[發明專利]基于快速反應能量平衡運算技術的LED驅動方法及系統

有效

• 申請號: 201210177041.9
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102711330A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 耀發電子股份有限公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及一種環境保護、節能減碳和太陽能儲存領域的交流轉直流之LED照明驅動技術，具體涉及一種快速反應能量平衡運算技術得到高精確的LED驅動方法及其系統。

背景技術

目前交流輸入的LED照明系統中雖然LED顆粒的壽命相當長，但是系統首先損壞的往往是電解電容部分，這是因為LED照明系統運作溫度過高且散熱困難的關系，容易造成電解電容內部的電解液干涸和變質，失去電解電容應有的電荷能量儲存的功能，尤其是發光設備的熱源會持續發燙，特別在像球泡燈那樣的小體積裝置下面。這樣會造成電解電容內部的電解液揮發使得電解電容和LED照明系統的壽命變得非常短，所以并不能發揮LED比傳統燈管還要耐用的特點。這是目前LED照明設備的最大瓶頸之一。另外因為LED組件的劣化或者是輸入電壓和輸出電壓的變化，系統往往不能保持精確的二次側電流定值，使得LED的亮度或者是照明均勻度變差。

綜上，下一代的照明設備為了提高能源的使用效率，世界各國紛紛規定了新一代的能量效能規范。為了能減低地球日漸枯竭的能源，高功率因數在照明系統中變得非常重要，但是如何能在簡單的系統中就能達成功率因數的效果，也是一個熱門的研究主題。

如圖1所示，為傳統的反激式系統技術，當控制LED控制開關Q1，Q1打開時，變壓器主次側Lp輸入電流并儲存能量；Q1關閉時，二次側電流才會輸出給Vo的LED使用。在開關打開的時候，輸出端的電感并不會提供電流，所以這個時候的電流由輸出端的電容Cout來提供。圖中Lp、Ls、La是變壓器的三個端點，分別是Lp主次側、Ls二次側及La輔助側，其中La輔助側可以用來檢測輸出電壓Vo的信號。根據傳統的系統：LED控制開關Q1的打開控制是由晶振給定頻的頻率時鐘，當頻率信號給出時，開關打開。LED控制開關Q1的關閉信號是當輸出比參考電壓Vref高時，誤差放大器EA輸出COMP會上升，當COMP切到三角波后比較器CMP就會送出關閉信號，使得開關關閉。

但上述現有技術中所采用的輸入端和輸出端電解電容均有以下缺陷無法改善：

(一)輸入端電解電容：一般使用電解電容是因為電解電容的值比較大，在輸入端如果不使用輸入電容Cin的話(或者是很大的電解電容)，電容值不夠儲存較多的電荷能量，在圖2中，輸入端Vin會產生M型弦波，輸入電壓Vin會隨著交流V_AC信號而變化。因為輸入的變化，控制器的波寬信號必須跟著輸入電壓的反比而變，會使得控制器的設計較不容易。尤其是在定頻的系統中。所以輸入端經常會使用電容是因為橋式整流后濾波將波形濾為接近DC值，較方便于反激式的控制器來控制。另外一方面，由于能量守恒的原理，系統的目的要使輸出電壓和輸出電流是不變的。所以輸入的平均電流必須與輸入電壓成反比。

(二)輸出端電解電容：因為在反激式的控制中，LED控制開關Q1打開時，反激式的電流只會在主次側，而輔助策并沒有電流。而當LED控制開關Q1關閉時，輔助側才會有電流供給。所以當開關打開，輸出電流供給的中斷半周期里，LED電流只能由二次側輸出端的電容Cout供給。如圖1所示。

所以一般來說，輸出電容值越大，越可以克服當輸入端開關打開時，二次側短暫時間內沒有電流供應的問題，輸出端在沒有電流供應的短暫時間內，可以由二次側的電容暫時供給電流值。電解電容越小，二次側輸出電流漣波波形越差。這是因為大電容才有足夠的儲存電荷，用來支持半個周期內LED的電流使用。

另外，基于因為能量守恒定理，輸入功率Pin乘上效率Eff等于輸出功率Pout，即Eff＊Pin＝Pout，上述的公式可以等效于輸入電壓Vin和輸入電流Iin相乘，和輸出電壓Vo與輸出電流Io相乘Eff＊Vin＊Iin＝Vo＊Io，所以輸出電流Io就會等于Io＝Eff＊Vin＊Iin/Vo。

由上述的公式可以說明，輸出電流要保持一個精確的定值，輸出電壓與輸入電流的乘積，在與輸出電壓相除，必須被控制為一個定值。如果在每個周期都可以立刻實現這樣的控制，那么的輸出電流在一個周期內就可以立刻實現高速輸出電流自我平衡，且立刻反映輸出入電壓和輸入電流的變化，使得整體系統效應變得異常優異。

但是當輸入跟著上述的三個變量(輸入電壓，輸入電流和輸出電壓)變化的話，因為變量太多，使得系統的變化自由度有三維的變化，根據控制系統的理論，系統會發生不穩定的現象。所以本發明通過限定住另外兩個變量自由度的變化，使得三個變量的三維的變化關系，變為只有一維的變化，完全解決不穩定的狀態。

發明內容