CN103281838B - 一种消除led频闪的电路、方法及led驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种消除LED频闪的电路、方法及LED驱动电路，所述消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中，包括：滤波电路和具有恒流特性的可控器件。对于LED驱动器，当其所连接的负载具有电流源特性时，流过所述负载的电流是不含交流分量的直流，但其输出电压是含有少量交流分量的脉动电压，因此，本发明利用所述可控器件给LED负载提供恒流，使流过LED负载的电流是不含交流分量的直流，以消除LED频闪，并利用滤波电路滤除输出电压的交流分量，使LED负载上的电压也是不含交流分量的直流电压。

Description

一种消除LED频闪的电路、方法及LED驱动电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种消除LED频闪的电路、方法及LED驱动电路。

背景技术

LED（LightingEmittingDiode，发光二极管），具有节能、环保、高效、安全等特点，因此，被广泛应用于景观、路灯和电子产品背光灯等照明场合。

一般，LED驱动电路都是采用恒流驱动LED负载工作。如图1a所示，传统的LED驱动电路包括LED驱动器1和输出电容C_out，LED驱动器1将交流市电(工作频率为50Hz)转换为直流电提供给LED负载，具体的，LED驱动器1将交流市电V_in经过整流后，再转换为直流电提供给LED负载。但是，由于LED驱动器输出给LED负载的驱动电流包含有100Hz左右的交流分量，从而导致LED发光时会出现人眼能够感知到的频闪现象。

请参见图1b，示出了图1a所示电路中的主要工作波形图，假定LED驱动器1的功率因数为1，交流市电V_in为正弦波时，则LED驱动器的输入电流i_in为正弦波，瞬时输入功率P_in是正弦平方形式的脉动功率，而输出功率P_o是平直的功率，LED负载两端的电压可认为是平直电压，流过LED负载的电流i_LED中含100Hz左右的交流分量，导致出现人眼能够感知到的频闪现象，因此，急需一种能够消除LED频闪的电路。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种消除LED频闪的电路、方法及LED驱动电路，以实现消除LED负载中的频闪现象，技术方案如下：

本申请提供一种消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括LED驱动器和输出电容，其中，所述输出电容的两端作为所述LED驱动电路的输出端并联于所述LED驱动器的两个输出端之间，包括：滤波电路和具有恒流特性的可控器件，其中：

所述滤波电路并联于所述输出电容的两端，用于滤除所述LED驱动电路的输出电压中的交流电压纹波；

所述可控器件的第一功率端和第二功率端串联在所述输出电容和LED负载之间，以给所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流。

优选的，所述滤波电路包括电阻和滤波电容，所述电阻的一端连接所述输出电容的一端，所述电阻的另一端连接所述滤波电容的一端，所述滤波电容的另一端连接所述输出电容的另一端。

优选的，所述可控器件为MOS管，所述MOS管的第一功率端连接所述输出电容的一端，第二功率端连接所述LED负载的正极性端，控制端连接所述电阻与所述滤波电容的公共端。

优选的，所述滤波电路的时间常数不小于10ms。

本申请还提供一种LED驱动电路，包括LED驱动器、输出电容，还包括上述的消除LED频闪的电路；

所述LED驱动器的输入端连接交流电源；

所述输出电容的一端连接所述LED驱动器的正极输出端，所述输出电容的另一端连接所述LED驱动器的负极输出端；

所述消除LED频闪的电路连接在所述输出电容和所述LED负载之间。

本申请还提供一种消除LED频闪的方法，应用于上述的消除LED频闪的电路中，包括：

利用具有恒流特性的可控器件为所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流；

通过滤波电路滤除所述LED驱动电路的输出电压中的交流电压纹波。

优选的，当所述可控器件为MOS管时，所述利用具有恒流特性的可控器件为所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流的过程具体为：

控制所述MOS管工作于恒流区，并控制所述MOS管的栅-源极电压恒定，以使流过所述MOS管的漏-源极的电流保持恒定。

本申请提供的消除LED频闪的电路、方法及LED驱动电路，所述消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中，由于LED驱动器所连接的负载的特性对LED驱动器输出的电压和电流有一定的影响，通过实验得到，当LED驱动器所连接的负载具有电流源特性时，流过所述负载的电流基本不含交流分量，但是LED驱动器的输出电压含有少量的交流分量，因此，本发明通过所述消除LED频闪的电路产生不含交流分量的直流驱动LED负载工作，并利用滤波电路滤除LED驱动电路的输出电压中的交流分量，从而消除LED负载上的交流电流、电压纹波，最终消除LED负载的频闪现象。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，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1a为传统的LED驱动电路的结构示意图；

图1b为图1a所示电路中的主要工作波形示意图；

图2a为LED负载的等效结构示意图；

图2b为LED驱动电路的负载为LED负载的原理框图；

图2c为LED驱动电路的负载为电压源的原理框图；

图2d为LED驱动电路的负载为电流源的原理框图；

图3为本申请实施例提供的一种消除LED频闪的电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种LED驱动电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种消除LED频闪的方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供的消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中，在现有LED驱动电路的基础上，对其输出端进行改进，从而消除LED频闪现象。

具体的，如图2a所示，为简化分析LED负载，将LED等效为电阻R_LED与具有一定压降（VF_LED）的二极管串联，此时，LED驱动电路的输出电流纹波i_ripple的计算公式如下：

$i_{\mathrm{ripple}}=\frac{2}{\sqrt{1+{\left(200\mathrm{\π}{R}_{\mathrm{LED}}{C}_{\mathrm{out}}\right)}^2}}$ （式1）

上式中，R_LED为LED等效结构中的电阻R_LED的阻值，C_out为LED驱动电路中的输出电容C_out的容值。

LED驱动电路所连接的负载的特性不同时，其输出的电压纹波和电流纹波也将不同，具体以LED驱动电路的输出电压为40V、输出电流为400mA为例进行分析，具体参见图2b-图2d所示的电路示意图，图2b为LED驱动电路的负载为LED负载的原理框图，图2c为LED驱动电路的负载为电压源的原理框图，图2d为LED驱动电路的负载为电流源的原理框图。

如图2b所示，当负载为LED负载时，由于LED负载具有恒压特性，则LED负载两端的电压可认为是平直的电压，但流过LED负载的电流是含100Hz左右的交流分量的脉动电流，根据式1可知，其电流纹波很大，具体的输出纹波含量的计算结果为：电压纹波v_ripple=7%，电流纹波i_ripple=45.1%。

如图2c所示，当负载为电压源时，由于电压源具有恒压特性，所以LED驱动电路的输出电压是没有脉动的平直电压，而输出电流是含100Hz左右的交流分量的脉动电流，且电流纹波非常大，具体的输出纹波含量的计算结果为：电压纹波v_ripple=0%，电流纹波i_ripple=200%。

如图2d所示，当负载为电流源时，由于电流源具有恒流特性，所以LED驱动电路的输出电流是没有脉动的平直电流，而且输出电压脉动很小，具体的输出纹波含量的计算结果为：电压纹波v_ripple=7.2%，电流纹波i_ripple=0%。

由上述实验分析结果可知，本发明的核心思想为：若LED驱动器和输出电容后并联的输出负载可等效看作是具有电流源特性的输出负载，则理论上，LED驱动电路的输出电流纹波可以减小到零，此时能够完全消除LED驱动电路的输出电流中包含的100Hz左右的交流分量的脉动电流，从而消除LED频闪现象，但是，此时LED驱动电路的输出电压有较小的脉动，因此需要减小LED驱动电路的输出电压的纹波含量，使其输出电压为不含纹波的平直电压。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图3，示出了本申请实施例一种消除LED频闪的电路的结构示意图，所述消除LED频闪的电路应用于LED驱动电路，所述LED驱动电路包括LED驱动器1、输出电容C_out，输出电容C_out并联于所述LED驱动器1的两个输出端之间，输出电容C_out的一端连接LED驱动器的正极输出端，输出电容C_out的另一端连接LED驱动器的负极输出端。

具体的，输出电容C_out可以通过电解电容实现，输出电容C_out的正极性端连接LED驱动器的正极输出端，输出电容C_out的负极性端连接LED驱动器的负极输出端。

所述消除LED频闪的电路包括滤波电路100、可控器件200，其中：

滤波电路100并联于输出电容C_out的两端，以滤除LED驱动器的输出电压所含的交流分量的脉动电压，使LED负载两端的电压为一平直电压。

优选的，滤波电路100可以由电阻和滤波电容构成，可以通过调节电阻或滤波电容的值来改变滤波电路的时间常数，进而能够滤除不同频率的交流分量。

具体实施时，滤波电路100包括串联连接的电阻R和滤波电容C，其中，电阻R的一端连接至输出电容C_out与LED驱动器的正极输出端连接的一端，电阻R的另一端连接滤波电容C的一端，滤波电容C的另一端连接至输出电容C_out与LED驱动器的负极输出端连接的一端。

为了使滤波电路100能够滤除LED驱动电路的输出电压中包含的100Hz左右的交流分量，可以将时间常数τ设置在不小于10ms的范围内，其中τ=RC，R为滤波电路100中的电阻R的阻值，C为滤波电容C的容值。通常将时间常数τ设置为100ms，此时，滤波电路100能够滤除交流纹波的最低频率为10Hz，从而使LED负载两端的电压为平直的电压。

可控器件200的第一功率端和第二功率端串联在输出电容C_out和LED负载之间，以为LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流。

优选的，可控器件200可以为MOS管M，具体的可以为N-MOS管，或P-MOS管，可控器件200的第一功率端、第二功率端、控制端分别为N-MOS管或P-MOS管的漏极、源极、栅极；

具体的，N-MOS管或P-MOS管的漏极连接至所述输出电容C_out与LED驱动器1的正极输出端连接的一端，N-MOS管或P-MOS管的源极连接LED负载的正极性端，N-MOS管或P-MOS管的栅极连接所述电阻R和滤波电容C的公共端。

由于MOS管M的开启电压V_TH为常量，当其处于恒流区时，若其栅-源极的电压V_GS不变，则流过漏-源极的电流I_DS恒定不变。由于MOS管具有上述特性，因此，只需控制MOS管工作在恒流区，且使V_GS恒定不变，则MOS管具有恒流特性，使得LED负载电流是不含交流分量的直流。

若要消除LED负载的频闪现象，必须使MOS管工作在恒流区，则要求输出电容的电压纹波满足以下条件：

$\frac{V_{\mathrm{Cout},\mathrm{ripple}}}{2}\≤V_{\mathrm{TH}}$ （式2）

其中，V_cout，_ripple为输出电容C_out的纹波值，V_TH为MOS管M的开启电压。

本实施例提供的消除LED的频闪的电路的工作原理如下：

MOS管一直处于导通状态，此时将LED负载与LED驱动电路连接，输出电容C_out两端的电压包含100Hz左右的交流分量，滤波电路100滤除100Hz左右的交流电压纹波，使得LED负载两端的电压为平直电压，且存在以下关系表达式：

V_c=V_LED+V_GS（式3）

其中，V_c为滤波电容C上的电压，V_LED为LED负载两端的电压，V_GS为MOS管栅-源极的电压。

由于滤波电容C的电压V_c基本恒定，LED负载两端的电压V_LED也为平直电压，根据式3可知，V_GS基本恒定。

当MOS管工作在恒流区时，若V_GS恒定，则对应的流过漏-源极的电流I_DS也恒定，即流过LED负载的电流不包含100Hz左右的交流分量，也即本实施例提供的消除LED频闪的电路能够消除LED驱动电路的输出电流中的100Hz左右的交流分量的脉动电流，从而消除LED负载的频闪现象。

相应于上述的消除LED频闪的电路，本申请还提供一种LED驱动电路。

请参见图4，所述LED驱动电路，包括LED驱动器1和输出电容C_out，以及上述实施例提供的消除LED频闪的电路10。

LED驱动器1的输入端连接交流市电V_in，输出端并联有输出电容C_out，消除LED频闪的电路10连接在所述LED驱动器1和LED负载之间，交流市电V_in经过LED驱动器转变为直流电提供给LED负载，但是LED驱动器1的输出电流是含有交流分量的电流纹波的，经过消除LED频闪的电路10消除LED驱动器1的输出电流中的交流纹波，从而消除流过LED的交流纹波，进而消除LED的频闪现象，同时，利用消除LED频闪的电路10消除LED驱动器1的输出电压中的交流纹波，使得LED两端的电压为平直电压。

本实施例提供的LED驱动电路能够消除流过LED的电流中的交流分量，从而消除LED频闪现象。

相应于上述的消除LED频闪的电路，本申请还提供一种消除LED频闪的方法，如图5所示，该方法应用于上述的消除LED频闪的电路中，包括以下步骤：

101，利用具有恒流特性的可控器件为，LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流；

具体实施时，所述可控器件可以通过MOS管实现，由于MOS管的开启电压V_TH为常量，当其处于恒流区时，若其栅-源极间的电压V_GS不变，则流过漏-源极的电流I_DS恒定不变，此时，MOS管具有恒流特性，MOS管与LED负载串联后，使流过LED负载电流为不含交流分量的直流。

102，通过滤波电路滤除LED驱动电路的输出电压中的交流纹波。

具体实施时，所述滤波电路可以包括电阻和滤波电容，通过调节电阻、滤波电容的数值改变能够滤除的交流分量的频率。

需要说明的是，上述的步骤101和步骤102可以同时进行，还可以是先执行步骤102，再执行步骤101。

本实施例提供的消除LED频闪的方法，通过将LED负载与具有恒流特性的可控器件串联来消除流过LED负载的交流电流纹波，从而消除LED的频闪现象。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种消除LED频闪的电路，应用于LED驱动电路中，所述LED驱动电路包括LED驱动器和输出电容，其中，所述输出电容的两端作为所述LED驱动电路的输出端并联于所述LED驱动器的两个输出端之间，其特征在于，包括：滤波电路和具有恒流特性的可控器件，其中：

所述滤波电路并联于所述输出电容的两端，用于滤除所述LED驱动电路的输出电压中的交流电压纹波，所述滤波电路包括电阻和滤波电容，所述电阻的一端连接所述输出电容的一端，所述电阻的另一端连接所述滤波电容的一端，所述滤波电容的另一端连接所述输出电容的另一端；

所述可控器件的第一功率端和第二功率端串联在所述输出电容和LED负载之间，以给所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流，所述可控器件为MOS管，所述MOS管的第一功率端连接所述输出电容的一端，第二功率端连接所述LED负载的正极性端，控制端连接所述电阻与所述滤波电容的公共端，所述MOS管工作在恒流区，且所述MOS管栅-源极之间的电压恒定，使流过漏-源极的电流恒定，使流过LED负载的电流不包含交流分量。

2.根据权利要求1所述的消除LED频闪的电路，其特征在于，所述滤波电路的时间常数不小于10ms。

3.一种LED驱动电路，包括LED驱动器、输出电容，其特征在于，还包括权利要求1-2任一项所述的消除LED频闪的电路；

所述LED驱动器的输入端连接交流电源；

所述输出电容的一端连接所述LED驱动器的正极输出端，所述输出电容的另一端连接所述LED驱动器的负极输出端；

所述消除LED频闪的电路连接在所述输出电容和所述LED负载之间。

4.一种消除LED频闪的方法，应用于权利要求1-2任一项所述的电路中，其特征在于，包括：

利用具有恒流特性的可控器件为所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流；

通过滤波电路滤除所述LED驱动电路的输出电压中的交流电压纹波；

当所述可控器件为MOS管时，所述利用具有恒流特性的可控器件为所述LED负载提供不含交流分量、且恒定的直流驱动电流的过程具体为：

控制所述MOS管工作于恒流区，并控制所述MOS管的栅-源极电压恒定，以使流过所述MOS管的漏-源极的电流保持恒定，使流过LED负载的电流不包含交流分量。