第１７卷第６期 电 机 与 控 制 学 报 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＡＮＤ Ｃ０ＮＴＲＯＬ ． Ｖｏｌ＿１７ Ｎｏ．６ ２０１３年６月 Ｊｕｎｅ ２０１３ 二极管钳位型ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源 罗全明， 邹灿， 支树播， 蒋德高 （重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆４０００４４） 摘要：ＬＥＤ的恒流驱动已经成为共识，为了实现其恒流驱动，分析基于ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振变换器 的无源ＬＥＤ恒流驱动模块的工作原理，在此基础上针对负载可能出现的故障问题，提出通过增加 钳位二极管来实现断路输出保护并且分析了电路的性能。针对单个驱动模块输出电流纹波大、进 而导致ＬＥＤ色差大、利用率低的问题，通过两相交错并联移相９０。叠加来减小输出电流纹波、降低 ＬＥＤ发光色差、提高利用率。最后通过搭建实验平台验证了上述理论分析的正确性。 关键词：ＬＥＤ恒流驱动；ＬＣＬ—Ｔ谐振变换器；二极管钳位断路保护；两相交错并联 中图分类号：ＴＭ４６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１３）０６—０００８—０７ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＣＬ．Ｔ ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｃｌａｍｐｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ＬＵＯ Ｑｕａｎ－ｍｉｎｇ， ＺＯＵ Ｃａｎ， ＺＨＩ Ｓｈｕ—ｂｏ， ＪＩＡＮＧ Ｄｅ—ｇａｏ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ＆Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｎｄ Ｎｅａｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＥＤｓ ｂｅｉｎｇ ｄｒｉｖｅｎ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｉｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＬＥＤ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬＣＬ—Ｔ ｈａ￣ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｖｅｎｅｒ．Ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌａｍｐｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｗａｓ ａ— ｃｈｉｅｖｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏａｄ ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｏｃｃｕｒ，ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｌｅ ｉｓ ｂｉｇ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｃｏ］ｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ＬＥＤ ｌａｍｐ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｃｕｒ－ ｒｅｎｔ ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ ９０－ｄｅｇｒｅｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｉｐｐｅｒ ｓｍａｌ１． Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ；ＬＣＬ—Ｔ ｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｖｅｎｅｒ；ｄｉｏｄｅ ｃｌａｍｐ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｏ— ｔｅｃｔｉｏｎ：ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ０ 引 言 大功率高亮度发光二极管（ＬＥＤ）具有节能、环 收稿日期：２０１２—０９—２４ 保、体积小、寿命长、光效高、使用安全等优点而有望 取代白炽灯成为第四代光源 卜 ，由于ＬＥＤ发光特 性的非线性和对温度的敏感性，必须用恒流源为其 基金项目：国家自然科学基金（５０９０７０７６）；国家重点实验室自主研究项目（２００７ＤＡ１０５１２７１０２０２） 作者简介：罗全明（１９７６一），男，博士，副教授，研究方向为半导体照明驱动电源系统、通讯电源系统、电力谐波治理等方面的研究； 邹灿（１９８９一），男，硕士研究生，研究方向为ＬＥＤ驱动电源研究； 支树播（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向为ＬＥＤ驱动电源及混合再生能源并网发电技术研究： 蒋德高（１９８７一），男，硕士研究生，研究方向为ＬＥＤ驱动电源，电子镇流器的研究。 通讯作者：邹灿 第６期 罗全明等：二极管钳位型ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源 ９ 供电，以保持稳定的光输出，并提高其发光效率 ， 对ＬＥＤ采用恒流驱动方式已形成共识。 为了提高ＬＥＤ驱动电源的可靠性，驱动电源的 保护电路越来越受到重视。文献［４—６］提出了 ＴＶＳ过压保护，但是它必须与ＰＴＣ热敏电阻配合使 用，这不但增加了电路的复杂程度，而且增加了电阻 损耗。文献［７］是通过增加集成芯片来进行保护控 制，这使得驱动电源更加复杂，难以控制。文献［８］ 是采用单片集成保护电路，这种方法的缺点是需要 另外添加有源器件才能实现。文献［９］采用可控硅 加电阻保护电路，这不但增加了成本，效率也不高。 文献［１０—１２］是通过电阻分压滞后的保护电路，这 不但使电路复杂，而且电阻损耗也很大。 针对上述问题，本文研究了二极管钳位型ＬＣＬ —Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源。在一定条件下， ＬＣＬ—Ｔ谐振变换器的输出电流与负载无关，即具 有恒流源的特性¨卜 ，可开环实现恒流输出并具备 短路保护功能，此外，由于便于实现软开关，开关损 耗小且受开关频率影响较小，因此可以工作在较高 频率，有助于提高功率密度，通过增加两个二极管实 现无源断路保护。本文首先分析了基于ＬＣＬ—Ｔ半 桥谐振变换器ＬＥＤ恒流驱动模块的工作原理；在此 基础上分析了负载发生故障时电路的工作情况，提 出了通过增加钳位二极管来实现输出断路保护，以 谐振网络体积最小及断路故障保护启动时间最短为 优化目标，定量计算了变压器原副边匝数比的优化 值；另外，本文通过两相交错并联移相９Ｏ。减小输出 电流纹波，降低ＬＥＤ发光色差，提高利用率。最后 通过实验验证了上述理论分析的正确性。 １稳定工作时的性能分析 基于二极管钳位型ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ 驱动电源主电路拓扑如图１所示。其中， 为直流 电压，电容Ｃ ，Ｃ 为均压电容，其容值足够大且大小 相等，各分得 ／２的电压，逆变桥的输出电压 为 正负幅值分别为 ／２、一 ／２的方波电压。开关管 Ｑ，和Ｑ 在高频模式下互补工作，理想状态时工作 占空比为０．５。二极管Ｄ ，Ｄ 与变压器的原边相 接于Ａ点后再与输入直流电源相连，使得当正在工 作的ＬＥＤ发生断路故障时，将变压器７１Ｒ原边Ａ点 处对地电压ＵＡＤ钳制为与输入直流电压大小相同值， 进而起到断路保护作用。 额定条件下工作时，变压器原边４点对地电压 。为０～ 之间一个稳定的方波电压，此时二极管 Ｄｕ，Ｄ 因承受反向电压而关断，二极管不工作。因 此在对主电路稳定工作情况下进行原理分析时，可 以忽略钳位二极管Ｄ Ｄ 。 Ｉ正Ｄ 图１主电路拓扑 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ 逆变桥的输出电压 通过傅里叶变换可以得 到其基波分量的峰值为 ＝ 。 （１） 为了简化分析，假定变压器变比几为１。文献 ［１４］对此主电路原理性能进行了详细分析。最后 可以得到主电路稳定工作时的基波向量模型如图２ 所示，其中设 初相为０度， 耶为 度。 ４ ｎＮＶｔ￣Ｄ （２） ＝， 嘲２基疲等效黾跆的干甘■模型 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ 定义变换器的谐振角频率 。和与开关角频率 ∞的归一化值 分别为 去 （ｎ 一。ＤＯ。 （３） 特征阻抗及谐振网络的品质因数Ｑ定义为 Ｑ＝ ＝ 。 ㈩ 电感 与Ｌ。的比值定义为 Ｌ２ｙ＝ 。 （５） ＬＥＤ的特征参数ｋＬＥＤ定义为 。： 。 （６） ，Ｒ定义为 。 （７） １０ 输出电流增益定义为 日： 。 电机与控制学报 第１７卷 （８） 电流相位略微滞后于输入电压，这样可以使得开关 管Ｑ 、Ｑ：的寄生反并联二极管Ｄ 、Ｄ：总是先于Ｑ。、 Ｑ 导通，从而实现开关管的零电压开通，减小开关 损耗。 由图２可以得到 ＱＩＢ一２ｋ２ １『２Ｐ＝ ｎｎ ＬＥＤ（１一 ２ｏ）Ｌ一 。 ２故障状态时的性能分析 （９） （１一 ）＋ｊ ［（１＋ ）∞ 一 ∞：］ ｎ 故障状态分为负载发生短路和断路故障。当发 生短路故障时，该谐振恒流驱动电路可以自动实现 由式（９）可以看出当归一化值 ＝１，即 ＝ Ｏ９ｏ 志时，可以得到 ｌ。 （ ０） Ｉ…∞ ＝ １ ｌ盯 即有 Ｐ Ｉ＝ ，Ｂ。 （１１） 此时，ＬＥＤ驱动电流ｉ 的平均值 ，ＬＥ。＝ ， 。 （１２） 由式（１２）可以看出，当输入电压 、谐振网络 中谐振电感 、谐振电容ｃ以及开关频率确定后， 恒流ＬＥＤ驱动电源的驱动电流，Ｌ 。与ＬＥＤ负载无 关，即实现了对ＬＥＤ恒流驱动。 当归一化值 ＝１时，由式（１Ｏ）可知，电感 的电流ｉ 的初相为一９Ｏ。，结合图２可以得到电感 厶的电压向量为 Ｉ２Ｐ＝。 ｚ ，Ｂ。 （１３） 电容Ｃ的电压向量为 ｆ／ｒＣｐ￣２Ｚｎ 一 ）。（１４ 电感 的电流向量为 ＩＬＩＰ： ［ ＿ｌｊ（ 一 ）ＩＢ】ｏ（１５） 电感 的电压向量为 ￣ｒＬｌＰ：２耵ｚｎ［（１－ Ｂ＋ｊ 】ｏ（１６） 下面将针对电感Ｌ 的电流，即恒流ＬＥＤ驱动 电源的输入电流ｉ 进行分析。由式（１５）可以得到 输入电流ｉ 与输入电压 的相位差为 一叫 ）。（１７ 由式（１７）知，当 ＝１时，恒流ＬＥＤ驱动电源的 输入电压与输入电流同相，理论上逆变桥的输出功 率因数为１，从而可以降低导通损耗。但实际上不 可能完全保证ｙ＝１，通常取 略微小于１，使得输人 ＼ 短路故障保护。发生断路故障时，钳位二极管Ｄｕ， Ｄ 。工作，实现断路故障保护。 ２．１短路故障发生时的性能分析 由以上分析可知，在实际应用时，＾ｙ取值近似为 １，所以由式（１５）可以得出恒流ＬＥＤ驱动电源的输 人电流可以近似为 ＝ 。 由式（１８）可以看出，输入电流，ｕ 大小与谐振 网络的品质因数Ｑ成反比例关系，输出端短路时， 由式（４）可以得出，谐振网络的品质因数接近于无 穷大，即Ｑ＝∞，又由式（６），式（７）可知ＬＥＤ的特 征参数ｋＬＥＤ与电流，Ｂ为一常数值，此时叵流ＬＥＤ驱 动电源输入电流，Ｌ 近似为零，即此恒流ＬＥＤ驱动 电源可自动实现输出短路保护。 ２．２断路故障发生时的性能分析 如果没有加入钳位二极管，则当恒流ＬＥＤ恒流 驱动电源所接负载ＬＥＤ发生断路故障时，相当于在 其输出端接人阻值为无穷大，即Ｒ＝∞的负载，由式 （４）可知此时谐振网络的品质因数近似为０，即Ｑ一 ０，再由式（１８）可知，恒流ＬＥＤ驱动电源的输入电流 ，Ｉ 理论上可以达到无穷大，因此，当ＬＥＤ恒流驱动 电源所接负载ＬＥＤ发生断路故障时，其输入电流 ＩＬｌｐ有可能会烧毁开关管，损坏电源。 当发生断路故障时，相当于在其输出端接入阻 值为无穷大，即Ｒ＝∞的负载，此时恒流ＬＥＤ驱动 电源的输出电流 咖变为零值，变压器原副边电流 ｉｍｉＴ２也会变为０，即ｉ 。＝ｉ ＝Ｏ，此时可以得到驱动 电源的等效电路如图３所示。 曰 Ｌｌ￡ｌ＋上 ２ Ｉ２ Ｄ 塞 。 ａ ．图３负载断路后等效电路 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｂｒｅａｋｓ 第６期 罗全明等：二极管钳位型ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源 电感 的电流与电压向量分别为 ｎ １１ 由于电感 电流续流，当负载ＬＥＤ发生断路 后，电感 的电流不会立刻变为０，而是通过二极 管Ｄ ，和Ｄ 续流后继续流动，当电感电流 正向流 ｊ ， （２３） 动时，其通过二极管Ｄ 续流向直流电源充电，二极 管Ｄ 因承受反向电压而关断，此时图３中 点对 ｉ， 。＝ 。 电容ｃ的电流与电压向量分别为 ’ （２４） 地电压／３ＡＤ被钳制，其值与直流输人电压 大小相 等，当电感Ｌ：电流 反向流动时，二极管Ｄ．２导通 续流，而二极管Ｄｕ因承受反向电压而关断，此时图 ３中 点对地电压 。被钳制为０。因此，当负载 ＬＥＤ发生故障后，图３中Ａ点的对地电压ＵＡＤ最大值 为ｌ／ｄ，最小值为０的方波电压，Ａ与Ｃ两点的电压 １３ＡＣ为正负幅值分别为 ／２、一 ／２的方波电压，通 过傅里叶变换可以得到Ａ与Ｃ两点电压基波分量 的峰值为 ： 。 叮Ｔ （１９） 由对恒流ＬＥＤ驱动电源的性能分析可知，当其 处于稳定工作状态时，电感 的输出电流ｉ。 的初 相为一９０。，并且与其负载ＬＥＤ的等效电压同相位。 因此，当负载ＬＥＤ发生断路后，电感 的输出电流 ｉ。 的初相保持一９Ｏ。不变，由于钳位二极管的作用， ＬＣＬ谐振网络输出端相当于接入一正负幅值分别为 ／２、一 ／２的方波电压，其基波分量的相位与电 感 的输出电流同相位，都为一９０。。对负载ＬＥＤ 断路后的恒流ＬＥＤ驱动电源应用交流分析法口 引 进行分析，可以得到负载断路后的基波等效电路相 量模型如图４所示，其中 ． ２ ． ． ２ ， ｉ Ｄ＝ ， ＡｃＤ＝— 。 （２ｏ） 图４ 负载断路后基波等效电路相量模型 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｂｒｅａｋｓ 此处分析的定义与稳定工作原理分析中的定义 相同，且是在归一化角频率∞ ＝１下进行的，由图４ 可以得到： 电感￡ 的电流与电压向量分别为 ］ＬＩＤ： ［１＋ｊ（ｙ－１）］，（２１） ． ２ ． ＝— （１一 ＋ｊ）。 （２２） Ｄ＝ （１＋ｊ ）， （２５） Ｖ‘ 。＝ （ 一ｊ）。 （２６） 由以上分析可知，当恒流ＬＥＤ驱动电源负载 端发生断路后，由于钳位二极管的作用，其输人端 的电流是峰值为一固定值的正弦波，当电感￡ 与 电感 ：取值相近，即ｙ取值接近１时，由式（２１） 与式（２３）可知两电感的电流值大小不变，因此恒 流ＬＥＤ驱动电源负载断路后，钳位二极管的加入 限制了其输入电流的无限增大，起到了断路保护 的作用。 ２．３优化分析与设计 根据前面的分析可知，基于二极管钳位型ＬＣＬ —Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源输出端所接负载 ＬＥＤ过多，即其处于满载状态时，图１中Ａ点的对 地电压 。会超过输入直流电压 ，从而使得续流 二极管Ｄ Ｄ也导通，将其电压钳位为Ｉ／ｄ，使得恒 流ＬＥＤ驱动电源的输出电流值减小，进而影响 ＬＥＤ的发光亮度，并降低驱动电源的驱动效率，因 此实际应用时，应根据负载ＬＥＤ的最大颗数Ⅳ对 变压器的变比进行优化设计，使得驱动电源所接 负载为额定负载时能正常工作，当ＬＥＤ发生断路 故障后能对变压器原边Ａ点电位快速钳位，使得 故障响应时间最短，将故障后的输入电流控制在 最小范围内。 由以上原理分析知，当∞ ＝１、 １时，恒流 ＬＥＤ驱动电源的性能达到最优，下面将针对当所接 负载ＬＥＤ最大颗数为Ⅳ时对变压器的变比参数进 行优化设计，即接入负载ＬＥＤ后使得Ａ点对地电压 。近似与输入直流电源电压＇／ｄ相等。当 ＝１、 一１时可以得到： 由式（１３）知电感 ：的电压向量为 ＶＩ２Ｐ＝ ｚ ，Ｂ。 （２７） 由式（１４）知电容ｃ的电压向量为 ＝Ｌ百ｚ￣ ）ｏ（２８） 均压电容Ｃ 的电压为 １２ ＝电Ｖｄ／２。 机与控制＝学报 第１７卷 （２９） 由图１可得，当恒流ＬＥＤ驱动电源稳定工作时 Ａ点的对地电压峰值为 Ｄ＝ ，１００ ｋＨｚ，最大负载为１０颗１ Ｗ的ＬＥＤ，根据其 数据手册，其等效电阻Ｒ 约为０．５７ ｎ，阈值电压 。约为３ Ｖ，驱动电流平均值，啪＝０．３５ Ａ。因此 ＋ｌ Ｉ，ｃＰ— Ｉ２Ｐ ｆ＝ 由式（６）可得 ｋ］ｆＬＥＤ ＝ 一 ３・：５．２６Ａ。 ２ＤＡ 。 （３２） 】ｏ（３０） 令恒流ＬＥＤ恒流驱动电源稳定工作时Ａ点的 由式（３１）可得变压器变比为 ｎ＝—————■— ————— ＝一 一—＿＝斗．Ｏ‘８４。＋ｎ ＬＥＤ（百 ，ＬＥＤ＋８ 皿Ｄ） （３３）３ｊ Ｊ 对地电压 。与直流输入电压 相等，可以得到理 想的变压器原副边的变比为 。 （３１） 根据以上分析，要实现恒流输出、单位功率因 数，并实现断路输出保护功能，设计时需保证ｔｏ ： １、ｙ １，设计主要是确定谐振网络 。、 和Ｃ的大 小，具体设计步骤如下： ａ）根据ＬＥＤ的特性确定驱动电流， 。； ｂ）由于输入电压已知，根据式（６）可计算出特 征参数ｋ比。，并由式（３１）计算出变压器变比凡； Ｃ）由式（７）、（１２）确定电流， 以及特征阻 抗Ｚ 。 ｄ）由于 ＝ｌ、 —ｌ，根据式（３）、（４）就可确定 、￡ 和Ｃ的大小。 ３两相交错并联电路的性能分析 两相交错并联电路是将图１所示的两个参数 相同单元并联，通过驱动电路的控制使两相ＬＥＤ 驱动电流相位相差９０。叠加，实现其驱动电流纹波 小、色差小、利用率更高的性能，该电路每相输出 电流ｉ呦。，ｉ呦 以及叠加的电流 ㈣波形如图５ 所示。 ，２ 竹 ２叮ｒ ∞ｆ 图５两相交错并联输出电流图形 Ｆｉｇ．５ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ｏｆ ｔｗｏ・ｐｈａｓｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ４实验研究 ４．１二极管钳位型电路的实验结果及分析 实验参数如下：输入电压 ＝４００ Ｖ，开关频率 实际应用时，变压器变比／７，应略小于理论计算 所得值，使得Ａ点的电位略小于直流输人电压。因 此．此处选择变压器变比为ｎ＝４．５。 由式（１２）可得 ＩＢ＝ ＝０．１９２Ａ。 （３４） 由式（７）可得 ． ｚ ＝≠＝２ ０８３．３３Ｑ。 （３５） 由式（４）可得 己＝妻＝ １２竹× ×００ １ ０－３．３２ｍＨ，（’ ３６） 隶 ・７ Ｆ。 （３７） 电路稳定工作时的实验波形如图６所示，图６（ａ） 所示负载为１０颗ＬＥＤ灯珠时半桥逆变输出电压以 及电感电流的波形，可以看出的电流相位略滞后于 电压相位，实现了开关管的零电压开通。图６（ｂ）是 在ｌ０颗ＬＥＤ灯珠正常工作时，通过手动短接９颗 ＬＥＤ灯珠从而将１０颗变为１颗时的实验波形；图６ （Ｃ）是手动断开短接线，灯珠由１颗变为１０颗时的 实验波形。可以看出，在负载变化时，驱动电流的平 均值为３５０ ｍＡ基本保持不变，实现了ＬＥＤ的恒流 驱动。 电路故障状态时的实验波形如图７和图８所 示。图７为负载发生短路故障时输人电流ｉ 。和输 出电压 的波形。可以看出，当负载发生短路时， 恒流ＬＥＤ驱动电源输入电流很小，平均值基本为 零，可以自动实现输出短路保护功能。图８为负载 发生断路故障时 和 。的波形。可以看出，当负载 发生断路故障时，输入电流 大小增加到一定程度 后就不再改变，很好的限制了输入电流的继续增大， 并且断路故障保护启动时间也很短，起到了短路保 护的作用。 第６期 罗全明等：二极管钳位型ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振恒流ＬＥＤ驱动电源 ｌ３ ｔ（４ｐ．ｓ／格） （ａ）Ｎ＝１０ ｔ（４０￣ｓ／格） （ｂ）Ｎ（１０颗减少为１颗） 宅 墨 ｔ（４０１ｘｓ／格） （ｃ）Ⅳ（１颗增加到ｌ０颗） 图６稳定工作实验波形 Ｆｉｇ．６ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｏｆ ｓｔｅａｄｙ ｗｏｒｋ 萋 喜 ｔ（２０￣ｓ／格） 图７负载短路实验波形 Ｆｉｇ．７ Ｌｏａｄ ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ 言 宅 墨 ｔ（４０￣ｓ／格） 图８负载断路实验波形 Ｆｉｇ．８ Ｏｐｅｎ・ｌｏａｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ４．２两相交错并联移相９ｏ。电路的实验结果及分析 两相交错并联电路的实验波形如图示９所示。 图形下方所示为每相的输出电流ｉ 。 、￣’ＬＥＤ２波形，两 相输出电流相位基本相差９０。。大小基本相等。图 形上方所示为两相叠加的ＬＥＤ驱动电流波形，一蜒 ｕ０ 目二颦，ｖ１ｕ０ 一目～ ｉＬＥＤ电流的纹波明显变小，验证了分析的合理性。 ｔ（４０１￣ｓ／格） 图９两相交错并联实验波形 Ｆｉｇ．９ Ｔｗｏ・ｐｈａｓｅ ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ５ 结 论 本文通过对ＬＣＬ—Ｔ半桥谐振变换器的ＬＥＤ无 源开环恒流驱动模块的工作性能进行分析，针对负 载故障问题提出了一种通过增加钳位二极管的无源 方案实现输出故障保护的电路并且分析了电路的性 能，该主电路拓扑器件数量相对较少，具有较高的可 靠性；根据串接ＬＥＤ的最大颗数以及发生断路故障 保护启动时间最短为目标对变压器变比进行了优化 分析；接着提出了两相交错并联ＬＥＤ恒流驱动来减 小输出电流纹波，实现色差小，利用率高的性能。最 后通过输出功率为ｌ０ Ｗ的样机实验验证了上述理 论分析的合理性。 参考文献： ［１］廖志凌，阮新波．半导体照明工程的现状与发展趋势［Ｊ］．电工 １４ 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ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓ— ｔｒｉｌａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００５，５２（６）：１５４７—１５５４． ［１６］ＲＡＪＵ Ｇ Ｓ Ｎ，ＤＯＲＡＤＬＡ Ｓ．Ａｎ ＬＣＬ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ—ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９５，１０（２）：１６４—１７４． （编辑：刘素菊）
