[发明专利]用于两个或多个并联LED灯串的驱动器

说明书

本申请为2010年11月5日提交、题为“用于两个或多个并联LED灯 串的驱动器”、申请号为201080071063.6的分案申请。

技术领域

本发明涉及LED驱动器电路，且具体地涉及用于并联LED灯串的驱动 器电路及驱动并联LED灯串的方法。

背景技术

由于固态照明技术上的快速发展，发光二极管(LEDs)已在液晶显示 器、标牌及通用照明中获得广泛应用。与现有的普通发光源(诸如白炽灯和 荧光灯)相比，由于不存在灯丝的高场溅射，LEDs具有80,000-100,000小 时的相对较长的工作寿命。市场上销售的LEDs现在用较少的玻璃密封，这 使得对于操纵者而言它们的可靠性和安全性得到明显改善。由于不含有毒的 汞，LED在其寿命尽头可以被安全地处置。其它的诸如无闪烁、平滑调光、 低压工作和现色性良好等有利特点使得LED成为一项新兴的技术，其在不 久的将来会在照明市场上占据主要地位。

广义的光－电－热(PET)理论指出，与单芯片高功率设计相比，使用 低功率芯片的设备级多芯片设计具有功效更高和结温更低等有利特点。类似 地，在系统级上，与系统功率相同的由数量较少的高功率LEDs构成的集中 式系统相比，基于多个功率相对低的LED的分布式LED系统具有类似的优 点。由于LED为电流驱动的设备且其发光强度与施加的正向电流直接相关， 因此在驱动多个LED时，串联结构要优于并联结构，因为串联灯串中的所 有LED可以在相同电流下工作，而不存在电流共用和色品变化问题。然而， 串联连接的LED数量在很大程度上受到电源提供的输出低压的限制，因此 并联的LED灯串特别适用于高功率应用(即>25W)。由于LED的制造公差、 老化和温度变化，这种并联LED灯串结构会引发电流失衡问题，从而导致 发光强度和颜色变化。此外，当在无电流共用装置的情况下使用并联LED 灯串时，即使各个LED灯串的平均电流小于额定电流，某个或多个LED灯 串也可能超出其最大绝对额定电流。

存在数种用于驱动并联连接的多串LED的电流共用法。一种直接的方 式是使用与各LED灯串串联的镇流电阻器以使电流差最小。这种方式非常 简单；然而，它的工作效率很差，因为在使用的镇流电阻器上会产生非常大 的功耗。可以使用无损耗的电容器来替代有损耗的镇流电阻器，以在LED 用AC交流电源驱动或者与整流器耦联时减少不必要的损耗。这些方法的主 要缺陷在于不能精确控制各LED灯串的正向电流。目前，已在各个灯串上 使用线性电流调节器来确保良好的电流共用效果，但是电流调节器上要耗费 相当大的功耗。另一种方式是为各个LED灯串设立单独的电压源。可以使 用一种基于并联或串联输入连接的转换器的模块式功率转换器结构，其中所 述转换器具有独立的LED灯串负载。独立检测和控制各LED灯串的电流以 遵循相同基准。由于不存在有损耗的镇流电阻器或线性电流调节器，这两种 LED驱动器结构具有相对更高的转换效率。然而，这种结构复杂且昂贵，因 为每个LED灯串都需要一套主电路和控制器。

发明内容

本发明提供了一种用于驱动多个并联LED灯串的LED驱动器，其具有 公共的主功率转换器和并联级联的从属功率转换器。主功率转换器被用于提 供驱动电压的绝大部分，具有电压调节的多个从属转换器模块提供剩余的平 衡电压以分别控制各个LED灯串电流。主功率转换器可以受到PWM控制 以对LED灯串进行调光。主功率转换器应提供总输出电压的绝大部分，同 时从属功率转换器提供这种电压的剩余少量部分。优选但非必要地，主功率 转换器提供LED灯串的标称供电电压的百分之九十(90％)。关于各LED灯 串的电压的剩余百分之十(10％)由从属功率转换器之一提供。从属功率转 换器调节剩余电压以平衡各并联LED灯串上的电流。从属转换器可以使用 半导体开关(诸如功率MOSFET)或磁放大器以进行开关控制。

本发明还提供了通过从单个主功率转换器电路提供灯串供电电压的第 一部分和从独立的从属功率转换器提供各个LED灯串的电压的第二剩余部 分来驱动两个或多个并联LED灯串的方法。独立的从属功率转换器用于各 个LED灯串，且该方法包括独立调节剩余的电压部分以平衡各LED灯串中 的电流。