一种两级式LED驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种两级式LED驱动系统，包括LC滤波器、稀疏矩阵整流电路和至少一组单管反激电路，其中，稀疏矩阵整流电路的输入端通过LC滤波器接外界三相交流电；外界LED支路通过单管反激电路接稀疏矩阵整流电路的输出端。本发明专利技术采用无电解电容的稀疏矩阵整流电路整流，换流简单可靠，实现了正弦的电流输入，瞬时输入输出功率平衡，相对传统的两级式LED驱动系统中间环节不需要储能电容；稀疏矩阵整流电路直流母线侧可以根据场合的不同和实际的照明需求，连接适当数量的多组并联的单管反激电路，可获得多组独立的输出。本发明专利技术采用三相交流电源输入，摒弃电解电容，克服了当前LED驱动系统中间环节需要储能电容的缺点，具有较大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种两级式LED驱动系统
本专利技术属于电力电子
，涉及一种LED驱动系统，特别是一种两级式LED驱动系统。
技术介绍
随着社会经济的发展，环境保护与节能减排日益得到我国政府的重视，淘汰低效率照明产品白炽灯的呼声也越来越高。因此，寻找新型的照明光源是近年来学者不懈努力的方向。半导体照明是以发光二极管(LightingEmittingDiode，LED)作为光源的照明方式。作为新型的照明光源，它具有以下优势：(1)使用寿命长，平均使用寿命可达5～10万小时，是普通照明灯的3～5倍。(2)在同等照明亮度的前提下，能耗低，更高效。(3)相对于普通照明灯，工作简单可靠，体积小，适用于各种照明场合。正因其相对于传统白炽灯的巨大优势，LED近年来得到迅速的发展与广泛应用。为了确保LED照明系统高效、可靠工作，需要LED驱动系统为LED灯提供恒流驱动源。目前市场流通的驱动系统一般采用两级式驱动电路。前级采用单相输入，经PFC整流电路，获得较高的输入功率因数；后级经DC-DC变换器为LED灯提供恒流源。该驱动电路瞬时输入功率是脉动的，而瞬时输出功率恒定，因此中间环节需要储能电容来平衡瞬时输入输出功率。考虑到电解电容有稳定性差、使用寿命短等缺点，为了提高驱动系统的使用寿命，通过减少储能电容进而使用薄膜电容等非电解电容来代替是近年来学术界研究的热点。目前学术界减少储能电容有两种解决方案：(1)在保证输入功率因数的前提下，向输入电流注入三次谐波以减少瞬时输入功率的脉动，从而减少储能电容。(2)增加储能电容上电压的波动来减小储能。但是这些方案中驱动电路拓扑结构有两个缺点：(1)虽然可以通过减少储能电容来实现无电解电容驱动，但是会影响输入功率因数，且储能电容减小的幅值有限。(2)采用单相交流电源供电，只有一路独立的输出，输出功率有限，不适用于多路输出等大面积照明场合。矩阵变换器是近年来电力电子领域研究的热点，是国内外学者广泛关注的新型通用变换器。该变换器可以采用三相交流电源作为输入电源，实现单位输入功率因数，且无电解电容，非常适应于LED驱动系统。申请号为201510024138.X的专利提出了一种大面积区域内LED照明的集中供电系统及其驱动方法，该驱动系统摒弃电解电容，将三相交流电源作为输入电源，整流侧接多组并联的双管正激电路，克服了当前LED驱动系统使用寿命受限于电解电容，且功率有限的缺点。但是该驱动系统存在两处不足：(1)AC-DC矩阵变换器整流输出侧接双管正激电路，但是双管正激电路存在磁复位的问题，为了防止磁饱和，占空比必须小于0.5，这就降低了对整流侧母线电压的利用率。(2)双管正激电路存在能量回馈的问题，矩阵变换器需采用双向开关，换流复杂，这一方面增加了开关管的数量，另一方面增加了电路控制的复杂性与电路成本。在可应用于多路LED支路输出的DC-DC变换器中，反激电路工作简单可靠，不需要能量回馈。而稀疏矩阵整流电路采用单向开关整流，电流只能单向流通，特别适合于不存在能量回馈的LED驱动系统。本专利技术提出一种两级式LED驱动系统，该驱动系统将稀疏矩阵整流电路与单管反激电路特点紧密结合，简化了电路拓扑结构，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对当前LED驱动系统的不足，提出一种两级式LED驱动系统，该驱动系统采用三相交流电源输入，经稀疏矩阵整流电路整流，摒弃电解电容，其整流母线侧接多组并联的单管反激电路，实现多组独立的输出。前级矩阵整流器采用基于输入电流的空间矢量调制，后级单管反激电路在控制上与前级紧密配合，可以工作在倍频模式或者同频模式。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种两级式LED驱动系统，包含LC滤波器、稀疏矩阵整流电路和至少一组单管反激电路；所述稀疏矩阵整流电路的输入端通过LC滤波器接外界三相交流电；所述单管反激电路一端接稀疏矩阵整流电路的输出端，另一端接外界LED。作为本专利技术一种两级式LED驱动系统进一步的优化方案，所述LC滤波器包含第一至第三电感、第一至第三电容；所述第一电感一端和外界三相交流电的第一相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第一电容的一端相连；所述第二电感一端和外界三相交流电的第二相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第二电容的一端相连；所述第三电感一端和外界三相交流电的第三相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第三电容的一端相连；所述第一至第三电容的另一端相互连接。作为本专利技术一种两级式LED驱动系统进一步的优化方案，所述稀疏矩阵整流电路包含第一至第六IGBT、第一至第六二极管；所述第一至第六IGBT的发射极分别和第一至第六二极管的正极对应相连、基极均接外界控制信号；所述第一IGBT的集电极分别和第四二极管的负极、第一电感的另一端、第一电容的一端相连；所述第二IGBT的集电极分别和第五二极管的负极、第二电感的另一端、第二电容的一端相连；所述第三IGBT的集电极分别和第六二极管的负极、第三电感的另一端、第三电容的一端相连；所述第四至第六IGBT的集电极相互连接；所述第一至第三二极管的阴极相互连接。作为本专利技术一种两级式LED驱动系统进一步的优化方案，所述单管反激电路均包含变压器、第四电容、第七二极管和第七IGBT；所述变压器输入侧的一端和第一至第三二极管的阴极相连，另一端和第七IGBT的集电极相连；所述第七IGBT的基极接外界控制信号，发射极与所述第四至第六IGBT的集电极相连；所述变压器输出侧的一端与第七二极管的阳极相连，另一端与所述第四电容的一端相连；所述第四电容的另一端和第七二极管的阴极相连；所述第四电容的两端分别和外界LED的两极相连。作为本专利技术一种两级式LED驱动系统进一步的优化方案，所述单管反激电路采用倍频工作模式，即在任意一个调制周期内，单管反激电路工作两段时间，其开关频率为稀疏矩阵整流电路的两倍。作为本专利技术一种两级式LED驱动系统进一步的优化方案，所述单管反激电路采用同频工作模式，即在任意一个调制周期内，单管反激电路工作一段时间，其开关频率与稀疏矩阵整流电路相同。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.充分利用LED负载不存在能量回馈的特点，采用由单向开关组成的稀疏矩阵整流电路整流，降低了硬件电路的成本；2.采用无电解电容的稀疏矩阵整流电路整流，换流简单可靠，实现了正弦的电流输入，瞬时输入输出功率平衡，克服了当前LED驱动系统中间环节需要储能电容的缺点；3.稀疏矩阵整流电路的输出侧所接的单管反激电路，工作时可以升压或降压，对LED支路电压控制更为灵活；4.稀疏矩阵整流电路的输出侧可以根据场合的不同和实际的需求，接合适数量的多组并联结构的单管反激电路，获得多组独立的输出，这样的拓扑结构增加了该LED驱动系统的灵活性与实用性。附图说明图1一种两级式LED驱动系统拓扑结构图；图2基本电流矢量与直流母线电压对应关系；图3输入电流空间分布图；图4倍频工作模式示意图；图5同频工作模式示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，本专利技术公开了一种两级式LED驱动系统拓扑结构，包含LC滤波器、稀疏矩阵整流电路和至少一组单管反激电路；所述稀疏矩阵整流电路的输入端通过LC滤波器接外界三相交流电；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两级式LED驱动系统，其特征在于，包含LC滤波器、稀疏矩阵整流电路和至少一组单管反激电路；所述稀疏矩阵整流电路的输入端通过LC滤波器接外界三相交流电；所述单管反激电路一端接稀疏矩阵整流电路的输出端，另一端接外界LED。

【技术特征摘要】
1.一种两级式LED驱动系统，其特征在于，包含LC滤波器、稀疏矩阵整流电路和至少一组单管反激电路；所述稀疏矩阵整流电路的输入端通过LC滤波器接外界三相交流电；所述单管反激电路一端接稀疏矩阵整流电路的输出端，另一端接外界LED。2.根据权利要求1所述的两级式LED驱动系统，其特征在于，所述LC滤波器包含第一至第三电感、第一至第三电容；所述第一电感一端和外界三相交流电的第一相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第一电容的一端相连；所述第二电感一端和外界三相交流电的第二相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第二电容的一端相连；所述第三电感一端和外界三相交流电的第三相相连，另一端分别和稀疏矩阵整流电路、第三电容的一端相连；所述第一至第三电容的另一端相互连接。3.根据权利要求2所述的两级式LED驱动系统，其特征在于，所述稀疏矩阵整流电路包含第一至第六IGBT、第一至第六二极管；所述第一至第六IGBT的发射极分别和第一至第六二极管的正极对应相连、基极均接外界控制信号；所述第一IGBT的集电极分别和第四二极管的负极、第一电感的另一端、第一电容的一端相连；所述第二IGBT的集电极分别和第五二极管的负极、第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：石宝平，杨袁钰，周波，秦显慧，雷家兴，韩娜，杨勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32