电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多路输出之间实现电流均衡输出变流器，旨在提供一种电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器。该变流器包括直流输入；包含多个开关的原边拓扑；副边整流器；包括2个谐振支路的谐振网络，每个谐振支路均由1个谐振电容和1个谐振电感串联而成，每个谐振支路连接于所述原边拓扑的一个输出端以及副边整流器的一个输入端之间。本实用新型专利技术省去了传统的隔离变压器，简化了电路结构，降低成本，实现简单而高效的多路恒流源输出，特别适合用于多串LED的驱动。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于电容隔离的多路输出直流/直流谐振式变流器，多路输出之间实现电流均衡输出。特别是指基于谐振电路的谐振电容同时实现输出电流均衡以及输入输出的隔离，
技术介绍
目前，随着LED技术的发展，LED照明是一种绿色环保的照明解决方案，与传统照明方案相比具有不可比拟的优势。但是单个高亮度LED光源的功率常常由于受到封装、发热等限制，一般功率都维持在1W-3W。在需要高功率、高亮度照明场合，如路灯、广场照明等， 通常需要将许多LED组合起来使用。LED的亮度与其流过的电流直接相关一般来说，流过 LED的电流越大，其亮度将越大。为了实现多个LED的亮度均衡，通常将多个LED串联使用。 然而，当串联的LED个数超过一定数量，会导致LED驱动器输出电压很高，导致输出滤波电容耐压、电路绝缘设计困难。因此，当需要大功率照明时，一般将多串LED进行并联，而实现每串LED之间的电流均衡对LED的使用寿命以及光亮度的均衡变得十分重要。因此需要一种能够提供多路输出的电源用于驱动多串LED，实现其电流控制以及每串之间的电流均衡。传统的线性电流源方法利用半导体开关，如三极管的饱和工作区或者金属氧化物场效应管(MOSFET)放大区实现电流的均和，但系统损耗大，效率低下，不适合较大功率的应用。图1所示是一个常用的LED驱动电源示意图，交流输入通过一个高功率因素整流输出一个较为稳定的直流母线(如380或400V)，通过一个带隔离的DC/DC变流器产生一个稳定的直流输出驱动多串LED，利用线性电流源与每串LED串联，实现电流的均衡。电流源的结构参见图1的右半部分，其通过可控开关Ml、电阻R以及运算放大器UO实现。传统的后级开关电源调整方法，就是通过每个输出一个单独的DC/DC变流器，分别控制每串LED的输出电流，实现电流控制和相互的电流均衡，如图2所示。图2中的DC/ DC变流器为由开关管M2、电感L、电容C和二极管D构成的典型降压变换器(BUCK电路)。 从交流输入到最终输出，经过PFC以及2级DC/DC变换，总共3级变换，需要多个控制器、开关等，因此系统变换级数过多，系统成本高等缺点。为降低成本，也有一些基于电感或者电容等无源器件实现多个输出电流均衡的方法，通常都有电流均衡进度较差、需要额外的无源器件、系统循环能量大等缺点。同时，由于灯具接地或者考虑人体触摸可能，基于安全考虑以及系统设计的要求， 通常驱动器需要实现输入输出之间的电气隔离，以满足安规的要求(如UL60950-1以及IEC 相关安规要求)，尤其是输入与电网侧有电气通路的情况下，包括电网频率下的漏电流电流要求以及直流隔离要求。通常，需要变压器实现输入输出之间的电气隔离，满足安规要求。 如图1以及图2中，PFC环节是非隔离的，与电网侧有直接电气连接，紧接着PFC的DC/DC变流器需要实现隔离。另外，由于输入输出电压的差别，也需要变压器来满足输入输出电压的匹配，如DC/DC的输入电压为400V，输出20V，通常的变流器拓扑增益有限(如0. 5)，因此需要一个匝比为10的变压器得到需要的输出电压。但变压器通常体积较大，不利于小型化、薄型化(low profile)等问题，高频化下效率较低等问题。因此，如何实现高效率、低成本、更小、更薄的多路恒流输出的电源变流器，依然存在很多的技术挑战。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，克服多路恒流输出的高成本、效率低、体积大等问题，提出一种基于串联谐振变流器的电路，在不增加电路额外器件的基础上，利用谐振电路自身的谐振电容实现多路恒流输出、安规隔离(无变压器方法实现安全隔离)以及高精度电流均衡，可实现低成本、高效率、驱动器的薄型化等，特别适用于多串LED驱动。为解决技术问题，本技术的技术方案是提供一种电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器，包括直流输入；原边拓扑，包含多个开关，与所述直流输入耦合，具有2个输出端，将所述直流输入在输出端口转换成一交流信号；谐振网络，接收所述交流信号，并将之输出到副边整流器；副边整流器，具有2个输入端，与所述谐振网络相耦合；并具有2个输出端，以驱动2路负载；所述谐振网络包括2个谐振支路，每个谐振支路均由1个谐振电容和1个谐振电感串联而成，每个谐振支路连接于所述原边拓扑的一个输出端以及副边整流器的一个输入端之间。作为一种改进，所述谐振网络中还包括1个共模电感。进一步地，本技术还提供了一种电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器，包括直流输入；原边拓扑，包含多个开关，与所述直流输入耦合，具有2个输出端， 将所述直流输入在输出端口转换成一交流信号；η个相互并联的谐振网络，接收所述交流信号，并将之输出到各自对应的输出模块；η个输出模块，各自包括一个副边整流器；所述副边整流器具有2个输入端，与所述η个谐振网络分别相耦合，并具有2个输出端以驱动2 路负载；每个谐振网络均包括2个谐振支路，每个谐振支路均由1个谐振电容和1个谐振电感串联而成，每个谐振支路连接于所述原边拓扑的一个输出端以及副边整流器的一个输入端之间。作为一种改进，所述η个输出模块中，相邻的两组输出模块的相邻谐振电感之间两两耦合，实现多个输出之间的电流均衡。更进一步地，本技术还提供了一种电容隔离型多路恒流输出谐振式直流/直流变流器，包括一个原边拓扑，包含多个开关，与一直流输入耦合，具有2个输出端，将所述直流输入在输出端口转换成一交流信号；至少2个输出模块，每个输出模块各自包括一个平衡电容、一个副边整流器以及至少一个共模电感的绕组；所述副边整流器具有2个输入端，与所述平衡电容及所述共模绕组串联后，连接到一谐振网络；副边整流器还具有2个输出端以驱动2路负载；一个谐振网络，包括2个谐振电容以及至少1个谐振电感，接收所述交流信号，并将之输出到各个输出模块；相邻的两组输出模块中，所述共模电感的绕组相互耦合，实现多个输出之间的电流均衡。作为一种改进，所述原边拓扑为对称半桥拓扑、全桥拓扑或者非对称半桥拓扑。作为一种改进，所述谐振电容为安规电容，实现输入输出隔离。作为一种改进，所述副边整流器为双输出全桥结构或双输出倍压结构。本技术中，所述原边拓扑中多个开关在开关频率小于一设定值时，开关的占空比为50%。在开关频率高于一设定值时，工作于间歇工作模式。本技术中，所述直流输入电压可基于反馈信号调节。本技术中，所述原边拓扑输出为一占空比50%的交流信号。本技术的有益效果在于本技术省去了传统的隔离变压器，简化了电路结构，降低成本，实现简单而高效的多路恒流源输出，特别适合用于多串LED的驱动。附图说明图1是现有技术采用线性电流源方法实现LED串均流；图2是现有技术采用后级开关电源调整方法实现LED串均流；图3是传统半桥型串联谐振DC/DC变流器电路图；图4是图3所示传统串联谐振变流器输出电压增益曲线；图5是本技术一个具体实施例的演变示意图；图6是本技术一个实施例电路100的仿真波形图；图7是本技术的另一具体实施例；图8是本技术多个实施例示意框图；图9是本技术带共模电感的一个实施例；图10是本技术应用于多路输出的一个具体实施例；图11是本技术应用于多路输出的另一具体实施例；图12是本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．电容隔离型多路恒流输出谐振式直流／直流变流器，包括直流输入；其特征在于，还包括：原边拓扑，包含多个开关，与所述直流输入耦合，具有２个输出端，将所述直流输入在输出端口转换成一交流信号；谐振网络，接收所述交流信号，并将之输出到副边整流器；副边整流器，具有２个输入端，与所述谐振网络相耦合；并具有２个输出端，以驱动２路负载；所述谐振网络包括２个谐振支路，每个谐振支路均由１个谐振电容和１个谐振电感串联而成，每个谐振支路连接于所述原边拓扑的一个输出端以及副边整流器的一个输入端之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张军明，汪剑峰，钱照明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86