本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領域,具體涉及一種紋波消除電路及應用其的LED控制電路。
背景技術(shù):
在現(xiàn)有技術(shù)中,對于LED驅(qū)動較多地采用由LED驅(qū)動電路接收交流輸入,并將其轉(zhuǎn)換為帶有正弦紋波的直流功率輸出。如圖1所示,當LED驅(qū)動電路帶有功率因數(shù)校正功能時,則輸出端的紋波會更加大,因此,LED負載上為帶有二次工頻紋波的直流電壓和直流電流。LED上的紋波會對人眼造成傷害,因此在實際應用中,LED負載往往要求濾除該電流所帶有的正弦紋波。
現(xiàn)有技術(shù)主要通過采用大電解電容作為C01,成本高且不利于電路集成。同時,由于LED驅(qū)動電路的輸出功率中包含有正弦紋波,為濾除LED電流中的正弦紋波,需要控制輸出電壓為包含有正弦紋波的電壓波形,以保證LED電流和輸出電壓的乘積與LED驅(qū)動電路的輸出功率相等。現(xiàn)有技術(shù)主要通過帶有濾波電容的恒流控制電路,控制LED負載電流為近似不含紋波的直流電流,同時將輸出電壓中的正弦紋波加在恒流控制電路兩端,保證LED負載兩端的電壓近似保持不變。在現(xiàn)有技術(shù)中,濾波電容的控制或采用固定電流充放電的方式,其缺點是響應速度慢,LED負載的直流電流帶有三角波紋波,且紋波幅度固定,平均電流較小時紋波比例很大。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種消除負載電壓和電流紋波的紋波消除電路及應用其的LED控制電路,用以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的無法解決電流紋波消除的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是,提供一種以下電路結(jié)構(gòu)的紋波消除電路,包括:
調(diào)整管,與負載串聯(lián),所述調(diào)整管的第一端與所述負載連接,其第二端接輸入電壓的低電位端;
第一電容,其兩端分別連接所述調(diào)整管的控制端和第二端;
電流源,與所述第一電容并聯(lián);
電流產(chǎn)生電路,其電壓輸入端分別分別連接高電位端和低電位端,所述調(diào)整管的第一端作為電流產(chǎn)生電路的高電位端,第一電容與所述電流源的公共端或者地電位端作為電流產(chǎn)生電路的低電位端;根據(jù)所述高電位端和低電位端的電壓,調(diào)節(jié)電流產(chǎn)生電路所輸出的電流大??;其輸出端與第一電容和電流源的公共端連接。
作為優(yōu)選,所述調(diào)整管的第二端經(jīng)第一電阻連接于輸入電壓的低電位端,所述第一電容的一端經(jīng)第一電阻與所述調(diào)整管的第二端連接。
作為優(yōu)選,所述第一電容的一端經(jīng)第一運放與所述調(diào)整管的控制端連接,所述第一運放的第一輸入端與所述第一電容連接,第一運放的第二輸入端接收表征流經(jīng)調(diào)整管瞬時電流的電流采樣信號,第一運放的輸出端與所述調(diào)整管的控制端連接。
作為優(yōu)選,所述的紋波消除電路還包括非線性調(diào)節(jié)電路,所述的非線性調(diào)節(jié)電路根據(jù)所述電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生之電流和所述電流源相比的大小,對所述第一電容充放電。
作為優(yōu)選,所述充放電的電流與,所述電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生之電流和所述電流源的差值成比例關(guān)系。
作為優(yōu)選,所述非線性調(diào)節(jié)電路的輸入端與所述電流產(chǎn)生電路和所述電流源的公共端連接,所述非線性調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述第一電容連接。
作為優(yōu)選,當電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的電流i02大于電流源I01的電流時,非線性調(diào)節(jié)電路對第一電容的充電電流為M*(i02-I01);當電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的電流i02小于電流源I01的電流時,非線性調(diào)節(jié)電路對第一電容的放電電流為N*(I01-i02)。
作為優(yōu)選,N/M大于等于1。
作為優(yōu)選,所述的電流產(chǎn)生電路為第二電阻,所述的第二電阻的兩端分別與,所述調(diào)整管的第一端和電流源與第一電容的公共端連接。
作為優(yōu)選,所述的電流產(chǎn)生電路包括電壓電流轉(zhuǎn)換電路和電流鏡模塊,所述的電壓電流轉(zhuǎn)換電路輸入端與所述調(diào)整管的第一端連接,所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路的另一端與所述電流鏡模塊連接,所述電流鏡模塊的輸出端與,所述電流源和第一電容的公共端連接。
本發(fā)明的另一技術(shù)解決方案是,提供一種以下結(jié)構(gòu)的LED控制電路,包括LED驅(qū)動電路和以上任意一種紋波消除電路,所述的LED驅(qū)動電路接收交流輸入后給LED負載供電。
采用本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu),與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點:LED驅(qū)動電路接收交流輸入,并將其轉(zhuǎn)換為帶有紋波的直流電,對LED負載供電,帶有紋波的直流電連接到LED負載的正端,負載的負端連接到調(diào)整管的第一端,調(diào)整管的二端連接到地;調(diào)整管的控制端到地接有第一電容,第一電容以及電流產(chǎn)生電路和電流源形成的濾波電路,其時間常數(shù)遠大于工頻周期,因此第一電容上的電壓近似為沒有紋波直流電壓,使得經(jīng)過調(diào)整管的電流近似為沒有紋波的直流電流,從而實現(xiàn)經(jīng)過LED負載的電流紋波減小,輸入電流紋波通過輸入電容轉(zhuǎn)化為調(diào)整管的漏源端的電壓紋波,通過設置電流源的值可以控制調(diào)整管的漏源端電壓紋波的直流分量,本發(fā)明的紋波消除效果顯著,且其實施成本低。由于電流產(chǎn)生電路的輸入連接到調(diào)整管的第一端,其輸出連接到第一電容,因此當負載發(fā)生變化時,調(diào)整管的第一端電壓會發(fā)生變化,第一電容上電壓可以快速反映負載的變化,因此系統(tǒng)響應快。
附圖說明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LED控制電路的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖2為本發(fā)明紋波消除電路實施例一的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖3為本發(fā)明紋波消除電路實施例二的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖4為本發(fā)明紋波消除電路實施例三的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖5為本發(fā)明紋波消除電路實施例四的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖6為本發(fā)明電流產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖7為本發(fā)明紋波消除電路實施例五的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖8為本發(fā)明紋波消除電路實施例六的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖9為非線性調(diào)節(jié)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述,但本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。
為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解,在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié),而對本領域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是,附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
參考圖2所示,示意了本發(fā)明實施例一的電路結(jié)構(gòu),LED驅(qū)動電路接收交流輸入,并將其轉(zhuǎn)換為帶有紋波的直流電源對LED負載供電,所述的直流電源連接到LED負載的正端,LED負載的負端與本發(fā)明的紋波消除電路連接。本實施例中的紋波消除電路包括調(diào)整管M01、電流產(chǎn)生電路U01、電流源I01和第一電容C02,在本實施例中所述的調(diào)整管M01采用NMOS,其第一端為漏極,其第二端為源極,其控制端為柵極。LED負載的負端連接到調(diào)整管M01的漏極(即第一端),調(diào)整管M01的源極(即第二端)連接到地。調(diào)整管M01的漏極和柵極(即控制端)之間連接電流產(chǎn)生電路U01。電流源I01和第一電容C02并聯(lián),且連接在調(diào)整管M01的柵極和地之間。
以LED作為負載為例說明,調(diào)整管M01的柵極到地接有第一電容C02,第一電容C02以及電流產(chǎn)生電路和I01形成的濾波電路,在平衡時或穩(wěn)態(tài)后,所述的電流產(chǎn)生電路U01所產(chǎn)生電流i02等于電流源的電流I01,其時間常數(shù)遠大于工頻周期,因此C02上的電壓VC近似為沒有紋波直流電壓,使得經(jīng)過調(diào)整管M01的電流近似為沒有紋波的直流電流,從而實現(xiàn)經(jīng)過LED負載的電流紋波減小,輸入電流紋波通過輸入電容C01轉(zhuǎn)化為M01的漏源端的電壓紋波。通過設置電流源I01的值可以控制M01的漏源端電壓紋波的直流分量,即所述電流產(chǎn)生電路U01根據(jù)電壓VD和電壓VC之間的壓差,產(chǎn)生電流i02,i02的平均值等于電流源I01,電流源I01設置得越大,所述壓差轉(zhuǎn)換出來的電流i02之電流平均值越大,所述電壓VD就越高,以實現(xiàn)直流分量的調(diào)節(jié)。
參考圖3所示,示意了本發(fā)明實施例二的電路結(jié)構(gòu),本實施例為在實施例一的基礎上所做的改進,主要區(qū)別在于對電流產(chǎn)生電路U01的限定,即采用第二電阻R02作為電流產(chǎn)生電路,其兩端分別連接接收VD和VC,二者的壓差決定了第二電阻R02上的電流,從而得到電流i02。其他相應的說明可參見實施例一的描述。
參考圖4所示,示意了本發(fā)明實施例三的電路結(jié)構(gòu),本實施例為在實施例一和二的基礎上所做的改進,主要區(qū)別為增加了第一電阻R03,所述的第一電阻R03的一端連接于調(diào)整管M01的源極,另一端接地。由于增加了第一電阻R03,能夠提升紋波消除的效果。雖然,本實施例將電流產(chǎn)生電路U01也限定為第二電阻R02,但是也可以如實施例一中,不對電流產(chǎn)生電路進行限定,即可以采用除了第二電阻R02之外的其他電路實施。
參考圖5所示,示意了本發(fā)明實施例四的電路結(jié)構(gòu),本實施例為在實施例一的基礎上所做的改進,主要區(qū)別在于電流產(chǎn)生電路U01的輸出電流i02并非由VD和VC之壓差來控制,而直接采用電壓VD控制,即電壓VD與地之間的壓差,因此U01需要加入到地的連接。其中,電流產(chǎn)生電路的輸入端接VD和地,其電流輸出端接到VC。電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的電流i02的大小和VD到地的電壓成正比,即i02=k1*VD。平衡時,其中,為i02的平均值。則VD的平均值
參考圖6所示,示意了本發(fā)明實施例四中電流產(chǎn)生電路的一種實現(xiàn)方式。所述的電流產(chǎn)生電路包括電壓電流轉(zhuǎn)換電路和電流鏡模塊,所述的電壓電流轉(zhuǎn)換電路輸入端與所述調(diào)整管的第一端連接,所述電壓電流轉(zhuǎn)換電路的另一端與所述電流鏡模塊連接,所述電流鏡模塊的輸出端與,所述電流源和第一電容的公共端連接。具體的實現(xiàn)如下:所述的電流轉(zhuǎn)換電路包括運放U20和開關(guān)管M21,VD連接到運放U20的正輸入端,電阻R20的一端連接到運放U20的負輸入端,另一端連接到地;運放U20的輸出端連接到開關(guān)管M21的控制端,開關(guān)管M21的源極連接到運放的負輸入端,也就是運放和電阻R20連接的公共端,M21的漏極連接到由開關(guān)管M22和M23組成的電流鏡模塊的輸入端,所述開關(guān)管M22和M23均采用PMOS。電流鏡模塊的輸出端即為電流產(chǎn)生電路的輸出端。假設M23的寬長比除以M22的寬長比為k2,則電流產(chǎn)生電路的輸出電流為k2*VD/R20。即k1=k2/R20。因此可以通過選取合適的系數(shù)k2和電阻R20來得到k1。雖然圖6的結(jié)構(gòu)是在以VD為控制電壓的基礎上實現(xiàn)的,但是也可以將VD與VC的壓差作為控制電壓來實現(xiàn)。
參考圖7所示,示意了本發(fā)明實施例五的電路結(jié)構(gòu),即可在以上所有實施例上進行改進,增加運放U10和電流采樣電阻R10,同時電流采樣電阻R10也可起到圖4中第一電阻R03的作用,但相應的阻值可以有變化,因此在本實施例中也可將電流采樣電阻R10定義為權(quán)利要求中的第一電阻,又或者說,圖4中的第一電阻R03也可同時作為采樣電阻。
第一電容C02的正端即VC端,連接到運放U10的正輸入端,調(diào)整管M01的源極經(jīng)過電流采樣電阻R10連接到地。電流采樣電阻R10和調(diào)整管M01的公共端連接到運放U10的負輸入端,運放U10的輸出端連接到調(diào)整管M01的柵極。加入了運放U10和電流采樣電阻R10,由于VC可以近似為直流電壓,則表征流經(jīng)調(diào)整電流的采樣電阻R10上電壓等于VC電壓,近似為直流電壓,即LED上電流近似為直流,可以進一步提高紋波消除效果。
參考圖8所示,示意了本發(fā)明實施例六的電路結(jié)構(gòu),在上述的所有實施例中,均可在電流產(chǎn)生電路和電流源I01的公共端通過非線性調(diào)節(jié)電路U30連接到第一電容C02。以實施例一的圖2中所記載的方案加入非線性調(diào)節(jié)電路U30來具體說明。
所述非線性調(diào)節(jié)電路的輸入端與所述電流產(chǎn)生電路和所述電流源的公共端連接,所述非線性調(diào)節(jié)電路的輸出端與所述第一電容連接。通過加入非線性調(diào)節(jié)電路U30,來調(diào)節(jié)對VC處第一電容C02的充放電,可以控制VD或者是VD與VC之壓差接近谷底的值為一定值。使得當輸入電流紋波發(fā)生變化時,該紋波消除電路都可以有效去除紋波,且可以將VD或VD-VC的控制值設置為一個較小的值,以減小調(diào)整管M01上的損耗。使該方案具有自適應輸入電流紋波的功能。
非線性調(diào)節(jié)電路的一種具體實現(xiàn)方式為,當電流產(chǎn)生電路U01的電流i02大于電流源I01的電流時,非線性調(diào)節(jié)電路U30對第一電容C02的充電電流為M*(i02-I01);當電流產(chǎn)生電路U01的電流i02小于電流源I01的電流時,非線性調(diào)節(jié)電路U30對第一電容C02的放電電流為N*(I01-i02)。N/M大于等于1。由于對電容C02的充放電是平衡的,當N/M大于1時,則控制低于i02平均值、高于i02谷底值的一個值等于I01。N/M的值越大,則控制等于I01的值越接近i02的谷底值;N/M的值等于1,即控制i02的平均值等于I01。控制i02的接近谷底的值等于I01的好處是,由于i02的波形反映了VD或者是VD與VC壓差的波形,因此,也就是控制VD或者是VD與VC壓差的接近谷底的值為一定值。即在平衡時或穩(wěn)態(tài)下,在保證調(diào)整管M01工作于飽和區(qū)的前提下,使M01的第一端電壓較低,能夠降低調(diào)整管的損耗。
參考圖9所示,示意了非線性調(diào)節(jié)電路一種實現(xiàn)方式的電路原理圖,所述非線性調(diào)節(jié)電路U30的輸入端VI與所述電流產(chǎn)生電路和所述電流源I01的公共端連接,所述非線性調(diào)節(jié)電路U30的輸出端與所述第一電容C02連接。當i02大于I01時,則開關(guān)K30導通,開關(guān)K31關(guān)斷,電流源M*(i02-I01)對VC充電;當i02小于I01時,則開關(guān)K31導通,電流源N*(I01-i02)對VC放電。
除此之外,雖然以上將實施例分開說明和闡述,但涉及部分共通之技術(shù),在本領域普通技術(shù)人員看來,可以在實施例之間進行替換和整合,涉及其中一個實施例未明確記載的內(nèi)容,則可參考有記載的另一個實施例。
以上所述的實施方式,并不構(gòu)成對該技術(shù)方案保護范圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等,均應包含在該技術(shù)方案的保護范圍之內(nèi)。