一种具有纹波抑制和调光功能的LED线性恒流电路的制作方法

本实用新型涉及LED线性恒流电路，具体为一种具有纹波抑制和调光功能的LED线性恒流电路。

背景技术：

LED线性恒流电路具有系统成本低，芯片外围电路少，可兼容E14和E16 灯头应用，容易通过电磁干扰测试等优点被广泛使用。

现有的LED线性恒流电路采用第二线性恒流电路向调光器提供维持电流，防止调光器误关断。第二线性恒流电路产生的维持电流没有流经负载，全部作为损耗而消耗，降低了系统的效率；另一方面，输出电流存在工频分量，输出电流纹波较大，继而造成灯具的频闪较大，较大的频闪会造成用户视觉疲劳，影响使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有纹波抑制和调光功能的LED线性恒流电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种具有纹波抑制和调光功能的LED线性恒流电路，包括：

整流桥，其输入端连接AC交流输入，输出端负极接地；

跨桥RC电路，其一端连接所述整流桥的输出端正极，另一端连接所述整流桥输入端的任意一端；

LED负载，其正极连接所述整流桥的输出端正极；

纹波抑制电路，其一端连接于所述LED负载的负极；

驱动模块，连接所述纹波抑制电路的另一端；

输出电容，并联于所述LED负载及所述纹波抑制电路构成的串联组。

进一步的，所述纹波抑制电路包括：

纹波抑制MOS管，其漏极连接所述LED负载的负极，源极连接所述线性恒流电路的漏极端D；

缓启动电容，其一端连接所述纹波抑制MOS管的栅极，另一端连接所述纹波抑制MOS管的源极；

分压调节MOS管，其漏极连接所述LED负载的负极；

第一分压电阻，其一端连接所述分压调节MOS管的源极，另一端连接所述纹波抑制MOS管的栅极；

第二分压电阻，其一端连接所述纹波抑制MOS管的栅极，另一端连接所述纹波抑制MOS管的源极；

第一稳压管，其负极连接所述分压调节MOS管的漏极；

第二稳压管，其负极连接所述分压调节MOS管的栅极，正极连接所述第一稳压管的正极；

稳压二极管，其正极连接所述第一稳压管的正极，负极连接所述第一稳压管的负极；

稳压电阻，并联于所述第二稳压管；

积分电容，其一端连接所述第二稳压管的负极，另一端连接所述线性恒流电路的漏极端；

补偿电阻，其一端连接所述分压调节MOS管的漏极；

第一补偿MOS管，其漏极连接栅极，且漏极连接所述补偿电阻的另一端，源极连接所述线性恒流电路的漏极端；

第二补偿MOS管，其漏极连接所述纹波抑制MOS管的栅极，栅极连接所述第一补偿MOS管的栅极，源极连接所述线性恒流电路的漏极端。

进一步的，所述分压调节MOS管的漏极与所述LED负载的负极之间串联有连接限压检测场效应管；

所述限压检测场效应管的源极连接所述分压调节MOS管的漏极，漏极连接所述LED负载的负极，栅极连接所述线性恒流电路的漏极端。

进一步的，所述驱动模块为电阻、恒流源、电感、电容或线性恒流电路。

进一步的，所述驱动模块包括：

线性恒流电路，其具有漏极端、源极端及接地端，所述漏极端连接所述纹波抑制电路，所述接地端接地；

电流检测电阻，其一端连接所述线性恒流电路的所述源极端，另一端接地。

进一步的，所述整流桥为4个二极管组成的桥式整流电路。

进一步的，所述跨桥RC电路为跨桥电阻及跨桥电容串联组成的串联组。

进一步的，所述第一补偿MOS管、所述第二补偿MOS管、所述分压调节 MOS管及纹波抑制MOS管为PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管；

所述稳压二极管为pnp管、npn管、稳压管或MOS管；

所述第一稳压管及所述第二稳压管为pnp管、npn管、二极管或MOS管；

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.由于增加纹波抑制功能，能够显著降低输出电流纹波，改善灯具的频闪特性，防止视觉疲劳，保护用户的眼睛。

2.由于没有第二线性恒流电路提供维持电流，能够有效的提高系统的效率，节省能源。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例一纹波抑制电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例一的调光控制工作波形图；

图4是本实用新型实施例一的纹波抑制控制工作波形图；

图5是本实用新型实施例二纹波抑制电路的电路结构示意图。

附图标记中：1、整流桥；2、跨桥RC电路；3、纹波抑制电路；4、驱动模块；41、线性恒流电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

一种具有纹波抑制和调光功能的LED线性恒流电路，如图1所示，包括整流桥1、跨桥RC电路2、LED负载L1、纹波抑制电路3、驱动模块4及输出电容Cout。整流桥1为4个二极管构成的桥式整流电路，其输出端负极接地，输出端正极连接LED负载L1的正极，输入端连接交流输入AC。交流输入AC 的两端为第一交流输入端A及第二交流输入端B。跨桥RC电路2为跨桥电阻 Rrc及跨桥电容Crc，跨桥电阻Rrc一端连接跨桥电容Crc的一端。跨桥电阻 Rrc的另一端连接第一交流输入端A，跨桥电容Crc的另一端连接整流桥1的输出端正极。驱动模块4包括线性恒流电路41及电流检测电阻Rcs。线性恒流电路41具有漏极端D、源极端CS及接地端GND，接地端GND接地。电流检测电阻Rcs一端连接线性恒流电路41的源极端CS，另一端接地。纹波抑制电路3的一端连接LED负载L1的负极，另一端连接线性恒流电路41的漏极端D；输出电容Cout并联于LED负载L1及纹波抑制电路3构成的串联组。

从第一交流输入端A流入的电流为输入电流Iin，流过LED负载L1的电流为输出电流Iout，流入驱动模块4的电流为负载电流Iload，流过跨桥RC 电路2的电流为反馈电流Irc。连接LED负载L1正极与整流桥1输出端正极的线路为母线BUS。LED负载两端的电压为负载电压Vled。

如图2所示，纹波抑制电路3包括补偿电阻R1vc、第一补偿MOS管Mm1、第二补偿MOS管Mm2、第一稳压管Zst1、第二稳压管Zst2、稳压二极管Dst、稳压电阻Rst、积分电容Cg、分压调节MOS管Mbuf、第一分压电阻Rup、第二分压电阻Rdn、纹波抑制MOS管Mdrv及缓启动电容Cgate。纹波抑制MOS 管Mdrv的漏极连接LED负载L1的负极，源极连接线性恒流电路41的漏极端 D。缓启动电容Cgate的一端连接纹波抑制MOS管Mdrv的栅极，另一端连接纹波抑制MOS管Mdrv的源极。分压调节MOS管Mbuf的漏极连接LED负载L1 的负极。第一分压电阻Rup的一端连接分压调节MOS管Mbuf的源极，另一端连接纹波抑制MOS管Mdrv的栅极。第二分压电阻Rdn的一端连接纹波抑制MOS 管Mdrv的栅极，另一端连接纹波抑制MOS管Mdrv的源极。第一稳压管Zst1 的负极连接分压调节MOS管Mbuf的漏极，正极连接第二稳压管Zst2的正极。第二稳压管Zst2的负极连接分压调节MOS管Mbuf的栅极。稳压二极管Dst 的正极连接第一稳压管Zst1的正极，负极连接第一稳压管Zst1的负极。稳压电阻Rst并联于第二稳压管Zst2。积分电容Cg的一端连接第二稳压管Zst2 的负极，另一端连接线性恒流电路41的漏极端D。补偿电阻R1vc的一端连接分压调节MOS管Mbuf的漏极，另一端连接第一补偿MOS管Mm1的漏极。第一补偿MOS管Mm1的漏极连接栅极，且栅极连接第二补偿MOS管Mm2的栅极，源极连接线性恒流电路41的漏极端D。第二补偿MOS管Mm2的漏极连接纹波抑制MOS管Mdrv的栅极，源极连接线性恒流电路41的漏极端D。

第一补偿MOS管Mm1、第二补偿MOS管Mm2、分压调节MOS管Mbuf及纹波抑制MOS管Mdrv优选为PMOS管、NMOS管、PNP管或NPN管。稳压二极管Dst优选为pnp管、npn管、稳压管或MOS管。第一稳压管Zst1及第二稳压管Zst2优选为pnp管、npn管、二极管或MOS管。驱动模块4优选为电阻、恒流源、电感、电容或线性恒流电路。

本实施例的调光控制的工作原理如下：

如图1所示，在工频正半周期，在调光器切相沿处，调光器有关断变为导通后，输入电流Iin从第一交流输入端A经跨桥RC电路2流入母线BUS，最终流入第二交流输入端B，为调光器提供维持电流。在调光器切相沿处，由于调光器由关断变为导通，母线BUS的电压会突变升高，大于第一交流输入端A 的电压，跨桥电容Crc放电，母线BUS节点电压逐渐降低。当第一交流输入端A的电压大于母线BUS的电压时，输入电流Iin从第一交流输入端A经整流桥1流入母线BUS。当交流输入AC的电压小于LED负载L1的负载电压Vled 时，整流桥1不通，LED负载L1通过输出电容Cout放电供电。

在工频负半周期，在调光器切相沿处，调光器有关断变为导通后，输入电流Iin从第二交流输入端B经整流桥1、跨桥RC电路2到第一交流输入端A，为调光器提供维持电流；输入电流Iin不经过LED负载L1，第一交流输入端 A的电位大于地的电位，小于母线BUS的电位，跨桥RC电路2中的电容Crc 充电，第一交流输入端A的电压逐渐降低。当第一交流输入端A的电位小于地的电位时，输入电流Iin从第二交流输入端B经整流桥1流入母线BUS。当交流输入AC的电压小于LED负载L1的负载电压Vled时，整流桥1不通，LED 负载L1通过输出电容Cout放电供电。

工频正半周期及在工频负半周期往复交替，使输入电流Iin、反馈电流Irc、负载电流Iload及输出电流Iout呈现如图3所示的波形。

本实施例的纹波抑制控制的工作原理如下：

如图2所示，分压调节MOS管Mbuf的分压栅极电压Vg、栅源压降 Vgs_buf与文波一直MOS管Mdrv的抑制栅极电压Vgate满足如下关系：

当纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds大于分压栅极电压Vg加上第一稳压管Zst1的反向稳压压降Vz1时，积分电容Cg通过稳压电阻Rst进行充电；当纹波抑制MOS Mdrv的漏源电压Vds小于分压栅极电压Vg减去稳压二极管Dst的正向导通压降Vdst时，积分电容Cg通过稳压电阻Rst进行放电。通过积分电容Cg积分平均，使得纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds的平均值为：

其中，Vri为纹波抑制MOS管Mdrv的漏极和源极之间的纹波电压,Ra为 LED负载L1负极到第一稳压管Zst1正极的第一等效阻抗,Rb为第一稳压管 Zst1正极到分压调节MOS管Mbuf栅极的第二等效阻抗。

由于LED负载L1负极到第一稳压管Zst1正极之间只有反偏的第一稳压管Zst1和稳压二极管Dst，第一等效阻抗Rb近似等于稳压电阻Rst的阻抗, 第一等效阻抗Ra远远大于第二等效阻抗Rb，从而有：

其中，Vds_valley为纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds的最低值。

纹波抑制MOS管Mdrv工作在饱和区，相当于一个受控电流源，从而使得输出电容Cout上的纹波电压Vcout全部加载在纹波抑制MOS管Mdrv的漏极与源极之间，继而保持LED负载L1的负载电压Vled不变，实现较低的输出电流纹波。

随着纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds的增大，补偿电阻Rlvc上的电流经过第一补偿MOS管Mm1和第二补偿MOS管Mm2的电流镜像，使纹波抑制MOS管Mdrv的栅极电压Vgate降低，以降低纹波抑制MOS管Mdrv的电流，从而补偿纹波抑制MOS管Mdrv因为沟道调制效应导致的电流变化,进一步降低输出电流纹波。

第二稳压管Zst2用于实现快速启动和防止稳压电阻Rst过流。

输出电容Cout两端的纹波电压Vcout、纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds与输出电流Iout的变化呈现如图4所述的波形。

由于增加纹波抑制功能，本实用新型能够显著降低输出电流纹波，改善灯具的频闪特性，防止视觉疲劳，保护用户的眼睛。同时由于没有第二线性恒流电路提供维持电流，能够有效的提高系统的效率，节省能源。

实施例二

相比于实施例一，如图3所示，本实施例具有纹波抑制和调光功能的LED 线性恒流电路的纹波抑制电路3还包括限压检测场效应管J1。分压调节MOS 管Mbuf的漏极与LED负载L1的负极之间串联有连接限压检测场效应管J1，限压检测场效应管J1的源极连接分压调节MOS管Mbuf的漏极，漏极连接LED 负载L1的负极，栅极连接线性恒流电路41的漏极端D。

限压检测场效应管J1具有夹断阈值电压Vj1，纹波抑制MOS管Mdrv漏极与源极之间的电压为漏源电压Vds。

当纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds小于限压检测场效应管J1的夹断阈值电压Vj1时，限压检测场效应管J1源极的电压跟随限压检测场效应管 J1漏极的电压，用于正常控制；当纹波抑制MOS管Mdrv的漏源电压Vds大于限压检测场效应管J1的夹断阈值电压Vj1时，限压检测场效应管J1源极的电压箝位在限压检测场效应管J1的夹断阈值电压Vj1，保护器件不会过压损坏。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，包括但不限于电阻实现方式如Rcs1 采用普通电阻或MOS电阻、对元器件的类型或型号的替换如将Zst1替换成多个稳压管串并联、Zst2替换成二极管等、电路局部构造的变更如Zst1并联电阻或电容、母线BUS和地之间并联母线电容等，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。