CN108024416B - Led电流纹波消除电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED电流纹波消除电路，通过谷底识别模块用于对所述输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；逻辑控制模块用于接收所述谷底识别模块输出的脉冲信号，并输出第一触发信号及延时触发信号；纹波控制模块用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果并输出控制信号给可调恒流源模块；可调恒流源模块用于根据控制信号用于控制流过所述LED的电流升高或降低。因此，上述电路对输出电压谷底电压信号进行采样，通过比较各个周期的谷底电压信号，进而控制可调恒流源模块的基准信号，调整恒流源工作电流状态，最终实现去除输出电流工频纹波。

Description

LED电流纹波消除电路

技术领域

本发明涉及LED控制电路，特别是涉及一种结构简单、效果好的LED电流纹波消除电路。

背景技术

随着照明行业的迅速发展，拥有极高光效的LED已经全面开始取代传统的钨丝灯或者节能灯，而随着LED照明行业各国的标准及法规的逐步完善和提高，LED市场对产品的功率因素要求也越来越高。随着成本压力逐渐增加，单级有源功率因素校正（PFC）的LED恒流驱动（隔离和非隔离）已经成为应对市场需求的主流方案。

但在常用的单级有源功率因素校正的LED恒流驱动中，由于系统架构的问题，会导致输出电流上带有非常大的工频二倍频的纹波电流，导致LED的亮度随着LED电流变化而变化，也就是所谓的输出电流频闪。此现象不仅让人体产生疲劳感而且对灯珠的寿命也有降低作用。

为了改善这个问题大多数会通过加大输出电容来降低输出电流纹波，但是只能改善无法彻底消除。常用的单级有源功率因素校正（PFC）的LED恒流驱动，现有的技术方案通常在LED模块下面串联一个负反馈电流源电流，通过采样电阻采样获得的电压信号和芯片内部基准的比较，调节开关管的工作状态，保证最后实现输出电流的低纹波效果。由于控制方式的缺陷，势必导致在输出纹波较大的时候，会因为开关管的调节范围有限，导致部分区间进入开环状态，从而失去去除输出电流纹波的作用。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构简单、效果好的LED电流纹波消除电路。

一种LED电流纹波消除电路，用于滤除LED恒流驱动输出电流中的纹波信号，包括谷底识别模块、逻辑控制模块、可调恒流源模块及纹波控制模块；

所述谷底识别模块的输入端接输入电压、输出端接所述逻辑控制模块的输入端；所述纹波控制模块的输入端接输入电压、第一采样端接所述逻辑控制模块的第一输出端、第二采样端接所述逻辑控制模块的第二输出端、输出端接所述可调恒流源模块的输入端；所述可调恒流源模块的输出端接所述LED、接地端接地；

所述谷底识别模块用于对所述输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；

所述逻辑控制模块用于接收所述谷底识别模块输出的脉冲信号，并识别所述脉冲信号的第一个高电平；所述逻辑控制模块在识别出该第一高电平之后，第一输出端输出第一触发信号给所述纹波控制模块的第一采样端、第二输出端输出延时触发信号给所述纹波控制模块的第二采样端；

所述纹波控制模块的第一采样端在接收所述第一触发信号后，对输入电压的上一周期谷底电压信号进行采样；所述纹波控制模块的第二采样端在接收所述延时触发信号后，对输入电压的当前周期谷底电压信号进行采样；所述纹波控制模块还用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果并输出控制信号给所述可调恒流源模块；

所述可调恒流源模块用于根据所述控制信号用于控制流过所述LED的电流升高或降低。

在其中一个实施例中，所述谷底识别模块包括开关S1、电容C1及比较器U1；

所述比较器U1的同相输入端接输入电压、反相输入端接所述开关S1的一端，所述开关S1远离所述比较器U1反相输入端的一端接输入电压；所述电容C1一端接所述开关S1与所述比较器U1反相输入端的公共连接点，另一端接地。

在其中一个实施例中，所述开关S1在固定周期内导通，所述比较器U1在所述开关S1导通后，对比较器U1同相输入端的输入电压和反相输入端的采样电压进行比较，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述谷底识别模块用于在固定周期内对输入电压进行定频采样。

在其中一个实施例中，所述纹波控制模块包括开关S2、开关S3、电容C2、电容C3、电容C4及放大器U2；

所述开关S2一端接输入电压、另一端接所述放大器的同相输入端；

所述开关S3一端接所述放大器的同相输入端与所述开关S2的公共连接点、另一端接所述放大器的反相输入端；

所述电容C2一端接地、另一端接所述放大器的同相输入端与所述开关S2的公共连接点；

所述电容C3一端接地、另一端接所述放大器的反相输入端与所述开关S3的公共连接点；

所述电容C4一端接所述放大器的输出端、另一端接地；

所述开关S2的控制端接所述逻辑控制模块的第一输出端，所述开关S3的控制端接所述逻辑控制模块的第二输出端，所述放大器的输出端接所述可调恒流源的输入端。

在其中一个实施例中，所述开关S2用于在接收到所述逻辑控制模块输出的第一触发信号时导通，并在所述逻辑控制模块停止输出第一触发信号后断开。

在其中一个实施例中，所述开关S3用于在接收到所述逻辑控制模块输出的延时触发信号时导通，并在所述逻辑控制模块停止输出延时触发信号后断开。

在其中一个实施例中，所述开关S2导通、所述开关S3断开时，所述电容C2对上一周期的谷底电压信号进行采样

在其中一个实施例中，所述开关S2断开、所述开关S3导通时，所述电容C3对当前周期的谷底电压信号进行采样。

在其中一个实施例中，所述放大器U2用于调整所述电容C4两端的压降，并将所述电容C4两端的压降输出给所述可调恒流源模块。

上述LED电流纹波消除电路通过谷底识别模块用于对所述输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；逻辑控制模块用于接收所述谷底识别模块输出的脉冲信号，并输出第一触发信号及延时触发信号；纹波控制模块用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果并输出控制信号给可调恒流源模块；可调恒流源模块用于根据控制信号用于控制流过所述LED的电流升高或降低。因此，上述电路对输出电压谷底电压信号进行采样，通过比较各个周期的谷底电压信号，进而控制可调恒流源模块的基准信号，调整恒流源工作电流状态，最终实现去除输出电流工频纹波。

附图说明

图1为LED电流纹波消除电路的模块图；

图2为LED电流纹波消除电路的原理图；

图3为谷底识别模块与逻辑控制模块之间的逻辑示意图；

图4为LED电流纹波消除电路的控制环路波形示意图。

实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，为LED电流纹波消除电路的模块图。

一种LED电流纹波消除电路，用于滤除LED恒流驱动输出电流中的纹波信号，包括谷底识别模块101、逻辑控制模块102、可调恒流源模块103及纹波控制模块104；

谷底识别模块101的输入端接输入电压、输出端接逻辑控制模块102的输入端；纹波控制模块104的输入端接输入电压、第一采样端接逻辑控制模块102的第一输出端、第二采样端接逻辑控制模块102的第二输出端、输出端接可调恒流源模块103的输入端；可调恒流源模块103的输出端接LED、接地端接地；

谷底识别模块101用于对输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；

逻辑控制模块102用于接收谷底识别模块101输出的脉冲信号，并识别脉冲信号的第一个高电平；逻辑控制模块102在识别出该第一高电平之后，第一输出端输出第一触发信号给纹波控制模块104的第一采样端、第二输出端输出延时触发信号给纹波控制模块104的第二采样端；

纹波控制模块104的第一采样端在接收第一触发信号后，对输入电压的上一周期谷底电压信号进行采样；纹波控制模块104的第二采样端在接收延时触发信号后，对输入电压的当前周期谷底电压信号进行采样；纹波控制模块104还用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果并输出控制信号给可调恒流源模块103；

可调恒流源模块103用于根据控制信号用于控制流过LED的电流升高或降低。

可调恒流源模块103控制LED电流与纹波控制模块104的输出电压严格成比例。或者，改变可调恒流源模块103控制LED电流与纹波控制模块104的输出电压严格成反比。

逻辑控制模块102输出的第一个高脉冲是谷底识别模块101的输出脉冲群消失后再次出现脉冲时，之后间隔一个延时再发出第二个采样信号的。

上述电路作用于单级有源功率因素校正的LED恒流驱动电源，消除电流中的工频纹波。

具体的，谷底识别模块101用于在固定周期对输入电压进行定频采样，再对采样到的结果与输入电压的实时值进行比较，使得输出端的信号在固定周期内呈现不同的翻转状态。

逻辑控制模块102接收谷底识别模块101的输出信号，识别到的第一个高电平时，则认为前级输入电压（代表输出电流）处于最低点，从而触发输出2个短脉冲采样信号C（第一触发信号）和采样信号D（延时触发信号），分别控制纹波控制模块104对输入电压进行采样。谷底识别模块101的输出信号B、采样信号C、采样信号D的逻辑示意图如3所示。

纹波控制模块104在检测到逻辑控制模块102的第一触发信号时，将上一周期的谷底电压信号进行采样，在检测到逻辑控制模块102的延时触发信号时，将本周期的谷底电压信号进行采样，将两次的采样结果进行比较，来控制输出端的电压上升和下降，若本周期的谷底电压高于上一周期的谷底电压，则调高输出端的电压并输出给可调恒流源模块103，让流过LED的电流变大；反之，则调低输出端的电压并输出给可调恒流源模块103，让流过LED的电流变小，最终实现消除纹波的效果。

上述电路有效的去除了带有源功率因素校正的输出电流的工频纹波，解决了LED灯频闪的问题。

上述电路中的谷底信号模块用于检测每个周期的谷底电压信号。逻辑控制模块102可实时针对前后周期的谷底电压信号差别对输出纹波进行调节。且上述电路适应所有单级有源功率因素校正的LED恒流驱动，包含buck电路、buck-boost电路、boost电路及flyback电路等拓扑应用。

请结合图2。

谷底识别模块101包括开关S1、电容C1及比较器U1；

比较器U1的同相输入端接输入电压、反相输入端接开关S1的一端，开关S1远离比较器U1反相输入端的一端接输入电压；电容C1一端接开关S1与比较器U1反相输入端的公共连接点，另一端接地。

开关S1在固定周期内导通，比较器U1在开关S1导通后，对比较器U1同相输入端的输入电压和反相输入端的采样电压进行比较，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号。

谷底识别模块101用于在固定周期内对输入电压进行定频采样。

纹波控制模块104包括开关S2、开关S3、电容C2、电容C3、电容C4及放大器U2；

开关S2一端接输入电压、另一端接放大器的同相输入端；

开关S3一端接放大器的同相输入端与开关S2的公共连接点、另一端接放大器的反相输入端；

电容C2一端接地、另一端接放大器的同相输入端与开关S2的公共连接点；

电容C3一端接地、另一端接放大器的反相输入端与开关S3的公共连接点；

电容C4一端接放大器的输出端、另一端接地；

开关S2的控制端接逻辑控制模块102的第一输出端，开关S3的控制端接逻辑控制模块102的第二输出端，放大器的输出端接可调恒流源的输入端。

开关S2用于在接收到逻辑控制模块102输出的第一触发信号时导通，并在逻辑控制模块102停止输出第一触发信号后断开。

开关S3用于在接收到逻辑控制模块102输出的延时触发信号时导通，并在逻辑控制模块102停止输出延时触发信号后断开。

开关S2导通、开关S3断开时，电容C2对上一周期的谷底电压信号进行采样

开关S2断开、开关S3导通时，电容C3对当前周期的谷底电压信号进行采样。

放大器U2用于调整电容C4两端的压降，并将电容C4两端的压降输出给可调恒流源模块103。

基于上述所有实施例，LED电流纹波消除电路的工作原理如下：

控制开关S1在固定周期内导通，因而通过电容C1对输入电压进行定频采样。比较器U1用于对输入电压与采样到的电压进行比较，从而输出在固定周期内呈翻转状态的脉冲信号。

逻辑控制模块102用于根据接收的脉冲信号输出第一触发信号及延时触发信号。逻辑控制模块102可采用现有的逻辑门、逻辑运算单元、寄存器及触发器来完成逻辑控制，只要满足输出信号B、采样信号C与采样信号D的波形示意图就行。

因此，逻辑控制模块102在识别到第一个高电平时，则认为前级输入电压处于最低点，从而输出第一触发信号。而延时触发信号则需要在经过延迟阈值时间后再发出。逻辑控制模块102在发出延时触发信号时，会停止输出第一触发信号。

第一触发信号用于控制开关S2的导通，开关S2导通时，电容C2对输入电压进行采样，并将采样结果输出给放大器U2。延时触发信号用于控制开关S3的导通，开关S3导通时，电容C3对输入电压进行采样，并将采样结果输出给放大器U2。放大器U2将两次的采样结果进行比较，若电容C3的采样电压高于电容C2的采样电压，则控制放大器U2的输出端的电压升高，即通过升高电容C4两端的压降，来升高可调恒流源模块103的基准电压，使得流过LED的电流增大。反之，则控制放大器U2的输出端的电压降低，即降低电容C4两端的压降，来降低可调恒流源模块103的基准电压，使得流过LED的电流减小。因而，能够实现纹波的消除。基于上述实施例，输入电压、纹波控制模块104的采样电压及输出电压、LED电流的波形关系如图4所示。

上述LED电流纹波消除电路通过谷底识别模块101用于对输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；逻辑控制模块102用于接收谷底识别模块101输出的脉冲信号，并输出第一触发信号及延时触发信号；纹波控制模块用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果并输出控制信号给可调恒流源模块103；可调恒流源模块103用于根据控制信号用于控制流过LED的电流升高或降低。因此，上述电路对输出电压谷底电压信号进行采样，通过比较各个周期的谷底电压信号，进而控制可调恒流源模块103的基准信号，调整恒流源工作电流状态，最终实现去除输出电流工频纹波。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种LED电流纹波消除电路，用于滤除LED恒流驱动输出电流中的纹波信号，其特征在于，包括谷底识别模块、逻辑控制模块、可调恒流源模块及纹波控制模块；

所述谷底识别模块的输入端接输入电压、输出端接所述逻辑控制模块的输入端；所述纹波控制模块的输入端接输入电压、第一采样端接所述逻辑控制模块的第一输出端、第二采样端接所述逻辑控制模块的第二输出端、输出端接所述可调恒流源模块的输入端；所述可调恒流源模块的输出端接LED、接地端接地；

所述谷底识别模块用于对所述输入电压进行定频采样，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号；

所述逻辑控制模块用于接收所述谷底识别模块输出的脉冲信号，并识别所述脉冲信号的第一高电平；所述逻辑控制模块在识别出该第一高电平之后，第一输出端输出第一触发信号给所述纹波控制模块的第一采样端、第二输出端输出延时触发信号给所述纹波控制模块的第二采样端；

所述纹波控制模块的第一采样端在接收所述第一触发信号后，对输入电压的上一周期谷底电压信号进行采样；所述纹波控制模块的第二采样端在接收所述延时触发信号后，对输入电压的当前周期谷底电压信号进行采样；所述纹波控制模块还用于根据比较第一采样端与第二采样端的采样结果、输出控制信号给所述可调恒流源模块；

所述可调恒流源模块用于根据所述控制信号用于控制流过所述LED的电流升高或降低；

所述谷底识别模块包括开关S1、电容C1及比较器U1；所述比较器U1的同相输入端接输入电压、反相输入端接所述开关S1的一端，所述开关S1远离所述比较器U1反相输入端的一端接输入电压；所述电容C1一端接所述开关S1与所述比较器U1反相输入端的公共连接点，另一端接地；

所述纹波控制模块包括开关S2、开关S3、电容C2、电容C3、电容C4及放大器U2；所述开关S2一端接输入电压、另一端接所述放大器U2的同相输入端；

所述开关S3一端接所述放大器U2的同相输入端与所述开关S2的公共连接点、另一端接所述放大器U2的反相输入端；

所述电容C2一端接地、另一端接所述放大器U2的同相输入端与所述开关S2的公共连接点；

所述电容C3一端接地、另一端接所述放大器U2的反相输入端与所述开关S3的公共连接点；

所述电容C4一端接所述放大器U2的输出端、另一端接地；

所述开关S2的控制端接所述逻辑控制模块的第一输出端，所述开关S3的控制端接所述逻辑控制模块的第二输出端，所述放大器U2的输出端接所述可调恒流源的输入端。

2.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述开关S1在固定周期内导通，所述比较器U1在所述开关S1导通后，对比较器U1同相输入端的输入电压和反相输入端的采样电压进行比较，并输出在固定周期内呈现翻转状态的脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述谷底识别模块用于在固定周期内对输入电压进行定频采样。

4.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述开关S2用于在接收到所述逻辑控制模块输出的第一触发信号时导通，并在所述逻辑控制模块停止输出第一触发信号后断开。

5.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述开关S3用于在接收到所述逻辑控制模块输出的延时触发信号时导通，并在所述逻辑控制模块停止输出延时触发信号后断开。

6.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述开关S2导通、所述开关S3断开时，所述电容C2对上一周期的谷底电压信号进行采样。

7.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述开关S2断开、所述开关S3导通时，所述电容C3对当前周期的谷底电压信号进行采样。

8.根据权利要求1所述的LED电流纹波消除电路，其特征在于，所述放大器U2用于调整所述电容C4两端的压降，并将所述电容C4两端的压降输出给所述可调恒流源模块。