CN106132031B - 一种纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的led电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纹波消除电路、纹波消除方法以及应用其的LED电路，通过调整管控制电路控制与负载串联的调整管的功率端电压信号，以使得调整管的功率端电压信号为带有纹波的电压信号，这样输入至LED负载的输入电压信号为不带纹波的直流电压信号，可消除LED负载的闪烁现象。

Description

一种纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的LED电路

技术领域

本发明涉及电源领域，更具体地说，涉及一种纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的LED电路。

背景技术

目前，LED灯负载一般是通过LED驱动电路将交流输入电源转换为直流电源来进行驱动的，如图1所示，LED驱动电路输出带有正弦纹波的直流电，C01为输出电容，当需要减小LED驱动电路输出信号的纹波时，则需要C01为大的电解电容，成本高不利于电路集成。当LED驱动电路带有功率因数校正功能时，则输出的直流电的纹波会更大。

众所周知，LED灯负载的电压和电流为带有工频纹波的直流电压和直流电流，LED上的纹波信号会造成LED灯的闪烁，从而对人眼造成伤害，因此在实际应用中，LED负载的电流或电压往往要求滤除该直流电所带有的正弦纹波。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的LED电路，通过第一调整控制电路获得输入电压信号中的交流分量，然后根据所述交流分量信号控制与负载串联的第一调整管的功率端电压，以使得通过负载的电压为不带纹波的直流电压信号。

第一方面，依据本发明的一种纹波消除电路，用于消除输入到负载的纹波，所述纹波消除电路包括：

第一调整管，与所述负载串联连接；

第一调整管控制电路，所述第一调整管控制电路接收输入至所述负载的输入电压信号，以获得所述输入电压信号的交流分量，所述第一调整控制电路根据所述输入电压信号的交流分量和所述第一调整管的功率端电压信号控制所述第一调整管的工作状态。

优选地，所述第一调整管控制电路包括采样电容和采样电阻，并通过所述采样电容和采样电阻获得所述输入电压信号的交流分量，

其中，所述采样电容和所述采样电阻串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，所述第一调整控制电路包括采样电阻和电流源，并通过所述采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；

其中，所述采样电阻和所述电流源串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，所述电流源为恒定电流源或者是随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

进一步地，所述第一调整控制电路还包括分压滤波电路和电压-电流转换电路，

所述滤波电路包括串联的分压电阻和滤波电容，所述分压电阻串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述滤波电容并联在所述分压电阻的公共连接端和接地端之间，所述分压电阻公共连接点的电压信号为第一电压信号；

所述电压-电流转换电路接收所述第一电压信号，以获得与所述第一电压信号成比例的第一电流信号，所述第一电流信号作为所述可调电流源的电流信号。

进一步地，所述第一调整管连接在所述负载和接地端之间，所述第一调整管为MOS管，第一调整管的功率端电压为MOS管的漏极电压，所述第一调整管的控制极为MOS管的控制极电压。

进一步地，所述第一调整管控制电路还包括误差放大电路，

所述误差放大电路接收所述输入电压信号的交流分量和所述第一调整管的功率端电压信号，以输出误差放大信号；

所述误差放大信号连接到所述第一调整管的控制极用以控制所述第一调整管的工作状态。

进一步地，所述第一调整管控制电路还包括加法器和第一电压源，

所述加法器接收所述输入电压信号的交流分量和所述第一电压源输出的第一电压信号，以输出一叠加信号，

所述误差放大电路接收所述叠加信号和所述第一调整管的功率端电压信号，以输出所述误差放大信号。

第二方面，一种纹波消除方法，包括以下步骤：

获得输入电压信号的交流分量，所述输入电压信号用于驱动负载；

根据所述交流分量控制与负载串联的第一调整管的功率端电压，控制第一调整管的工作状态，以使得所述功率端电压包括所述输入电压信号的交流分量。

优选地，所述第一调整管的MOS管，所述第一调整管连接在所述负载和接地端之间，所述第一调整管的功率端电压为所述第一调整管的漏极电压。

优选地，通过采样电容和采样电阻获得所述输入电压信号的交流分量，

其中，所述采样电容和所述采样电阻串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，通过采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；

其中，所述采样电阻和所述电流源串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，所述电流源为恒定电流源或者是随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

第三方面，依据本发明的一种LED电路，包括：

LED驱动电路，接收外部交流电信号，以输出带有纹波的直流电压信号；

LED负载，与所述LED驱动电路的输出端连接，以及上述的纹波消除电路，所述纹波消除电路用以消除所述LED负载接收的所述直流电压信号中的纹波。

综上所述，依据本发明的纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的LED电路，通过控制与负载串联的第一调整管的功率端电压，以使得该功率端电压与输入至负载的输入电压信号中的交流分量一致，这样输入至负载的电压信号则为不包括交流分量的直流电压信号，从而解决LED负载中的交流纹波问题，LED灯负载不会发生闪烁现象。

附图说明

图1为现有技术中的LED电路；

图2为依据本发明的第一实施例的LED电路的电路图；

图3所示为依据本发明的第二实施例的LED电路的电路图；

图4所示为依据本发明的第三实施例的LED电路的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。

参考图2所示为依据本发明的第一实施例的LED电路的电路图，如图2所示，本发明实施例的LED电路包括LED驱动电路U00、输出电容C01、LED负载和纹波消除电路。

所述LED驱动电路接收外部交流电信号，输出信号经输出电容C01滤波后以产生带有纹波的直流电压信号，所述带有纹波的直流电压信号作为LED负载的输入电压信号VIN。

本实施例中，所述纹波消除电路包括与负载串联的第一调整管M01和第一调整管控制电路，这里，所述第一调整管M01连接在所述负载和接地端之间，第一调整管为MOS管，容易理解，所述第一调整管还可以连接在所述LED驱动电路的输出端和LED负载之间。

这里，所述第一调整管控制电路包括采样电容C02、采样电阻R02和误差放大电路U02，所述采样电容C02和所述采样电阻R02串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端输入所述输入电压信号VIN。根据电容的隔直流通交流的工作原理，当采样电容C02和采样电阻R02的时间常数足够大时，则采样电容C02的两端电压近似认为不变，在所述采样电容C02和所述采样电阻R02的公共连接点的电压信号即为输入电压信号VIN的交流分量电压，记为V2。

本实施方式中，所述第一调整管控制电路还包括加法器U01和第一电压源V1，所述加法器U01接收所述输入电压信号的交流分量V2和所述第一电压源输出的第一电压信号V1，以输出一叠加信号V1+V2。这里在所述交流分量V2上叠加一个固定的电压信号V1是为了将交流分量V2抬升，以使得叠加信号V1+V2始终为一个在零谷底之上的值。

所述误差放大电路U02接收所述叠加信号和所述第一调整管的漏极电压信号VD，以输出所述误差放大信号，误差放大信号经过补偿处理以产生控制第一调整管的控制极(即MOS管的栅极)信号VG。根据误差放大器的工作原理，第一调整管M01的漏极电压将会被调节到与叠加信号V1+V2一致，由此可知，所述漏极电压VD将会包含交流分量V2的信息。这样，跟第一调整管M01串联的LED负载上的驱动电压将不会包含输入电压信号VIN的纹波，因此，LED负载不会发生闪烁。

参考图3所示为依据本发明的第二实施例的LED电路的电路图，本实施例中，所述第一调整管控制电路中的加法器U01、第一电压源V1和误差放大电路U02均与上一实施例相同，在此不再赘述。所不同的是，本实施方式中，通过采样电阻R02和电流源i01获得所述输入电压信号的交流分量。

如图3所示，通过采样电阻R02和电流源i01，并通过所述采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；其中，所述采样电阻R02和所述电流源i01串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号VIN。本实施方式中，所述电流源为恒定电流源。

根据图3可知，所述采样电阻R02和所述电流源i01的公共连接点的电压信号为V2，采样电阻R02的一端接输入电压VIN，另一端的电压V2为：V2＝VIN-i01×R02。由于电流源i01电流值和电阻R2阻值均为定值，因此电压V2的交流分量与输入电压信号VIN的交流分量形状完全相同，通过控制恒定电流源i01的大小可以控制V2电压的直流分量。即是电压信号V2表征了输入电压信号VIN的交流分量。

之后V2与第一调整管的漏极电压信号VD进行误差放大，以输出所述误差放大信号，误差放大信号经过补偿处理以产生控制第一调整管的控制极信号VG。同上述原理，控制极信号VG控制所述漏极电压VD包含V2的交流分量信息。这样，跟第一调整管M01串联的LED负载上的驱动电压将不会包含输入电压信号VIN的纹波，因此，LED负载不会发生闪烁。

进一步的，参考图4所示为依据本发明的第三实施例的LED电路的电路图，本实施例与图3所示的实施例类似，相同的器件和连接关系不再赘述，所不同的是，所述电流源i01为随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

如图4所示，本实施例中，所述第一调整管控制电路还包括分压滤波电路和电压-电流转换电路，所述分压滤波电路包括分压电阻R03、R05和滤波电容C03，分压电阻R03和R05串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，滤波电容C03并联在所述分压电阻的公共连接端和接地端之间，所述分压电阻的公共连接点的电压信号为第一电压信号，这里记为V3。

所述电压-电流转换电路包括调整管M02、电阻R04和运算放大器U03，所述采样电阻R02、调整管M02和电阻R04依次串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，运算放大器U03的第一输入端接收所述第一电压信号V3，第二输入端连接所述调整管M02和电阻R04之间，以获得所述调整管M02的源极电压，电流源i03接所述调整管M02和电阻R02之间。

根据上述的电路结构，本领域技术人员可知，所述第一电压信号V3等于输入电压的直流分量的分压。而根据电压-电流转换电路的结构，则第一电流信号i01的大小为i01＝V3÷R04，电阻R04的阻值为固定的，则第一电流信号i01是随着第一电压信号V3调节。而采样电阻R02的另一端的电压V2为：V2＝VIN-(i01-i03)×R02，将i01代入得：V2＝VIN-(V3÷R04-i03)×R02，控制电阻R02和电阻R04的阻值比例可以控制电压V2中的直流分量，这里，优选地，设置电阻R04和采样电阻R02的阻值比例为R2＝K×R4，这里K＝R05÷(R03+R05)。则有电压V2＝VIN-V3/K+i03×R02，由于V3/K等于VIN的平均值，即电压V2等于输入电压信号VIN的交流分量叠加一个直流分量，该直流分量的值为i03×R02，V2与输入电压信号VIN的直流分量无关，V2电压的交流分量能够自适应随着输入电压信号的交流分量变化。

然后，电压的比较和运放的控制过程与上述两个实施例均相同，在本实施例中，通过可调的电流源使得电压V2能够随着输入电压信号VIN的变化而调节，使得控制更加准确可靠。LED负载为不含纹波的直流电压信号，LED不会发生闪烁现象。

最后，需要说明的是，根据上述实施例的电路结构可以得知，误差放大电路输出的电压信号为基本恒定的，因此，控制极信号VG也为基本恒定的信号，而本实施例中，第一调整管M01源极电压不变，因此，第一调整管的栅源电压恒定。当所述第一调整管为MOS管时，根据MOS管的工作原理，当其工作于饱和区时，若栅源电压恒定，则流过第一调整管的漏源极的电流恒定不变。因此，在本发明实施例中，只要控制值所述第一调整管工作于饱和区，则通过第一调整管和LED负载的电流为不变。

综上，依据本发明的包含纹波消除电路的LED电路，通过对与LED负载串联的第一调整管的漏极电压的控制，可使得通过LED的电压为不包含纹波的直流电压信号。并且通过对第一调整管的电流控制，使得LED负载的电流为直流电流。本发明能够消除流过LED负载电压和电流中的纹波，消除LED的闪烁现象。

最后，本发明还提供了一种纹波消除方法，包括以下步骤：

通过采样电容和采样电阻获得输入电压信号的交流分量，所述输入电压信号用于驱动负载；

根据所述交流分量控制与负载串联的第一调整管的功率端电压，控制第一调整管的工作状态，以使得所述功率端电压包括所述输入电压信号的交流分量。

优选地，所述第一调整管的MOS开关管，所述第一调整管连接在负载和接地端之间，所述第一调整管的功率端电压为所述第一调整管的漏极电压。

优选地，通过采样电容和采样电阻获得所述输入电压信号的交流分量，

其中，所述采样电容和所述采样电阻串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，通过采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；

其中，所述采样电阻和所述电流源串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号。

优选地，所述电流源为恒定电流源。

优选地，所述电流源为随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

本领域技术人员可知，上述的纹波消除电路以应用于LED电路中为例，但不限于此，也可应用于其他需要消除流入负载中的纹波。

以上对依据本发明的优选实施例的纹波消除电路、纹波消除方法及应用其的LED电路进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纹波消除电路，用于消除输入到负载的纹波，其特征在于，所述纹波消除电路包括：

第一调整管，与所述负载串联连接；

第一调整管控制电路，所述第一调整管控制电路接收输入至所述负载的输入电压信号，以获得所述输入电压信号的交流分量，所述第一调整管控制电路根据所述输入电压信号的交流分量和所述第一调整管的功率端电压信号控制所述第一调整管的工作状态；

所述第一调整管控制电路包括采样电阻和电流源，并通过所述采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；

其中，所述采样电阻和所述电流源串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号；

采样电阻和所述电流源的公共连接点的电压为输入电压信号与所述采样电阻上压降之差；所述电流源为随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

2.根据权利要求1所述的纹波消除电路，所述第一调整管控制电路还包括分压滤波电路和电压-电流转换电路，

所述分压滤波电路包括分压电阻和滤波电容，所述分压电阻串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述滤波电容并联在分压电阻公共连接点和接地端之间，所述分压电阻公共连接点的电压信号为第一电压信号；

所述电压-电流转换电路接收所述第一电压信号，以获得与所述第一电压信号成比例的第一电流信号，所述第一电流信号作为所述可调电流源的电流信号。

3.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于，所述第一调整管连接在所述负载和接地端之间，所述第一调整管为MOS管，第一调整管的功率端电压为MOS管的漏极电压，所述第一调整管的控制极为MOS管的控制极。

4.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于，所述第一调整管控制电路还包括误差放大电路，

所述误差放大电路接收所述输入电压信号的交流分量和所述第一调整管的功率端电压信号，以输出误差放大信号；

所述误差放大信号连接到所述第一调整管的控制极用以控制所述第一调整管的工作状态。

5.根据权利要求4所述的纹波消除电路，其特征在于，所述第一调整管控制电路还包括加法器和第一电压源，

所述加法器接收所述输入电压信号的交流分量和所述第一电压源输出的第一电压信号，以输出一叠加信号，

所述误差放大电路接收所述叠加信号和所述第一调整管的功率端电压信号，以输出所述误差放大信号。

6.一种纹波消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得输入电压信号的交流分量，所述输入电压信号用于驱动负载；

根据所述交流分量控制与负载串联的第一调整管的功率端电压，控制第一调整管的工作状态，以使得所述功率端电压包括所述输入电压信号的交流分量；

通过采样电阻和电流源获得所述输入电压信号的交流分量；

其中，所述采样电阻和所述电流源串联连接在所述负载的输入端和接地端之间，所述负载的输入端接收所述输入电压信号；

采样电阻和所述电流源的公共连接点的电压为输入电压信号与所述采样电阻上压降之差；所述电流源为随着所述输入电压信号自适应调节的可调电流源。

7.根据权利要求6所述的纹波消除方法，其特征在于，所述第一调整管为MOS管，所述第一调整管连接在所述负载和接地端之间，所述第一调整管的功率端电压为所述第一调整管的漏极电压。

8.一种LED电路，其特征在于，包括：

LED驱动电路，接收外部交流电信号，以输出带有纹波的直流电压信号；

LED负载，与所述LED驱动电路的输出端连接，以及

如权利要求1-5任一项所述的纹波消除电路，所述纹波消除电路用以消除所述LED负载接收的所述直流电压信号中的纹波。