CN210781469U - 一种用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路，包括：整流电路，线性恒流电路，以及低频纹波抑制电路。整流电路被配置为对交流电源输入进行整流以向线性恒流电路和低频纹波抑制电路提供经整流的直流输出。线性恒流电路被配置为与低频纹波抑制电路连接以向LED负载提供恒定电流。低频纹波抑制电路包括LED负载、包括金属‑氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的控制芯片、输出电容、二极管以及多个电阻。控制芯片被配置为检测表征LED负载或输出电容两端的输出电压的输出表征电压，并且基于输出表征电压、第一基准电压、以及第二基准电压控制MOSFET的导通与截止。
Description
技术领域
本申请涉及电路领域，更具体地涉及一种用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路。
背景技术
具有较高功率因数(PF)的发光二极管(LED)驱动器，其输出功率随输入工频电压变化，从而导致其输出滤波输出电容上会存在工频的电压波动(即存在纹波)，由于LED的特性，较小的电压波动会导致电流上存在较大的电流波动，即LED的频闪。这种频闪并不会被肉眼所看到，但是在手机等设备拍摄下会看到明显的条纹波动。
随着LED技术的不断成熟，以及针对LED的要求不断提高，低频闪已经逐渐成为LED的基本要求。传统的LED低频闪方案，由于PF较低已经不能满足当前的市场要求。而高PF方案为了降低LED低频纹波电流，需要使用大体积、大容量的输出电容，使整个系统的成本大为增加；另一方面，电路体积大，无法适用于球泡、灯丝灯等小体积应用。
实用新型内容
鉴于以上所述的一个或多个问题，本申请提供了一种抑制LED低频纹波电流的电路。
根据本申请的实施例的一种用于抑制发光二极管LED低频纹波电流的电路，包括：整流电路，线性恒流电路，以及低频纹波抑制电路，其中，所述整流电路被配置为对交流电源输入进行整流以向线性恒流电路和低频纹波抑制电路提供经整流的直流输出；所述线性恒流电路被配置为与所述低频纹波抑制电路连接以向LED负载提供恒定电流；所述低频纹波抑制电路包括所述LED负载、包括金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的控制芯片、输出电容、二极管以及多个电阻，其中所述输出电容的一端与所述LED负载的正电压端连接，所述输出电容的另一端作为所述控制芯片的基准地并连接到分压网络的一端，所述分压网络的另一端连接到系统大地，所述MOSFET的源极连接到所述控制芯片的基准地，所述MOSFET的漏极与所述LED负载的阴极一起连接到所述线性恒流电路；其中所述控制芯片被配置为检测表征所述LED负载或所述输出电容两端的输出电压的输出表征电压，并且基于所述输出表征电压、第一基准电压、以及第二基准电压控制所述MOSFET的导通与截止。
在一个实施例中，所述输出表征电压是由所述分压网络对所述控制芯片的参考地与系统大地之间的电压进行分压得到的。
在一个实施例中，所述控制芯片还包括：第一比较器，用于对所述输出表征电压和所述第一基准电压进行比较以得到第一比较结果；第二比较器，用于对所述输出表征电压和所述第二基准电压进行比较以得到第二比较结果；逻辑控制组件，用于基于所述第一比较结果和第二比较结果控制所述内部MOSFET的导通与截止。
在一个实施例中，所述控制芯片还包括振荡器，所述控制芯片被配置为基于所述振荡器输出的频率和占空比控制所述MOSFET的导通与截止。
在一个实施例中，所述第一基准电压大于所述第二基准电压，所述逻辑控制组件被配置为：当所述输出表征电压增大到等于所述第二基准电压时，截止所述控制芯片的MOSFET，从而切断所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压增大到等于第一基准电压时，导通所述控制芯片的MOSFET，从而导通所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压再次增大到等于所述第二基准电压时，再次截止MOSFET。
在一个实施例中，所述第一基准电压大于所述第二基准电压，所述逻辑控制组件被配置为：当所述输出表征电压增大到等于所述第二基准电压时，截止所述控制芯片的MOSFET，从而切断所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压增大到等于所述第一基准电压，按照所提供的放电频率和占空比配置所述MOSFET以使得所述输出电容对所述LED负载进行PWM脉冲放电；当所述输出表征电压低于第二基准电压时停止所述PWM脉冲放电，内部MOSFET导通，直至所述输出表征电压再次增大到等于所述第二基准电压。
在一个实施例中，线性恒流电路为非调光线性恒流电路。
在一个实施例中，线性恒流电路为TRIAC调光线性恒流电路。
在一个实施例中，整流电路为桥式整流电路。
本申请实施例所提供的用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路提供了一种有效的LED高PF低频闪解决方案，不仅能够降低系统成本，而且还能够灵活的用于各种小体积应用。
附图说明
从下面结合附图对本申请的具体实施方式的描述中可以更好地理解本申请，其中：
图1是根据本公开的一个实施例的用于抑制LED低频纹波电流的电路的电路图；
图2是利用可控硅调光线性恒流电路的用于抑制LED低频纹波电流的电路的示例；
图3示出了图1所示的低频纹波抑制模块中的控制芯片的示例；
图4示出了根据本公开的一个实施例的控制芯片控制输出电容对LED进行放电的时序图；以及
图5示出了根据本公开的另一实施例的控制芯片控制输出电容对LED进行放电的时序图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。本申请决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本申请的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本申请造成不必要的模糊。
为了解决现有的用于LED的高PF低频闪方案成本高体积大的问题，本申请提供了一种新的用于抑制LED低频纹波电流的电路。
图1是根据本公开的一个实施例的用于抑制LED低频纹波电流的电路100的电路图。电路100包括整流电路102、线性恒流电路104以及低频纹波抑制电路106。具体地，交流整流电路102的输入端接收交流输入电压VAC(例如，交流市电)以将交流输入电压VAC变换为经整流的直流输出Vin，整流电路102的输出端与线性恒流电路104和低频纹波抑制电路106的输入端相连，以向线性恒流电路104以及低频纹波抑制电路106提供直流输入。在一个实施例中，整流电路102包括由四个二极管D1、D2、D3和D4两两对接形成的桥式整流电路，用于将交流输入电压转换成全波直流输出电压。
线性恒流电路104包括第一端子104-1和第二端子104-2，其中第一端子104-1与整流电路的输出端相连，从而由整流电路102的直流输出供电。线性恒流电路104的第二端子104-2与低频纹波抑制抑制电路相连。在一个实施例中，线性恒流电路104可以是任意非调光、双向可控硅(TRIAC)调光的线性恒流电路。在一个实施例中，线性恒流电路104可以是线性可控硅调光的线性恒流电路，例如，图2示出了可控硅调光线性恒流电路在本申请中的应用。典型的可控硅调光线性恒流电路利用bleeding控制组件和恒流控制组件来向负载提供恒定电流。
返回参考图1，低频纹波抑制电路106包括控制芯片U1、二极管D5、LED负载、输出电容C1、以及多个电阻R2、R3、R4、R5。在一个实施例中，LED负载可以包括一个或多个LED，LED负载的阴极与控制芯片U1的Drain引脚一起连接到线性恒流电路104的第二端子104-2，例如，如图2所示，在线性可控硅调光线性恒流电路的情形中，LED负载的阴极和控制芯片U1的Drain引脚一起连接到线性恒流电路104中的恒流控制组件的Drain端子(即，端子104-2)。整流电路102的直流输出经由二极管D5输入到LED负载、控制芯片U1以及输出电容C1，二极管D5在其输出电压高于输入电压时截止，以防止输出电容C1倒灌入线性恒流电路104。输出电容C1的一端与LED负载的正电压端连接，输出电容C1的另一端作为控制芯片U1的基准地并连接到由电阻R2和R3组成的分压网络的一端，分压网络的另一端连接到系统大地。
在一个实施例中，电阻R2和R3组成的分压网络对控制芯片的基准地与系统大地之间的电压进行分压，生成表征LED负载或输出电容的输出电压的输出表征电压VFB；控制芯片U1基于输出表征电压VFB、第一基准电压Vref1、以及第二基准电压Vref2来控制MOSFET的导通与关断，以减小在输入电压Vin低频波动时LED负载的输出电流的纹波的大小。
低频纹波控制电路106的控制芯片U1包括如下引脚：HV引脚，即高压供电输入脚，用于与整流电路102的直流全波输出电压Vin连接，从而向芯片U1供电；GND引脚，即芯片基准地；Drain引脚，即芯片U1内部的MOSFET漏极引脚，其与LED负载的阴极一起连接到线性恒流电路104的第二端子104-2；F引脚，即频率设置脚，其需外接电阻(如图1-2所示，电阻R5)到芯片基准地，用于输出电容C1放电的频率；D引脚，即占空比引脚，其需外接电阻(如图1-2所示，电阻R4)到芯片基准地，用于输出电容C1放电时的占空比；FB引脚，即电压检测脚，用于检测表征LED负载或输出电容的输出电压的输出表征电压VFB。
图3示出了图1-2所示的低频纹波抑制电路中的控制芯片的示例。如
图3所示，控制芯片U1包括：第一电压比较器301，用于对输出表征电压VFB和第一基准电压VREF1进行比较以得到第一比较结果，并将第一比较结果输入逻辑控制组件；第二电压比较器302，其用于对输出表征电压VFB和第二基准电压VREF2进行比较以得到第二比较结果，并将第二比较结果输入逻辑控制组件305；振荡器303，所述振荡器连接到控制芯片U1的F引脚和D引脚，并基于F引脚输出的频率和D引脚输出的占空比产生用于输出电容C1的放电频率和占空比；金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)304，该MOSFET 304的漏极被连接到控制芯片U1的Drain引脚，该MOSFET的源极被连接到控制芯片U1的GND引脚；逻辑控制组件，用于基于第一比较结果和第二比较结果和/或基于振荡器所提供的放电频率和占空比来控制MOSFET 304的导通与截止。在一个实施例中，可以根据CEC2.0工频纹波的要求设置频率和占空比，例如，频率25KHz，占空比50％。
图4示出了根据本公开的一个实施例的控制芯片控制输出电容对LED负载进行放电的时序图。其中，Vc1表示输出电容C1的电压；Vin表示整流电路(例如，图1所示的整流电路102)输出的直流输出电压；ILED表示LED负载的电流；REF1和REF2分别表示第一基准电压和第二基准电压，其中，第一基准电压REF1大于第二基准电压REF2；FB表示芯片的FB引脚所检测到的输出表征电压。
如图4所示，随着Vin的下降，当FB电压增大到等于第二基准电压REF2时，截止控制芯片U1内部的MOSFET，从而切断输出电容C1对LED负载的放电通路，此时由整流电路输出的直流全波输出电压Vin为LED负载供电并且FB电压持续增大；当Vin继续下降到无法给LED负载提供电流时，此时FB电压增大到等于第一基准电压REF1，导通控制芯片U1内部的MOSFET，从而导通输出电容C1对LED负载的放电通路，此时FB电压下降；当FB电压再次随着Vin的下降增大到等于第二基准电压REF2时，再次截止MOSFET，如此重复动作。控制芯片的逻辑控制组件被配置为基于上述逻辑控制MOSFET的导通与截止。
图5示出了根据本公开的另一实施例的控制芯片控制输出电容对LED进行放电的时序图。如图5所示，随着Vin的下降，当FB电压增大到等于第二基准电压REF2时，截止控制芯片U1内部的MOSFET，从而切断输出电容C1对LED负载的放电通路，此时由整流电路输出的直流全波输出电压Vin为LED负载供电并且FB电压持续增大；当Vin继续下降到无法给LED负载提供电流时，此时FB电压增大到等于第一基准电压REF1，按照芯片F引脚设置的频率和芯片D脚设置的占空比配置内部MOSFET以使得输出电容C1对LED负载以PWM脉冲形式放电；当FB电压随着Vin的增大下降到等于所述第二基准电压REF2时停止PWM脉冲放电，内部MOSFET导通，直至FB电压随着Vin的下降再次增大到等于第二基准电压REF2，再次截止MOSFET，如此重复动作。控制芯片的逻辑控制组件被配置为基于上述逻辑控制MOSFET的导通与截止。
本申请实施例所提供的用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路提供了一种有效的LED高PF低频闪解决方案，不仅能够降低系统成本，而且还能够灵活的用于各种小体积应用。
上文中提到了“一个实施例”、“另一实施例”、“又一实施例”，然而应理解，在各个实施例中提及的特征并不一定只能应用于该实施例，而是可能用于其他实施例。一个实施例中的特征可以应用于另一实施例，或者可以被包括在另一实施例中。
应理解，上文中提到的器件和电路的数字下标也是为了叙述和引用的方便，并不存在次序上的先后关系。
以上参考本实用新型的具体实施例对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。
Claims (9)
1.一种用于抑制发光二极管低频纹波电流的电路，包括：整流电路，线性恒流电路，以及低频纹波抑制电路，其中，
所述整流电路被配置为对交流电源输入进行整流以向线性恒流电路和低频纹波抑制电路提供经整流的直流输出；
所述线性恒流电路被配置为与所述低频纹波抑制电路连接以向LED负载提供恒定电流；
所述低频纹波抑制电路包括所述LED负载、包括金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的控制芯片、输出电容、二极管以及多个电阻，其中所述输出电容的一端与所述LED负载的正电压端连接，所述输出电容的另一端作为所述控制芯片的基准地并连接到分压网络的一端，所述分压网络的另一端连接到系统大地，所述MOSFET的源极连接到所述控制芯片的基准地，所述MOSFET的漏极与所述LED负载的阴极一起连接到所述线性恒流电路；
其中所述控制芯片被配置为检测表征所述LED负载或所述输出电容两端的输出电压的输出表征电压，并且基于所述输出表征电压、第一基准电压、以及第二基准电压控制所述MOSFET的导通与截止。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述输出表征电压是由所述分压网络对所述控制芯片的参考地与系统大地之间的电压进行分压得到的。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述控制芯片还包括：
第一比较器，用于对所述输出表征电压和所述第一基准电压进行比较以得到第一比较结果；
第二比较器，用于对所述输出表征电压和所述第二基准电压进行比较以得到第二比较结果；
逻辑控制组件，用于基于所述第一比较结果和第二比较结果控制所述MOSFET的导通与截止。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电路，其中，所述控制芯片还包括振荡器，所述控制芯片被配置为基于所述振荡器输出的频率和占空比控制所述MOSFET的导通与截止。
5.根据权利要求3所述的电路，其中所述第一基准电压大于所述第二基准电压，所述逻辑控制组件被配置为：
当所述输出表征电压增大到等于所述第二基准电压时，截止所述控制芯片的MOSFET，从而切断所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压增大到等于第一基准电压时，导通所述控制芯片的MOSFET，从而导通所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压再次增大到等于所述第二基准电压时，再次截止MOSFET。
6.根据权利要求4所述的电路，其中所述第一基准电压大于所述第二基准电压，所述逻辑控制组件被配置为：
当所述输出表征电压增大到等于所述第二基准电压时，截止所述控制芯片的MOSFET，从而切断所述输出电容对所述LED负载的放电通路；当所述输出表征电压增大到等于所述第一基准电压，按照所提供的放电频率和占空比配置所述MOSFET以使得所述输出电容对所述LED负载进行PWM脉冲放电；当所述输出表征电压低于第二基准电压时停止所述PWM脉冲放电，内部MOSFET导通，直至所述输出表征电压再次增大到等于所述第二基准电压。
7.根据权利要求1所述的电路，其中，所述线性恒流电路为非调光线性恒流电路。
8.根据权利要求1所述的电路，其中，所述线性恒流电路为TRIAC调光线性恒流电路。
9.根据权利要求1所述的电路，其中，所述整流电路为桥式整流电路。
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