150是1N4148二极管。在另一个实例中，电阻器152是5kΩ电阻器。
电阻器154耦合到IC芯片12上的最小振荡频率设置(RfMin)引脚以及峰值输出电流调整组件156。调整组件156进一步耦合到光电晶体管158和160，而光电晶体管158和160又彼此耦合并耦合到地，并且接收来自光电二极管102以及其它隔离通道中的等效二极管(例如，输出电流感测和调节电路90中的第二光电二极管)的电流信号。根据一个实例，电阻器154是4.7kΩ电阻器，电流调整组件156是G20678组件，而光电晶体管158、160是SFH6160光电晶体管。
仍然参考图1-3，在主变压器中，所有隔离绕组均彼此紧密耦合以确保即使在每个输出端上具有不平衡负载的情况下，每个输出端上的电压彼此相等而具有最小误差。在每个通道中，感测输出电流并将输出电流反馈回到初级侧(例如，图1和图3)以控制和调整输出电流。尽管感测所有输出端的电流，但只调整输出端中的最高电流。光电二极管和误差放大器的电压和电流特性用于确定其它通道的电流。在一个实施例中，每个通道采用相同类型和数量的LED，这些LED串联连接而具有均匀的热分布。
如图所示，两个次级输出端紧密地耦合在一起以便使每个通道的输出端处的电压匹配。每个通道驱动串联/并联配置中的相同类型和数量的LED。在每个通道上，在次级输出端上有两个绕组T2和T3，它们共同连到E-Gnd1。二极管118和120分别连接到T2和T3以便对电容器(cap)122充电122并维持电容器122上的能量以及到LED 114、116的电流。
感测电阻器112感测通道输出电流，并且放大器100进一步调节感测信号并驱动光耦合器(它将信号传送到光电晶体管158、160)的阴极。放大器100具有经由连接到感测电阻器112的电阻器110连接到按比例缩小的基准反相输入端的非反相输入。绕组T2、T3紧密地耦合到初级绕组T1并与主功率转换器隔离，它们为第一通道70提供电源。第二通道72与第一通道70相同配置，但是通过单独的绕组T6、T7隔离。可以采用与第二通道72相同的方式添加额外的通道。因此，所有通道与主功率转换器隔离以满足Ⅱ类要求。
在每个通道上，光耦合器将输出电流信号反馈回到峰值电流调整器156。在任何给定时间调整具有最高输出电流的通道。在输出通道中存在轻负载或无负载状况的情况下，紧密耦合到输出变压器的次级的绕组T4上的电压指示输出通道上的电压。这个电压经误差放大器146处理以接管控制回路而调整最大输出电压。
因此，电路10利于感测多个隔离的输出通道的输出电流并在给定时间调整具有最高输出电流的通道的电流。以此方式，该电路消除了对于LED应用使用多个Ⅱ类转换器的需要。从而节省了成本，降低了电路尺寸，并增加了效率。
将明白，本文介绍的组件值和/或型号的特定实例在本质上是说明性的，而不应以限制意义来解释。本领域技术人员将明白，可采用其它组件值和/或模型来实现所描述的电路功能性。
参考优选实施例描述了本发明。很明显，在阅读和理解以上详细描述之后，将能想到修改和改变。本发明要解释为包含所有这些修改和改变。

Claims (18)

1.一种用于控制LED照明系统的电路，包括：
具有初级绕组T1的单转换器控制电路；
第一隔离输出通道，其具有耦合到所述初级绕组T1和第一输出电流感测和调节电路的至少一个次级绕组T2、T3；
至少第二隔离输出通道，其具有耦合到所述初级绕组T1和第二输出电流感测和调节电路的至少一个次级绕组T6、T7；以及
输出电流调整电路，其用于确定通过所述第一和第二隔离输出通道的峰值电流输出；
其中所述输出电流调整电路包括紧密耦合到所述次级绕组的电压感测绕组T4，其检测每个隔离输出通道上的峰值输出电压。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述输出电流调整电路包括第一和第二光电晶体管，其分别检测来自所述第一和第二隔离输出通道中的第一和第二光电二极管的电流信号以确定所述第一和第二隔离输出通道中的峰值电流输出。
3.如权利要求2所述的电路，其中每个隔离输出通道包括感测电阻器。
4.如权利要求3所述的电路，其中所述第一光电二极管接收流过所述感测电阻器和放大器的电流，并提供由所述第一光电晶体管感测的电流。
5.如权利要求4所述的电路，其中所述第二光电二极管接收流过所述第二输出电流感测和调节电路中的感测电阻器的电流，并提供由所述第二光电晶体管感测的电流。
6.如权利要求5所述的电路，还包括峰值输出电流调整组件，所述组件将由所述第一和第二光电晶体管感测的电流进行比较，并确定所述第一和第二隔离输出通道中的哪个通道具有较高的峰值输出电流。
7.如权利要求6所述的电路，其中所述单转换器控制电路控制具有最高输出电流的隔离输出通道的功率输出以保护和调整具有最高输出电流的所述隔离输出通道。
8.如权利要求1所述的电路，其中所述第一隔离输出通道包括紧密耦合到电压感测绕组T4的次级绕组T5，所述次级绕组T5向所述输出通道供电。
9.如权利要求8所述的电路，其中所述次级绕组T5生成专用电压源。
10.如权利要求1所述的电路，其中所述第一和第二隔离输出通道符合II类输出通道隔离要求。
11.如权利要求1所述的电路，其中所述单转换器控制电路包括控制集成电路(IC)。
12.如权利要求11所述的电路，其中所述控制IC具有耦合到第一半桥电路的低侧驱动器输出引脚。
13.如权利要求12所述的电路，其中所述控制IC具有耦合到第二半桥电路的高侧驱动器输出引脚。
14.一种LED驱动器输出通道调整电路，包括：
电压感测绕组T4，其用于感测多通道次级电路上的电压；
用于传送电流的至少第一和第二光电二极管，所述第一和第二光电二极管耦合到所述次级电路中的相应的隔离输出通道；
峰值电流调整组件，其用于将从所述光电二极管传送的电流进行比较，确定所述隔离输出通道中的哪个电路具有较高的峰值输出电流，并调整其输出电流。
15.如权利要求14所述的电路，还包括输出电流感测和调节电路，每个电路包括光电二极管并耦合到相应的隔离输出通道。
16.如权利要求15所述的电路，其中每个输出电流感测和调节电路将流过感测电阻器的电流放大并提供所述电流以作为相应光电二极管的输入。
17.如权利要求16所述的电路，其中所述第一光电二极管与耦合到所述峰值电流调整组件的第一光电晶体管形成光耦合器，而所述第二光电二极管与耦合到所述峰值电流调整组件的第二光电晶体管形成光耦合器
18.如权利要求14所述的电路，其中当在所述电压感测绕组T4处感测的输出电压超过预定阈值时，利用电压调整来控制经确定具有较高峰值输出电流的隔离输出通道；并且当在所述电压感测绕组T4处感测的输出电压小于或等于所述预定阈值时，利用电流调整来控制经确定具有较高峰值输出电流的隔离输出通道。
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