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CN102097060A - 一种采用电容平衡的led背光钧流电路 - Google Patents

一种采用电容平衡的led背光钧流电路 Download PDF

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led
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capacitance
diode
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庄锦清
王星光
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TPV Electronics Fujian Co Ltd
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TPV Electronics Fujian Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种采用电容平衡的LED背光钧流电路，包括依次连接的半桥驱动电路、变压器谐振电路、第一平衡整流电路、两LED灯串以及连接于所述半桥驱动电路和LED灯串的检测反馈电路。本发明用于实现对LCD面板的LED背光驱动，其电路简单，具有高效率、节能、成本低等特点。

Description

一种采用电容平衡的LED背光钧流电路
技术领域
本发明涉及一种采用电容平衡的LED背光钧流电路。 
背景技术
目前LCD显示器及LCD电视采用LED背光的比例越来越多，而每个面板采用几串LED Light Bar，每串LED Light Bar采用几颗LED二极管串联起来。由于LED二极管的电流-电压特性呈现指数特性，且各单体之间存在较大的差异性，所以，如果直接将各LED Light Bar并联起来，会导致各LED串的电流不平衡，这样会影响面板的亮度均匀性及色温。
为了解决上述问题，目前普遍采用的方法是：用一个直流-直流升压电路将电压升压到一定的值，给各LED Light Bar供电，再用电流镜给每串LED Light Bar做钧流。即在各LED Light Bar的负端和地之间各串联一个由三极管或MOSFET组成的电流镜。利用电流镜的钧流特性来保证每串LED Light Bar的电流一致。采用该方案存在着以下缺点，首先电流镜钧流电路会产生额外的功耗，降低效率，其次增加电流镜电路，增加了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种采用电容平衡的LED背光钧流电路。
本发明的采用电容平衡的LED背光钧流电路，包括依次连接的半桥驱动电路、变压器谐振电路、第一平衡整流电路、两LED灯串以及连接于所述半桥驱动电路和LED灯串的检测反馈电路，其特征在于，所述的第一平衡整流电路包括：一第一平衡电容，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器次级输出第一端连接；一第二平衡电容，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器次级输出第二端连接；一第一二极管，其负极与所述的第一平衡电容的第二端、一第三二极管的正极连接，正极接地；一第二二极管，其负极与所述的第二平衡电容的第二端、一第四二极管的正极连接，负极接地；一第一滤波电容，其正极与所述的第三二极管的负极以及一第一LED灯串的输入端连接，负极接地；以及一第二滤波电容，其正极与所述的第四二极管的负极以及一第二LED灯串的输入端连接，负极接地。
本发明具有以下优点：
（1）  恒流工作时，存在电压差异的LED Light Bar，可以将各LED Light Bar等效为阻值不等的电阻。
（2）  每串LED Light Bar各和一个等容量的电容串联，然后由一个统一的交变电流源驱动。由于电容的电压滞后电流90度，所以各LED Light Bar上的电压和与其相串联的电容上的电压进行矢量叠加，此叠加后的电压即驱动源的电压都相等。这样，只要调节电容的容值及驱动电流的频率，就可以将由各LED Light Bar等效电阻差异引起的电流不平衡限制在可接受的范围内。
（3）  将和LED Light Bar相串联的电流平衡电容复用为串联谐振电源的谐振电容。
（4）  可以利用变压器的漏感来作为串联谐振电源的谐振电感，也可以外加一个电感来作为谐振电感。
（5）  由于和各LED Light Bar相串联的电容本身具有钧流的特性，所以只要取任意一串的电流作为反馈，就可以达到所需要的电流。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是本发明实施例6串LED背光驱动电路示意图。
图3是本发明平衡整流电路驱动两串LED灯的电路示意图。
图4是图3两串LED灯等效成两电阻的电路连接示意图。
图5是图3变压器输出电流正、负半周期状态下的电路等效图。
图6是图5简化的等效电路示意图。
图7是6串LED背光驱动电路的等效示意图。
图8是半桥串联谐振等效电路示意图。
图9是LED Light Bar等效电阻分别为最小、最大、常态值时LED Light Bar工作电流对输入电压的增益曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种采用电容平衡的LED背光钧流电路，包括依次连接的半桥驱动电路、变压器谐振电路、第一平衡整流电路、两LED灯串以及连接于所述半桥驱动电路和LED灯串的检测反馈电路，其特征在于，所述的第一平衡整流电路包括：一第一平衡电容C1，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器T901次级输出第一端连接；一第二平衡电容C2，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器T901次级输出第二端连接；一第一二极管D1，其负极与所述的第一平衡电容C1的第二端、一第三二极管D3的正极连接，正极接地；一第二二极管D2，其负极与所述的第二平衡电容C2的第二端、一第四二极管D4的正极连接，正极接地；一第一滤波电容C3，其正极与所述的第三二极管D3的负极以及一第一LED灯串的输入端连接，负极接地；以及一第二滤波电容C4，其正极与所述的第四二极管D4的负极以及一第二LED灯串的输入端连接，负极接地。
请参见图2，图2是本发明实施例6串LED背光驱动电路示意图，以两串LED Light Bar为一个单元，图示中6个LED灯串可分为三个单元，它们的电路原理图一样。所以，LED串数可以成对地扩展或减少，仅需并接相应的平衡整流电路。本发明变压器T901的初级采用半桥谐振驱动电路，开关管Q919,Q920是半桥谐振开关管；L911是谐振电感，也可以由变压器T901的漏感组成；变压器T901可以看作一个阻抗变换器，将次级的负载等效变换到初级；C928起到隔离直流的作用，且和负载等效电容串联后作为变换器的谐振电容。
这里我们以电路原理图中的两个LED串，即LED_string_3,LED_string_4的驱动来作原理说明，具体如图3所示。由于变压器T901的次级两个绕组（绕组10-11/12；绕组 9-7/8），其7/8端和10端是同名端，所以在T901次级之11/12端和7/8端上的电压呈反相特性；9，10端相连，呈虚拟接地状态，即在变压器T901次级两个相串连绕组的中点附近电位等于零，相当于接地。
请参照图4，图4是图3两串LED灯等效成两电阻的电路连接示意图，LED Light Bar在正常工作时可以等效为一个电阻负载，阻值为LED Light Bar两端电压除以流过LED Light Bar的工作电流。以下为了解说方便，假设各LED Light Bar的等效阻抗相等，表示为R_DC_string。
本发明电路由于采用半桥串联谐振电路结构，所以T901次级输出电流为正弦波，设流经变压器T901的端子11/12的电流为                                                ,则与此同时，流经T901之端子7/8的电流为。正半周期时，D933截止，D943导通，对电容C921充电及给负载LED Light Bar3供电；D936导通，D925截止，电容C945给负载LED Light Bar4供电。
负半周期时，D933导通，D943截止，电容C921给负载LED Light Bar3供电；D936截止，D925导通，对电容C945充电且给负载LED Light Bar4供电。
由于在
Figure 100057DEST_PATH_IMAGE006
时，
Figure 495266DEST_PATH_IMAGE008
；
         在
Figure 371955DEST_PATH_IMAGE010
时，I_d943=0；
所以流经LED Light Bar3的工作电流:
Figure 7467DEST_PATH_IMAGE012
；
流经D943的电流有效值为：
Figure 336817DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 535717DEST_PATH_IMAGE016
；
设从D933向右看进去的等效电阻为R_AC_3,则：
Figure 646674DEST_PATH_IMAGE018
；
所以：
Figure 640038DEST_PATH_IMAGE020
；
另外半周期，电流流经D925,用同样方法可以求出相同的等效电阻。所以，其等效电路如图5所示。将图5电路中正、负半周期的电路进一步简化就如图6所示。
Figure 830585DEST_PATH_IMAGE022
设流过R_AC_string_3_4的电流的有效值为I1_rms；LED Light Bar的等效阻抗相等为R_DC_string ，其工作电流为Iop 。则：
Figure 380646DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE025
。
同样根据上述方法，可以化简出另外4串LED Light Bar的等效电路。如图7所示。图7是图2中6串LED背光驱动电路的等效示意图。设变压器T901的次级匝数除以初级匝数的比值为N, C952=C953=C935=C941=C955=C958=Cb ；6串LED Light Bar的等效阻抗相等为R_AC_string。则：
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE029
。
图示中L911是半桥串联谐振电路的谐振电感；C_balance_eff和C928串联做为半桥谐振电路的谐振电容；R_string_eff是负载。
图8所示是半桥串联谐振等效电路中，假设流过等效负载R_string_eff的电流为I_eff，假设半桥供电电压为V_B。则：
Q920之D极的矩形波的一次谐波为：
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE031
；
流过等效负载R_string_eff的电流为：
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE033
；
谐振频率为：
；
品质因素为：
Figure 2011100309064100002DEST_PATH_IMAGE035
；
谐振回路总的阻抗为Z:
Figure 449721DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure 691346DEST_PATH_IMAGE038
；
所以，LED Light Bar的工作电流对输入电压的传递函数为：
。
请参照图9是LED Light Bar等效电阻分别为最小、最大、常态值时LED Light Bar工作电流对输入电压的增益曲线图。
其中：R_string_eff_min ：是指LED Light Bar等效电阻最小时转换到变压器初级的等效电阻；
R_string_eff_max ：是指LED Light Bar等效电阻最大时转换到变压器初级的等效电阻；
R_string_eff_normal ：是指LED Light Bar等效电阻为常态值时转换到变压器初级的等效电阻；所以，控制半桥串联谐振的工作频率，就可以改变增益，调节LED Light Bar的工作电流。只要取任意一串或几串LED Light Bar的电流作为反馈，就可以达到稳定各LED Light Bar的工作电流，达到钧流恒流的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (3)

1.一种采用电容平衡的LED背光钧流电路，包括依次连接的半桥驱动电路、变压器谐振电路、第一平衡整流电路、两LED灯串以及连接于所述半桥驱动电路和LED灯串的检测反馈电路，其特征在于，所述的第一平衡整流电路包括：
一第一平衡电容，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器次级输出第一端连接；
一第二平衡电容，其第一端与所述变压器谐振电路的变压器次级输出第二端连接；
一第一二极管，其负极与所述的第一平衡电容的第二端、一第三二极管的正极连接，正极接地；
一第二二极管，其负极与所述的第二平衡电容的第二端、一第四二极管的正极连接，正极接地；
一第一滤波电容，其正极与所述的第三二极管的负极以及一第一LED灯串的输入端连接，负极接地；以及
一第二滤波电容，其正极与所述的第四二极管的负极以及一第二LED灯串的输入端连接，负极接地。
2.根据权利要求1所述的采用电容平衡的LED背光钧流电路，其特征在于：所述的半桥驱动电路包括：第一开关管和第二开关管；所述的变压器谐振电路包括一谐振电感、一变压器以及一隔离直流电容；所述的谐振电感的第一端与第一开关管的源极和第二开关管的漏极连接，所述谐振电感的第二端与所述变压器的初级第一端连接所述变压器的初级第二端经该隔离直流电容接地。
3. 根据权利要求1或2所述的采用电容平衡的LED背光钧流电路，其特征在于：进一步包括并接于变压器谐振电路的第二平衡整流电路以及与该第二平衡整流电路输出端连接的第三、第四LED灯串。
4. 根据权利要求3所述的采用电容平衡的LED背光钧流电路，其特征在于：进一步包括并接于变压器谐振电路的第三平衡整流电路以及与该第三平衡整流电路输出端连接的第五、第六LED灯串。
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