本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种工频纹波抑制电路及方法。
背景技术：
通常在高功率因素(pf，powerfactor)的应用中，由于输出电容的限制，输出电流有工频的交流成分存在，在有些场合下会导致闪烁，需要增加去纹波电路来滤除工频成分。
如图1所示为传统的mosfet去纹波电路，包括串联后并联于输出端的电阻r1’和电容c1’，正相输出端vo+通过晶体管q1连接led的正端led+，反相输出端vo-连接led的负端led-；二极管d1’的正极连接正相输出端vo+、负极连接稳压二极管z1的负极，稳压二极管z1的正极连接电容c1’的上极板，电容c1’的上极板经过电阻r2’后连接晶体管q的栅极，稳压二极管z2的正极连接led的正端led+、负极连接晶体管q的栅极。图1中的mosfet去纹波电路的损耗与晶体管q的阈值电压vth有关，通常阈值电压vth>2v，因此在大电流的应用下系统整体损耗比较大。
如图2所示为现有的一种去纹波方案，通过集成驱动芯片来提高效率。去纹波芯片的vcc端通过电阻r3’连接前级输出端、通过电容c3’接地；ledp端通过耦合电容c2’连接前级输出端、通过二极管d2’接地；ledn端通过电阻r4’连接led负载的负端；led负载的正端连接前级输出端；drv端通过电阻r6’连接mosfet的栅端；电阻r5’连接于mosfet的栅端与漏端之间；mosfet的源端接地；cmp端通过电容c4’接地；gnd端接地。该方案通过耦合电容c2’来检测输入电压vin上的纹波从而来控制mosfet实现去纹波。
如图3所示为现有的另一种去纹波芯片方案，通过检测内置mosfet的漏端电压来实现去纹波控制。前级输出端包括输出驱动和滤波电容cin，去纹波芯片的vin端连接前级输出端，vin端和led端之间连接led灯串，vsp端连接接地电阻rsp，vc端通过电容cc后接地。该方案可以做到自适应输出电流去纹波，整体效率也比较高，但是存在几个缺点，一是控制电流的范围有限，自身内部有限流，并且在小电流状态下没有去纹波效果；二是前级输出的纹波电压有限制，在输出纹波电压超过一定值时无法实现去纹波功能，不支持线性输出的去纹波应用；三是内置mosfet的设计限制了应用范围。
现有技术中的检测纹波电压的芯片需要额外的引脚，增加了成本；而且，大多数去纹波方案是靠检测mosfet的漏端电压来实现去纹波功能，在不同的应用条件下，一旦更换不同的mosfet，其漏端电压都会有差别，因此其检测电压需要重新设置。另外，通常为了保证去纹波的效果，mosfet的漏端电压都会高于mosfet的临界饱和电压，因此会多损失一些效率。
因此，如何提出一种新的去纹波电路和方法，节省芯片的引脚数目、达到系统整体效率最高以及输出电流自适应，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种工频纹波抑制电路及方法，用于解决现有技术中成本高、系统效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工频纹波抑制电路，所述工频纹波抑制电路至少包括：
正端连接于前级电路输出端的负载；
漏端连接于所述负载的负端的去纹波恒流控制管，通过调整流经所述去纹波恒流控制管的电流大小来抑制输出电流的纹波；
连接于所述去纹波恒流控制管的源端的反馈模块，用于将所述输出电流转换为反馈电压并反馈至驱动模块及补偿电压产生模块；
所述补偿电压产生模块连接于所述反馈模块的输出端及补偿电容的上极板，所述补偿电容的下极板接地，所述补偿电压产生模块用于将所述反馈电压与所述补偿电容的上极板的电压进行比较，进而产生补偿电压，所述补偿电压随所述反馈电压的变化而变化；
所述驱动模块连接于所述补偿电容的上极板和所述反馈模块的输出端，根据所述反馈电压及所述补偿电压产生驱动电压，以控制所述去纹波恒流控制管的栅端；当所述反馈电压小于所述补偿电压时，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管增大所述输出电流；当所述反馈电压大于所述补偿电压时，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管减小所述输出电流。
优选地，所述前级电路包括功率校正电路的led输出模块或线性驱动模块。
优选地，所述负载为led灯串。
优选地，所述驱动模块包括第一运算放大器；所述第一运算放大器的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第一运算放大器的第二输入端连接所述补偿电压产生模块的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接所述去纹波恒流控制管的栅端。
优选地，所述补偿电压产生模块包括第二运算放大器、第一电阻、第二电阻及第一电容；所述第二运算放大器的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第二运算放大器的第二输入端通过所述第一电阻连接所述补偿电容的上极板，所述第二运算放大器的输出端通过所述第二电阻连接所述补偿电容的上极板；所述第一电容连接于所述第二运算放大器的第二输入端和输出端之间。
优选地，所述补偿电压产生模块包括跨导放大器；所述跨导放大器的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述跨导放大器的第二输入端及输出端连接所述补偿电容的上极板。
优选地，所述补偿电压产生模块包括第三运算放大器及第三电阻；所述第三运算放大器的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第三运算放大器的第二输入端与输出端通过所述第三电阻连接所述补偿电容的上极板。
优选地，所述工频纹波抑制电路还包括连接于所述前级电路输出端的电源模块，藉由输出电压产生电源电压；以及连接于所述电源模块及所述补偿电容上极板之间的恒流源，用于提供一偏置电流，以确保所述工频纹波抑制电路启动时所述去纹波恒流控制管能够导通工作。
更优选地，所述工频纹波抑制电路还包括启动电阻和滤波电容，所述启动电阻连接于所述前级电路输出端与所述电源模块输入端之间，所述滤波电容的上极板连接所述电源模块的输入端、下极板接地。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种工频纹波抑制方法，所述工频纹波抑制方法至少包括：
在输出纹波电压最大时，去纹波恒流控制管工作于饱和区，检测所述去纹波恒流控制管的输出电流，产生一驱动电压，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管将所述输出电流恒定在设定值；
随着所述输出纹波电压的下降，所述去纹波恒流控制管工作于线性区，所述驱动电压持续上升，将所述输出电流恒定在所述设定值；
所述输出纹波电压继续下降，当所述驱动电压上升至最大值时，所述输出电流开始下降，直至所述输出纹波电压上升，所述输出电流开始上升；
随着所述输出纹波电压的上升，所述去纹波恒流控制管工作于线性区，所述驱动电压持续下降，将所述输出电流恒定在所述设定值；
随着所述输出纹波电压的上升，所述去纹波恒流控制管工作于饱和区，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管将所述输出电流恒定在设定值。
优选地，所述工频纹波抑制方法进一步包括：将检测到的所述输出电流转化为反馈电压，将所述反馈电压与补偿电压比较以更新所述补偿电压，根据更新后的所述补偿电压与所述反馈电压产生所述驱动电压。
更优选地，在启动阶段，所述驱动电压根据所述反馈电压及一恒流源提供的偏置电压产生，以导通所述去纹波恒流控制管。
如上所述，本发明的工频纹波抑制电路及方法，具有以下有益效果：
1、本发明的工频纹波抑制电路及方法无须检测输出纹波电压，可以节省芯片的引脚数目，节约成本。
2、本发明的工频纹波抑制电路及方法在抑制工频纹波时输出电流能够自适应。
3、本发明的工频纹波抑制电路及方法通过检测输出电流的纹波进行控制，参数设置与选择的mosfet无关。
4、本发明的工频纹波抑制电路及方法无须针对各种应用条件下的mosfet进行效率的优化，使用范围广，同时系统效率可以做到最高。
附图说明
图1显示为现有技术中的mosfet去纹波电路示意图。
图2显示为现有技术中的一种去纹波芯片方案示意图。
图3显示为现有技术中的另一种去纹波芯片方案示意图。
图4显示为本发明的工频纹波抑制电路的一种实施方式示意图。
图5显示为本发明的工频纹波抑制电路的另一种实施方式示意图。
图6显示为本发明的工频纹波抑制电路的又一种实施方式示意图。
图7显示为本发明的工频纹波抑制方法的原理示意图。
元件标号说明
1工频纹波抑制电路
11电源模块
12补偿电压产生模块
121第二运算放大器
122跨导放大器
123第三运算放大器
13第一运算放大器
2前级电路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图4～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图4所示，本发明提供一种工频纹波抑制电路1，所述工频纹波抑制电路1连接于前级电路2的输出端，所述前级电路2至少包括acipower以及输出电容cout，acipower为前级功率校正电路(apfc)的led输出模块或线性驱动模块，输出电流中含有100hz/120hz的工频成分；所述输出电容cout用于滤波。
所述工频纹波抑制电路1至少包括：
负载、去纹波恒流控制管q1、反馈模块、电源模块11、恒流源i1、补偿电压产生模块12以及驱动模块。
如图4所示，所述负载的正端连接于所述前级电路2的输出端，在本实施例中，所述负载为led灯串，在实际使用中所述负载的类型不限，不以本实施例为限。
如图4所示，所述去纹波恒流控制管q1为nmosfet，所述去纹波恒流控制管q1的漏端连接所述led负载的负端、源端连接所述反馈模块(在本实施例中，对应于图4中的反馈电阻rcs)、栅端连接所述驱动模块(在本实施例中，对应于图4中的第一运算放大器13)的输出端，通过控制所述去纹波恒流控制管q1的栅端电压调整流经所述去纹波恒流控制管q1的电流大小来去除输出电流的纹波。
具体地，在本实施例中，当所述驱动模块输出的驱动电压增大时，流经所述去纹波恒流控制管q1的电流增大，即输出电流增大；当所述驱动模块输出的驱动电压减小时，流经所述去纹波恒流控制管q1的电流减小，即输出电流减小。
如图4所示，所述反馈模块的一端连接于所述去纹波恒流控制管q1的源端，另一端接地，用于采样所述输出电流转换为反馈电压并反馈至所述驱动模块及所述补偿电压产生模块12。
具体地，在本实施例中，所述反馈模块包括一端连接所述去纹波恒流控制管q1输出端，另一端接地的反馈电阻rcs。
如图4所示，所述电源模块11通过启动电阻rst连接于前级电路2的输出端，藉由输出电压产生电源电压vdd，所述电源模块11的输入端还连接滤波电容cvdd的上极板，所述滤波电容cvdd的下极板接地。
如图4所示，所述恒流源i1连接于所述电源模块11及补偿电容ccomp上极板之间，用于提供一偏置电流，以确保所述工频纹波抑制电路1启动时所述去纹波恒流控制管q1能够导通工作。
具体地，当所述工频纹波抑制电路1启动时，所述电源模块11立即产生电源电压vdd，并通过所述恒流源i1为所述补偿电容ccomp充电，产生一偏置电压，以使所述去纹波恒流控制管q1在启动时处于开启状态，确保整个电路的正常运作。
如图4所示，所述补偿电压产生模块12连接于所述反馈模块的输出端及所述补偿电容ccomp的上极板，所述补偿电容ccomp的下极板接地，所述补偿电压产生模块12用于将所述反馈电压与所述补偿电容ccomp的上极板的电压进行比较，进而产生补偿电压vcomp，所述补偿电压vcomp随所述反馈电压的变化而变化。
具体地，如图4所示，所述补偿电压产生模块12包括第二运算放大器121、第一电阻r1、第二电阻r2及第一电容c1。更具体地，所述第二运算放大器121的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第二运算放大器121的第二输入端通过所述第一电阻r1连接所述补偿电容ccomp的上极板，所述第二运算放大器121的输出端通过所述第二电阻r2连接所述补偿电容ccomp的上极板；所述第一电容c1连接于所述第二运算放大器121的第二输入端和输出端之间。所述第二运算放大器121将所述反馈电压与补偿电压进行比较，产生新的补偿电压；若所述反馈电压减小，则新的补偿电压相对于旧的补偿电压值减小，由于所述补偿电容ccomp的存在，减小的量被平均以一线性关系下降；若所述反馈电压增大，同样以线性关系上升。在本实施例中，所述第二运算放大器121的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。在实际应用中，所述第二运算放大器121的输入信号和输出信号的连接关系可调整，通过增加反相器即可实现相同的逻辑关系，不以本实施例的连接关系为限。
如图4所示，所述驱动模块连接于所述补偿电容ccomp的上极板和所述反馈模块的输出端，根据所述反馈电压及所述补偿电压产生驱动电压，以控制所述去纹波恒流控制管q1的栅端；当所述反馈电压小于所述补偿电压时，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管q1增大所述输出电流；当所述反馈电压大于所述补偿电压时，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管q1减小所述输出电流。
具体地，在本实施例中，所述驱动模块包括第一运算放大器13。所述第一运算放大器13的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第一运算放大器13的第二输入端连接所述补偿电压产生模块12的输出端，所述第一运算放大器13的输出端连接所述去纹波恒流控制管q1的栅端。同样地，在实际应用中，所述第一运算放大器13的输入信号和输出信号的连接关系可调整，通过增加反相器即可实现相同的逻辑关系，不以本实施例的连接关系为限。
实施例二
如图5所示，本实施例提供一种工频纹波抑制电路，所述工频纹波抑制电路与实施例一的电路结构类似，不同之处在于，所述补偿电压产生模块12采用跨导放大器122实现。由于实施例一中的所述第一电容c1容量比较大，做单芯片方案时可以将所述第一电阻r1、所述第二电阻r2，所述第一电容c1及所述第二运算放大器121可采用跨导放大器122代替。
具体地，在本实施例中，所述跨导放大器122的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述跨导放大器122的第二输入端及输出端连接所述补偿电容ccomp的上极板。在本实施例中，所述跨导放大器122的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端；在实际应用中，所述跨导放大器122的输入信号和输出信号的连接关系可调整，通过增加反相器即可实现相同的逻辑关系，不以本实施例的连接关系为限。
本实施例与实施例一的其他连接关系及作用相同，在此不一一赘述。
实施例三
如图6所示，本实施例提供一种工频纹波抑制电路，所述工频纹波抑制电路与实施例一的电路结构类似，不同之处在于，所述补偿电压产生模块12采用第三运算放大器123及第三电阻r3实现。在实施例一中，当所述第一电容c1的容量足够大(根据阻抗zc＝1/(2π*f*c)，当zc<<r1或r2(相差1个数量级以上)可认为短路，其中f为频率，c为电容值)时，对于交流电而言，所述第一电容c1短路，此时所述第一电阻r1及所述第二电阻r2并联。
具体地，在本实施例中，所述第三运算放大器123的第一输入端连接所述反馈模块的输出端，所述第三运算放大器123的第二输入端与输出端通过所述第三电阻r3连接所述补偿电容ccomp的上极板。在本实施例中，所述第三运算放大器123的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端；在实际应用中，所述第三运算放大器123的输入信号和输出信号的连接关系可调整，通过增加反相器即可实现相同的逻辑关系，不以本实施例的连接关系为限。
本实施例与实施例一的其他连接关系及作用相同，在此不一一赘述。
实施例四
本实施例还提供一种工频纹波抑制方法，是对应于实施例一～实施例四电路结构的方法实施例，所述工频纹波抑制方法至少包括：
在输出纹波电压最大时，去纹波恒流控制管工作于饱和区，检测所述去纹波恒流控制管的输出电流，将检测到的所述输出电流转化为反馈电压，将所述反馈电压与补偿电压比较以更新所述补偿电压，根据更新后的所述补偿电压与所述反馈电压产生驱动电压，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管将所述输出电流恒定在设定值；在启动阶段，所述驱动电压根据所述反馈电压及一恒流源提供的偏置电压产生，以导通所述去纹波恒流控制管。
随着所述输出纹波电压的下降，所述去纹波恒流控制管工作于线性区，所述驱动电压持续上升，将所述输出电流恒定在所述设定值。
所述输出纹波电压继续下降，当所述驱动电压上升至最大值时，所述输出电流开始下降，直至所述输出纹波电压上升，所述输出电流开始上升。
随着所述输出纹波电压的上升，所述去纹波恒流控制管工作于线性区，所述驱动电压持续下降，将所述输出电流恒定在所述设定值。
随着所述输出纹波电压的上升，所述去纹波恒流控制管工作于饱和区，所述驱动电压控制所述去纹波恒流控制管将所述输出电流恒定在设定值。
具体地，如图4～图7所示，在t0时刻，输出纹波电压vripple最高时，所述去纹波恒流控制管q1的漏端电压vdrain(所述输出纹波电压vripple与所述去纹波恒流控制管q1的漏端电压vdrain的变化趋势一致，在本实施例中，以同一波形显示)也最高，此时所述去纹波恒流控制管q1工作于饱和区间，所述补偿电容ccomp上极板的补偿电压vcomp控制所述去纹波恒流控制管q1的门电压gate处于一个平衡位置，输出电流iout保持恒定(由于偏置电流i1的作用，所述补偿电压vcomp会略微上升，所述输出电流iout也略有上升，但是幅值相对比较小，其变化可以忽略)。
具体地，如图4～图7所示，t1时刻后，随着所述去纹波恒流控制管q1的漏端电压vdrain继续下降，所述去纹波恒流控制管q1开始进入线性工作区间，所述去纹波恒流控制管q1的门电压gate开始上升维持所述去纹波恒流控制管q1输出电流iout恒定。
具体地，如图4～图7所示，t2时刻后，随着所述去纹波恒流控制管q1的漏端电压vdrain继续下降，所述去纹波恒流控制管q1的门电压gate已经升至最高，此时输出电流iout无法恒定，开始下降，所述第二运算放大器121的输出电压vop2下降，使得所述补偿电压vcomp开始快速下降(由于所述补偿电容ccomp的存在，所述补偿电压vcomp随所述第二运算放大器121的输出电压vop2线性变化)相应减小输出电流iout。
具体地，如图4～图7所示，t3时刻后，输出纹波电压vripple开始上升，所述去纹波恒流控制管q1处于线性工作区间，所述去纹波恒流控制管q1的门电压gate重新开始调整，此时所述补偿电压vcomp开始保持恒定，相应的输出电流iout保持稳定。
具体地，如图4～图7所示，t4时刻后，随着所述去纹波恒流控制管q1的漏端电压vdrain上升，所述去纹波恒流控制管q1进入饱和区间，所述去纹波恒流控制管q1的门电压gate重新进入稳定状态，输出电流iout开始恒流，到t5时刻一个工频周期结束，下一个工频周期开始。
具体地，当系统达到平衡状态后，t2到t3的时间会比较短，所述去纹波恒流控制管q1短时间工作于线性区间，输出电流iout会短时间下降，控制所述补偿电容ccomp充放电保持平衡，从而保证输出电流iout的自适应。
本发明的工频纹波抑制方法通过检测输出电流纹波来进行控制，因此无法完全滤除输出电流的工频纹波，但是通过调整合适的参数，可以使输出电流纹波减小到可接受的范围内，并且此时去纹波恒流控制管q1有段时间工作于线性区间，因此损耗比较小，整体效率可以达到最高。
本发明的工频纹波抑制电路及方法，具有以下有益效果：
1、本发明的工频纹波抑制电路及方法直接检测输出电流，无须检测输出纹波电压，可以节省芯片的引脚数目，节约成本。
2、本发明的工频纹波抑制电路及方法在抑制工频纹波时通过输出电流控制补偿电容充放电保持平衡，从而保证输出电流能够自适应。
3、本发明的工频纹波抑制电路及方法通过检测输出电流的纹波进行控制，参数设置与选择的mosfet无关，灵活性更大。
4、本发明的工频纹波抑制电路及方法无须针对各种应用条件下的mosfet进行效率的优化，使用范围广，同时系统效率可以做到最高。
综上所述，本发明提供一种工频纹波抑制电路及方法，包括：负载；通过调整流经抑制输出电流的纹波的去纹波恒流控制管；反馈模块；用于产生补偿电压的补偿电压产生模块；根据反馈电压及补偿电压产生驱动电压以控制去纹波恒流控制管的栅端的驱动模块。本发明的工频纹波抑制电路及方法节约成本、输出电流能够自适应、参数设置与选择的mosfet无关、使用范围广、同时系统效率可以做到最高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。