单开关多路倍流输出变换器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种单开关多路倍流输出变换器电路，基于电容充放电平衡原理，提出了一种全新的单开关谐振式倍流输出变换器，所述多路倍流输出变换器的等效电流源输出端连接倍流模块输入端，倍流模块输出端连接各路输出负载Ri，i＝1,2…n，各输出负载Ri，i＝1,2…n，并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n，输出负载Ri，i＝1,2…n，另一端连接等效电流源另一端，倍流模块由谐振电容和续流二极管组成，可以满足各输出支路的电流成倍比关系，扩宽了电容充放电平衡原理在调色或混色LED照明领域的应用；本发明专利技术只采用一个有源开关对电路进行控制，具有体积小、控制简单，成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】
单开关多路倍流输出变换器电路
本专利技术涉及电流输出变换器领域，特别是一种单开关多路倍流输出变换器电路。
技术介绍
发光二极管(LED)以其光效高、色域宽、寿命长、体积小等优点，被广泛应用于替代传统的冷阴极荧光灯和白炽灯。随着智能调色LED照明的快速发展，例如RGB照明、冷暖色温调光等，多路恒流输出LED驱动器也受到社会的青睐。LED多路恒流技术主要分为两大类：多路有源恒流技术和多路无源恒流技术。多路有源恒流技术使用开关管等有源器件以及控制电路组成电流调节器。多路有源恒流技术通常分为线性模式恒流和开关模式恒流。线性模式恒流技术设计简单，其相当于一个有源电阻，且始终有电流流过，因此功率损耗大、效率低，只能适用于低功耗场合。开关模式恒流技术利用DC/DC转换器来调节每个LED串的电流，能精准控制每一路输出电流，具有效率高的优点。但使用的元件多，控制复杂，成本高。多路无源恒流方法较多路有源恒流方法在电路拓扑和控制上都更为简单。主要使用电阻、耦合电感、电容等无源器件来实现各路输出电流的均衡。采用电阻恒流最为简单，但该方法会产生很大的功率损耗。采用电感耦合多路恒流的方法也较为简单，但电感值和耦合系数等的偏差都会影响恒流的精度。同时随着LED数量的增加，耦合电感的数量也会增加，增加了电路的复杂性和设计的难度。基于电容充放电平衡原理的多路无源恒流技术具有功率密度高、成本低等的优点，是目前研究较多的多路无源恒流措施。传统调色或混色LED照明的应用大都采用多路有源恒流技术实现，需要多个有源开关管，电路体积大，控制复杂。现有的基于电容充放电平衡原理的多路无源恒流技术的LED驱动电路只能实现各支路均流输出，限制了电容充放电平衡原理在调色或混色LED照明的实际应用。此前有利用电容的电荷平衡原理实现多路LED均流输出的技术方案。图1为一种单开关高效率三路谐振式LED背光驱动电路的拓扑图及其控制回路。该电路功率回路前级由直流源Vin，主电感Lm以及功率开关管S1组成，等效为一个交流输入电源。功率回路第二级是由谐振电容Cr1、Cr2，谐振电感Lr1以及续流二极管D1、D2、D3构成的三路输出结构。C1、C2、C3为输出滤波电容，吸收输出电流纹波，为LED提供恒定电流。其控制回路由驱动电路，比较器，误差放大器，调光控制等部分组成，采用电压控制模式来控制io1的大小，io1被控制为Vref/Rs。可以通过调节Vref的大小实现脉冲宽度调光和模拟调光功能。根据电容的充放电电荷平衡原理，谐振电容Cr[i](i＝1,2)可以实现三路输出LED串的自动均流。在一个开关周期内，谐振电感Lr1与谐振电容发生串联谐振。表1不同模拟调光比下的输出电流和输出电压值图2给出了该电路的调光曲线，表1为不同模拟调光比下的输出电流和输出电压值，该LED驱动电路不论主电感工作在CCM或是DCM，ton>Tr/2还是ton<Tr/2，均可实现很好的均流效果。通过增加相应的谐振电感、电容和输出支路的数量，该三路输出LED驱动器可以拓展到n路输出。该LED驱动电路实现了各支路输出电流均流，无法实现倍流输出，限制LED照明在调色或混色领域上的应用。
技术实现思路
传统的调色或混色LED照明应用大都采用多路有源恒流技术实现，需要多个有源开关管，电路体积大，控制复杂。相对于多路有源恒流技术而言多路无源恒流技术在LED驱动电路应用上更具有优势，但现有的基于电容充放电平衡原理的多路无源恒流技术的LED驱动电路只能实现各支路均流输出，这在一定程度限制了电容充放电平衡原理在调色或混色LED照明的实际应用。为了解决上述问题，本专利技术基于电容充放电平衡原理提出了一种全新的单开关多路倍流输出变换器电路。所述多路倍流输出变换器，如图3所示，等效电流源输出端连接倍流模块输入端，倍流模块输出端连接各路输出负载Ri，i＝1,2…n，各输出负载Ri，i＝1,2…n，并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n，输出负载Ri，i＝1,2…n，另一端连接等效电流源另一端。所述单开关多路倍流输出变换器包括隔离型多路倍流输出变换器和非隔离型多路倍流输出变换器两种类型。所述非隔离型多路倍流输出变换器，如图4所示，主电感Lm一端连接直流电压源Vin正极，另一端与开关管S1漏极相连，同时连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接直流电压源Vin负极，同时输出支路1另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极。所述隔离型多路倍流输出变换器，如图5所示，变压器T1原边一端与开关管S1漏极相连，另一端连接直流电压源Vin正极，变压器T1副边一端连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接变压器T1副边另一端，同时输出支路1另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极。所述倍流模块类型有1:2倍流模块、1:3倍流模块或1:n倍流模块，n>3。所述1:2倍流模块，其中倍流模块输入端连接电容C1的正极，电容C1的负极同时连接到二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D2的阴极同时连接二极管D3的阳极和电容C2的正极，二极管D3的阴极连接倍流模块输入端，电容C2负极连接到倍流模块输出端。所述1:3倍流模块，其中倍流模块输入端连接电容C1的正极，电容C1的负极同时连接到二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D2的阴极同时连接二极管D3的阳极和电容C2的正极，二极管D3的阴极连接倍流模块输入端，电容C2负极连接到二极管D4的阴极和二极管D5的阳极，二极管D4的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D5的阴极同时连接二极管D6的阳极和电容C3的正极，二极管D6的阴极连接倍流模块输入端，电容C3负极连接到倍流模块输出端。所述1:n倍流模块，n>3，其中倍流模块输入端连接电容C1的正极，电容C1的负极同时连接到二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D2的阴极同时连接二极管D3的阳极和电容C2的正极，二极管D3的阴极连接倍流模块输入端，电容C2负极连接到二极管D4的阴极和二极管D5的阳极，二极管D4的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D5的阴极同时连接二极管D6的阳极和电容C3的正极，二极管D6的阴极连接倍流模块输入端，电容C3负极连接到二极管D7的阴极和二极管D8的阳极，二极管D7的阳极连接到倍流模块输出端……电容C(n-1)负极连接到二极管D(3n-5)的阴极和二极管D(3n-4)的阳极，二极管D(3n-5)的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D(3n-4)的阴极同时连接二极管D(3n-3)的阳极和电容Cn的正极，二极管D(3n-3)的阴极连接倍流模块输入端，电容Cn负极连接到倍流模块输出端。在实际电路中，为防止倍流模块出现电容并联(等效电压源并联)回路，需加入谐振电感Lr，该谐振电感Lr一侧连接到倍流模块的输出端，另一侧连接至输出支路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单开关多路倍流输出变换器电路，其特征在于，所述多路倍流输出变换器，等效电流源输出端连接倍流模块输入端，倍流模块输出端连接各路输出负载Ri，i＝1,2…n，各输出负载Ri，i＝1,2…n，并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n，输出负载Ri，i＝1,2…n，另一端连接等效电流源另一端；所述多路倍流输出变换器包括隔离型多路倍流输出变换器和非隔离型多路倍流输出变换器两种类型；所述非隔离型多路倍流输出变换器，主电感Lm一端连接直流电压源Vin正极，另一端与开关管S1漏极相连，同时连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接直流电压源Vin负极，同时输出支路1另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极；所述隔离型多路倍流输出变换器，变压器T1原边一端与开关管S1漏极相连，另一端连接直流电压源Vin正极，变压器T1副边一端连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接变压器T1副边另一端，同时输出支路1的另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极；所述倍流模块类型有1:2倍流模块、1:3倍流模块或1:n倍流模块，n>3。...

【技术特征摘要】
1.一种单开关多路倍流输出变换器电路，其特征在于，所述多路倍流输出变换器，等效电流源输出端连接倍流模块输入端，倍流模块输出端连接各路输出负载Ri，i＝1,2…n，各输出负载Ri，i＝1,2…n，并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n，输出负载Ri，i＝1,2…n，另一端连接等效电流源另一端；所述多路倍流输出变换器包括隔离型多路倍流输出变换器和非隔离型多路倍流输出变换器两种类型；所述非隔离型多路倍流输出变换器，主电感Lm一端连接直流电压源Vin正极，另一端与开关管S1漏极相连，同时连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接直流电压源Vin负极，同时输出支路1另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极；所述隔离型多路倍流输出变换器，变压器T1原边一端与开关管S1漏极相连，另一端连接直流电压源Vin正极，变压器T1副边一端连接倍流模块输入端；倍流模块输出端连接各输出负载，各输出负载并联有输出滤波电容Co[i]，i＝1,2…n；各输出负载另一端连接变压器T1副边另一端，同时输出支路1的另一端通过控制电路连接开关管S1栅极，开关管S1源极连接直流电压源Vin负极；所述倍流模块类型有1:2倍流模块、1:3倍流模块或1:n倍流模块，n>3。2.根据权利要求1所述的一种单开关多路倍流输出变换器电路，其特征在于，所述1:2倍流模块，倍流模块输入端连接电容C1的正极，电容C1的负极同时连接到二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1的阳极连接到倍流模块输出端，二极管D2的阴极同时连接二极管D3的阳极和电容C2的正极，二极管D3的阴极连接倍流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪山，刘文菡，李学文，万宇阳，周群，张诸瑞，黄涛，向成豪，刘煜祖，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51