CN109788600A - 一种消除电流纹波的电路，***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除电流纹波的电路，包括：低通滤波电路和可控晶体管，其特征在于，还包括：负反馈电路。低通滤波电路用于将纹波电压进行滤波处理；负反馈电路用于将滤波后的电压进行进一步滤波处理，得到无纹波电压；可控晶体管根据无纹波电压产生无纹波电流。本发明利用负反馈电路有效的消除了现有去纹波电路中存在的纹波电流问题，实现了LED灯无频闪的目的，降低频闪对人眼的视觉冲击，从而达到降低人眼因频闪而产生的视力下降、头晕目眩、偏头痛等问题。

Description

一种消除电流纹波的电路，***及其方法

技术领域

本发明涉及消除电流纹波的电路，尤其是涉及AC/DC LED驱动高压线性triac调光LED驱动、AC/DC单级高PFC恒流驱动的消除电流纹波的电路，***及其方法。

背景技术

研究表明，当光闪烁的频率较低，即低于100Hz时，人眼可以感觉到光的闪烁；当光闪烁的频率在100Hz或者更高的频率下，人眼虽然感觉不到闪烁，但仍能引起视觉神经***的响应。目前，AC/DC高压线性triac调光LED驱动、AC/DC单级高PFC恒流驱动方案都存在频闪，此类方案若想减弱频闪，往往是以降低高功率因数和高成本为代价。

针对具备高功率因数的LED恒流控制方案存在的频闪和成本问题，现有技术提出了一种简易去纹波方案(如图1和图2所示)，其采用MOS管、电阻、电容等分立器件搭建出一个简易的去纹波电路。对具备高功率因数的LED恒流控制电路所输出的电流中的纹波，这种方法能够将输出电流的纹波减小到一定的范围以减弱频闪。

如图1所示，为一种现有消除电流纹波电路图。

去纹波电路是和LED灯串串联在一起，作为前端高功率因数恒流LED驱动的输出负载，这样既能去除LED灯串上的纹波电流，又不改变前端LED恒流驱动电路的参数。简易去纹波电路包括低通滤波电路和可控晶体管。其中可控晶体管选取的是NMOS管。但简易去纹波电路并不能有效的消除电路纹波，其输出电路还带有小幅度纹波。流过LED灯的电流中由于还存有纹波，导致出现频闪，使人视觉神经产生影响。

如图2所示，为另一种现有消除电流纹波电路图。

如图1中的简易去纹波电路，其中去纹波电路也相当于图2中的一个可变电阻器件，这个可变电阻上的电压波动，跟随前端LED恒流驱动的输出电压纹波，从而使LED灯串上有恒定的电压，使流过LED的电流为无纹波的电流。但是，同样如图1中简易去纹波电路，其输出电路还带有小幅度纹波。流过LED灯的电流中由于还存有纹波，导致出现频闪，使人视觉神经产生影响。

但上述两种电路对于电流纹波的消除效果欠佳，无法有效地消除电流纹波以达到LED无频闪的目的。

综上，现有的采用MOS管、电阻、电容等分立器件搭建出的简易去纹波电路，无法有效地消除电流纹波以达到LED无频闪的目的。

发明内容

本发明用于去除AC/DC高压线性三端双向可控硅开关元件(triac)调光LED驱动、AC/DC单级高PFC恒流驱动方案存在的频闪。通过检测输出电流，加入三极管作负反馈，来达到很好的去纹波效果，实现无频闪。

为实现上述目的，本发明提供了一种消除电流纹波的电路，低通滤波电路和可控晶体管，其特征在于，还包括：负反馈电路。低通滤波电路用于将纹波电压进行滤波处理；负反馈电路用于将滤波后的电压进行进一步滤波处理，得到无纹波电压；可控晶体管根据无纹波电压产生无纹波电流。

优选地，负反馈电路包括：NPN三极管和第三电阻R3。第三电阻一端与NPN三极管的基极连接；第三电阻另一端与电解电容负极相连，NPN三极管的集电极与可控晶体管的第二端相连，NPN三极管的基极与可控晶体管的第三端相连，NPN三极管的发射极与输出电容负极相连。

优选地，可控晶体管，包括：MOS管、三极管或达林顿管。

优选地，低通滤波电路，包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容。第一电阻R1和第二电阻R2串联，第一电容C1与电阻R2并联或者包括第一电阻R1和第一电容；或者包括稳压管和第一电容。

优选地，还包括：第四电阻，第四电阻一端与NPN三极管的发射极相连，第四电阻另一端与输出电容负极相连。

优选地，NPN三极管，用NMOS管、放大器或达林顿管替代。

优选地，MOS管，选用NMOS管；所述NMOS管工作于恒流区，所述NMOS管漏极、源极两端电压V_DS要大于所述NMOS管栅极、源极两端电压V_GS与阈值电压V_TH之差，即

V_DS＞V_GS-V_TH。

本发明还提供了一种消除电流纹波的***，包括上述中任一所述的消除电流纹波的电路，以及恒流驱动芯片。消除电流纹波的电路与LED灯串串联，通过消除电流纹波的电路去除LED灯串上的纹波电流。

本发明还提供了一种消除电流纹波的方法，包括：恒流驱动芯片将有纹波的交流电输入给低通滤波器；低通滤波电路将所述有纹波的交流电转换为带有小幅度纹波的直流电，输入给可控晶体管；带有小幅度纹波的直流电通过负反馈电路消除纹波，并输出无纹波的直流电。

优选地，MOS管，选用NMOS管；所述NMOS管工作于恒流区，所述NMOS管漏极、源极两端电压V_DS要大于所述NMOS管栅极、源极两端电压V_GS与阈值电压V_TH之差，即

V_DS＞V_GS-V_TH。

本发明通过NPN三极管和电流采样电阻R3，形成负反馈电路，从而消除电路中的纹波电流。可以有效的消除现有去纹波电路中依然存在纹波电流的问题。此电路对于电流纹波的消除效果显著，可有效地消除电流纹波以达到LED无频闪的目的。降低频闪对人眼的视觉冲击，从而达到降低人眼因频闪而产生的视力下降、头晕目眩、偏头痛等问题。

附图说明

图1为现有技术的一种去纹波电路结构示意图；

图2为现有技术的另一种去纹波电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种消除电流纹波电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种消除电流纹波电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的再一种消除电流纹波电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图3为本发明提供的一种消除电流纹波电路图。如图3所示，该电路包括：低通滤波电路、可控晶体管和负反馈电路。其中，低通滤波电路用于将纹波电压进行滤波处理；负反馈电路用于将滤波后的电压进一步的进行滤波处理，得到无纹波电压；可控晶体管根据无纹波电压产生无纹波电流。

其中，可控晶体管可以是MOS管，也可以是三极管或达林顿管。值得注意的是，低通滤波电路可以是包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容，第一电阻R1和第二电阻R2串联，第一电容C1与电阻R2并联。也可以是包括第一电阻R1和第一电容。还可以是包括稳压管和第一电容。低通滤波电路将市电有纹波的交流电转换为无纹波的直流电。但是转换后的电压仍然存在很小的纹波。有纹波的电压产生的带有纹波的电流，经过LED灯，会给人眼带来疲劳。在本实施例中，通过负反馈电路将带有很小的纹波电压进行稳压，通过负反馈调节，使消除纹波电压，也就消除了电流中的纹波。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种消除电流纹波电路图

一个实施例提供了一种消除电流纹波的电路，包括：NMOS管、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容，其特征在于，还包括：负反馈电路。负反馈电路包括：NPN三极管和第三电阻R3。第三电阻一端与NMOS管的源极连接；第三电阻另一端与电解电容负极相连，NPN三极管的集电极与NMOS管的栅极相连，NPN三极管的基极与NMOS管的源极相连，NPN三极管的发射极与输出电容负极相连。还包括：第四电阻。第四电阻一端与所述NPN三极管的发射极相连，第四电阻另一端与输出电容负极相连。电解电容与恒流驱动芯片并联，电阻R1、电阻R2与LED灯串串联，接入电解电容两端，M1的栅极接入R1和R2之间，第一电容C1与电阻R2并联。

通过电阻R1、R2对NMOS管的漏极电压(V_DRAIN)、源极电压(V_SOURCE)采样分压来驱动NMOS管M1的栅极，此时NMOS满足工作于恒流区的条件V_DS＞V_GS-V_TH,NMOS工作于恒流区，并由R1、R2和C1对NMOS管M1的栅极电压纹波进行滤波处理，但是R1、R2和C1组成的低通滤波器并不能很好的对NMOS管M1的栅极电压纹波进行有效滤除，通过电阻R3、NPN三极管Q1和电阻R4组成的负反馈电路，对NMOS管M1的栅极电压进一步的处理，得到一个无纹波的栅极电压(V_GATE)，此时流过NMOS管的LED电流也为无纹波的电流，从而实现非常好的无频闪效果。

其中，栅极电压显然可以得到V_GATE＜V_DRAIN，等效V_GS＜V_DS，得到V_GS-V_TH＜V_DS，因此NMOS管M1工作于恒流区。

R1、R2和C1构成的低通滤波器的时间常数当时间常数τ越大，滤波效果越好，栅极电压(V_GATE)纹波电压越小，流过NMOS管M1的电流越恒定。若MOS管选取的足够大，NMOS管M1工作于恒流状态时因此若取值过大，V_DRAIN电压将较高，NMOS管M1上的损耗较大，整个电路的效率将较低。所以，对于的取值，应在保证无频闪的情况下，尽量取小，此时能达到效率较高，电流纹波较低的最佳效果。

由R3、R4和NPN三极管Q1组成的负反馈电路，若NMOS管M1的栅极电压纹波增大，由于NMOS管的特性，导致流过NMOS管的纹波电流也将增大，R3为电流采样电阻，流过R3的纹波电流也将增大，导致R3上的纹波电压也将增大。由于R3上的电压增大，导致三极管Q1基极与发射极的电压增大，从而导致流过发射极电流增大。根据三极管特性，导致三极管Q1集电极电流也增大。由于流入三极管集电极电流增大。便可释放M1栅极电压，使M1栅极电压降低，由此形成负反馈来恒定M1的栅极电压。恒定了M1的栅极电压，变恒定了流过M1的电路，形成无纹波的电流。

R4为发射极直流负反馈电阻，用来稳定静态工作点。由于温度变化，会影响三极管的工作，稳态时为了将三极管始终工作在放大区，加入直流负反馈电阻R4来稳定静态工作点。当温度升高，Q1集电极电流I_C增大，发射极电流也增大，R4上的电压(即发射极电压U_E)也增大。由于R4作为稳定静态工作点，所以不考虑电路中的纹波电流，假定电路中电流无纹波，同时电压也无纹波。所以基极电压U_B基本不变，而U_BE＝U_B-U_E，所以将导致U_BE减小，之后I_B和I_C随之减小，从而起到了稳定静态工作点的作用。

如图5所示，为本发明实施例提供的另一种消除电流纹波电路图。

另一个实施例提供了一种消除电流纹波电路图。用NMOS管M2替代NPN三极管。由于NMOS管不同于NPN三极管，不受温度的影响，所以不需要稳定静态工作点的电阻R4。

电解电容与恒流驱动芯片并联，电阻R1、电阻R2与LED灯串串联，接入电解电容两端M1的栅极接入R1和R2之间，第一电容C1与电阻R2并联。其中M2的漏极与M1的栅极连接，M2的栅极与M1的源极相连接，M2的源极与输出电容负极相连。

若NMOS管M1的栅极电压纹波增大，由于NMOS管的特性，导致流过NMOS管的纹波电流也将增大，R3为电流采样电阻，流过R3的纹波电流也将增大，导致R3上的纹波电压也将增大。由于R3上的电压增大，导致M2栅极电压增大，由于NMOS管的特性，导致流过M2的电流增大，由于流入M2的电流增大。便可释放M1栅极电压，使M1栅极电压降低，由此形成负反馈来恒定M1的栅极电压。恒定了M1的栅极电压，变恒定了流过M1的电路，形成无纹波的电流。

值得注意的是，实例中以三极管这一有源器件作负反馈电路，实际中不限于三极管来实现，MOS管、放大器、达林顿管等有源器件都可以作负反馈电路。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种消除电流纹波的电路，包括：低通滤波电路和可控晶体管，其特征在于，还包括：负反馈电路；

所述低通滤波电路用于将纹波电压进行滤波处理；所述负反馈电路用于将滤波后的电压进行进一步滤波处理，得到无纹波电压；所述可控晶体管根据无纹波电压产生无纹波电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述负反馈电路包括：NPN三极管和第三电阻R3；

所述第三电阻一端与NPN三极管的基极连接；所述第三电阻另一端与电解电容负极相连，所述NPN三极管的集电极与可控晶体管的第二端相连，所述NPN三极管的基极与可控晶体管的第三端相连，所述NPN三极管的发射极与输出电容负极相连。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可控晶体管，包括：MOS管、三极管或达林顿管。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低通滤波电路，包括：第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容；第一电阻R1和第二电阻R2串联，第一电容C1与电阻R2并联；或者

包括第一电阻R1和第一电容；或者

包括稳压管和第一电容。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括：第四电阻，所述第四电阻一端与所述NPN三极管的发射极相连，所述第四电阻另一端与输出电容负极相连。

6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述NPN三极管，用NMOS管、放大器或达林顿管替代。

7.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述MOS管，选用NMOS管；所述NMOS管工作于恒流区，所述NMOS管漏极、源极两端电压V_DS要大于所述NMOS管栅极、源极两端电压V_GS与阈值电压V_TH之差，即

V_DS＞V_GS-V_TH。

8.一种消除电流纹波的***，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一权利要求所述的消除电流纹波的电路，以及恒流驱动芯片；所述消除电流纹波的电路与LED灯串串联，通过所述消除电流纹波的电路去除LED灯串上的纹波电流。

9.一种消除电流纹波的方法，其特征在于，包括：

恒流驱动芯片将有纹波的交流电输入给低通滤波器；

所述低通滤波电路将所述有纹波的交流电转换为带有小幅度纹波的直流电，输入给可控晶体管；

所述带有小幅度纹波的直流电通过负反馈电路消除纹波，并输出无纹波的直流电。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述MOS管，选用NMOS管；所述NMOS管工作于恒流区，所述NMOS管漏极、源极两端电压V_DS要大于所述NMOS管栅极、源极两端电压V_GS与阈值电压V_TH之差，即

V_DS＞V_GS-V_TH。