0 引言

发光二极管（LED）因其寿命长、效率高等优点，在市场上已变得越来越有竞争力^[1-2]。为了得到所需的亮度，往往需要将多颗LED灯珠进行串接或并接。但是，串接的方法将会导致一个高输出电压，而由于LED本身的非线性特性，并接又无法保证各LED串的电流达到平衡状态。因此，多路LED串的均流技术便更加受到关注。

近年来，多路输出均流技术主要分为有源均流技术^[3]和无源均流技术^[4]。有源均流技术采用较多的有源器件，控制电路和控制逻辑复杂。无源均流技术主要利用电容、电感等元件，具有结构简单/成本低等优点^[5-6]。文献[7，8]中，提出了一系列具有单开关的多输出LED均流驱动电路，但只适合于驱动偶数通道LED串^[7-8]。为了实现任意通道数的均流效果，一种方法是采用复杂的变压器结构^[9]，在多个次级输出回路中再采用级联电容来实现通道均流；另一种方法是采用对称跨接的电容结构^[10]，但是该电路需要与通道数相同数量的开关管，因此驱动电路的效率和控制必将受到影响。

本文在传统正激变换器拓扑的基础上，利用谐振电容的特性，实现多路LED串的均流，所需的谐振电容数量为通道数量减一。

1 驱动电路

本文以三通道输出为例，对所采用的均流原理进行阐述，偶数通道的原理与奇数通道的原理相同，而且由于偶数通道具有良好的对称性，分析过程更为简单。图1和图2分别为该驱动电路的拓扑结构和主要波形图。为了简化分析过程，提出了以下几点假设：

(1)开关管、二极管、电容和电感均为理想元件；

(2)谐振电容取值为：C_r1≤C_r2；

(3)输出电容C_o1、C_o2、C_o3的值足够大，所以LED串的输出纹波可以忽略。

1.1 电路结构

电路主要包括一个Boost升压拓扑和一个控制模块电路。与典型的升压拓扑结构不同的是，输入与负载之间不是直接级联，而是采用谐振电容。并且为了抑制电容在开关切换时出现的电流脉冲，加入了一个小电感L_r。而控制模块可分为一个带2型补偿网络的误差放大电路和一个比较电路，基于PWM调制原理，通过采样电阻R_s对输出电流进行检测，实现LED的恒流控制，该控制方法较为成熟，本文不作详细介绍。

1.2 工作原理

如图2所示，在一个开关周期T_s内，该驱动电路可分为4个阶段。

阶段模态1 [t₀～t₁]：开关管S₁导通，输入电压V_in对电感L进行充电，电容C_r1、C_r2与电感L_r组成谐振回路，为通道2的LED串提供能量。

为了保证二极管C_r1的零电流关断，需保证：

2 均流原理

根据电感的伏秒平衡准则，由式(1)~式(4)，可得：

因此，有：

由式(6)、(7)可知，流过各通道LED的平均电流相同。

3 仿真及实验结果

为了验证本文所提出的驱动电路，通过PSIM软件对电路原理进行仿真，并制作一个实验样机。仿真和实验的电路参数如表1所示。

仿真结果如图3所示，电路能够稳定工作。

图4为样机稳态工作时的部分波形图，包括开关管S₁的驱动电压V_g、负载LED2的电流、二极管D_r2的电流，占空比约为0.6。图5为样机的输入电流和负载电流波形图。表2给出了不同负载电流时电路的均流误差。可以看出，均流误差保持在0.35%以下。

4 结论

通过理论分析、电路仿真和实验测试表明，本文提出的多通路LED均流拓扑结构使用元件数量较少、性能高，可以有效地实现多路LED负载的均流效果。

参考文献

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作者信息：

魏晓群，常天海

（华南理工大学 电子与信息学院，广东 广州510640）