CN106211484B - 一种纹波消除电路及应用其的led控制电路 - Google Patents

一种纹波消除电路及应用其的led控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纹波消除电路及应用其的LED控制电路，LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有纹波的直流电，对LED负载供电，带有纹波的直流电连接到LED负载的正端，负载的负端连接到调整管的第一端，调整管的二端连接到地；调整管的控制端到地接有第一电容，第一电容以及电流产生电路和电流源形成的滤波电路，其时间常数远大于工频周期，因此第一电容上的电压近似为没有纹波直流电压，使得经过调整管的电流近似为没有纹波的直流电流，从而实现经过LED负载的电流纹波减小，输入电流纹波通过输入电容转化为调整管的漏源端的电压纹波，通过设置电流源的值可以控制调整管的漏源端电压纹波的直流分量，本发明的纹波消除效果显著，系统响应快，且其实施成本低。

Description

一种纹波消除电路及应用其的LED控制电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种纹波消除电路及应用其的LED控制电路。
背景技术
在现有技术中，对于LED驱动较多地采用由LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有正弦纹波的直流功率输出。如图1所示，当LED驱动电路带有功率因数校正功能时，则输出端的纹波会更加大，因此，LED负载上为带有二次工频纹波的直流电压和直流电流。LED上的纹波会对人眼造成伤害，因此在实际应用中，LED负载往往要求滤除该电流所带有的正弦纹波。现有技术主要通过采用大电解电容作为C01，成本高且不利于电路集成。同时，由于LED驱动电路的输出功率中包含有正弦纹波，为滤除LED电流中的正弦纹波，需要控制输出电压为包含有正弦纹波的电压波形，以保证LED电流和输出电压的乘积与LED驱动电路的输出功率相等。现有技术主要通过带有滤波电容的恒流控制电路，控制LED负载电流为近似不含纹波的直流电流，同时将输出电压中的正弦纹波加在恒流控制电路两端，保证LED负载两端的电压近似保持不变。在现有技术中，滤波电容的控制或采用固定电流充放电的方式，其缺点是响应速度慢，LED负载的直流电流带有三角波纹波，且纹波幅度固定，平均电流较小时纹波比例很大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消除负载电压和电流纹波的纹波消除电路及应用其的LED控制电路，用以解决现有技术存在的无法解决电流纹波消除的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种以下电路结构的纹波消除电路，包括：
调整管，与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；
第一电容，其两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；
电流源，与所述第一电容并联；
电流产生电路，其电压输入端分别分别连接高电位端和低电位端，所述调整管的第一端作为电流产生电路的高电位端，第一电容与所述电流源的公共端或者地电位端作为电流产生电路的低电位端；根据所述高电位端和低电位端的电压，调节电流产生电路所输出的电流大小；其输出端与第一电容和电流源的公共端连接。
作为优选，所述调整管的第二端经第一电阻连接于输入电压的低电位端，所述第一电容的一端经第一电阻与所述调整管的第二端连接。
作为优选，所述第一电容的一端经第一运放与所述调整管的控制端连接，所述第一运放的第一输入端与所述第一电容连接，第一运放的第二输入端接收表征流经调整管瞬时电流的电流采样信号，第一运放的输出端与所述调整管的控制端连接。
作为优选，所述的纹波消除电路还包括非线性调节电路，所述的非线性调节电路根据所述电流产生电路所产生之电流和所述电流源相比的大小，对所述第一电容充放电。
作为优选，所述充放电的电流与，所述电流产生电路所产生之电流和所述电流源的差值成比例关系。
作为优选，所述非线性调节电路的输入端与所述电流产生电路和所述电流源的公共端连接，所述非线性调节电路的输出端与所述第一电容连接。
作为优选，当电流产生电路所产生的电流i02大于电流源I01的电流时，非线性调节电路对第一电容的充电电流为M*(i02-I01)；当电流产生电路所产生的电流i02小于电流源I01的电流时，非线性调节电路对第一电容的放电电流为N*(I01-i02)。
作为优选，N/M大于等于1。
作为优选，所述的电流产生电路为第二电阻，所述的第二电阻的两端分别与，所述调整管的第一端和电流源与第一电容的公共端连接。
作为优选，所述的电流产生电路包括电压电流转换电路和电流镜模块，所述的电压电流转换电路输入端与所述调整管的第一端连接，所述电压电流转换电路的另一端与所述电流镜模块连接，所述电流镜模块的输出端与，所述电流源和第一电容的公共端连接。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下结构的LED控制电路，包括LED驱动电路和以上任意一种纹波消除电路，所述的LED驱动电路接收交流输入后给LED负载供电。
采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有纹波的直流电，对LED负载供电，带有纹波的直流电连接到LED负载的正端，负载的负端连接到调整管的第一端，调整管的二端连接到地；调整管的控制端到地接有第一电容，第一电容以及电流产生电路和电流源形成的滤波电路，其时间常数远大于工频周期，因此第一电容上的电压近似为没有纹波直流电压，使得经过调整管的电流近似为没有纹波的直流电流，从而实现经过LED负载的电流纹波减小，输入电流纹波通过输入电容转化为调整管的漏源端的电压纹波，通过设置电流源的值可以控制调整管的漏源端电压纹波的直流分量，本发明的纹波消除效果显著，且其实施成本低。由于电流产生电路的输入连接到调整管的第一端，其输出连接到第一电容，因此当负载发生变化时，调整管的第一端电压会发生变化，第一电容上电压可以快速反映负载的变化，因此系统响应快。
附图说明
图1为现有技术中LED控制电路的电路结构图；
图2为本发明纹波消除电路实施例一的电路结构图；
图3为本发明纹波消除电路实施例二的电路结构图；
图4为本发明纹波消除电路实施例三的电路结构图；
图5为本发明纹波消除电路实施例四的电路结构图；
图6为本发明电流产生电路的电路结构图；
图7为本发明纹波消除电路实施例五的电路结构图；
图8为本发明纹波消除电路实施例六的电路结构图；
图9为非线性调节电路的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图2所示，示意了本发明实施例一的电路结构，LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有纹波的直流电源对LED负载供电，所述的直流电源连接到LED负载的正端，LED负载的负端与本发明的纹波消除电路连接。本实施例中的纹波消除电路包括调整管M01、电流产生电路U01、电流源I01和第一电容C02，在本实施例中所述的调整管M01采用NMOS，其第一端为漏极，其第二端为源极，其控制端为栅极。LED负载的负端连接到调整管M01的漏极(即第一端)，调整管M01的源极(即第二端)连接到地。调整管M01的漏极和栅极(即控制端)之间连接电流产生电路U01。电流源I01和第一电容C02并联，且连接在调整管M01的栅极和地之间。
以LED作为负载为例说明，调整管M01的栅极到地接有第一电容C02，第一电容C02以及电流产生电路和I01形成的滤波电路，在平衡时或稳态后，所述的电流产生电路U01所产生电流i02等于电流源的电流I01所产生电流i01，其时间常数远大于工频周期，因此C02上的电压VC近似为没有纹波直流电压，使得经过调整管M01的电流近似为没有纹波的直流电流，从而实现经过LED负载的电流纹波减小，输入电流纹波通过输入电容C01转化为M01的漏源端的电压纹波。通过设置电流源I01所产生电流i01，可以控制M01的漏源端电压纹波的直流分量，即所述电流产生电路U01根据电压VD和电压VC之间的压差，产生电流i02，i02的平均值等于电流源I01所产生电流i01，i01设置得越大，所述压差转换出来的电流i02之电流平均值越大，所述电压VD就越高，以实现直流分量的调节。
参考图3所示，示意了本发明实施例二的电路结构，本实施例为在实施例一的基础上所做的改进，主要区别在于对电流产生电路U01的限定，即采用第二电阻R02作为电流产生电路，其两端分别连接接收VD和VC，二者的压差决定了第二电阻R02上的电流，从而得到电流i02。其他相应的说明可参见实施例一的描述。
参考图4所示，示意了本发明实施例三的电路结构，本实施例为在实施例一和二的基础上所做的改进，主要区别为增加了第一电阻R03，所述的第一电阻R03的一端连接于调整管M01的源极，另一端接地。由于增加了第一电阻R03，能够提升纹波消除的效果。虽然，本实施例将电流产生电路U01也限定为第二电阻R02，但是也可以如实施例一中，不对电流产生电路进行限定，即可以采用除了第二电阻R02之外的其他电路实施。
参考图5所示，示意了本发明实施例四的电路结构，本实施例为在实施例一的基础上所做的改进，主要区别在于电流产生电路U01的输出电流i02并非由VD和VC之压差来控制，而直接采用电压VD控制，即电压VD与地之间的压差，因此U01需要加入到地的连接。其中，电流产生电路的输入端接VD和地，其电流输出端接到VC。电流产生电路所产生的电流i02的大小和VD到地的电压成正比，即i02＝k1*VD。平衡时，其中，为i02的平均值。则VD的平均值
参考图6所示，示意了本发明实施例四中电流产生电路的一种实现方式。所述的电流产生电路包括电压电流转换电路和电流镜模块，所述的电压电流转换电路输入端与所述调整管的第一端连接，所述电压电流转换电路的另一端与所述电流镜模块连接，所述电流镜模块的输出端与，所述电流源和第一电容的公共端连接。具体的实现如下：所述的电流转换电路包括运放U20和开关管M21，VD连接到运放U20的正输入端，电阻R20的一端连接到运放U20的负输入端，另一端连接到地；运放U20的输出端连接到开关管M21的控制端，开关管M21的源极连接到运放的负输入端，也就是运放和电阻R20连接的公共端，M21的漏极连接到由开关管M22和M23组成的电流镜模块的输入端，所述开关管M22和M23均采用PMOS。电流镜模块的输出端即为电流产生电路的输出端。假设M23的宽长比除以M22的宽长比为k2，则电流产生电路的输出电流为k2*VD/R20。即k1＝k2/R20。因此可以通过选取合适的系数k2和电阻R20来得到k1。虽然图6的结构是在以VD为控制电压的基础上实现的，但是也可以将VD与VC的压差作为控制电压来实现。
参考图7所示，示意了本发明实施例五的电路结构，即可在以上所有实施例上进行改进，增加运放U10和电流采样电阻R10，同时电流采样电阻R10也可起到图4中第一电阻R03的作用，但相应的阻值可以有变化，因此在本实施例中也可将电流采样电阻R10定义为权利要求中的第一电阻，又或者说，图4中的第一电阻R03也可同时作为采样电阻。
第一电容C02的正端即VC端，连接到运放U10的正输入端，调整管M01的源极经过电流采样电阻R10连接到地。电流采样电阻R10和调整管M01的公共端连接到运放U10的负输入端，运放U10的输出端连接到调整管M01的栅极。加入了运放U10和电流采样电阻R10，由于VC可以近似为直流电压，则表征流经调整电流的采样电阻R10上电压等于VC电压，近似为直流电压，即LED上电流近似为直流，可以进一步提高纹波消除效果。
参考图8所示，示意了本发明实施例六的电路结构，在上述的所有实施例中，均可在电流产生电路和电流源I01的公共端通过非线性调节电路U30连接到第一电容C02。以实施例一的图2中所记载的方案加入非线性调节电路U30来具体说明。
所述非线性调节电路的输入端与所述电流产生电路和所述电流源的公共端连接，所述非线性调节电路的输出端与所述第一电容连接。通过加入非线性调节电路U30，来调节对VC处第一电容C02的充放电，可以控制VD或者是VD与VC之压差接近谷底的值为一定值。使得当输入电流纹波发生变化时，该纹波消除电路都可以有效去除纹波，且可以将VD或VD-VC的控制值设置为一个较小的值，以减小调整管M01上的损耗。使该方案具有自适应输入电流纹波的功能。
非线性调节电路的一种具体实现方式为，当电流产生电路U01的电流i02大于电流源I01的所产生的电流i01时，非线性调节电路U30对第一电容C02的充电电流为M*(i02-i01)；当电流产生电路U01的电流i02小于电流源I01所产生的电流i01时，非线性调节电路U30对第一电容C02的放电电流为N*(i01-i02)。N/M大于等于1。由于对电容C02的充放电是平衡的，当N/M大于1时，则控制低于i02平均值、高于i02谷底值的一个值等于i01。N/M的值越大，则控制等于i01的值越接近i02的谷底值；N/M的值等于1，即控制i02的平均值等于i01。控制i02的接近谷底的值等于i01的好处是，由于i02的波形反映了VD或者是VD与VC压差的波形，因此，也就是控制VD或者是VD与VC压差的接近谷底的值为一定值。即在平衡时或稳态下，在保证调整管M01工作于饱和区的前提下，使M01的第一端电压较低，能够降低调整管的损耗。
参考图9所示，示意了非线性调节电路一种实现方式的电路原理图，所述非线性调节电路U30的输入端VI与所述电流产生电路和所述电流源I01的公共端连接，所述非线性调节电路U30的输出端与所述第一电容C02连接。当i02大于i01时，则开关K30导通，开关K31关断，电流源M*(i02-i01)对VC充电；当i02小于i01时，则开关K31导通，电流源N*(i01-i02)对VC放电。
除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纹波消除电路，包括：
调整管，与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；
第一电容，其两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；
电流源，与所述第一电容两端相连；
电流产生电路，其电压输入端分别分别连接高电位端和低电位端，所述调整管的第一端作为电流产生电路的高电位端，第一电容与所述电流源的公共端或者地电位端作为电流产生电路的低电位端；根据所述高电位端和低电位端的电压，调节电流产生电路所输出的电流大小；其输出端与第一电容和电流源的公共端连接；
所述的纹波消除电路还包括非线性调节电路，所述的非线性调节电路根据所述电流产生电路所产生之电流和所述电流源所产生之电流相比的大小，对所述第一电容充放电。
2.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：所述调整管的第二端经第一电阻连接于输入电压的低电位端，所述第一电容的一端经第一电阻与所述调整管的第二端连接。
3.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：所述第一电容的一端经第一运放与所述调整管的控制端连接，所述第一运放的第一输入端与所述第一电容连接，第一运放的第二输入端接收表征流经调整管瞬时电流的电流采样信号，第一运放的输出端与所述调整管的控制端连接。
4.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：所述充放电的电流与，所述电流产生电路所产生之电流和所述电流源所产生之电流的差值成比例关系。
5.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：所述非线性调节电路的输入端与所述电流产生电路和所述电流源的公共端连接，所述非线性调节电路的输出端与所述第一电容连接。
6.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：当电流产生电路所产生的电流i02大于电流源所产生的电流i01，非线性调节电路对第一电容的充电电流为M*(i02-i01)；当电流产生电路所产生的电流i02小于电流源所产生的电流i01，非线性调节电路对第一电容的放电电流为N*(i01-i02)，M、N分别为非线性调节电路对第一电容的充电电流和放电电流的调节参数。
7.根据权利要求6所述的纹波消除电路，其特征在于：N/M大于等于1。
8.根据权利要求1、2或3所述的纹波消除电路，其特征在于：所述的电流产生电路为第二电阻，所述的第二电阻的两端分别与，所述调整管的第一端和电流源与第一电容的公共端连接。
9.根据权利要求1所述的纹波消除电路，其特征在于：所述的电流产生电路包括电压电流转换电路和电流镜模块，所述的电压电流转换电路输入端与所述调整管的第一端连接，所述电压电流转换电路的另一端与所述电流镜模块连接，所述电流镜模块的输出端与，所述电流源和第一电容的公共端连接。
10.一种LED控制电路，其特征在于：包括LED驱动电路和以上任意一种纹波消除电路，所述的LED驱动电路接收交流输入后给LED负载供电。
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