残余纹波电流的自适应抑制电路和LED光源驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，具体说是一种残余纹波电流的自适应抑制电路和LED光源驱动电路，尤其是指一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路和LED光源驱动电路。

背景技术：

纹波电流/电压是由于直流稳定电源（恒流源/恒压源）的电流/电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交变电源经整流滤波等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有残余的脉动交流成份。这种叠加在直流稳定量上的脉动分量就称之为纹波。相应地，叠加有纹波电流/电压的恒流/恒压，就称之为脉动恒流/恒压。一般说来，由于滤波电容的存在，其指数型充放电规律，使纹波电流/低压的波形形状为近似三角形。对于不同的场合，对纹波的要求不尽相同。本实用新型专门针对脉动恒流中的残余纹波电流，并对其进行自适应抑制。

进一步抑制纹波电流的常见方法是增大滤波电容容量，但这种方法的最终效果并不理想。这是因为，虽然在理论上滤波电容容量越大，则纹波电流越小，但增大电容容量在使纹波电流变小的同时，也会使电容的体积和成本直线上升。更重要的是，因用于滤波的电解电容的高频响应本来就较差，而且容量越大，高频响应也越差，所以对于高频脉动恒流和纹波电流中的高频成分，即使不顾及体积和成本，当滤波电容容量大到一定程度后，继续增大容量也将变得几乎没有实际意义。

业界公认，为保证工作中的LED光源器件稳定、长寿，LED光源器件必须由预设的恒定直流电流（以下简称“恒流”）驱动。然而，目前几乎所有的LED驱动电路所提供的“恒流”中，均在一定程度上存在残余的纹波电流。所以这种“恒流”，实际上就是所述的脉动恒流。电流纹波系数是表征脉动恒流中纹波电流所占比例的标志性电气参数。目前所见LED驱动电路中，电流纹波系数通常高达正负百分之十几，甚至正负百分之几十。

过大的电流纹波系数不仅会降低LED光源器件寿命，而且由纹波电流所形成的低频或高频频闪将有可能使被照环境和物体表面呈现周期性的明暗变化。尽管频闪现象人眼难以觉察，但频闪损伤视力已被医学证实，而且较严重的频闪有可能会使摄影、摄像画面出现暗带，还有可能使机加人员误判工件的旋转速度，甚至误判工件的旋转方向。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种残余纹波电流的自适应抑制电路，通过有效抑制脉动恒流中的残余纹波电流，大幅度减小电流纹波系数，进而在宏观上消除频闪及其可能带来的各种危害。及应用其的LED光源驱动电路。以解决LED光源驱动电路中残余纹波电流的问题。

第一方面，本实用新型提供一种残余纹波电流的自适应抑制电路，包括：

一种残余纹波电流的自适应抑制电路，其特征在于，包括：

压控恒流源；

所述压控恒流源，与误差计算电路连接；所述误差计算电路与电位采样电路连接；

所述电位采样电路，用于采集出现在负载低电位端的纹波电压波谷处电位；

所述误差计算电路，用于将所述波谷处电位与基准电位进行对比，形成偏差；

所述压控恒流源，根据所述偏差调节输出电流。

优选地，所述误差计算电路还与放大电路连接；所述放大电路与所述压控恒流源连接；

所述放大电路，用于将所述偏差进行放大，形成误差放大电压；

所述误差计算电路和所述放大电路构成误差放大电路。

优选地，所述压控恒流源与所述误差放大电路之间还具有平滑滤波电路；

所述平滑滤波电路，用于对所述误差放大电压进行平滑滤波处理。

优选地，所述电位采样电路，还与样值保持电路连接，所述样值保持电路与所述误差放大电路连接。

所述样值保持电路，用于在非采样时段保持采样值。

优选地，所述电位采样电路，还与判断电路连接；

所述判断电路，用于判断出现在负载低电位端的纹波电压的波谷。

优选地，所述判断电路、所述电位采样电路、所述样值保持电路构成电位采样保持电路。

优选地，所述误差放大电路，还与基准电路连接；

所述基准电路，用于为所述误差放大电路提供基准电位。

优选地，所述一种残余纹波电流的自适应抑制电路，还包括：

稳压电路；

所述稳压电路，用于为所述一种残余纹波电流的自适应抑制电路提供电压稳定的内部工作电源。

第二方面，本实用新型提供一种LED光源驱动电路，包括：如上述一种残余纹波电流的自适应抑制电路；以及

LED灯；

所述一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路，串接在所述LED灯的电流回路中；所述LED灯两侧并接有滤波电路。

优选地，所述滤波电路为滤波电容。

优选地，所述LED灯与预设恒流源连接；

所述预设恒流源，为开关式恒流源或高纹波恒流源；

所述预设恒流源，为所述LED灯供电。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型提供一种残余纹波电流的自适应抑制电路，以解决脉动恒流中残余纹波电流的问题，通过有效抑制脉动恒流中的残余纹波电流，大幅度减小电流纹波系数，进而在宏观上消除频闪及其可能带来的各种危害。及应用其的LED光源驱动电路，解决LED光源驱动电路中残余纹波电流的问题。

附图说明

通过以下参考附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例的一种残余纹波电流的自适应抑制电路和LED光源驱动电路原理框图；

图2是本实用新型实施例的一种残余纹波电流的自适应抑制电路的电路原理图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是值得说明的是，本实用新型并不限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本实用新型。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本实用新型的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本实用新型实施例的一种残余纹波电流的自适应抑制电路原理框图。如图1所示，一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路，包括：压控恒流源1；压控恒流源1，与误差计算电路连接；误差计算电路与电位采样电路连接；电位采样电路，用于采集出现在负载（例如，LED光源）低电位端的纹波电压波谷处电位；误差计算电路，用于将波谷处电位与基准电位进行对比，形成偏差；压控恒流源1，根据偏差调节输出电流。

进一步地，在图1中，误差计算电路还与放大电路连接；放大电路与压控恒流源1连接；放大电路，用于将偏差进行放大；误差计算电路和放大电路构成误差放大电路4。

进一步地，在图1中，压控恒流源1与误差放大电路4之间还具有平滑滤波电路2；平滑滤波电路2，用于对放大偏差进行平滑滤波处理。

进一步地，在图1中，电位采样电路，还与样值保持电路连接，样值保持电路与所述误差放大电路4连接。

进一步地，在图1中，电位采样电路，还与判断电路连接；

进一步地，在图1中，判断电路，用于判断出现在负载低电位端（例如LED光源负极）的纹波电压的波谷；电位采样电路，用于采集出现在负载低电位端（例如LED光源负极）的纹波电压波谷处电位；样值保持电路，用于在非采样时段保持采样值。

进一步地，在图1中，判断电路、电位采样电路、样值保持电路构成电位采样保持电路3。

进一步地，在图1中，误差放大电路4，还与基准电路5连接；基准电路5，用于为误差放大电路4提供基准电位。

进一步地，在图1中，一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路，还包括：稳压电路6；稳压电路6，用于为脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路提供电压稳定的内部工作电源。具体地说，稳压电源6，给压控恒流源1、平滑滤波电路2、电位采样保持电路3、误差放大电路4和基准电路5供电。

图1中，一种LED光源驱动电路，包括：如上述一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路；以及LED灯；一种残余纹波电流的自适应抑制电路串接在LED灯的电流回路中，即图1中的标号7处断开。

进一步地，在图1中，一种LED光源驱动电路的LED灯两侧并接有滤波电路。

进一步地，在图1中，一种LED光源驱动电路的LED灯与预设恒流源10连接；预设恒流源10，为LED灯供电。

更进一步地，在图1中，一种LED光源驱动电路的LED灯为LED灯串8，一种LED光源驱动电路的滤波电路为滤波电容9。具体地说，电位采样保持电路3采集出现在LED灯串8负极的纹波电压波谷处（即纹波波形最低点）电位。若LED灯串8的脉动恒流的电流平均值升高，则被采集的纹波电压波谷处电位会降低。本实用新型主要是为了让压控恒流源1输出的电流在理论上恒等于（实际上几乎恒等于）之前的LED灯串8的电流（即脉动恒流）的平均值。

具体地说，结合图1，对本实用新型的连接方式进行简单说明：电位采样保持电路3的输入端与压控恒流源1的电流输入端相连后外引，并接至LED灯串8的负极；电位采样保持电路3的输出端接误差放大电路4（采用放大器作为误差放大电路4，具体可详见图2中的描述）的同相输入端+；基准电路5的输出端接误差放大电路4的反相输入端-；平滑滤波电路2的输入端接误差放大电路4的输出端，而输出端接压控恒流源1的控制输入端；压控恒流源1的电流输出端外引，并接至预设恒流源10的电流输入端；稳压电路6输出的稳定电压负责虚线框内其余各电路的电能供给；而稳压电路6的输入端外引，并接至LED灯串8正极及其滤波电容9正极。

在图1中，当某种原因导致LED灯串8中的电流出现增大趋势时，电位采样保持电路3的输出电位随之下降，与基准电位比较后的差值经误差放大电路4放大、平滑滤波电路2滤波，使压控恒流源1形成的恒流值变小，进而使LED灯串8电流减小，从而使本实用新型利用负反馈原理维持了LED灯串8电流不变。当某种原因导致LED灯串8中的电流出现减小趋势时，随之发生的变化与上述过程相反，也将维持LED灯串8电流基本不变。

在本实用新型中，上述闭环控制的结果，一方面保证了压控恒流源1及LED灯串8流过的电流在数值上始终等于预设恒流源10的预设恒流的平均值，由此大幅减小了电流纹波系数；另一方面对于一定范围内的任意预设恒流（如用于分段调光LED时），也保证了LED灯串8负极的波谷处电位（即，谷值电位）基本恒定，由于该电位的实际数值较小并可由基准电路5设定，因而可使压控恒流源1的电路元件始终自动保持在理想的较低功耗状态，而又不会进入非线性区。

滤波电容9两端的残余纹波电压，是导致LED灯串8中出现残余纹波电流的根源。在常规LED驱动器（或称LED光源驱动电路）中，LED灯串8与滤波电容9直接并联，因此该残余纹波电压在LED灯串8中会直接转变为较大的残余纹波电流。

在图1中，根据前述工作原理，可以形象地理解为，本实用新型就是通过把滤波电容9两端的纹波电压尽可能完全地“转移”到压控恒流源1的上下两端，从而最大限度地抑制LED灯串8两端纹波电压的方法，使LED灯串8中原有的纹波电流也相应地得到尽可能有效的“净化”。换句话说，由于本实用新型的接入，尽管滤波电容9两端依然存在较大的残余纹波电压，但LED灯串8两端的电压却能始终“不为所动”。

结合图1，对本实用新型进行概括说明：电位采样保持电路3采集并保持LED灯串8负极的纹波波谷处电位，基准电路5提供基准电位；误差放大电路4计算基准电位与波谷处电位之间的差值，并对差值进行放大，再经过平滑滤波电路2取出直流成分，对压控恒流源1的输出电流进行控制，进而使LED灯串8中的电流基本恒定不变，且恒等于预设恒流源10的预设恒流的平均值。

图2是本实用新型实施例的一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路的电路原理图。如图2所示，作为本实用新型的实施实例，为了本领域人员更好地实现本实用新型，附图2给出的是能够实现本实用新型目的的一种模块化电路原理图。

在图2中，压控恒流源1，包括：N沟道VMOS场效应管FET、第一电阻R1和第二运算放大器U2。场效应管FET工作在线性放大区。

在图2中，平滑滤波电路2，包括：第一电容C1、第二电阻R2和第三电阻R3。

在图2中，电位采样保持电路3，包括：二极管D1、第四电阻R4和第二电容C2。其中：C2、R4为样值保持元件；D1兼作波谷判断及其电位采样元件。

在图2中，误差放大电路4，包括：第一运算放大器（或电压比较器）U1。

在图2中，基准电路5，包括：第五电阻R5、第六电阻R6。R5和R6的连接点（即分压点）电位即为基准电位。

在图2中，稳压电源6，包括：第七电阻R7、第三电容C3和稳压二极管D2；第七电阻R7为限流电阻。

在图2中，本领域人员可以按照图2中压控恒流源1、平滑滤波电路2、电位采样保持电路3、误差放大电路4、基准电路5和稳压电源6的连接关系，对一种脉动恒流中残余纹波电流的自适应抑制电路进行连接，在此不再详细说明连接方式。

本实用新型通过闭环电路控制，在不增大（甚至可适当减小）原LED驱动器中滤波电容9容量的前提下，将LED驱动电流的电流纹波系数减小到可以忽略的程度（如≤±1%），从而使原有的频闪现象在宏观上得以消除。同时，对于一定范围内的任意数值的预设“恒流”，本实用新型能够使工作中的电路元件始终自动保持在理想的较低功耗状态。

本实用新型既可制成模块，用于原有LED驱动器的技术改进，也可直接用于LED驱动器换代产品的设计，还可用于其它不希望选取较大容量滤波电容的中、小功率电阻性负载的超低纹波恒流驱动器的设计。

2014年，本实用新型已成功应用于《大庆油田北区调度室新型照明系统的研制》项目。该项目中的LED光源驱动器采用了附图2 所示的电路原理图，并以合理的元件参数，使其实测电流纹波系数S=±0.5%。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。