CN110545607B - 可降低电流纹波的电源供应电路及降低电流纹波的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种可降低电流纹波的电源供应电路及降低电流纹波的方法。可降低电流纹波的电源供应电路，供应并调节流经多通道发光元件电路中各发光元件串所对应的发光元件电流。可降低电流纹波的电源供应电路包含：具有功率因子校正功能的稳压电路，用以将输出电压调节于预设电压位准；多个闪烁缓和器，分别耦接于对应的发光元件串，分别将对应的发光元件电流，调节于预设固定电流位准，以避免发光元件电流具有电流纹波；以及输出电容，与稳压电路耦接，以提供电流纹波的泄流路径，以避免电流纹波流经多通道发光元件电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种可降低电流纹波的电源供应电路及降低电流纹波的方法，特别是指一种分别调节对应的发光电流而降低电流纹波的可降低电流纹波的电源供应电路及降低电流纹波的方法。
背景技术
图1显示一种发光二极管(light emitting diode,LED)电源供应电路1的示意图。如图所示，LED电源供应电路1包含稳流电路30、PFC电路40、与输出电容Cout。其中稳流电路30用以接收交流电源20所产生的交流电压Vac，而产生输出电压Vout与输出电流Iout，以提供发光元件电流IL1与IL2及模块电流IM1给多通道发光元件电路10，并将输出电流Iout调节于固定的预设电流。其中，输出电压Vout与输出电流Iout信号波形如图中小波形图所示意。如图1所示，稳流电路30接收由交流电源20所产生的交流电压Vac，加以整流并进行功率转换而产生输出电压Vout，并供应输出电流Iout。
一般而言，为了实现较佳的功率因子校正(power factor correction,PFC)效能，在电源供应电路1中，设置PFC控制电路40，此为本领域技术人员所熟知，在此不与赘述，而这会使输出电流Iout具有电流纹波，以实现较高的功率因子，因此发光元件电流IL1与IL2也会具有电流纹波，其频率约为交流电源20所产生的交流电压Vac的两倍。以50Hz与60Hz的交流电源20而言，输出电流Iout中的电流纹波，其频率约为100Hz与120Hz，属于低频的范围，一般规格的输出电容Cout无法滤波此低频的电流纹波。因此，流经多通道发光元件电路10的发光元件电流IL1与IL2，也会有相同频率的电流纹波，而造成多通道发光元件电路10在发光时，有些微的亮度变化，肉眼也许无法辨识出此些微的亮度变化，但电子感光产品，例如照相或摄影设备，就会记录出具有波纹的影像，而使呈现的画面产生波纹。
为了改善此画面产生波纹的现象，美国专利案US9,107,260B2号公开一种消除电流纹波的发光二极管(light emitting diode,LED)驱动电路；且中国专利申请案201410040888也公开一种稳流控制电路与方法。但上述的专利案与专利申请案，都是以输出电流的位准的绝对值作为量测与计算的基准，如此一来，其比较的基准就会因为不同LED电路有不同的压降，而使得上述两个前案所要侦测的取样信号不稳定，致使其中要设定参考电压，变得非常不准确或困难。此外，上述两案取得调节开关的源极电压信号，其具有低频的纹波，因而需要较大的电容，而增加了制造成本。再者，由于上述两案都是以输出电流的位准的绝对值作为量测与计算的基准，其计算的位准范围因多通道发光元件电路而相对较大，也就是说，其计算的标的时高时低，因此所需要的元件必须承受较高的电压，也增加了制造的成本。另外，如图所示的多通道发光元件电路10具有发光元件串11与12以及非发光元件的模块电路15，即使减少了输出电流Iout的电流纹波，但当流经模块电路15的模块电流IM1变动时，发光元件电流IL1与IL2也会随之变动，这使得发光元件串11与12闪烁。
有鉴于此，本发明的目的在于针对上述现有技术的缺点与不足，提出一种可降低电流纹波的电源供应电路及降低电流纹波的方法，其分别调节个别的发光电流而降低电流纹波。
发明内容
为了实现上述发明目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种可降低电流纹波的电源供应电路，用以与一多通道发光元件电路耦接，其中该多通道发光元件电路包括多个并接的发光元件串，该可降低电流纹波的电源供应电路用以供应并调节流经各该发光元件串所对应的一发光元件电流，该可降低电流纹波的电源供应电路包含：具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的一稳压电路，用以产生一输出电压与一输出电流，而供应给该多通道发光元件电路，其中该输出电压具有一电压纹波，且该输出电流具有一电流纹波，该稳压电路根据一反馈信号，而将该输出电压调节于一预设电压位准；多个闪烁缓和器，分别耦接于对应的该发光元件串，用以分别将对应的该发光元件电流，调节于一预设固定电流位准，以避免该发光元件电流具有该电流纹波；以及一输出电容，与该稳压电路耦接，用以接收该输出电压，并提供该电流纹波的泄流路径，以避免该电流纹波流经该多通道发光元件电路。
在其中一种较佳的实施例中，该闪烁缓和器包括一恒定电流源(constantcurrent source)。
在前述的实施例中，多个该恒定电流源中的多个发光电流控制开关，分别具有一电流流入端与一控制端，该稳压电路较佳地根据多个该电流流入端的多个流入端电压或/及该多个控制端的多个控制端电压，而调整该输出电压，以使多个该流入端电压都高于一流入端最低电压，及/或多个该控制端电压都低于一控制端最高电压。
在其中一种较佳的实施例中，该多通道发光元件电路还包括一模块电路，与该多个发光元件串并接。
在前述的实施例中，该模块电路与各闪烁缓和器耦接，用以分别改变各该预设固定电流位准而分别调整各发光元件串的亮度。
在其中一种较佳的实施例中，该稳压电路包括：一整流电路，用以将具有一全弦波(full sinusoidal wave)的一交流电压，转换为具有一半弦波(half sinusoidal wave)的一输入电压；一功率级电路，与该整流电路耦接，用以根据一操作信号，而操作其中至少一功率开关，以将该输入电压转换为该输出电压；一操作信号产生电路，与该功率级电路耦接，用以根据该反馈信号，产生该操作信号；以及一功率因子校正(power factorcorrection,PFC)电路，与该功率级电路耦接，用以使该输出电流和该输出电压同相变化，以提升功率级电路的电源转换的功率因子。
就另一个观点言，本发明提供了一种降低电流纹波的方法，用以降低流经一多通道发光元件电路中，各发光元件串所对应的一发光元件电流中的一电流纹波，该降低电流纹波的方法包含：以具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的方式，产生一输出电压与一输出电流，而供应给该多通道发光元件电路，其中该输出电压具有一电压纹波，且该输出电流具有一电流纹波；根据一反馈信号，而将该输出电压调节于一预设电压位准；分别将各该发光元件电流，调节于对应的一预设固定电流位准，以避免该发光元件电流具有该电流纹波；以及接收该输出电压，并提供该电流纹波的泄流路径，以避免该电流纹波流经该多通道发光元件电路。
在其中一种较佳的实施例中，该分别将各该发光元件电流，调节于对应的一预设固定电流位准的步骤，包括提供多个恒定电流源(constant current source)，分别对应产生该发光元件电流。
在前述的实施例中，多个该恒定电流源中的多个发光电流控制开关，分别具有一电流流入端与一控制端，该降低电流纹波的方法较佳地还包含：根据多个该电流流入端的多个流入端电压或/及该多个控制端的多个控制端电压，而调整该输出电压，以使多个该流入端电压都高于一流入端最低电压，及/或多个该控制端电压都低于一控制端最高电压。
在其中一种较佳的实施例中，该多通道发光元件电路还包括一模块电路，与该多个发光元件串并接。
在前述的实施例中，该降低电流纹波的方法，较佳地还包括：该模块电路分别改变各该预设固定电流位准而分别调整各发光元件串的亮度。
在其中一种较佳的实施例中，该以具有功率因子校正(power factorcorrection,PFC)功能的方式，产生一输出电压与一输出电流的步骤包括：将具有一全弦波(full sinusoidal wave)的一交流电压，转换为具有一半弦波(half sinusoidal wave)的一输入电压；根据一操作信号，而操作至少一功率开关，以将该输入电压转换为该输出电压；根据该反馈信号，产生该操作信号；以及提供一功率因子校正(power factorcorrection,PFC)电路，与该功率开关耦接，用以使该输出电流和该输出电压同相变化，以提升功率级电路的电源转换的功率因子。
以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。
附图说明
图1显示一种发光二极管电源供应电路1的示意图；
图2显示本发明的第一个实施例；
图3显示本发明第二个实施例；
图4A-图4E显示同步或异步的升压型、升降压型与返驰型功率级电路；
图5显示本发明的第三个实施例。
具体实施方式
图2显示本发明的第一个实施例。本实施例显示根据本发明的可降低电流纹波的电源供应电路2的示意图。如图2所示，多通道发光元件电路10具有多个并接的发光元件串11与12，以及不包含发光元件的一个模块电路15。其中，发光元件串11与12例如但不限于为图示的LED串。发光元件串11与12也可以为其他类型的发光元件连接所构成的串列或阵列等。多通道发光元件电路10与电源供应电路2耦接。电源供应电路2产生输出电压Vout与输出电流Iout，以供应并调节流经各发光元件串11与12所对应的发光元件电流IL3与IL4，以及供应流经模块电路15的模块电流IM2。电源供应电路2包括具有功率因子校正(powerfactor correction,PFC)功能的一稳压电路130、多个闪烁缓和器151及152、与输出电容Cout。稳压电路130接收由交流电源20所产生的交流电压Vac，加以整流并进行转换而产生输出电压Vout，并产生输出电流Iout，以供应发光元件电流IL3与IL4及模块电流IM2给发光元件电路10。输出电压Vout与输出电流Iout信号波形都具有纹波信号，如图中小波形图所示意，以提高PF。输出电容Cout与稳压电路130连接，以对输出电压Vout进行滤波。
可降低电流纹波的电源供应电路2用以与多通道发光元件电路10耦接，以供应并调节流经各IL3与IL4所对应的发光元件电流IL3与IL4，以降低发光元件电流IL3与IL4中的电流纹波。如前所述，因进行PFC或其他原因，输出电流Iout中带有电流纹波。可降低电流纹波的电源供应电路2包含具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的稳压电路130、多个闪烁缓和器151与152，以及输出电容Cout。
稳压电路130用以产生输出电压Vout与输出电流Iout，而供应给多通道发光元件电路10。其中输出电压Vout具有电压纹波，且输出电流Iout具有电流纹波，以提高PF。稳压电路130根据反馈信号FB1与FB2，而将输出电压Vout调节于预设电压位准。与现有技术不同之处的其中一个技术特征，在于本发明的稳压电路130调节输出电压Vout于预设电压位准，而非如现有技术，调节输出电流Iout于预设电流位准。
多个闪烁缓和器151与152，分别耦接于对应的发光元件串11与12，用以将对应的发光元件电流IL3与IL4，分别调节于对应的预设固定电流位准，以避免该发光元件电流IL3与IL4具有该电流纹波，而提供稳定电流给发光元件串11与12。输出电容Cout与稳压电路130耦接，用以接收输出电压Vout，并提供电流纹波的泄流(bleeding)路径，以避免电流纹波流经多通道发光元件电路10。
其中，多通道发光元件电路10除了发光元件串11与12之外，可还包括模块电路15，与多个发光元件串11与12并接。模块电路15例如分别与各闪烁缓和器151与152耦接，用以分别改变各预设固定电流位准而分别调整各发光元件串11与12的亮度。此为本发明优于现有技术的特征之一，如前所述，在现有技术中，多通道发光元件电路10包含模块电路15，当流经模块电路15的模块电流IM1变动时，发光元件电流IL1与IL2也会随之变动；而在本发明中，发光元件电流IL3与IL4分别由闪烁缓和器151与152所调节，而不受模块电流IM2变化的影响。
本发明与现有技术不同之处的技术特征，至少包含以下几项：
一是本发明个别调节每一发光元件串的电流，而非如现有技术，调节流经整个发光元件电路，所有发光元件串的发光元件电流总和的总电流(输出电流)。如此一来，本发明不仅可以使发光元件电路中的每一发光元件串避免受到电流纹波的影响，也可以个别调整发光元件串的亮度，还可以使发光元件电路另外并接一不含发光元件的模块电路，而不影响每一发光元件电流的控制与调节。
二是本发明以稳压电路调节输出电压，而非以现有技术的调节输出电流；因此，可以将输出电压调节至超过所有发光元件串中，最大的导通电压即可；如此一来，可提高电源转换效率。其中导通电压指导通发光元件串的最小顺向电压，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。
三是本发明可将不含发光元件的模块电路并接于发光元件串而整合于发光元件电路，模块电路例如可以为微控制器(micro-control unit,MCU)或无线模块(wirelessmodule)，用以传送调光信号等给闪烁缓和器而调节各发光元件串的预设固定电流位准，以分别调整各发光元件串亮度。
图3显示本发明第二个实施例。本实施例显示稳压电路130的一个较具体的实施方式。如图所示，稳压电路130包含：整流电路131、功率级电路133、操作信号产生电路135以及PFC电路137。其中，整流电路131例如但不限于为桥式整流电路，用以将具有全弦波(fullsinusoidal wave)的交流电压Vac换为具有一半弦波输入电压Vin。功率级电路133与整流电路131耦接，用以根据操作信号，而操作其中至少一功率开关(未示出，于后详述)，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。其中，功率级电路133例如但不限于如图4A-图4E所示的同步或异步的升压型、升降压型与返驰型功率级电路。操作信号产生电路135与功率级电路133耦接，用以根据反馈信号FB，产生操作信号。功率因子校正(power factor correction,PFC)电路137，与功率级电路133耦接，用以使输出电流Iout和输出电压Vout同相变化，以提升功率级电路133的电源转换的功率因子，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。
图5显示本发明的第三个实施例，本实施例显示根据本发明的可降低电流纹波的电源供应电路2的一个较具体的实施例。如图5所示，多通道发光元件电路10具有多个并接的发光元件串11与12，以及不包含发光元件的一个模块电路15。其中，发光元件串11与12例如但不限于为图示的LED串。发光元件串11与12也可以为其他类型的发光元件连接所构成的串列或阵列等。多通道发光元件电路10与电源供应电路2耦接。电源供应电路2产生输出电压Vout与输出电流Iout，以供应并调节流经各发光元件串11与12所对应的发光元件电流IL3与IL4，以及供应流经模块电路15的模块电流IM2。电源供应电路2包括具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的稳压电路130、多个闪烁缓和器151及152、与输出电容Cout。稳压电路130接收由交流电源20所产生的交流电压Vac，加以整流并进行转换而产生输出电压Vout，并产生输出电流Iout，以供应发光元件电流IL3与IL4及模块电流IM2给发光元件电路10。输出电压Vout与输出电流Iout信号波形都具有纹波信号，如图中小波形图所示意，以提高PF。输出电容Cout与稳压电路130连接，以对输出电压Vout进行滤波。
可降低电流纹波的电源供应电路2用以与多通道发光元件电路10耦接，以供应并调节流经各IL3与IL4所对应的发光元件电流IL3与IL4，以降低发光元件电流IL3与IL4中的电流纹波。如前所述，因进行PFC或其他原因，输出电流Iout中带有电流纹波。可降低电流纹波的电源供应电路2包含具有功率因子校正(power factor correction,PFC)功能的稳压电路130、多个闪烁缓和器151与152，以及输出电容Cout。
稳压电路130用以产生输出电压Vout与输出电流Iout，而供应给多通道发光元件电路10。其中输出电压Vout具有电压纹波，且输出电流Iout具有电流纹波，以提高PF。稳压电路130根据反馈信号FB1与FB2，而将输出电压Vout调节于预设电压位准。与现有技术不同之处的其中一个技术特征，在于本发明的稳压电路130调节输出电压Vout于预设电压位准，而非如现有技术，调节输出电流Iout于预设电流位准。
多个闪烁缓和器151与152，分别耦接于对应的发光元件串11与12，用以将对应的发光元件电流IL3与IL4，分别调节于对应的预设固定电流位准，以避免该发光元件电流IL3与IL4具有该电流纹波，而提供稳定电流给发光元件串11与12。输出电容Cout与稳压电路130耦接，用以接收输出电压Vout，并提供电流纹波的泄流(bleeding)路径，以避免电流纹波流经多通道发光元件电路10。
其中，闪烁缓和器151与152，分别包含一恒定电流源。恒定电流源如图所示，包括例如但不限于误差放大器与发光电流控制开关。如图所示，误差放大器的参考电压Vref1与Vref2，例如由模块电路15所产生的信号决定，以决定各发光元件串11与12的亮度。闪烁缓和器151与152的恒定电流源中，具有多个发光电流控制开关，分别具有一电流流入端(漏极端)与一控制端(栅极端)，稳压电路130根据多个电流流入端的多个流入端电压VD1与VD2，或/及多个控制端的多个控制端电压VG1与VG2，而作为反馈信号FB1与FB2，进而调整输出电压Vout，以使多个流入端电压VD1与VD2，都高于预设的一流入端最低电压，及/或多个控制端电压VG与VG2，都低于预设的一控制端最高电压。如此，即可确保发光元件串11与12导通。
也就是说，反馈信号FB1与FB2可由下列至少一种方式决定：
发光元件串11与12末端的电压或其分压，如图所示，可以根据由电阻R1与R2所组成的分压电路，提供发光元件串11末端的电压的分压，作为反馈信号FB1；根据由电阻R3与R4所组成的分压电路，提供发光元件串12末端的电压的分压，作为反馈信号FB2；
电流流入端的流入端电压VD1作为反馈信号FB1；电流流入端的流入端电压VD2作为反馈信号FB2；
控制端的控制端电压VG1作为反馈信号FB1；控制端的控制端电压VG2作为反馈信号FB2。
其中，多通道发光元件电路10除了发光元件串11与12之外，可还包括模块电路15，与多个发光元件串11与12并接。模块电路15例如分别与各闪烁缓和器151与152耦接，用以分别改变误差放大器的参考电压Vref1与Vref2，而决定各发光元件串11与12的预设固定电流位准，以分别调整各发光元件串11与12的亮度。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其他电路或元件，因此“耦接”应视为包括直接和间接连接；又如，发光元件不限于各实施例所示的发光二极管(LED)，也可为其他形式的发光电路；又例如，实施例所示的NMOS可改换为PMOS元件，仅需对应修改电路对信号的处理方式。再例如，所有实施例中的变化，可以交互采用。又再如，稳压电路外部的信号(例如但不限于反馈信号)，在取入稳压电路内部进行处理或运算时，可能经过电压电流转换、电流电压转换、比例转换等，因此，本发明所称“根据某信号进行处理或运算”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行上述转换后，根据转换后的信号进行处理或运算。又例如，多个发光元件串不限于如图所示的两串，以可以为其它的数目，只要对应改变闪烁缓和器的数目即可。凡此种种，都可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。
Claims (8)
1.一种可降低电流纹波的电源供应电路，用以与一多通道发光元件电路耦接，其中该多通道发光元件电路包括多个并接的发光元件串，该可降低电流纹波的电源供应电路用以供应并调节流经各该发光元件串所对应的一发光元件电流，该可降低电流纹波的电源供应电路包含：
具有功率因子校正功能的一稳压电路，用以产生一输出电压与一输出电流，而供应给该多通道发光元件电路，其中该输出电压具有一电压纹波，且该输出电流具有一电流纹波，该稳压电路根据一反馈信号，而将该输出电压调节于一预设电压位准；
多个闪烁缓和器，分别耦接于对应的该发光元件串，用以分别将对应的该发光元件电流，调节于一预设固定电流位准，以避免该发光元件电流具有该电流纹波；以及
一输出电容，与该稳压电路耦接，用以接收该输出电压，并提供该电流纹波的泄流路径，以避免该电流纹波流经该多通道发光元件电路；
其中，该闪烁缓和器包括一恒定电流源；
其中，多个该恒定电流源中的多个发光电流控制开关，分别具有一电流流入端与一控制端，该稳压电路根据多个该电流流入端的多个流入端电压或/及多个该控制端的多个控制端电压，而调整该输出电压，以使多个该流入端电压都高于一流入端最低电压，及/或多个该控制端电压都低于一控制端最高电压。
2.如权利要求1所述的可降低电流纹波的电源供应电路，其中，该多通道发光元件电路还包括一模块电路，与多个该发光元件串并接。
3.如权利要求2所述的可降低电流纹波的电源供应电路，其中，该模块电路与各闪烁缓和器耦接，用以分别改变各该预设固定电流位准而分别调整各发光元件串的亮度。
4.如权利要求1所述的可降低电流纹波的电源供应电路，其中，该稳压电路包括：
一整流电路，用以将具有一全弦波的一交流电压，转换为具有一半弦波的一输入电压；
一功率级电路，与该整流电路耦接，用以根据一操作信号，而操作其中至少一功率开关，以将该输入电压转换为该输出电压；
一操作信号产生电路，与该功率级电路耦接，用以根据该反馈信号，产生该操作信号；以及
一功率因子校正电路，与该功率级电路耦接，用以使该输出电流和该输出电压同相变化，以提升功率级电路的电源转换的功率因子。
5.一种降低电流纹波的方法，用以降低流经一多通道发光元件电路中，各发光元件串所对应的一发光元件电流中的一电流纹波，该降低电流纹波的方法包含：
以具有功率因子校正功能的方式，产生一输出电压与一输出电流，而供应给该多通道发光元件电路，其中该输出电压具有一电压纹波，且该输出电流具有一电流纹波；
根据一反馈信号，而将该输出电压调节于一预设电压位准；
分别将各该发光元件电流，调节于对应的一预设固定电流位准，以避免该发光元件电流具有该电流纹波；以及
接收该输出电压，并提供该电流纹波的泄流路径，以避免该电流纹波流经该多通道发光元件电路；
其中，该分别将各该发光元件电流，调节于对应的一预设固定电流位准的步骤，包括提供多个恒定电流源，分别对应产生该发光元件电流；
其中，多个该恒定电流源中的多个发光电流控制开关，分别具有一电流流入端与一控制端，该降低电流纹波的方法还包含：根据多个该电流流入端的多个流入端电压或/及多个该控制端的多个控制端电压，而调整该输出电压，以使多个该流入端电压都高于一流入端最低电压，及/或多个该控制端电压都低于一控制端最高电压。
6.如权利要求5所述的降低电流纹波的方法，其中，该多通道发光元件电路还包括一模块电路，与多个该发光元件串并接。
7.如权利要求6所述的降低电流纹波的方法，还包括：该模块电路分别改变各该预设固定电流位准而分别调整各发光元件串的亮度。
8.如权利要求5所述的降低电流纹波的方法，其中，该以具有功率因子校正功能的方式，产生一输出电压与一输出电流的步骤包括：
将具有一全弦波的一交流电压，转换为具有一半弦波的一输入电压；
根据一操作信号，而操作至少一功率开关，以将该输入电压转换为该输出电压；
根据该反馈信号，产生该操作信号；以及
提供一功率因子校正电路，与该功率开关耦接，用以使该输出电流和该输出电压同相变化，以提升功率级电路的电源转换的功率因子。
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