CN103889121B - 一种纹波电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纹波电流抑制电路，该电路包括：阻抗可变器件，电流检测器件，参考信号产生电路和第一比较器；其中，阻抗可变器件，设置有第一端、第二端和第三端；所述第一端接收控制信号，阻抗可变器件根据所述控制信号调整其阻抗值；阻抗可变器件通过第二端和第三端连接在外部电流回路上；电流检测器件，与所述阻抗可变器件连接，用于检测所述阻抗可变器件的电流值；参考信号产生电路，用于生成参考信号；第一比较器，包括用于分别接收参考信号和所检测到的阻抗可变器件的电流值的第一和第二输入端；其比较结果作为所述阻抗可变器件的控制信号。本发明可以使得流过与之串联负载的电流基本恒定，从而减小负载上的电流纹波。

Description

一种纹波电流抑制电路

技术领域

本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种纹波电流抑制电路。

背景技术

在现有的LED电路中，LED（Light-EmittingDiode，发光二极管）驱动电路为了满足功率因数和成本的要求，通常采用单级PFC（PowerFactorCorrection，功率因数校正）电路实现。但是这种单级PFC电路输出的电流纹波非常大，使得LED的发光带有两倍市电闪烁频率，造成人眼不适，也会对监控设备带来麻烦。

为了解决现有LED电路出现的这一问题，往往需要在LED驱动电路两端并联很大的电容去平滑电流，使得成本和面积都提升。

发明内容

本发明实施例提供了一种纹波电流抑制电路，该电路包括：阻抗可变器件，电流检测器件，参考信号产生电路和第一比较器；其中，

阻抗可变器件，设置有第一端、第二端和第三端；所述第一端接收控制信号，阻抗可变器件根据所述控制信号调整其阻抗值；阻抗可变器件通过第二端和第三端连接在外部电流回路上；

电流检测器件，与所述阻抗可变器件连接，用于检测所述阻抗可变器件的电流值；

参考信号产生电路，用于生成参考信号；

第一比较器，包括用于分别接收参考信号和所检测到的阻抗可变器件的电流值的第一和第二输入端；其比较结果作为所述阻抗可变器件的控制信号。

本发明实施例提供的纹波电流抑制电路可以使得流过与之串联负载的电流基本恒定，从而减小负载上的电流纹波。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的纹波电流抑制电路应用场景示意图；

图2A为本发明实施例提供的一种纹波电流抑制电路结构框图；

图2B为本发明实施例提供的另一种纹波电流抑制电路结构框图；

图3A为本发明实施例提供的一种纹波电流抑制电路图；

图3B为本发明实施例提供的另一种纹波电流抑制电路图；

图4为图2所示参考信号产生电路的一种实现框图；

图5为图2所示参考信号产生电路的另一种实现框图；

图6为图2所示参考信号产生电路的又一种实现框图；

图7为图5和图6所示最值选择器的具体实现框图；

图8为输出电压波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有LED电路中的前级LED驱动电路可以看作是一个电流源，向它的负载（LED）提供一个平均值恒定的电流，但是这个电流有可能随着市电频率而上下波动。如果简单的通过给负载（LED）并联电容的方式来减小流过LED的纹波电流，由于LED本身内阻很小，因此这种LED电路需要较大的电容才能起到很好的效果。

为了减小流过LED上的电流纹波，以及减小LED电路成本和面积，本发明实施例提供了一种纹波电流抑制电路。

图1为本发明实施例提供的一种纹波电流抑制电路应用场景示意图。如图1所示，纹波电流抑制电路120与LED130串联后再与电容140并联接在前级LED驱动电路110的输出端。在一个市电周期内，纹波电流抑制电路120的电流基本保持不变，从而使得流过LED的电流也基本恒定，从而减小LED上的电流纹波。由于串联的纹波电流抑制电路120增加了支路的内阻，因此可以大大减小所需要的电容。另外，为了能够适应不同的前级LED驱动电路110，同时也为了减小纹波电流抑制电路120的功耗，LED130的稳态电流为自适应形式设置，即在LED电路稳定工作后，LED30上的直流电流平均值与前级LED驱动电路110输出电流的平均值相等，以保证纹波电流抑制电路120两端的电压足够低，纹波足够小。

图2A为本发明实施例提供的一种纹波电流抑制电路结构框图。如图2A所示，纹波电流抑制电路120包括阻抗可变器件21、电流检测器件22、第一比较器23和参考信号产生电路24。

阻抗可变器件21设置有第一端、第二端和第三端，其中第一端与第一比较器23的输出端连接，用于接收控制信号，并根据该控制信号调整其阻抗值；第三端与外部LED130连接，向其输出恒定电流。阻抗可变器件21的第一端为控制端，该控制端的电压或电流决定了阻抗可变器件21的阻抗大小和电流大小。在实际电路中，阻抗可变器件21的阻抗大小和控制端的信号大小具有单调相关性，例如控制端电压上升，阻抗下降。

电流检测器件22的一端与阻抗可变器件21的第二端连接，其连接点A接入第一比较器23的一输入端。电流检测器件22用于检测阻抗可变器件21的电流值，从而获取流过LED的电流值。第一比较器23将该电流值与一个参考值相比较，再通过负反馈去控制阻抗可变器件21，就可以实现在周期内输出电流基本恒定。

第一比较器23用于根据电流检测器件22检测到的阻抗可变器件21的电流值与参考信号产生电路24产生的参考信号VREF进行比较，其比较结果作为阻抗可变器件21的控制信号。

优选地，本发明实施例中的阻抗可变器件21可以选用NMOS晶体管，NMOS晶体管的栅极为第一端、源极为第二端、漏极为第三端，其中栅极电压决定了其阻抗大小。需要说明的是，阻抗可变器件21除了选用NMOS晶体管外，还可以有其他实现方式，例如选用PMOS晶体管。

电流检测器件22可以用一个电阻实现，其电压正比于电流。该电阻的一端接地，另一端与阻抗可变器件21直接串联连接，也可以直接与阻抗可变器件21并联连接（如图2B所示），采用镜像阻抗可变器件21电流的方式实现。

参考信号产生电路24的输出端与第一比较器23的另一输入端连接，用于生成参考信号VREF。优选地，参考信号产生电路24根据阻抗可变器件21的三端信号值和电流检测器件22检测到的电流值来产生参考信号VREF。图4至图6为本发明实施例提供的参考信号产生电路24的三种实现框图。

第一种实现框图如图4所示，参考信号产生电路24包括第二比较器41、放大器42、第一比较电压43和第二比较电压44。

第二比较器41一输入端接入阻抗可变器件21两端的电压差，即阻抗可变器件21的第二端和第三端的电压差；另一输入端接入第一比较电压43，输出端与放大器42一输入端连接，用于将阻抗可变器件21两端的电压和第一比较电压43进行比较，向放大器42输出其比较结果。第一比较电压43一般根据阻抗可变器件21的特性来确定，通常为在最大电流下阻抗可变器件21的压降再加上0～vdd之间的一个数值。

放大器42一输入端与第二比较器41的输出端连接，其另一输入端接入第二比较电压44，用于放大第二比较器41的比较结果后与第二比较电压44进行比较，其差值作为输出的参考信号VREF。第二比较电压44为0～vdd之间的一个数值，用于控制稳态情况下第二比较器41输出0和vdd的比例。

优选地，上述放大器42可选用低带宽放大器，其带宽一般小于输入电流纹波的基频。

优选地，第一比较电压43和第二比较电压44根据LED电路的温度变化而变化。当LED电路温度升高后，第一比较电压43和第二比较电压44随之改变，LED上的电流纹波就会逐渐加大，同时LED电路的功耗也随之下降，这就形成负反馈，从而避免LED电路温度上升过高。

第一比较电压43和第二比较电压44还可以根据时间的变化进行动态变化。例如，在刚开机时，这个比较电压逐渐达到最终值，那么纹波在开始时比较大，然后逐渐达到稳定，电路功耗也是从小逐渐变大。

第二种实现框图如图5所示，参考信号产生电路24包括最值选择器51、放大器42、第一比较电压43和第二比较电压44。

最值选择器51一输入端接入阻抗可变器件两端的电压差，即阻抗可变器件的第二端和第三端的电压差；另一输入端接入第一比较电压43，输出端与放大器42一输入端连接，用于输出阻抗可变器件的两端电压和第一比较电压中最大的值或最小的值。

放大器42一输入端与最值比较器51的输出端连接，其另一输入端接入第二比较电压44，用于放大最值比较器41的比较结果后与第二比较电压44进行比较，其差值作为输出的参考信号VREF。

第三种实现框图如图6所示，参考信号产生电路24包括最值选择器51、放大器42、第一比较电压43和第二比较电压44。

最值选择器51一输入端接入阻抗可变器件51控制端电压，即阻抗可变器件的第一端电压，第一端电压一般在0～vdd之间；另一输入端接入第一比较电压43，输出端与放大器42一输入端连接，用于输出阻抗可变器件的两端电压和第一比较电压中最大的值或最小的值。第一比较电压43根据阻抗可变器件的特性选择0～vdd之间的一个电压值。

放大器42一输入端与最值比较器51的输出端连接，其另一输入端接入第二比较电压44，用于放大最值比较器41的比较结果后与第二比较电压44进行比较，其差值作为输出的参考信号VREF。第二比较电压44通常为第一比较电压43和vdd之间的一个电压，同样用于控制电流纹波。

图3A为本发明实施例提供的一种纹波电流抑制电路图。如图3A所示，该纹波电流抑制电路120包括NMOS晶体管21、电流检测器件22、第一比较器23和参考信号产生电路24。

NMOS晶体管21栅极与第一比较器23的输出端连接，用于接收控制信号，NMOS晶体管21通过源极和漏极连接在外部电流回路上。

电流检测器件22一端与NMOS晶体管21源极连接，用于检测NMOS晶体管21的电流值；

参考信号产生电路24，用于生成参考信号；

第一比较器23，包括用于分别接收参考信号和NMOS晶体管21电流值的第一和第二输入端；其比较结果作为NMOS晶体管21的控制信号。

图3B为本发明实施例提供的另一种纹波电流抑制电路图。如图3B所示，该纹波电流抑制电路120包括第一MOS晶体管21a、第二MOS晶体管21b、电阻22、第一比较器23和参考信号产生电路24，其中第一NMOS晶体管21a为阻抗可变器件，电阻22和NMOS晶体管21b构成电流检测器件。

第一NMOS晶体管21a栅极和第二NMOS管21b栅极与第一比较器23的输出端连接，用于接收控制信号，第一NMOS晶体管21a和第二NMOS管21b根据控制信号调整其阻抗值。第一NMOS晶体管21a漏极和第二NMOS晶体管21b漏极串联连接。电阻22一端和第一NMOS晶体管21a源极连接，该连接点再接入到第一比较器23的一输入端。

参考信号产生电路24的输出端与第一比较器23的另一输入端连接，用于生成参考信号。

第一比较器23将参考信号以及电阻22和第一NMOS晶体管21a源极连接点的电流进行比较，其比较结果作为第一NMOS晶体管21a和第二NMOS管21b的控制信号。

图7为本发明实施例提供的最值选择器电路结构示意图。如图7所示，最值选择器51包括PMOS管V1和PMOS管V2,其输出信号Vo为V1与V2中最低的值再加上预先设置的阈值电压Vth。

图8示出了本发明实施例纹波电流抑制电路工作时，阻抗可变器件、比较器和最值选择器输出电压的波形示意图。

本发明实施例提供的纹波电流抑制电路可以与LED串联后再与电容并联接在前级LED驱动的输出端。在一个市电周期内，本发明实施例提供的纹波电流抑制电路的电流基本保持不变，从而使得LED的电流也基本恒定，从而减小了LED上的电流纹波。由于本发明实施例提供的纹波电流抑制电路与LED串联连接增加了该支路的内阻，因此可以减小所需要的电容。

尽管已经示出并描述了本发明的特殊实施例，然而在不背离本发明的示例性实施例及其更宽广方面的前提下，本领域技术人员显然可以基于此处的教学做出变化和修改。因此，所附的权利要求意在将所有这类不背离本发明的示例性实施例的真实精神和范围的变化和更改包含在其范围之内。

Claims (6)

1.一种纹波电流抑制电路，其特征在于，包括：阻抗可变器件，电流检测器件，参考信号产生电路和第一比较器；其中，

阻抗可变器件，设置有第一端、第二端和第三端；所述第一端接收控制信号，阻抗可变器件根据所述控制信号调整其阻抗值；阻抗可变器件通过第二端和第三端连接在外部电流回路上；

电流检测器件，与所述阻抗可变器件连接，用于检测所述阻抗可变器件的电流值；

参考信号产生电路，根据所述阻抗可变器件的三端信号值和所述电流检测器件检测到的电流值，生成参考信号；

第一比较器，包括用于分别接收参考信号和所检测到的阻抗可变器件的电流值的第一输入端和第二输入端；其比较结果作为所述阻抗可变器件的控制信号；

其中，所述参考信号产生电路包括：

第二比较器，其一输入端接入所述阻抗可变器件两端的电压差，另一输入端接入第一比较电压，输出端与放大器一输入端连接，用于将所述阻抗可变器件两端的电压差和所述第一比较电压进行比较；

放大器，其一输入端接收第二比较器的比较结果，其另一输入端接入第二比较电压，用于放大所述第二比较器的比较结果后与所述第二比较电压进行比较，其差值作为输出的参考信号；

或者，所述参考信号产生电路包括：

最值选择器，其一输入端接入所述阻抗可变器件两端的电压差，另一输入端接入第一比较电压，输出端与放大器一输入端连接，用于输出所述阻抗可变器件的两端电压差和所述第一比较电压中最大的值或最小的值；

放大器，其一输入端与所述最值选择器的输出端连接，其另一输入端接入第二比较电压，用于放大所述最值选择器的输出结果后与所述第二比较电压进行比较，其差值作为输出的参考信号；

或者，所述参考信号产生电路包括：

最值选择器，其一输入端接入所述阻抗可变器件的第一端电压，另一输入端接入第一比较电压，输出端与放大器一输入端连接，用于输出所述阻抗可变器件的控制端电压和所述第一比较电压中最大的值或最小的值；

放大器，其一输入端与所述最值选择器的输出端连接，其另一输入端接入第二比较电压，用于放大所述最值选择器的输出结果后与所述第二比较电压进行比较，其差值作为输出的参考信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流检测器件为电阻，所述阻抗可变器件为MOS晶体管，所述MOS晶体管栅极为第一端、漏极为第二端、源极为第三端；或者所述MOS晶体管栅极为第一端、源极为第二端、漏极为第三端。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述阻抗可变器件为第一MOS晶体管，所述电流检测器件包括电阻和第二MOS晶体管，所述第二MOS晶体管与所述电阻串联连接，其连接点接入所述第一比较器的第二输入端；所述电流检测器件和所述阻抗可变器件并联连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一比较电压和/或所述第二比较电压根据电路温度的变化而进行调整。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一比较电压和/或所述第二比较电压根据时间的变化而进行动态调整。

6.一种LED电路，包括前级LED驱动电路和LED灯，其特征在于，还包括如权利要求1所述纹波电流抑制电路，所述纹波电流抑制电路与所述LED灯串联后，再与电容并联接到所述前级LED驱动电路的输出端。