CN109167506A - 一种电流滤波电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流滤波电路，包括负载、第一滤波器、电压采样器、第二滤波器及电压电流转换器，所述第二滤波器与电压采样器连接，所述电压电流转换器与第二滤波器连接，所述电压采样器、第二滤波器及电压电流转换器组成滤波恒流单元；所述滤波恒流单元与负载串联形成串联支路，所述第一滤波器并联在所述串联支路的两端。本发明利用电压采样、滤波和恒流技术，使得输出纹波电流与负载阻抗无关，降低纹波电流。

Description

一种电流滤波电路
技术领域
本发明涉及电子驱动电路控制技术领域，特别涉及一种电流滤波电路。
背景技术
LED作为一种高效的新光源，由于具有寿命长，能耗低，节能环保，正广泛应用于各领域照明。
目前线性和开关恒流驱动电源都存在纹波缺陷，现有技术中的负载滤波电路如图1所示：即滤波器与负载直接并联连接，流过负载的输出电流纹波随着负载电路的阻抗变化而变化，当输出负载阻抗较低时，纹波电流较大。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种电流滤波电路，所述技术方案如下：
本发明提供了一种电流滤波电路，包括负载、第一滤波器、电压采样器、第二滤波器及电压电流转换器，所述第二滤波器与电压采样器连接，所述电压电流转换器和第二滤波器连接，所述电压采样器、第二滤波器及电压电流转换器组成滤波恒流单元；
所述滤波恒流单元与负载串联形成串联支路，所述第一滤波器并联在所述串联支路的两端。
进一步地，所述电压采样器包括串联连接的第一采样电阻和第二采样电阻，所述电压采样器的采样端设置在所述第一采样电阻与第二采样电阻之间。
可选地，所述第二滤波器包括电容器，所述电压电流转换器包括功率管，所述功率管的栅极与电压采样器的采样端和电容器的一端连接，所述功率管的漏极与电压采样器的一端连接，所述功率管的源极与电压采样器的另一端和电容器的另一端连接。
可选地，所述第二滤波器包括电容器和第一运算放大器，所述电压电流转换器包括功率管，所述第一运算放大器的正向输入端与电压采样器的采样端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与基准电压源连接，所述第一运算放大器的输出端与功率管的栅极和电容器的一端连接，所述功率管的漏极与电压采样器的一端连接，所述功率管的源极与电压采样器的另一端和电容器的另一端连接。
可选地，所述第二滤波器包括电容器和第一运算放大器，所述电压电流转换器包括功率管、第二运算放大器和第三采样电阻，所述第一运算放大器的正向输入端与电压采样器的采样端连接，所述第一运算放大器的反向输入端与基准电压源连接，所述第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的正向输入端和电容器的一端连接；
所述第二运算放大器的反向输入端与所述功率管的源极连接，所述第二运算放大器的输出端与功率管的栅极连接，所述功率管的漏极与电压采样器的一端连接，所述功率管的源极与第三采样电阻的一端连接，所述第三采样电阻的另一端与电压采样器的另一端和电容器的另一端连接。
进一步地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为功率管的阈值电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
进一步地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
进一步地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
进一步地，所述负载包括一个或多个串联的LED灯。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
1)在负载通路中串联一级恒流线路，恒流值自适应地与输入平均电流相等，使得输出纹波电流与负载电路阻抗无关，极大地降低了输出纹波电流；
2)串联的一级恒流线路提高了整体的输出阻抗，进一步降低了输出纹波电流；
3)纹波电流误差小，提高工程量产的质量稳定均一性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中滤波电路的电路示意图；
图2是本发明实施例提供的电流滤波电路总拓扑结构框图；
图3是本发明实施例提供的第一种电流滤波电路图；
图4是本发明实施例提供的第二种电流滤波电路图；
图5是本发明实施例提供的第三种电流滤波电路图；
图6是本发明实施例提供的电流滤波电路中电压、电流波形图。
其中，附图标记包括：1-负载，2-第一滤波器，3-电压采样器，31-第一采样电阻，32-第二采样电阻，4-第二滤波器，41-电容器，42-第一运算放大器，5-电压电流转换器，51-功率管，52-第二运算放大器，53-第三采样电阻。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
为了克服现有技术中LED电路中纹波电流过大的缺陷，本发明提供了一种电流滤波电路，在电路中加入滤波器和恒流器，自适应调节负载电路电流，参见图2，所述滤波电路包括负载1、第一滤波器2、电压采样器3、第二滤波器4及电压电流转换器5，所述第二滤波器4与电压采样器3连接，所述电压电流转换器5与第二滤波器4连接，所述电压采样器3、第二滤波器4及电压电流转换器5组成滤波恒流单元；所述滤波恒流单元与负载1串联形成串联支路，所述第一滤波器2并联在所述串联支路的两端。
上述的滤波电路实现无纹波电流的工作原理如下：通过电压采样器检测图2中的输出电压Vo，经过滤波或者误差放大滤波后产生一个直流控制电压Vc，此控制电压Vc与输出电压Vo的平均值Vo_dc的变化方向一致，参见图6。然后通过电压电流转换器将直流控制电压Vc转换为输出直流电流I_out_dc，达到恒流滤波效果。
以上可以看出，在输出负载通路中串联一级恒流线路，恒流值自适应地与输入平均电流相等，并且提高了整体的输出阻抗，使得输出纹波电流与负载电路阻抗无关，极大地降低了输出纹波电流。
在本发明实施例中，所述电压采样器3包括串联连接的第一采样电阻31和第二采样电阻32，所述电压采样器3的采样端设置在所述第一采样电阻31与第二采样电阻32之间。
图2为本发明的总拓扑结构，关于该拓扑结构的具体实施方案举例以下几种：
实施例1
如图3所示，本发明实施例中的第二滤波器4包括电容器41，所述电压电流转换器5包括功率管51，所述功率管51的栅极与电压采样器3的采样端(电阻R1与R2之间的端子)和电容器41的一端连接，所述功率管51的漏极与电压采样器3的一端(电阻R1的上端)连接，所述功率管51的源极与电压采样器3的另一端(电阻R2的下端)和电容器41的另一端连接。
与之对应地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为功率管的阈值电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
即可以看出，电压电流转换器控制输出电压平均值和流经负载的电流值为恒定值，本实施方式的优点在于：结构简单，降低成本。
实施例2
与实施例1不同的是，在本实施例中，所述第二滤波器4包括电容器41和第一运算放大器42，所述电压电流转换器5包括功率管51，参见图4，所述第一运算放大器42的正向输入端与电压采样器3的采样端(电阻R1与R2之间的端子)连接，所述第一运算放大器42的反向输入端与基准电压源(基准电压为Vref)连接，所述第一运算放大器42的输出端与功率管51的栅极和电容器41的一端连接，所述功率管51的漏极与电压采样器3的一端(电阻R1的上端)连接，所述功率管51的源极与电压采样器3的另一端(电阻R2的下端)和电容器41的另一端连接。
与之对应地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
即可以看出，第一运算放大器控制输出电压平均值和流经负载的电流值为恒定值，本实施方式的优点在于：工程量产偏差小，成本较实施例1的实施成本高。
实施例3
与实施例1不同的是，在本实施例中，所述第二滤波器4包括电容器41和第一运算放大器42，所述电压电流转换器5包括功率管51、第二运算放大器52和第三采样电阻53，参见图5，所述第一运算放大器42的正向输入端与电压采样器3的采样端(电阻R1与R2之间的端子)连接，所述第一运算放大器42的反向输入端与基准电压源(基准电压为Vref)连接，所述第一运算放大器42的输出端与第二运算放大器52的正向输入端和电容器41的一端连接；
所述第二运算放大器52的反向输入端与所述功率管51的源极连接，所述第二运算放大器52的输出端与功率管51的栅极连接，所述功率管51的漏极与电压采样器3的一端(电阻R1的上端)连接，所述功率管51的源极与第三采样电阻53的一端连接，所述第三采样电阻53的另一端与电压采样器3的另一端(电阻R2的下端)和电容器41的另一端连接。
与之对应地，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
即可以看出，第一运算放大器控制输出电压平均值和流经负载的电流值为恒定值，本实施方式的优点在于：工程量产偏差小，由于本实施例中的电压电流转换器(图5中NM1功率管)较小，因此成本较实施例2的实施成本低。
以上三个实施例中，所述负载1包括一个或多个串联的LED灯，所述第一滤波器2均为电容器(单个设置或者多个并联设置)，而实施例1中第二滤波器为电容器，实施例2和实施例3中的第二滤波器包括一个运算放大器和电容器(电容器可以为一个，也可以由多个电容器并联设置)。在实施例1和实施例2中，所述电压电流转换器5为功率管，而在实施例3中，所述电压电流转换器5包括运算放大器、功率管和一个采样电阻。以上三种实施方式，均可以实现本发明的技术方案，各自具有相应的优势特点(如上述，在此不再赘述)，实现无纹波的技术效果，需要说明的是，本发明中所述的无纹波效果指的是纹波电流接近零的情况，而不限定纹波电流一定等于零。
在本发明实施例中，现有的LED照明行业中，无纹波制约了LED的高质量研发生产，为了克服现有LED线性驱动电路技术存在不足，本发明利用电压采样、滤波和恒流技术，使得输出纹波电流与负载阻抗无关，降低纹波电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电流滤波电路，其特征在于，包括负载(1)、第一滤波器(2)、电压采样器(3)、第二滤波器(4)及电压电流转换器(5)，所述第二滤波器(4)与电压采样器(3)连接，所述电压电流转换器(5)与第二滤波器(4)连接，所述电压采样器(3)、第二滤波器(4)及电压电流转换器(5)组成滤波恒流单元；
所述滤波恒流单元与负载(1)串联形成串联支路，所述第一滤波器(2)并联在所述串联支路的两端。
2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述电压采样器(3)包括串联连接的第一采样电阻(31)和第二采样电阻(32)，所述电压采样器(3)的采样端设置在所述第一采样电阻(31)与第二采样电阻(32)之间。
3.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述第二滤波器(4)包括电容器(41)，所述电压电流转换器(5)包括功率管(51)，所述功率管(51)的栅极与电压采样器(3)的采样端和电容器(41)的一端连接，所述功率管(51)的漏极与电压采样器(3)的一端连接，所述功率管(51)的源极与电压采样器(3)的另一端和电容器(41)的另一端连接。
4.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述第二滤波器(4)包括电容器(41)和第一运算放大器(42)，所述电压电流转换器(5)包括功率管(51)，所述第一运算放大器(42)的正向输入端与电压采样器(3)的采样端连接，所述第一运算放大器(42)的反向输入端与基准电压源连接，所述第一运算放大器(42)的输出端与功率管(51)的栅极和电容器(41)的一端连接，所述功率管(51)的漏极与电压采样器(3)的一端连接，所述功率管(51)的源极与电压采样器(3)的另一端和电容器(41)的另一端连接。
5.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，所述第二滤波器(4)包括电容器(41)和第一运算放大器(42)，所述电压电流转换器(5)包括功率管(51)、第二运算放大器(52)和第三采样电阻(53)，所述第一运算放大器(42)的正向输入端与电压采样器(3)的采样端连接，所述第一运算放大器(42)的反向输入端与基准电压源连接，所述第一运算放大器(42)的输出端与第二运算放大器(52)的正向输入端和电容器(41)的一端连接；
所述第二运算放大器(52)的反向输入端与所述功率管(51)的源极连接，所述第二运算放大器(52)的输出端与功率管(51)的栅极连接，所述功率管(51)的漏极与电压采样器(3)的一端连接，所述功率管(51)的源极与第三采样电阻(53)的一端连接，所述第三采样电阻(53)的另一端与电压采样器(3)的另一端和电容器(41)的另一端连接。
6.根据权利要求3所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为功率管的阈值电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
7.根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
8.根据权利要求5所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路的输出电压平均值的计算公式为：
Vo_dc＝Vref(R1+R2)/R2，其中，Vo_dc为输出电压平均值，Vref为第一运算放大器的基准电压，R1为第一采样电阻阻值，R2为第二采样电阻阻值。
9.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述负载包括一个或多个串联的LED灯。
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