纹波消除电路及LED控制电路的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种纹波消除电路及LED控制电路。

背景技术：

在一些应用场合，电流电压纹波会对电路和负载的工作存在影响，往往需要消除纹波，尤其是在LED控制电路当中。如图1所示，示意了现有技术包括有纹波消除电路的LED控制电路。交流输入电压经过LED驱动电路U00得到电压VIN，电压VIN和地之间接LED负载和线性调整管M01，LED负载正极和地之间并联电容C01，LED负载负极接线性调整管M01的漏极，LED负载负极和线性调整管M01的栅极之间接电阻R02，线性调整管M01的栅极和地之间接电容C02，通过电容C02滤除LED负载电流的纹波。

为滤除输入纹波，纹波消除电路中电容C02确定的时间常数远远大于输入电流纹波周期，因此在输入电流快速增大时，纹波消除电路无法对输入电流进行及时响应，导致输入电压和调整管的DRAIN端电压VD随输入电流的增大迅速升高，造成LED闪烁甚至超出安全范围导致器件损坏。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够实现快速响应的纹波消除电路及LED控制电路，用以解决现有技术存在的无法及时对输入电流进行响应的技术问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的纹波消除电路，包括：

输入变化检测模块，其输入端接收可表征输入电流变化的待检测信号，并对所述待检测信号进行检测，得到表征所述待检测信号变化情况的变化检测信号，当所述变化检测信号表征输入电流快速变化时，则输出电流调整信号至所述纹波消除模块；

纹波消除模块，与负载串联，用以滤除输入电流的纹波；当所述变化检测信号表征输入电流快速变化时，所述纹波消除模块接收所述电流调整信号，通过改变纹波消除模块控制端的电压，来调整流经负载的电流，以适应输入电流的快速变化。

作为优选，所述的输入变化检测模块将接收到的所述待检测信号与第一阈值电压进行比较，得到所述变化检测信号，当所述待检测信号大于所述第一阈值电压时，则所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号；经纹波消除模块调整流经负载的电流，则所述待检测信号下降，下降至第二阈值电压时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号，所述的第二阈值电压小于所述第一阈值电压。

作为优选，所述的输入变化检测模块将接收到的所述待检测信号与第三阈值电压进行比较，当所述待检测信号大于所述第三阈值电压时，所述输入变化检测模块开始计时，当计时达到阈值时间时，得到变化检测信号，则所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号，经纹波消除模块调整流经负载的电流，则所述待检测信号下降，下降至第三阈值电压时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号。

作为优选，所述的输入变化检测模块接收所述待检测信号，并检测所述待检测信号的电压变化率，其电压变化率为正时，所述输入变化检测模块开始计时，当计时达到阈值时间时，得到变化检测信号，所述变化检测信号表征输入电流快速变化，此时，所述的输入变化检测模块向纹波消除模块输出电流调整信号，经纹波消除模块调整流经负载的电流，当所述待检测信号的电压变化率下降至为负时，则所述的输入变化检测模块停止输出电流调整信号。

作为优选，所述的纹波消除模块包括调整管、第一电容、第一电流产生电路和第二电流产生电路，所述的调整管与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；所述的第一电容两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；所述第二电流产生电路与所述第一电容并联；所述第一电流产生电路，其电压输入端分别连接高电位端和低电位端，所述调整管的第一端作为第一电流产生电路的高电位端，第一电容与所述第二电流产生电路的非地公共端作为第一电流产生电路的低电位端；所述第一电流产生电路根据所述高电位端和低电位端的电压，调节第一电流产生电路所输出的电流大小；所述第一电容与所述电流源的公共端电压为所述控制端的电压，所述电流调整信号对所述第一电容进行充电。

作为优选，所述的待检测信号为负载和纹波消除模块组成的串联电路两端的电压或负载与纹波消除模块之公共端的电压。

作为优选，所述的待检测信号为调整管控制端电压或第一电容两端电压。

作为优选，所述的计时由计数器实现，计数器的数字表征时间，计数器的数字达到相应的阈值数字即表征计时达到阈值时间。

作为优选，所述输入变化检测模块包括电压变化率检测电路，所述的电压变化率检测电路检测所述待检测信号的电压变化率，包括比较器，所述比较器的第一输入端接待检测信号，其第二输入端连接有第二电容和开关，第二输入端经开关连接待检测信号，所述开关的控制端接时钟信号。

作为优选，在所述比较器的第一输入端与待检测信号之间串联有偏置电压源。

作为优选，所述第一电容的一端经第一运放与所述调整管的控制端连接，所述第一运放的第一输入端与所述第一电容连接，第一运放的第二输入端接收表征流经调整管瞬时电流的电流采样信号，第一运放的输出端与所述调整管的控制端连接。

作为优选，所述的纹波消除模块还包括比例调节电路，所述的比例调节电路根据所述第一电流产生电路所产生之电流和所述第二电流产生电路相比的大小，对所述第一电容充放电。

作为优选，所述比例调节电路的输入端与所述第一电流产生电路和所述第二电流产生电路的公共端连接，所述比例调节电路的输出端与所述第一电容连接；当第一电流产生电路所产生的电流i02大于第二电流产生电路I01的电流时，比例调节电路对第一电容的充电电流为M*(i02-I01)；当第一电流产生电路所产生的电流i02小于电流源I01的电流时，比例调节电路对第一电容的放电电流为N*(I01-i02)。

作为优选，所述的纹波消除模块包括调整管、第一电容、第一电阻和第二运放，所述的调整管与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；所述的第一电容两端分别连接所述调整管的控制端和第二端；所述第二运放的第一输入端与所述调整管的第一端连接，第二运放的输出端与所述调整管的控制端连接，第一电容的一端与所述第二运放的第二输入端连接，第一电容的另一端接收表征输入电压的信号，第一电阻的一端与第二运放的第一输入端，第一电阻的另一端与调整管的第二端连接；所述第一电容和第一电阻的公共点电压为所述控制端的电压，所述电流调整信号对所述第一电容进行放电。

本发明的另一技术解决方案是，提供一种的LED控制电路，包括LED驱动电路和以上任意一种纹波消除电路，所述的LED驱动电路接收交流输入后并经整流得到输入电压给LED负载供电。

采用本发明的电路结构，与现有技术相比，具有以下优点：LED驱动电路接收交流输入，并将其转换为带有纹波的直流电，对LED负载供电，带有纹波的直流电连接到LED负载的正端，当输入电流快速变大时，输入变化检测模块会根据可表征输入电流变化的待检测信号的反馈，产生上拉电流通过输入变化检测模块的输出端作用到纹波消除模块上，快速的改变纹波消除模块中容性元件上的电压，提高纹波消除电路的响应速度，使得负载电流可以快速跟上输入电流的变化，从而使得系统可以更快达到稳态，系统响应快，不会出现LED灯闪的情况。

附图说明

图1为现有技术的LED控制的电路原理图；

图2为本发明的LED控制电路的电路原理图(实施例一)；

图3为本发明的LED控制电路的电路原理图(实施例二)；

图4为本发明的LED控制电路的电路原理图(实施例三)；

图5为输入变化检测模块的一种电路结构图；

图6为输入变化检测模块的另一种电路结构图；

图7为输入变化检测模块的又一种电路结构图；

图8为图7输入变化检测模块中电压变化率电路的具体电路结构图；

图9为纹波消除模块第一种实现方式的电路示意图；

图10为纹波消除模块第二种实现方式的电路示意图；

图11为纹波消除模块第三种实现方式的电路示意图；

图12为图11中比例调节电路的电路示意图；

图13为纹波消除模块第四种实现方式的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参考图2所示，示意了本发明的LED控制电路实施例一的电路结构，同时包括本发明纹波消除电路的电路结构，所述的纹波消除电路包括输入变化检测模块和纹波消除模块。交流输入电压经过LED驱动电路U00得到输入电压VIN，输入电压VIN和地之间接LED负载和纹波消除模块，LED负载正极和地之间并联电容C01，LED负载负极同时接纹波消除模块的输入端和输入变化检测模块的输入端，输入变化检测电路的输出端接纹波消除模块的另一输入端(作为纹波消除模块的控制端)，输入变化检测模块的第三端和纹波消除模块的第三端同时接地。

当输入电流iIN快速变大时，输入电压VIN也会相应变大，输入变化检测模块会根据LED负载和纹波消除模块公共端VD电压反馈，产生上拉电流作为电流调整信号，通过输出端作用到纹波消除模块上，快速地改变纹波消除模块中容性元件上的电压，提高纹波消除模块的响应速度，使得负载电流iLED可以快速跟上输入电流iIN的变化，从而使得系统可以更快达到稳态，不会出现LED灯闪的情况。本发明通过检测表征输入电流iIN变化的待检测信号，即检测待检测信号是否发生快速变化，以判断输入电流iIN是否快速变化，本实施例中采用VD作为待检测信号，可以通过输入变化检测模块检测VD的电压幅度、电压变化的持续时间或者电压变化率等方式，以判断是否发生快速变化。将在后续附图中详细介绍相应的输入变化检测模块的具体电路结构。

参考图3所示，示意了本发明的LED控制电路实施例二的电路结构，其与实施例一的不同之处在于，输入变化检测模块的连接关系的不同，本实施例中，将输入电压VIN作为待检测信号，因此输入变化检测模块的输入端接收输入电压VIN，即连接在LED负载的正端。当输入电流iIN快速变大时，输入电压VIN也会相应变大，输入变化检测模块会根据LED负载和纹波消除模块公共端VD电压反馈，产生上拉电流作为电流调整信号，通过输出端作用到纹波消除模块上，快速地改变纹波消除模块中容性元件上的电压，提高纹波消除模块的响应速度，使得负载电流iLED可以快速跟上输入电流iIN的变化，从而使得系统可以更快达到稳态，不会出现LED灯闪的情况。

参考图4所示，示意了本发明的LED控制电路实施例三的电路结构，其与实施例一、二的不同之处也在于，输入变化检测模块的连接关系的不同，本实施例中，直接从纹波消除模块中接收能够表征输入电流iIN变化的待检测信号，检测纹波消除模块中调整管的控制端或者第一电容上电压的变化率来反应输入电流iIN的变化，并根据电压变化率的正负以及持续时间之结合来判断是否发生快速变化。

参考图5所示，示意了本发明的输入变化检测模块的一种具体电路，可应用于实施例一和二。本附图中以应用于图2中的实施例一为例，即将LED负载和纹波消除模块的公共端VD作为待检测信号，用以表征输入电流iIN的变化，但本领域普通人员知悉其也可应用于实施例二。输入变化检测模块包括比较器U11、比较器U12、RS锁存器和电流源I03，输入变化检测模块的输入端接收VD，其内部接比较器U11和比较器U12的正输入端，比较器U11的负输入端接第一阈值电压VT1，比较器U11的输出端接RS锁存器的S(置位)端，比较器U12的负输入端接第二阈值电压VT2，比较器U12的输出端接RS锁存器的R(清零)端，RS锁存器的输出端接开关S1的控制端，电流源I03接开关S1的一端，开关管S1的另一端接输入变化检测模块的输出端，输入变化检测模块的第三端接地。

一般情况下，输入电流iIN电流稳定时，VD电压低于设定阈值VT1，开关S1断开，输入变化检测模块不输出电流调整信号，即不对纹波消除模块进行充电。当输入电流iIN快速增大时，VD随之快速升高，输入变化检测模块的输入端检测VD的电压值，当VD大于设定阈值VT1时，比较器U11的输出为高，RS触发器的S端为高，R端为低，输出Q为高，开关S1导通，输入变化检测模块的输出端以一定电流I03作为电流调整信号输出到纹波消除模块，快速地改变纹波消除模块中容性元件上的电压，使LED负载电流快速上升，当iLED>iIN时，VD开始下降，当VD小于设定阈值VT2，且VT2<VT1时，比较器U12的输出为高，RS触发器的R端为高，S端为低，输出Q为低，开关S1断开，输入变化检测模块停止输出电流调整信号，即停止对纹波消除模块进行充电。

参考图6所示，示意了本发明的输入变化检测模块的另一种具体电路，也可应用于实施例一和二。本附图中仍以应用于图2中的实施例一为例，即将LED负载和纹波消除模块的公共端VD作为待检测信号，用以表征输入电流iIN的变化，但本领域普通人员知悉其也可应用于实施例二。附图6中，输入变化检测模块包括比较器U11、计数器U13和电流源I03，输入变化检测模块的输入端接收VD，其内部接比较器U11的正输入端，比较器U11的负输入端接第三阈值电压VT3，比较器U11的输出端接计数器U13的R端，计数器U13的输入端接时钟信号CK，计数器U13的输出端An接开关S1的控制端，电流源I03接开关S1的一端，开关S1的另一端接输入变化检测电路的输出端，输入变化检测电路的第三端接地。

当输入电流iIN快速增大时，VD随之快速升高，输入变化检测模块检测VD的电压值，当VD大于设定阈值VT3时，计时电路开始计时，当VD连续大于VT3的时间大于设定的时间阈值t0时，输出端An输出高电平，开关S1导通，输入快速变化检测电路的输出端以一定电流I03作为电流调整信号输出到纹波消除模块，快速的改变纹波消除电路中容性元件上的电压，使LED负载电流快速上升，当iLED>iIN时，VD开始下降，当VD小于第三阈值电压VT3，开关S1断开，输入变化检测电路停止输出电流调整信号，即停止对纹波消除模块进行充电。

参考图7所示，示意了本发明的输入变化检测模块的又一种具体电路，可应用于实施例一、二和三。本附图中仍以应用于图2中的实施例一为例，即将LED负载和纹波消除模块的公共端VD作为待检测信号，用以表征输入电流iIN的变化，但本领域普通人员知悉其也可应用于实施例二和三，此外，本方案中不直接进行电压比较，而是通过检测电压变化率来表征待检测信号是否发生快速变化，虽然应用于不同实施例中的待检测信号不同，但其电压变化率的检测原理是互通的。附图7中，输入变化检测模块包括电压变化率检测电路、计数器U13和电流源I03，输入变化检测模块的输入端接收VD，其内部接电压变化率检测电路的输入端和电流源I03的一端，输入变化检测模块的输出端和电流源I03的输出端之间串联开关S1，输入变化检测电路的第三端接地，电压变化率检测电路的输出端接计数器U13的复位端RS，计数器U13的输入端接时钟信号CK，计数器U13的输出端An接开关S1的控制端，开关S1的另一端接输入变化检测模块的输出端。基于计数器U13的计时为单次连续计时，完成一次计时后进行清零或重置。

当输入电流iIN快速增大时，VD随之快速升高，电压变化率检测电路检测到电压变化率dV/dT>0，输出高电平信号至计数器U13的RS端，并开始计时，所述计数器U13根据时钟信号计数的过程即实现计时的功能，当dV/dT>0，且持续时间达到t0时，输出An为高电平，开关S1导通，输入变化检测模块输出端以一定电流I03作为电流调整信号输出到纹波消除模块，快速地改变纹波消除模块中容性元件上的电压，使LED负载电流快速上升，当iLED>iIN时，VD开始下降，VD的dV/dT<0，开关S1断开，输入变化检测模块停止输出电流调整信号，即停止对纹波消除模块进行充电。

电压变化率(dV/dT)的实现方式不局限于检测VD电压来控制计时开始与结束，也可以通过检测输入电压VIN(见图3)，或检测纹波消除模块中调整管M01的控制端或者第一电容上电压VC，达到同样能够解决相应的问题。

参考图8所示，示意了图7输入变化检测模块中电压变化率电路的具体电路结构，即示意了电压变化率电路的一种实现方式。所述的电压变化率检测电路包括比较器U20和偏置电压源VOS，所述比较器U20的第一输入端经偏置电压源VOS接待检测信号VD，其第二输入端连接有第二电容C3和开关S2，第二输入端经开关S2连接待检测信号，所述开关S2的控制端接时钟信号CK。更具体地，比较器U20的正输入端接VOS的正极，VOS的负极接VD，VD接开关S2的一端，开关S2的另一端接比较器U20的负输入端和第二电容C3，第二电容C3另一端接地，开关S2的控制端接时钟信号CK。

当CK为高电平时，开关S2导通，VD给电容C3充电，电容C3上电平等于VD，比较器U20的输出高电平至计数器U13的RS，当CK为低电平时，开关S2断开，电容C3上的电压为CK为高电平时的VD电压，若VD电压一直保持上升或者保持不变，则比较器U20继续输出高电平，若VD电压开始下降，且在CK为低电平期间下降超过VOS电压，则比较器输出翻转，则RS为低电平，因此可以此电路检测VD的电压变化率(dV/dT)，若dV/dT≥0，则一直输高电平，若dV/dT<0，则会输出低电平。偏置电压源VOS取合理值即可，即保证在初始状态下比较器U20的正端大于负端电压，有利于检测的稳定性。

参考图9所示，示意了的纹波消除模块的第一种实现方式。其中，纹波消除模块包括调整管M01、第一电流产生电路U01、第一电流源I01(作为第二电流产生电路的一种实现方式)和第一电容C02，在本实施例中所述的调整管M01采用NMOS，其第一端为漏极，其第二端为源极，其控制端为栅极。LED负载的负端连接到调整管M01的漏极(即第一端)，调整管M01的源极(即第二端)连接到地。调整管M01的漏极和栅极(即控制端)之间连接第一电流产生电路U01。第一电流源I01和第一电容C02并联，且连接在调整管M01的栅极和地之间。调整管M01的控制端，即第一电容C02的一端，与所述输入变化检测模块连接，用以接收电流调整信号。第一电容C02以及第一电流产生电路U01和第一电流源I01形成的滤波电路，其时间常数远大于工频周期，因此第一电容C02上的电压近似为没有纹波直流电压，使得经过调整管的电流近似为没有纹波的直流电流，从而实现经过LED负载的电流纹波减小，输入电流纹波通过输入电容转化为调整管的漏源端的电压纹波，通过设置电流源的值可以控制调整管的漏源端电压纹波的直流分量。第一电容C02为该实现方式中纹波消除模块的容性元件，输入变化检测模块输出的电流调整信号对第一电容C02和第一电流产生电路的公共端进行上拉，即对第一电容C02进行充电。本附图中的纹波消除模块可以应用于上述所有实施例。虽然本实施例中，第二电流产生电路采用了电流源的实现方式，但是还可以采用电流源以外的实现方式，例如，电阻，等等，该部分说明同样适用于其他实施例。

参考图10所示，示意了的纹波消除模块的第二种实现方式。该附图在图9基础上，增加了运放U10和电流采样电阻R10。第一电容C02的正端即VC端，连接到运放U10的正输入端，调整管M01的源极经过电流采样电阻R10连接到地。电流采样电阻R10和调整管M01的公共端连接到运放U10的负输入端，运放U10的输出端连接到调整管M01的栅极。加入了运放U10和电流采样电阻R10，由于VC可以近似为直流电压，则表征流经调整电流的采样电阻R10上电压等于VC电压，近似为直流电压，即LED上电流近似为直流，可以进一步提高纹波消除效果。

参考图11所示，示意了的纹波消除模块的第三种实现方式。该附图在图9基础上，增加比例调节电路U30。在第一电流产生电路U01和第一电流源I01的公共端通过比例调节电路U30连接到第一电容C02。所述比例调节电路U30的输入端与所述第一电流产生电路和所述第一电流源I01的公共端连接，所述比例调节电路U30的输出端与所述第一电容C02连接。通过加入C02，来调节对VC处第一电容C02的充放电，可以控制VD或者是VD与VC之压差接近谷底的值为一定值。使得当输入电流纹波发生变化时，该纹波消除电路都可以有效去除纹波，且可以将VD或VD-VC的控制值设置为一个较小的值，以减小调整管M01上的损耗。

参考图12所示，示意了的图11中比例调节电路U30的具体电路结构。所述比例调节电路U30的输入端VI与所述第一电流产生电路和所述电流源I01的公共端连接，所述非线性调节电路U30的输出端与所述第一电容C02连接。当i02大于I01时，则开关K30导通，开关K31关断，电流源M*(i02-I01)对VC充电；当i02小于I01时，则开关K31导通，电流源N*(I01-i02)对VC放电。

参考图13所示，示意了的纹波消除模块的第四种实现方式。纹波消除模块包括调整管M01、第一电容C02、第一电阻R01和第二运放U10，所述的调整管M01与负载串联，所述调整管的第一端与所述负载连接，其第二端接输入电压的低电位端；所述第二运放U10的第一输入端与所述调整管M01的第一端连接，第二运放U10的输出端与所述调整管M01的控制端连接，第一电容C02的一端与所述第二运放U10的第二输入端连接，第一电容C02的另一端接收表征输入电压VIN的信号，第一电阻R01的一端与第二运放U10的第一输入端，第一电阻R01的另一端与调整管M01的第二端连接。所述的纹波消除模块还包括电流镜模块，所述的电流镜模块的输入端与所述输入变化检测模块连接，用以接收电流调整信号，其输入端与第一电容C02和第一电阻R01的公共端连接。

当输入电流iIN工频变化时，纹波消除电路内部的容性元件C02使得VC紧紧跟随VIN变化，通过负反馈使VD电压等于VC，从而使LED负载上压降保持不变，达到去纹波的效果。输入变化检测模块输出的电流调整信号为电流镜的输入，电流镜的输出对第一电容C02和电阻R01公共端进行下拉，即对第一电容C02进行放电。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。