CN110446300A - 一种电流去纹波电路、相关电路及装置 - Google Patents

一种电流去纹波电路、相关电路及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电流去纹波电路、相关电路及装置，该电流去纹波电路，与LED负载连接，包括：与LED负载连接的第一晶体管，以及与第一晶体管连接的纹波消除电路，其特征在于，还包括：钳位电压保护电路；所述钳位电压保护电路分别与所述第一晶体管和纹波消除电路连接；所述纹波消除电路用于将电压信号进行滤波处理，以及控制所述第一晶体管在恒流区工作；所述钳位电压保护电路用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压。本发明实施例提供的电流去纹波电路在实现电路去纹波的同时，防止在瞬时高电压冲击下，损坏电路中的低压器件。

Description

一种电流去纹波电路、相关电路及装置
技术领域
本发明涉及LED驱动领域，特别是涉及一种电流去纹波电路、LED负载电路、LED负载驱动电路及LED电路芯片。
背景技术
近年来，高亮度LED(Light-emitting diode)照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。对于LED负载，例如，LED灯丝灯，通常采用恒流驱动电路，对交流电进行整流得到直流电进行供电，由于对交流电整流得到的LED负载的供电电流中会存在相应的电流纹波，因此需要对输入电流进行电流去纹波，以消除LED负载的闪频现象。现有技术中，一般采用大电容配合场效应晶体管实现电流去纹波，由于现在的LED负载的驱动芯片越做越小，采用大电容来进行去纹波是不太现实的，而且需要的成本很高；同时，这种去纹波电路中的器件由于在工作两端压差很大，在LED负载启动时，为防止电路中场效应晶体管承受瞬时高压被击穿，所以要采用高压器件。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电流去纹波电路、LED负载电路、LED负载驱动电路及LED电路芯片。
作为本发明实施例的第一个方面，本发明实施例提供了一种电流去纹波电路，与LED负载连接，包括：与LED负载连接的第一晶体管，以及与第一晶体管连接的纹波消除电路，其特征在于，还包括：钳位电压保护电路；
所述钳位电压保护电路分别与所述第一晶体管和纹波消除电路连接；
所述纹波消除电路用于将电压信号进行滤波处理，以及控制所述第一晶体管在恒流区工作；
所述钳位电压保护电路用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压。
在一个实施例中，所述第一晶体管为第一场效应晶体管；
所述钳位电压保护电路，具体用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于第一场效应晶体管的漏源击穿电压。
在一个实施例中，所述纹波消除电路包括第一电阻、第一电压钳位器件和第一电容，所述第一电阻和第一电压钳位器件连接在所述第一场效应晶体管的漏极和栅极之间；
所述第一电容连接在所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间；
所述钳位电压保护电路与所述第一电阻和第一电压钳位器件并联连接。
在一个实施例中，所述钳位电压保护电路包括串联的第二电阻、至少一个第二电压钳位器件和反向连接的第二场效应晶体管；
所述第二电阻的阻值小于所述第一电阻的阻值，且所述第二电压钳位器件的击穿电压大于等于所述第一电压钳位器件的击穿电压。
在一个实施例中，所述钳位电压保护电路包括串联的第二电阻、至少一个第二电压钳位器件和反向连接的稳压二极管；
所述第二电阻的阻值小于所述第一电阻的阻值，且所述第二电压钳位器件的击穿电压大于等于所述第一电压钳位器件的击穿电压。
在一个实施例中，所述第一场效应晶体管为NMOS管；
所述第二场效应晶体管为NMOS管；
第一电压钳位器件和第二电压钳位器件均为稳压二极管。
在一个实施例中，所述的电流去纹波电路，还包括：
并联于电源正极输入端和电源负极输入端的滤波电容。
作为本发明实施例的第二个方面，本发明实施例提供了一种LED负载电路，包括：直流驱动电路，LED负载以及上述的电流去纹波电路，所述直流驱动电路、LED负载以及所述电流去纹波电路依次连接。
在一个实施例中，所述LED负载包括至少一个LED灯。
作为本发明实施例的第三个方面，本发明实施例提供了一种LED负载驱动电路，与LED负载连接，包括：直流驱动电路以及上述的电流去纹波电路，所述直流驱动电路和所述电流去纹波电路连接。
作为本发明实施例的第四个方面，本发明实施例提供了一种LED电路芯片，包括：上述的电流去纹波电路。
本发明实施例提供的电流去纹波电路，纹波消除电路抬高第一晶体管输入侧电压，使第一晶体管在恒流区工作，为了防止电路中出现瞬时高电压冲击第一晶体管，造成第一晶体管被击穿，通过钳位电压保护电路，当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压，从而不会在第一晶体管处出现瞬时高电压，因此，第一晶体管可以采用低压器件，实现降低电路的制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电流去纹波电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一电流去纹波电路的结构示意图；
图3为场效应晶体管的电压电流特性关系示意图；
图4为本发明实施例提供的第三种电流去纹波电路的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第四种电流去纹波电路的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的第五种电流去纹波电路的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的LED负载电路或LED负载驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种电流去纹波电路，参照图1所示，该电流去纹波电路包括：包括：与LED负载连接的第一晶体管，与第一晶体管连接的纹波消除电路和钳位电压保护电路；所述钳位电压保护电路分别与所述第一晶体管和纹波消除电路连接；
所述纹波消除电路用于将电压信号进行滤波处理，以及控制所述第一晶体管在恒流区工作；
所述钳位电压保护电路用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压。
本发明实施例提供的电流去纹波电路，通过纹波消除电路抬高第一晶体管输入侧电压，使第一晶体管在恒流区工作，为了防止电路中出现瞬时高电压冲击第一晶体管，造成第一晶体管被击穿，通过钳位电压保护电路设置了一个电压信号阈值，当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压，从而不会在第一晶体管处出现瞬时高电压，因此，第一晶体管可以采用低压器件，实现降低电路的制造成本。可以理解的是为了保证电路正常工作时该钳位电压保护电路不启动，并且为电压信号的钳位预留一定的时间，电压信号阈值应设置在电路正常工作电压和电路的最大工作电压之间。至于具体的数值设置可以根据实际情况设定。
在本发明实施例提供的电流去纹波电路中所述第一晶体管可以是，第一场效应晶体管；相应的，
所述钳位电压保护电路，具体用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于第一场效应晶体管的漏源击穿电压。
第一电压钳位器件和第二电压钳位器件可以采用稳压二极管。下面通过几个具体的实施例，对本发明提供的电流去纹波电路进行详细描述：
实施例1：
参照图2所示，本发明实施例提供一种电流去纹波电路，该电流去纹波电路中，包括滤波电容Cout、第一场效应晶体管M1、纹波消除电路和钳位电压保护电路；
所述纹波消除电路包括第一电阻R1、第一稳压二极管ZD1和第一电容C1，第一电阻R1、第一稳压二极管ZD1和第一电容C1串联；
所述钳位电压保护电路包括第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2和反向连接的第二场效应晶体管M2，第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2、反向连接的第二场效应晶体管M2以及第一电容C1串联；
滤波电容Cout并联在电源正极输入端Vin+和电源负极输入端Vin-之间，电源正极输入端Vin+连接LED负载的正极LED+，第一场效应晶体管M1的漏极连接到LED负载的负极LED-，第一场效应晶体管M1的源极连接到电源负极输入端Vin-，纹波消除电路的第一电阻R1和第一稳压二极管ZD1连接在第一场效应晶体管M1的漏极和栅极之间，纹波消除电路的第一电容C1连接在第一场效应晶体管M1的栅极和源极之间；
钳位电压保护电路的第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2和反向连接的第二场效应晶体管M2与纹波消除电路的第一电阻R1和第一稳压二极管ZD2并联。
需要说明的是，在本发明实施例的电流去纹波电路中，第一稳压二极管和第二稳压二极管还可以是其他第一电压钳位器件和第二电压钳位器件，只要能够满足电路中对电压钳位保护的要求即可，例如，可以是，暂态电压抑制器或压敏电阻(VDR)。
在图2所示的电流去纹波电路中，为了达到电流去纹波的目的，需要满足以下两个条件：1、第一场效应晶体管M1工作在恒流区(饱和区)；2、第一场效应晶体管M1的栅极电压Vgate保持恒定。
参照图3所示的场效应晶体管的工作特性示意图，已知当VGS-Vth<VDS时(Vth为场效应晶体管的工作阈值电压，VDS为场效应晶体管漏极与源极之间的电压，VGS为场效应晶体管栅极与源极之间的电压)，场效应晶体管工作在恒流区(饱和区)，在VDS过小时，导通场效应晶体管，电流在可变电阻区变化较大，不能保证恒流，VDS过大(超过最大工作电压)，则会达到击穿区，造成场效应晶体管损坏。所以将VDS控制在合理的电压范围非常重要。
本发明实施例中，在不考虑厄利效应(Early Effect)的情况下，可以认为第一场效应晶体管M1的漏端电流ID与电压VDS无关，因此为了使第一场效应晶体管M1导通时便在恒流区工作，通过采用较大阻值的第一电阻R1的阻值以及较大击穿电压的第一稳压二极管ZD1，从而在电路启动过程中抬高DRN端的电压，使得第一场效应晶体管M1的漏极与源极之间的电压VDS足够大，保证第一场效应晶体管M1时在恒流区导通，实现电路稳流。同时，在电路中CAP端连接的第一电阻R1和第一电容C1组成滤波电路，对电路中的纹波电压进行平滑处理，保证第一场效应晶体管M1的栅极电压Vgate恒定。
参照图2所示，本发明实施例的电流去纹波电路中，滤波电容Cout可以采用电解电容，以进一步降低电路的实现成本；第一场效应晶体管M1和第二场效应晶体管M2可以是采用NMOS管。
参照图2所示，为了使LED负载正常启动工作，本发明实施例中设置第二稳压二极管ZD2的击穿电压大于第一稳压二极管ZD1的击穿电压，比如可以是在实际使用时，第二稳压二极管ZD2的击穿电压设置为大于第一稳压二极管ZD1的击穿电压的2倍以上，并且第二稳压二极管ZD2的击穿电压需要满足小于上述的第一场效应晶体管M1的耐压值。这样在LED负载正常启动时，电源正极输入端Vin+得电，DRN端电压持续升高，在电压升高过程中，由于第二稳压二极管ZD2的击穿电压大于第一稳压二极管ZD1的击穿电压，所以第一稳压二极管ZD1被击穿，而由于DRN端电压达不到第二稳压二极管ZD2的击穿电压，所以第二稳压二极管ZD2不工作，此时，第一场效应晶体管M1在恒流区导通工作，并且在第一场效应晶体管M1工作过程中，通过第一电阻R1和第一电容C1组成的滤波电路进行滤波，实现LED负载电路的恒流去纹波。
对于LED负载来说，会存在非正常工作的情况，比如在LED灯的气密性测试时，一般采用电离试验，通过对LED灯加一个瞬时高电压，看LED灯的灯丝是否发亮判断LED灯丝灯内是否发生惰性气体泄露。
本发明实施例中，设置第二电阻R2的阻值小于第一电阻R1的阻值，比如可以是第一电阻R1的阻值为第二电阻R2的阻值的5～20倍，在LED负载非正常启动过程中，电源正极输入端Vin+得电，DRN端出现较高的瞬时电压(大于第二稳压二极管ZD2的击穿电压)，由于第二电阻R2的阻值远小于第一电阻R1的阻值，在承受较高的瞬时电压时，第二电阻R2的导通时间比第一电阻R1短，所以第二稳压二极管ZD2快速被击穿，对第一电容C1进行充电，CAP端电压升高，由于第一电容C1充电需要一定的时间过程，当充电时间长度达到第一场效应管的启动反应时间，且达到第一场效应晶体管的导通电压，第一场效应晶体管M1导通，通过第一场效应晶体管M1和第一电容C1使较大的瞬时高电压通过，防止在出现瞬时高压时击穿第一场效应晶体管M1，在瞬时高电压对第一电容C1充电后，可能会出现CAP端电压高于DRN端电压的情形，为了防止反向电流造成电路漏电，在钳位电压保护电路中设置反向连接的第二场效应晶体管M2，起到防止漏电的作用。通过钳位电压保护电路，避免DRN端电压过高，损坏第一场效应晶体管M1，采用本发明实施例提供的电流去纹波电路，第一场效应晶体管M1可以选择低耐压值的场效应晶体管，以降低电路实现的成本。
本发明实施例中，在LED负载工作过程中，若电源正极输入端Vin+电压发生波动，由于电压过高造成电路非正常工作时，DRN端出现较高的瞬时电压(大于第二稳压二极管ZD2的击穿电压)，此时，第二稳压二极管ZD2也会被快速击穿，对第一电容C1进行充电，CAP端电压升高，使第一场效应管M1的栅极与源极之间的电压VGS升高，从而提升第一场效应晶体管M1的电流通流能力，通过第一场效应晶体管M1和第一电容C1使较大的瞬时高电压通过，防止因出现瞬时高压造成第一场效应晶体管M1因电流过大造成损坏。
实施例2：
作为本发明实施例的另一个实施方式，参照图4所示，本发明实施例提供另一种电流去纹波电路，该电流去纹波电路中钳位电压保护电路的第二稳压二极管ZD2可以是两个或两个以上，此时，每个第二稳压二极管ZD2的击穿电压可以等于或者大于第一稳压二极管ZD1的击穿电压。
图4中的电流去纹波电路的其他组成结构和连接方式与实施例1中的电流去纹波电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1中的详细描述，在此不再赘述。
实施例3：
作为本发明实施例的另一个实施方式，参照图5所示，本发明实施例提供一种电流去纹波电路，该电流去纹波电路中，包括滤波电容Cout、第一场效应晶体管M1、纹波消除电路和钳位电压保护电路；
所述纹波消除电路包括第一电阻R1、第一稳压二极管ZD1和第一电容C1，第一电阻R1、第一稳压二极管ZD1和第一电容C1串联；
所述钳位电压保护电路包括第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2和反向连接的第三稳压二极管ZD3，第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2、反向连接的第三稳压二极管ZD3以及第一电容C1串联；
滤波电容Cout并联在电源正极输入端Vin+和电源负极输入端Vin-之间，电源正极输入端Vin+连接LED负载的正极LED+，第一场效应晶体管M1的漏极连接到LED负载的负极LED-，第一场效应晶体管M1的源极连接到电源负极输入端Vin-，纹波消除电路的第一电阻R1和第一稳压二极管ZD1连接在第一场效应晶体管M1的漏极和栅极之间，纹波消除电路的第一电容C1连接在第一场效应晶体管M1的栅极和源极之间；钳位电压保护电路的第二电阻R2、第二稳压二极管ZD2和反向连接的第三稳压二极管ZD3与纹波消除电路的第一电阻R1和第一稳压二极管ZD2并联。
该电流去纹波电路中钳位电压保护电路中采用反向设置稳压二极管ZD3代替实施例1或实施例2中的第二场效应晶体管M2，以实现阻止电流反向，防止电路漏电的作用。
本发明实施例中，图5所示的电流去纹波电路的其他组成结构和连接方式与实施例1或实施例2中的电流去纹波电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1或实施例2中的详细描述，在此不再赘述。
当然，本发明实施例中，第三稳压二极管ZD3的数量也可以是两个或以上，并且，可以根据电路的应用实际情况选择适当击穿电压的第三稳压二极管ZD3。
实施例4：
作为本发明实施例的另一个实施方式，参照图6所示，本发明实施例提供另一种电流去纹波电路，该电流去纹波电路中钳位电压保护电路的第二稳压二极管ZD2可以是两个或两个以上，此时，每个第二稳压二极管ZD2的击穿电压可以等于或者大于第一稳压二极管ZD1的击穿电压。
图6中的电流去纹波电路的其他组成结构和连接方式与实施例3中的电流去纹波电路相类似。
该电流去纹波电路中钳位电压保护电路中采用反向设置第三稳压二极管ZD3代替实施例1或实施例2中的第二场效应晶体管M2，以实现阻止电流反向，防止电路漏电的作用。
本发明实施例中，图6所示的电流去纹波电路的其他组成结构和连接方式与实施例1或实施例2中的电流去纹波电路相类似，具体的电路实现过程，可以参见上述实施例1、实施例2或实施例3中的详细描述，在此不再赘述。
基于相同的发明构思，参照图7所示，本发明实施例还提供了一种LED负载电路，包括：直流驱动电路，LED负载以及上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路，所述直流驱动电源、LED负载以及所述电流去纹波电路依次连接。
本发明实施例提供的LED负载电路，通过上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路实现电流去纹波的同时，还能保证在LED负载电路中出现瞬时电压时，防止电路中第一场效应晶体管被击穿；第一场效应晶体管可以采用低压器件，实现降低电路成本。
在一个实施例中，所述LED负载包括至少一个LED灯。LED灯的数量可以根据实际使用需求进行设置。
基于相同的发明构思，参照图7所示，本发明实施例还提供了一种LED负载驱动电路，与LED负载连接，包括：直流驱动电路以及上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路，所述直流驱动电路和所述电流去纹波电路与所述LED负载连接。
本发明实施例提供的LED负载驱动电路，通过上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路实现电流去纹波的同时，还能防止电路中第一场效应晶体管被瞬时电压击穿；第一场效应晶体管可以采用低压器件，实现降低电路成本。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种LED电路芯片，包括：上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路。
本发明实施例中，提供的LED电路芯片中，电流去纹波电路可以与其他电路，比如直流驱动电路或功率控制电路集成在同一电路芯片，也可以是将电流去纹波电路单独进行封装。
本发明实施例提供的LED电路芯片，通过上述实施例1至实施例4任一电流去纹波电路实现电流去纹波的同时，还能在电路非正常工作，出现瞬时高电压时，防止电路中第一场效应晶体管被瞬时高电压击穿，第一场效应晶体管可以采用低压器件，实现降低电路成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种电流去纹波电路，与LED负载连接，包括：与LED负载连接的第一晶体管，以及与第一晶体管连接的纹波消除电路，其特征在于，还包括：钳位电压保护电路；
所述钳位电压保护电路分别与所述第一晶体管和纹波消除电路连接；
所述纹波消除电路用于将电压信号进行滤波处理，以及控制所述第一晶体管在恒流区工作；
所述钳位电压保护电路用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于电路的最大工作电压。
2.如权利要求1所述的电流去纹波电路，其特征在于，所述第一晶体管为第一场效应晶体管；
所述钳位电压保护电路，具体用于当电压信号高于预设的电压信号阈值时，将电压信号钳位至低于第一场效应晶体管的漏源击穿电压。
3.如权利要求2所述的电流去纹波电路，其特征在于，所述纹波消除电路包括第一电阻、第一电压钳位器件和第一电容，所述第一电阻和第一电压钳位器件连接在所述第一场效应晶体管的漏极和栅极之间；
所述第一电容连接在所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间；
所述钳位电压保护电路与所述第一电阻和第一电压钳位器件并联连接。
4.如权利要求3所述的电流去纹波电路，其特征在于，所述钳位电压保护电路包括串联的第二电阻、至少一个第二电压钳位器件和反向连接的第二场效应晶体管；
所述第二电阻的阻值小于所述第一电阻的阻值，且所述第二电压钳位器件的击穿电压大于等于所述第一电压钳位器件的击穿电压。
5.如权利要求3所述的电流去纹波电路，其特征在于，所述钳位电压保护电路包括串联的第二电阻、至少一个第二电压钳位器件和反向连接的稳压二极管；
所述第二电阻的阻值小于所述第一电阻的阻值，且所述第二电压钳位器件的击穿电压大于等于所述第一电压钳位器件的击穿电压。
6.如权利要求4或5所述的电流去纹波电路，其特征在于，所述第一场效应晶体管为NMOS管；
所述第二场效应晶体管为NMOS管；
第一电压钳位器件和第二电压钳位器件均为稳压二极管。
7.如权利要求1-5任一项所述的电流去纹波电路，其特征在于，还包括：
并联于电源正极输入端和电源负极输入端的滤波电容。
8.一种LED负载电路，包括：直流驱动电路，LED负载以及权利要求1-7任一项所述的电流去纹波电路，所述直流驱动电路、LED负载以及所述电流去纹波电路依次连接。
9.如权利要求8所述的LED负载电路，所述LED负载包括至少一个LED灯。
10.一种LED负载驱动电路，与LED负载连接，包括：直流驱动电路以及权利要求1-7任一项所述的电流去纹波电路，所述直流驱动电路和所述电流去纹波电路连接。
11.一种LED电路芯片，其特征在于，包括：权利要求1-7任一项所述的电流去纹波电路。
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