CN104902608B - 一种led驱动电路改善谐波的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种LED驱动电路改善谐波的方法，应用于N段分段式线性驱动电路，包括以下步骤：按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流；采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流。所述按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流具体包括以下步骤:根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度；根据切换角度，按照正弦曲线，计算出相应的台阶电流比例值；调整采样电阻值，分别设定台阶电流。本发明用于使得内部参考电压跟随输入电压的变化，从而控制流经LED串的电流，达到改善谐波的目的。

Description

一种LED驱动电路改善谐波的方法
技术领域
本发明属于电源驱动技术领域，特别地涉及一种LED驱动电路改善谐波的方法。
背景技术
在实际使用的交流电路中，由于非线形电路元件的存在，如电感、变压器、电容等，使得电源的电流、电压、频率发生改变，从而使得局部的交流供电回路中产生丰富的谐波，影响在用设备的正常使用。
谐波的危害十分严重。例如，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。我国国家标准为GB l7625.1-2003《电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》。
对于有功输入功率大于25W的照明电器为C类设备，谐波电流不应超过表1给出的相关限值。
表1 C类设备的谐波限值
线性恒流驱动电路的工作原理为，起恒流控制作用的调整管工作在线性区，流经过调整管的电流变化是线性变化的，而不是工作在饱和和截止区的开关状态。流经负载的电流经电流采样后，反馈给电流调整管，控制其导通阻抗，形成负反馈控制，当电流试图增加时，调整管阻抗变大，而负载和调整管的两端电压恒定，从而使电流减小维持恒定。内部集成有产生Vref的参考电压，如图1连接方式，通过负载的电流被控制在I＝Vref/R。
对单段式线性恒流电路加以改造，形成了如图2所示的分段式线性恒流电路，基于类似的原理，流经LED串的电流采取了分段式的控制方式，每段的电流可分别进行设置并恒流控制，分段式恒流驱动电路的电流波形如图3所示。
从图3中可看到，电流的整个包络接近于正弦波形，但是每个台阶的电流十分平坦，图3中的电流波形可以分解为四个矩形电流波形的叠加，其幅度为台阶之间的差值。根据傅里叶变换可以分解为不同最大值的正弦基波和各奇次谐波叠加而成，其有效值、平均值和最大值相等，数学展开式如：
f(x)＝2Am/π*(sinx+1/3*sin3x+1/5*sin5x+1/7*sin7x+---1/k*sinkx)
矩形的波形内包含了大量的奇次谐波。在实际测试中，也发现奇次谐波有超过标准限值的问题。因此，台阶电流的相对比例影响整个谐波参数的计算，调整及优化电流台阶的相对比例可以优化整体电路谐波。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，改善谐波。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种LED驱动电路改善谐波的方法，用于使得内部参考电压跟随输入电压的变化，从而控制流经LED串的电流，达到改善谐波的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种LED驱动电路改善谐波的方法，应用于N段分段式线性驱动电路，包括以下步骤：
按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流；
采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流。
优选地，所述按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流具体包括以下步骤:
根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度；
根据切换角度，按照正弦曲线，计算出相应的台阶电流比例值；
调整采样电阻值，分别设定台阶电流。
优选地，根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度具体为，N段LED根据输入电压的变化而依次导通，设每一段LED导通的时间对应为TN，N为1至n，n＝N，则N段LED的导通角分别为180*TN/T，其中输入交流电压经整流后的周期为T。
优选地，相应的台阶比例值的单项因子为Sin(180*TNN/T)，其中N为1至n，n＝N。
优选地，所述采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流具体包括以下步骤：
输入交流电压经整流桥整流；
采样整流后的输入电压得到采样电压；
采样电压乘以调整系数；
与参考电压输入到加法器中，产生调整的参考电压。
优选地，调整比例系数使调试的参考电压的叠加的正弦半波的幅度等于参考电压Vref幅值的10-30％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下，通过调整每一段的台阶电流值抑制了低次谐波的产生，通过在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流，使得分段式LED驱动电路的谐波得到了很好的抑制，减少了谐波对作为C类设备使用的分段式LED照明设备的危害。
附图说明
图1为现有技术中单段式线性恒流电路的原理图；
图2为现有技术中分段式线性恒流电路的原理框图；
图3为现有技术中分段式恒流驱动电路的电流波形图；
图4为本发明实施例的LED驱动电路改善谐波的方法的流程图；
图5为本发明实施例的LED驱动电路改善谐波的方法的一具体应用示例中调制的参考电压的生成模块图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图4，所示为本发明实施例的一种LED驱动电路改善谐波的方法的流程图，应用于N段分段式线性驱动电路，包括以下步骤：
S10，按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流；
S20，采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流。
其中，在具体应用实例中，S10进一步包括以下步骤：
S101，根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度；
具体为，N段LED根据输入电压的变化而依次导通，设每一段LED导通的时间对应为TN，N为1至n，n＝N，则N段LED的导通角分别为180*TN/T，其中输入交流电压经整流后的周期为T。
S102，根据切换角度，按照正弦曲线，计算出相应的台阶电流比例值；
其中，相应的台阶比例值的单项因子为Sin(180*TNN/T)，其中N为1至n，n＝N。
S103，调整采样电阻值，分别设定台阶电流。
S20进一步包括以下步骤：
S201，输入交流电压经整流桥整流；
S202，采样整流后的输入电压得到采样电压；
S203，采样电压乘以调整系数；
S204，与参考电压输入到加法器中，产生调整的参考电压。
其中，在较优的具体实施例中，调整比例系数使调试的参考电压的叠加的正弦半波的幅度等于参考电压Vref幅值的10％。
以下以四段式分段线性恒流为例，对本发明实施例的方法作进一步详细的说明，以使本发明实施例的实施过程更为清楚，本领域内的技术人员应该可以理解的是，其它任何多段的LED驱动电路可依照此方法进行扩展。
在一个周期内，设交流AC输入的频率为50Hz，可以理解的是，输入频率为60Hz时同样有效，输入交流电压经整流后的周期为T，四段LED根据输入电压的变化而依次导通，设第一段LED导通的时间为T1，第二段LED导通的起始时间为T2，第三段LED导通的起始时间为T3，第四段LED导通的起始时间为T4。则四段LED的导通角分别为180*T1/T,180*T2/T，180*T3/T，180*T4/T。
为了达到理想的谐波参数，根据傅立叶变换原理，使电流波形的形状接近于正弦波。四段电流的比例为：
Sin(180*T1/T):Sin(180*T2/T):Sin(180*T3/T):Sin(180*T4/T)。
这里不限制在此计算基础上加上一个偏移量，或者按照切换点的中点或结束点等计算方法，来得到四段电流台阶的比例。对于单段、3段、或更多段数的结构，可依据同样的原理计算。
得到阶梯电流比例后，计算出采样电阻的值，根据公式Rsample＝Vref/Istep分别进行设置，Istep为分段的台阶电流值。
采用上述台阶电流设置，可以使低阶次的谐电流得到控制，但是11次以上的谐波仍有可能超过限制，采取在参考电压上按特定比例系数K叠加整流后的输入电压采样值，作为优选的特例，调整比例系数K使叠加的正弦半波的幅度等于参考电压Vref幅值的10-30％。交流电压经整流桥整流后，形成正弦半波，经过输入电压采样单元，这里的输入电压采样单元可以采取电阻分压网络，以使采样电压降低到控制器可以接受的低电压，随后输入到比例调整单元，比例调整单元的作用是在输入采样电压乘上一个比例系数K。参考电压发生器产生恒定的直流电压，例如500mV，二者经加法器累加，形成调制的参考电压，随后可输入到图5所示的参考电压模块中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED驱动电路改善谐波的方法，应用于N段分段式线性驱动电路，其特征在于，包括以下步骤：
按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流；
采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流，
所述按比例设置每一段的电流台阶值用以控制低阶次的谐波电流具体包括以下步骤：
根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度；
根据切换角度，按照正弦曲线，计算出相应的台阶电流比例值；
调整采样电阻值，分别设定台阶电流，
所述采取在参考电压上按特定比例系数叠加整流后的输入电压采样值用以控制高次谐波电流具体包括以下步骤：
输入交流电压经整流桥整流；
采样整流后的输入电压得到采样电压；
采样电压乘以调整系数；
与参考电压输入到加法器中，产生调整的参考电压。
2.根据权利要求1所述的LED驱动电路改善谐波的方法，其特征在于，根据LED分段的电压值，计算出电流台阶切换角度具体为，N段LED根据输入电压的变化而依次导通，设每一段LED导通的时间对应为TN，N为1至n，n＝N，则N段LED的导通角分别为180*TN/T，其中输入交流电压经整流后的周期为T。
3.根据权利要求2所述的LED驱动电路改善谐波的方法，其特征在于，相应的台阶比例值的单项因子为sin(180*TNN/T)，其中N为1至n，n＝N。
4.根据权利要求1所述的LED驱动电路改善谐波的方法，其特征在于，调整比例系数使调试的参考电压的叠加的正弦半波的幅度等于参考电压Vref幅值的10-30％。
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