一种基于有源纹波补偿的LED驱动电路的制作方法

本发明属于led照明技术领域，具体涉及一种基于有源纹波补偿的led驱动电路。

背景技术：

led具有高效节能、绿色环保、寿命长等优点，受到人们的广泛关注，若能以led照明取代目前低效率、高耗能的传统照明，将缓解当前越来越紧迫的能源短缺和环境恶化问题。由于led自身的光电特性需要用专门的电源来驱动led。目前，led驱动电源主要采用开关电源，开关电源输出电流纹波较大，纹波会对led的发光效率、寿命、色温等产生不利的影响。开关电源普遍采用电解电容滤波，而电解电容寿命严重影响了led驱动电源的可靠性。因此减少电解电容的使用，减小输出电流纹波对于发展led照明事业具有重大意义。

传统的led驱动电路如图1所示，采用buck电路进行驱动，buck电路也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。对于buck电路采用lc滤波，电路稳态工作时，输出电压由微小的纹波和较大的直流分量组成。当驱动led时，纹波电压将引起较大的led纹波电流。增大滤波电容可减小led的纹波电流。但是，电容容量的增大，导致电源体积和重量增加，影响电源的小型化和集成化，更重要的是，电解电容成为限制led驱动电源寿命的主要因素。在led照明应用环境下，电解电容的寿命不超过10000h，与led的长寿命(100000h左右)难以匹配。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出将开关电源与线性电源相融合的新型电源，该电源利用开关电源实现高效率的能量传递，同时利用线性电源抑制输出电流纹波来替代电解电容滤波。该新型电源的输出纹波小，无大容量电解电容，多采用半导体元件和集成芯片，易实现小型化和集成化，提高了驱动电源的可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种led驱动电路，包括dc-dc电路和纹波补偿电路，所述dc-dc电路用于提供所述led的驱动电流，其特征在于，所述纹波补偿电路用于对所述驱动电流进行纹波补偿。

所述dc-dc电路的输出端没有滤波电容，所述纹波补偿电路使得所述驱动电流为不含纹波成分的直流。

所述dc-dc电路为buck电路，所述纹波补偿电路输出的电流纹波与所述buck电路输出电感上的电流纹波波形上大小相等，极性相反。

所述输出电感的输出端串联一只采样电阻r，通过对所述电阻r上的电流进行采样反馈，实现对所述输出电感上的电流进行纹波补偿。

所述buck电路包括mos管s、二极管d、电感l2，所述mos管的漏极接输入电源正极，所述mos管的源极接二极管d的阴极，所述二极管d的阳极接输入电源负极，所述电感l2的一端接所述二极管d的阴极，另一端接所述纹波补偿电路的输入端，所述纹波补偿电路的输出端接所述led的阳极，所述led的阴极接输入电源负极。

所述纹波补偿电路包括采样电阻rs、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻rc、电容c1、电容c2、放大器a1、pnp三极管q1、npn三极管q2，所述电阻rs的一端接所述电感l2的另一端，所述电阻rs的另一端接所述led的阳极；所述电阻rs的一端通过电容c1和电阻r1接放大器a1的反相输入端，所述电阻rs的另一端通过电阻r2接放大器a1的同相输入端；所述三极管q1的集电极接-12v电源，三极管q1的发射极与三极管q2的发射极连接在一起，连接点作为推挽输出；三极管q2的集电极接输入电源负极，三极管q1和q2的基极都与所述放大器a1的输出端连接；电阻r3一端连接所述推挽输出，另一端连接放大器a1的反相输入端，电容c2一端连接放大器a1的同相输入端，另一端接输入电源负极；电阻rc一端接推挽输出，另一端接所述led的阳极。

本发明具有以下优点：

本发明采用有源纹波补偿电路可以将输出电感电流纹波完全补偿，使得电路输出恒定的直流。这种新型led驱动电源无大电解电容，输出纹波小，电路的可靠性和使用寿命都能大幅提高，这对于led照明发展具有重大的意义。

附图说明

图1是传统buck电路图；

图2是有源纹波补偿buck型原理图；

图3是有源纹波补偿原理波形图；

图4是有源纹波补偿buck型电路图；

图5是led照明供电系统结构图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行说明，各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。

本发明提出的有源纹波补偿buck电路拓扑结构如图2所示．开关管s、电感l和续流二极管d组成无电解电容的buck型主电路，工作于连续导通模式;三极管t处于放大状态对电感纹波电流进行补偿，使得通过led灯组的电流为直流。

设主电路电感电流il和三极管t的补偿电流ic分别为

式中：il和ic分别是电感电流和三极管t的集电极电流的直流分量、ir和ic分别为它们的交流分量（纹波电流）。

当时，电路输出电流为

通过led为恒定直流，如图所示，实现了对电感纹波电流的全补偿。

其中：ip和ig分别是电感电流的峰值和谷值。

有源纹波补偿原理波形图如图3所示，可见带纹波补偿的buck型变换电路其输出电流io为纹波很小的直流，其输出结果非常适合驱动led。

带纹波补偿的buck型变换的详细电路图，如图4所示，

所述buck电路包括mos管s、二极管d、电感l2，所述mos管的漏极接输入电源正极，所述mos管的源极接二极管d的阴极，所述二极管d的阳极接输入电源负极，所述电感l2的一端接所述二极管d的阴极，另一端接所述纹波补偿电路的输入端，所述纹波补偿电路的输出端接所述led的阳极，所述led的阴极接输入电源负极。所述纹波补偿电路包括采样电阻rs、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻rc、电容c1、电容c2、放大器a1、pnp三极管q1、npn三极管q2，所述电阻rs的一端接所述电感l2的另一端，所述电阻rs的另一端接所述led的阳极；所述电阻rs的一端通过电容c1和电阻r1接放大器a1的反相输入端，所述电阻rs的另一端通过电阻r2接放大器a1的同相输入端；所述三极管q1的集电极接-12v电源，三极管q1的发射极与三极管q2的发射极连接在一起，连接点作为推挽输出；三极管q2的集电极接输入电源负极，三极管q1和q2的基极都与所述放大器a1的输出端连接；电阻r3一端连接所述推挽输出，另一端连接放大器a1的反相输入端，电容c2一端连接放大器a1的同相输入端，另一端接输入电源负极；电阻rc一端接推挽输出，另一端接所述led的阳极。

只要对纹波补偿电路进行相应的设计，使得补偿电路的输出电流ic能够迅速准确的跟踪电感纹波分量ir，大小相等，极性相反，即，如图3所示，就能达到对输出电流的补偿效果，使输出电流为不含纹波成分的直流。

图4中方框部分为有源纹波补偿电路部分，这种新型电路可以视为开关电源和线性电源的结合，在利用开关电源完成高效率能量变换的同时，利用线性电路抑制电路纹波，实现了能效高、纹波小的高可靠性长寿命led驱动。

在传统的buck电路基础上，去掉滤波电容，用辅助的线性纹波电路对电感l纹波电流进行补偿。运放的输出电流一般为几十毫安，而纹波电流一般在几百毫安左右，为保证补偿电路能够工作，采用功率放大电路对其进行扩流。

当电路正常工作时，若负载发生小的扰动，则反馈线会将扰动电压反馈给运算放大器，由于采用的是负反馈，则放大器会自动朝相反的方向调整增益来抵消扰动的影响。因此负反馈还可以增加电路的稳定性，增强抗干扰能力。所以采用负反馈法不仅能够解决交越失真问题，同时也能增加电路的稳定性。

整个有源纹波补偿应急照明装置主要有电池组，有源纹波补偿装置和led灯三部分组成，如图5所示。

有源纹波补偿应急照明装置结构简单，只在传统电路的基础上增加纹波补偿部分，能提供输出纹波很小的直流为led提供电源，电压稳定。

本发明去除电解电容这一缩短led电源寿命的器件，使得led电源的使用寿命得到大幅度的增加，极大的节省了更换照明电源所花费的费用。电解电容体积大，用半导体和集成芯片代替，可以实现小型化和集成化，提高了驱动电源的可靠性。同时，本发明无需使用大容量电解电容，所需要的小容量电容可以采用能量密度较小的新型长寿命电容，利用有源补偿技术抑制输出纹波电流。同时，本发明提供的功率大，可以驱动led灯组，电源更加稳定，使得led的光功率得到提升，能够提供更大的光照强度，使得应用场合更加广泛。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。