TWM582726U - Circuit for suppressing low-frequency ripple current of light-emitting diode - Google Patents

Circuit for suppressing low-frequency ripple current of light-emitting diode Download PDF

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TWM582726U
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大陸商昂寶電子（上海）有限公司
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Abstract

本創作公開了一種用於抑制發光二極體低頻紋波電流的電路，包括：整流電路，線性恒流電路，以及低頻紋波抑制電路。整流電路被配置為對交流電源輸入進行整流以向線性恒流電路和低頻紋波抑制電路提供經整流的直流輸出。線性恒流電路被配置為與低頻紋波抑制電路連接以向LED(發光二極體，Light Emitting Diode)負載提供恒定電流。低頻紋波抑制電路包括LED負載、包括金屬-氧化物半導體場效應電晶體MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的控制晶片、輸出電容、二極體以及多個電阻。控制晶片被配置為感測表徵LED負載或輸出電容兩端的輸出電壓的輸出表徵電壓，並且基於輸出表徵電壓、第一基準電壓、以及第二基準電壓控制MOSFET的導通與截止。

Description

一種用於抑制發光二極體低頻紋波電流的電路
本申請涉及電路領域，更具體地涉及一種用於抑制發光二極體低頻紋波電流的電路。
具有較高功率因數(PF，Power Factor)的發光二極體(LED)驅動器，其輸出功率隨輸入工頻電壓變化，從而導致其輸出濾波輸出電容上會存在工頻的電壓波動(即存在紋波)，由於LED(發光二極體，Light Emitting Diode)的特性，較小的電壓波動會導致電流上存在較大的電流波動，即LED的頻閃。這種頻閃並不會被肉眼所看到，但是在手機等設備拍攝下會看到明顯的條紋波動。
隨著LED技術的不斷成熟，以及針對LED的要求不斷提高，低頻閃已經逐漸成為LED的基本要求。傳統的LED低頻閃方案，由於PF較低已經不能滿足當前的市場要求。而高PF方案為了降低LED低頻紋波電流，需要使用大體積、大容量的輸出電容，使整個系統的成本大為增加；另一方面，電路體積大，無法適用於球泡、燈絲燈等小體積應用。
鑒於以上所述的一個或多個問題，本申請提供了一種抑制LED低頻紋波電流的電路。
根據本申請的實施例的一種用於抑制發光二極體LED低頻紋波電流的電路，包括：整流電路，線性恒流電路，以及低頻紋波抑制電路，其中，所述整流電路被配置為對交流電源輸入進行整流以向線性恒流電路和低頻紋波抑制電路提供經整流的直流輸出；所述線性恒流電路被 配置為與所述低頻紋波抑制電路連接以向LED負載提供恒定電流；所述低頻紋波抑制電路包括所述LED負載、包括金屬-氧化物半導體場效應電晶體MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的控制晶片、輸出電容、二極體以及多個電阻，其中所述輸出電容的一端與所述LED負載的正電壓端連接，所述輸出電容的另一端作為所述控制晶片的基準地並連接到分壓網路的一端，所述分壓網路的另一端連接到系統大地，所述MOSFET的源極連接到所述控制晶片的基準地，所述MOSFET的汲極與所述LED負載的陰極一起連接到所述線性恒流電路；其中所述控制晶片被配置為感測表徵所述LED負載或所述輸出電容兩端的輸出電壓的輸出表徵電壓，並且基於所述輸出表徵電壓、第一基準電壓、以及第二基準電壓控制所述MOSFET的導通與截止。
在一個實施例中，所述輸出表徵電壓是由所述分壓網路對所述控制晶片的參考地與系統大地之間的電壓進行分壓得到的。
在一個實施例中，所述控制晶片還包括：第一比較器，用於對所述輸出表徵電壓和所述第一基準電壓進行比較以得到第一比較結果；第二比較器，用於對所述輸出表徵電壓和所述第二基準電壓進行比較以得到第二比較結果；邏輯控制元件，用於基於所述第一比較結果和第二比較結果控制所述內部MOSFET的導通與截止。
在一個實施例中，所述控制晶片還包括振盪器，所述控制晶片被配置為基於所述振盪器輸出的頻率和工作因數控制所述MOSFET的導通與截止。
在一個實施例中，所述第一基準電壓大於所述第二基準電壓，所述邏輯控制元件被配置為：當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第二基準電壓時，截止所述控制晶片的MOSFET，從而切斷所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓增大到等於第一基準電壓時，導通所述控制晶片的MOSFET，從而導通所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓再次增大到等於所述第二基準電壓 時，再次截止MOSFET。
在一個實施例中，所述第一基準電壓大於所述第二基準電壓，所述邏輯控制元件被配置為：當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第二基準電壓時，截止所述控制晶片的MOSFET，從而切斷所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第一基準電壓，按照所提供的放電頻率和工作因數配置所述MOSFET以使得所述輸出電容對所述LED負載進行PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)脈衝放電；當所述輸出表徵電壓低於第二基準電壓時停止所述PWM脈衝放電，內部MOSFET導通，直至所述輸出表徵電壓再次增大到等於所述第二基準電壓。
在一個實施例中，線性恒流電路為非調光線性恒流電路。
在一個實施例中，線性恒流電路為TRIAC(TRIodes AC switch，交流三極體)調光線性恒流電路。
在一個實施例中，整流電路為橋式整流電路。
本申請實施例所提供的用於抑制發光二極體低頻紋波電流的電路提供了一種有效的LED高PF低頻閃解決方案，不僅能夠降低系統成本，而且還能夠靈活的用於各種小體積應用。
100、200‧‧‧電路
102‧‧‧整流電路
104‧‧‧線性恒流電路
104-1‧‧‧第一端子
104-2‧‧‧第二端子
106‧‧‧低頻紋波抑制電路
301‧‧‧第一電壓比較器
302‧‧‧第二電壓比較器
303‧‧‧振盪器
305‧‧‧邏輯控制元件
C1‧‧‧輸出電容
ILED‧‧‧LED負載的電流
D、Drain、F、FB、GND、HV‧‧‧引腳
F1‧‧‧保險絲
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧二極體
R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻
REF1‧‧‧第一基準電壓
REF2‧‧‧第二基準電壓
U1‧‧‧控制晶片
VAC‧‧‧電壓
Vc1‧‧‧輸出電容C1的電壓
VFB‧‧‧輸出表徵電壓
Vin‧‧‧輸出電壓
VREF1‧‧‧第一基準電壓
VREF2‧‧‧第二基準電壓
304‧‧‧金屬-氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)
從下面結合圖式對本申請的具體實施方式的描述中可以更好地理解本申請，其中：第1圖是根據本創作的一個實施例的用於抑制LED低頻紋波電流的電路的電路圖；第2圖是利用可控矽調光線性恒流電路的用於抑制LED低頻紋波電流的電路的示例；第3圖示出了第1圖所示的低頻紋波抑制模組中的控制晶片的示例；第4圖示出了根據本創作的一個實施例的控制晶片控制輸出電容對 LED進行放電的時序圖；以及第5圖示出了根據本創作的另一實施例的控制晶片控制輸出電容對LED進行放電的時序圖。
下面將詳細描述本申請的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本申請的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本申請可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本申請的示例來提供對本申請的更好的理解。本申請決不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本申請的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本申請造成不必要的模糊。
為了解決現有的用於LED的高PF低頻閃方案成本高體積大的問題，本申請提供了一種新的用於抑制LED低頻紋波電流的電路。
第1圖是根據本創作的一個實施例的用於抑制LED低頻紋波電流的電路100的電路圖。電路100包括整流電路102、線性恒流電路104以及低頻紋波抑制電路106。具體地，交流整流電路102的輸入端接收交流輸入電壓VAC(例如，交流市電)以將交流輸入電壓VAC變換為經整流的直流輸出電壓Vin，整流電路102的輸出端與線性恒流電路104和低頻紋波抑制電路106的輸入端相連，以向線性恒流電路104以及低頻紋波抑制電路106提供直流輸入。在一個實施例中，整流電路102包括由四個二極體D1、D2、D3和D4兩兩對接形成的橋式整流電路，用於將交流輸入電壓轉換成全波直流輸出電壓。
線性恒流電路104包括第一端子104-1和第二端子104-2，其中第一端子104-1與整流電路的輸出端相連，從而由整流電路102的直流輸出供電。線性恒流電路104的第二端子104-2與低頻紋波抑制抑制電路相連。在一個實施例中，線性恒流電路104可以是任意非調光、雙向可 控矽(TRIAC)調光的線性恒流電路。在一個實施例中，線性恒流電路104可以是線性可控矽調光的線性恒流電路，例如，第2圖示出了可控矽調光線性恒流電路在本申請中的應用。典型的可控矽調光線性恒流電路利用bleeding控制元件和恒流控制元件來向負載提供恒定電流。
返回參考第1圖，低頻紋波抑制電路106包括控制晶片U1、二極體D5、LED負載、輸出電容C1、以及多個電阻R2、R3、R4、R5。在一個實施例中，LED負載可以包括一個或多個LED，LED負載的陰極與控制晶片U1的汲極Drain引腳一起連接到線性恒流電路104的第二端子104-2，例如，如第2圖所示，在線性可控矽調光線性恒流電路的情形中，LED負載的陰極和控制晶片U1的汲極Drain引腳一起連接到線性恒流電路104中的恒流控制元件的汲極Drain端子(即，第二端子104-2)。整流電路102的直流輸出經由二極體D5輸入到LED負載、控制晶片U1以及輸出電容C1，二極體D5在其輸出電壓高於輸入電壓時截止，以防止輸出電容C1倒灌入線性恒流電路104。輸出電容C1的一端與LED負載的正電壓端連接，輸出電容C1的另一端作為控制晶片U1的基準地並連接到由電阻R2和R3組成的分壓網路的一端，分壓網路的另一端連接到系統大地。
在一個實施例中，電阻R2和R3組成的分壓網路對控制晶片的基準地與系統大地之間的電壓進行分壓，生成表徵LED負載或輸出電容的輸出電壓的輸出表徵電壓VFB；控制晶片U1基於輸出表徵電壓VFB、第一基準電壓VREF1、以及第二基準電壓VREF2來控制MOSFET的導通與關斷，以減小在輸出電壓Vin低頻波動時LED負載的輸出電流的紋波的大小。
低頻紋波控制電路106的控制晶片U1包括如下引腳：HV(High Voltage，高壓)引腳，即高壓供電輸入腳，用於與整流電路102的直流全波輸出電壓Vin連接，從而向控制晶片U1供電；GND(Ground，接地腳)引腳，即晶片基準地；汲極Drain引腳，即控制晶片U1內部的MOSFET汲極引腳，其與LED負載的陰極一起連接到線性恒流電路104的 第二端子104-2；F引腳，即頻率設置腳，其需外接電阻(如第1圖及第2圖所示，電阻R5)到晶片基準地，用於輸出電容C1放電的頻率；D引腳，即工作因數引腳，其需外接電阻(如第1圖及第2圖所示，電阻R4)到晶片基準地，用於輸出電容C1放電時的工作因數；FB引腳，即電壓感測腳，用於感測表徵LED負載或輸出電容的輸出電壓的輸出表徵電壓VFB。
第3圖示出了第1圖及第2圖所示的低頻紋波抑制電路中的控制晶片的示例。如第3圖所示，控制晶片U1包括：第一電壓比較器301，用於對輸出表徵電壓VFB和第一基準電壓VREF1進行比較以得到第一比較結果，並將第一比較結果輸入邏輯控制元件；第二電壓比較器302，其用於對輸出表徵電壓VFB和第二基準電壓VREF2進行比較以得到第二比較結果，並將第二比較結果輸入邏輯控制元件305；振盪器303，所述振盪器連接到控制晶片U1的F引腳和D引腳，並基於F引腳輸出的頻率和D引腳輸出的工作因數產生用於輸出電容C1的放電頻率和工作因數；金屬-氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)304，該MOSFET 304的汲極被連接到控制晶片U1的汲極Drain引腳，該MOSFET 304的源極被連接到控制晶片U1的GND引腳；邏輯控制元件，用於基於第一比較結果和第二比較結果和/或基於振盪器所提供的放電頻率和工作因數來控制MOSFET 304的導通與截止。在一個實施例中，可以根據CEC2.0工頻紋波的要求設置頻率和工作因數，例如，頻率25KHz，工作因數50%。
第4圖示出了根據本創作的一個實施例的控制晶片控制輸出電容對LED負載進行放電的時序圖。其中，Vc1表示輸出電容C1的電壓；Vin表示整流電路(例如，第1圖所示的整流電路102)輸出的直流輸出電壓；ILED表示LED負載的電流；REF1和REF2分別表示第一基準電壓和第二基準電壓，其中，第一基準電壓REF1大於第二基準電壓REF2；VFB表示晶片的FB引腳所感測到的輸出表徵電壓。
如第4圖所示，隨著輸出電壓Vin的下降，當輸出表徵電壓VFB電壓增大到等於第二基準電壓REF2時，截止控制晶片U1內部的 MOSFET 304，從而切斷輸出電容C1對LED負載的放電通路，此時由整流電路輸出的直流全波輸出電壓Vin為LED負載供電並且輸出表徵電壓VFB電壓持續增大；當輸出電壓Vin繼續下降到無法給LED負載提供電流時，此時輸出表徵電壓VFB電壓增大到等於第一基準電壓REF1，導通控制晶片U1內部的MOSFET 304，從而導通輸出電容C1對LED負載的放電通路，此時輸出表徵電壓VFB電壓下降；當輸出表徵電壓VFB電壓再次隨著輸出電壓Vin的下降增大到等於第二基準電壓REF2時，再次截止MOSFET 304，如此重複動作。控制晶片的邏輯控制元件被配置為基於上述邏輯控制MOSFET 304的導通與截止。
第5圖示出了根據本創作的另一實施例的控制晶片控制輸出電容對LED進行放電的時序圖。如第5圖所示，隨著輸出電壓Vin的下降，當輸出表徵電壓VFB電壓增大到等於第二基準電壓REF2時，截止控制晶片U1內部的MOSFET 304，從而切斷輸出電容C1對LED負載的放電通路，此時由整流電路輸出的直流全波輸出電壓Vin為LED負載供電並且輸出表徵電壓VFB電壓持續增大；當輸出電壓Vin繼續下降到無法給LED負載提供電流時，此時輸出表徵電壓VFB電壓增大到等於第一基準電壓REF1，按照晶片F引腳設置的頻率和晶片D引腳設置的工作因數配置內部MOSFET 304以使得輸出電容C1對LED負載以PWM脈衝形式放電；當輸出表徵電壓VFB電壓隨著輸出電壓Vin的增大下降到等於所述第二基準電壓REF2時停止PWM脈衝放電，內部MOSFET 304導通，直至輸出表徵電壓VFB電壓隨著輸出電壓Vin的下降再次增大到等於第二基準電壓REF2，再次截止MOSFET 304，如此重複動作。控制晶片的邏輯控制元件被配置為基於上述邏輯控制MOSFET 304的導通與截止。
本申請實施例所提供的用於抑制發光二極體低頻紋波電流的電路提供了一種有效的LED高PF低頻閃解決方案，不僅能夠降低系統成本，而且還能夠靈活的用於各種小體積應用。
上文中提到了“一個實施例”、“另一實施例”、“又一實施 例”，然而應理解，在各個實施例中提及的特徵並不一定只能應用於該實施例，而是可能用於其他實施例。一個實施例中的特徵可以應用於另一實施例，或者可以被包括在另一實施例中。
應理解，上文中提到的器件和電路的數位下標也是為了敘述和引用的方便，並不存在次序上的先後關係。
以上參考本創作的具體實施例對本創作進行了描述，但本領域技術人員應能理解，上述實施例均是示例性而非限制性的。在不同實施例中出現的不同技術特徵可以進行組合，以取得有益效果。本領域技術人員在研究圖式、說明書及申請專利範圍的基礎上，應能理解並實現所揭示的實施例的其他變化的實施例。申請專利範圍中的任何圖式標記均不應被理解為對保護範圍的限制。申請專利範圍中出現的多個部分的功能可以由一個單獨的硬體或軟體模組來實現。某些技術特徵出現在不同的從屬申請專利範圍中並不意味著不能將這些技術特徵進行組合以取得有益效果。

Claims (9)

  1. 一種用於抑制發光二極體LED低頻紋波電流的電路，包括：整流電路，線性恒流電路，以及低頻紋波抑制電路，其特徵在於，所述整流電路被配置為對交流電源輸入進行整流以向線性恒流電路和低頻紋波抑制電路提供經整流的直流輸出；所述線性恒流電路被配置為與所述低頻紋波抑制電路連接以向LED負載提供恒定電流；所述低頻紋波抑制電路包括所述LED負載、包括金屬-氧化物半導體場效應電晶體MOSFET的控制晶片、輸出電容、二極體以及多個電阻，其中所述輸出電容的一端與所述LED負載的正電壓端連接，所述輸出電容的另一端作為所述控制晶片的基準地並連接到分壓網路的一端，所述分壓網路的另一端連接到系統大地，所述MOSFET的源極連接到所述控制晶片的基準地，所述MOSFET的汲極與所述LED負載的陰極一起連接到所述線性恒流電路；其中所述控制晶片被配置為感測表徵所述LED負載或所述輸出電容兩端的輸出電壓的輸出表徵電壓，並且基於所述輸出表徵電壓、第一基準電壓、以及第二基準電壓控制所述MOSFET的導通與截止。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的電路，其中，所述輸出表徵電壓是由所述分壓網路對所述控制晶片的參考地與系統大地之間的電壓進行分壓得到的。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的電路，其中，所述控制晶片還包括：第一比較器，用於對所述輸出表徵電壓和所述第一基準電壓進行比較以得到第一比較結果；第二比較器，用於對所述輸出表徵電壓和所述第二基準電壓進行比較以得到第二比較結果；邏輯控制元件，用於基於所述第一比較結果和第二比較結果控制所述內部MOSFET的導通與截止。
  4. 根據申請專利範圍第1-3項中任一項所述的電路，其中，所述控制晶片還包括振盪器，所述控制晶片被配置為基於所述振盪器輸出的頻率和工作因數控制所述MOSFET的導通與截止。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的電路，其中所述第一基準電壓大於所述第二基準電壓，所述邏輯控制元件被配置為：當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第二基準電壓時，截止所述控制晶片的MOSFET，從而切斷所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓增大到等於第一基準電壓時，導通所述控制晶片的MOSFET，從而導通所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓再次增大到等於所述第二基準電壓時，再次截止MOSFET。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的電路，其中所述第一基準電壓大於所述第二基準電壓，所述邏輯控制元件被配置為：當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第二基準電壓時，截止所述控制晶片的MOSFET，從而切斷所述輸出電容對所述LED負載的放電通路；當所述輸出表徵電壓增大到等於所述第一基準電壓，按照所提供的放電頻率和工作因數配置所述MOSFET以使得所述輸出電容對所述LED負載進行PWM脈衝放電；當所述輸出表徵電壓低於第二基準電壓時停止所述PWM脈衝放電，內部MOSFET導通，直至所述輸出表徵電壓再次增大到等於所述第二基準電壓。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的電路，其中，所述線性恒流電路為非調光線性恒流電路。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的電路，其中，所述線性恒流電路為TRIAC調光線性恒流電路。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的電路，其中，所述整流電路為橋式整流電路。
TW108203255U 2019-02-01 2019-03-18 Circuit for suppressing low-frequency ripple current of light-emitting diode TWM582726U (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI718925B (zh) * 2020-04-08 2021-02-11 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 短時脈衝消除電路、電壓檢測電路及顯示驅動晶片

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