專利名稱：一種紋波抑制電路及其供電系統(tǒng)和紋波抑制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及供電系統(tǒng)，具體地但不限于涉及用于發(fā)光二極管供電系統(tǒng)的輸出電流紋波抑制電路及方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)作為一種低能耗、高效率的發(fā)光材料被廣泛用于照明。在現(xiàn)有的一種LED供電系統(tǒng)中，采用單級功率因素校正(PFC)電壓轉換電路來驅動LED，為LED供能。但是單級PFC電壓轉換電路輸出的直流信號含有較大的紋波。為了降低紋波，一種現(xiàn)有的解決方式為在輸出端耦接大電容值的電解電容。但是電解電容的壽命較短，大大短于LED的壽命，采用電解大電容會降低整個供電系統(tǒng)的壽命。同時大電容也增大了系統(tǒng)體積。因此，有必要采用小電容，并增加紋波抑制電路來降低紋波。

發(fā)明內容
為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本發(fā)明提出一種紋波抑制電路、供電系統(tǒng)及抑制紋波的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種紋波抑制電路包括濾波電路，具有輸入端和輸出端，其中濾波電路的輸入端耦接電壓源，濾波電路將電壓源的含紋波的電壓進行濾波并在濾波電路的輸出端輸出濾波電壓；以及跟隨電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中跟隨電路的第一輸入端耦接電壓源，跟隨電路的第二輸入端耦接濾波電路的輸出端，跟隨電路的輸出端提供輸出信號用于為負載供能，其中輸出信號基于濾波電壓產生。濾波電路可包括電容，具有第一端和第二端，其中電容的第一端耦接濾波電路的輸出端，電容的第二端耦接參考地；以及電阻，具有第一端和第二端，其中電阻的第一端耦接濾波電路的輸入端，電阻的第二端耦接電容的第一端。跟隨電路可包括晶體管，晶體管具有第一端、第二端和控制端，其中晶體管的第一端耦接跟隨電路的第一輸入端，晶體管的控制端耦接跟隨電路的第二輸入端，晶體管的第二端耦接跟隨電路的輸出端，其中輸出信號為流過晶體管第二端的電流信號，且電流信號跟隨濾波電壓變化。晶體管可包括達林頓晶體管。跟隨電路可進一步包括第二電阻，第二電阻具有第一端和第二端，其中第二電阻的第一端耦接濾波電路的輸出端，第二電阻的第二端耦接晶體管的控制端。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種供電系統(tǒng)包括如上所述的紋波抑制電路、電壓源和負載。電壓源可包括單級功率因素校正電壓轉換電路。負載可包括LED燈。上述供電系統(tǒng)可進一步包括短路保護電路，短路保護電路包括第三電阻，耦接在跟隨電路的第一輸入端和一節(jié)點之間；第四電阻，和第三電阻串聯(lián)，第四電阻耦接在節(jié)點和跟隨電路的輸出端之間；第三電容，和第四電阻并聯(lián)，耦接在第四電阻的兩端；以及開關，具有第一端、第二端和控制端，其中開關的第一端耦接跟隨電路的第二輸入端，開關的第二端耦接跟隨電路的輸出端，開關的控制端耦接節(jié)點。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種在供電系統(tǒng)中抑制紋波的方法包括對電壓源的電壓進行濾波獲得濾波電壓；基于濾波電壓和電壓源的電壓，產生跟隨濾波電壓的輸出信號；以及米用輸出信號為負載供電。在一個實施例中，對電壓源的電壓進行濾波的方法包括將電阻耦接至電壓源，以及將電容耦接至電阻和參考地之間；產生跟隨濾波電壓的輸出信號的方法包括使晶體管的第一端耦接電壓源，將晶體管的第二端耦接負載以及將晶體管的控制端耦接濾波電壓；以及通過增大電容的容值和/或電阻的阻值來降低輸出信號的紋波。在一個實施例中，通過采用達林頓晶體管降低功耗。根據(jù)本發(fā)明的實施例所提供的紋波抑制電路和抑制方法、以及供電系統(tǒng)具有壽命長、降低輸出電容容值、控制方便靈活以及適應性強等優(yōu)點。


為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對本發(fā)明的實施例進行描述圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的供電系統(tǒng)示意框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的紋波抑制電路示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的紋波抑制電路示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的紋波抑制電路示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明再一實施例的紋波抑制電路示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的供電系統(tǒng)示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的供電系統(tǒng)示意圖，其中該供電系統(tǒng)包括短路保護電路；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的抑制紋波的方法流程示意圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一具體實施例的抑制紋波的方法流程示意圖；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的抑制紋波和降低系統(tǒng)功耗的方法流程示意圖。附圖沒有對實施例的所有電路或結構進行顯示。貫穿所有附圖相同的附圖標記表示相同的或相似的部件或特征。
具體實施例方式下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在下面對本發(fā)明的詳細描述中，為了更好地理解本發(fā)明，描述了大量的細節(jié)。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。為了清晰明了地闡述本發(fā)明，本文簡化了一些具體結構和功能的詳細描述。此外，在一些實施例中已經詳細描述過的類似的結構和功能，在其它實施例中不再贅述。盡管本發(fā)明的各項術語是結合具體的示范實施例來一一描述的，但這些術語不應理解為局限于這里闡述的示范實施方式。本發(fā)明的說明書中提到的“耦接”可指直接的連接或通過間接物的連接，如通過導體的連接，該導體具有阻值，也可有寄生參數(shù)，如具有電感值和電容值，以及如通過半導體器件如二極管的連接。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的供電系統(tǒng)100示意圖。其中供電系統(tǒng)100包括電壓源20、紋波抑制電路10以及負載30。
電壓源20具有輸出端22，輸出端22提供含紋波的電壓VIN。電壓源20可為任何形式，如適配器、芯片、電路模塊甚至導線或其它導體等，電壓源20提供含紋波的電壓。紋波可以具有任何波形或大小，只要電壓波形不為理想直線。在一個實施例中，電壓源20包括電壓轉換電路，電壓轉換電路用于將一電壓轉換成一直流電壓Vin,在輸出端22輸出。在一個實施例中，電壓轉換電路用于將交流電壓轉換成直流電壓Vin。在另一個實施例中，電壓轉換電路用于將一直流電壓轉換成另一直流電壓Vin。紋波抑制電路10耦接于電壓源20和負載30之間，紋波抑制電路10在輸出端產生輸出信號0UT，用于降低電壓源20電壓Vin含有的紋波，并給負載30供電。紋波抑制電路10包括濾波電路11以及跟隨電路12。其中濾波電路11用于將電壓源20提供的電壓Vin進行濾波，并在濾波電路11的輸出端112產生濾波電壓Vc。因此，濾波電壓Vc的紋波比電壓Vin的紋波小。濾波電路11具有輸入端111和輸出端112。輸入端111耦接電壓源20，用于接收含紋波的電壓Vin。輸出端112提供電壓Vin的濾波電壓Ne。濾波電壓Vc跟隨電壓Vin的平均值但相對電壓Vin，濾波電壓Vc電壓波形較平滑，其紋波成分被降低。跟隨電路12使得輸出信號OUT幅值跟隨濾波電壓Vc變化，即其波形或平滑度跟隨濾波電壓Ne。跟隨電路12具有第一輸入端121、第二輸入端122和輸出端123，其中第一輸入端121耦接電壓源20用于接收電壓Vin，第二輸入端122耦接濾波電路11的輸出端112。跟隨電路12的輸出端123耦接負載30并提供輸出信號OUT用于為負載30供能。其中輸出信號OUT基于濾波電壓Vc產生，使得輸出信號OUT跟隨濾波電壓Vc變化，因此比較平滑，降低了紋波。在一個實施例中，輸出信號OUT為電壓值，跟隨電路12的輸出端123的電壓與濾波電壓Vc成正比。在另一個實施例中，輸出信號OUT為電流信號，跟隨電路12的輸出端123的電流與濾波電壓Vc成正比。在一個實施例中，負載30為串聯(lián)的多個發(fā)光二極管(LED)組成的LED燈串。在另一個實施例中，負載30為多個并聯(lián)的LED串。在又一個實施例中，負載30為單個LED。在其它的實施例中，負載為不同于上述連接方式的多個LED或其它類型的單個或多個任意連接方式的負載。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的紋波抑制電路210的示意圖。紋波抑制電路210包括濾波電路11和跟隨電路12。其中濾波電路11包括電阻Rl和電容C2。電容C2具有第一端211和第二端212，其中第一端211耦接濾波電路11的輸出端112和跟隨電路12的第二輸入端122，電容C2的第二端212耦接參考地GND。電阻Rl具有第一端131和第二端132，其中電阻Rl的第一端131耦接濾波電路11的輸入端111和電壓源，電阻Rl的第二端132耦接電容C2的第一端211和濾波電路11的輸出端112。由電阻Rl和電容C2組成的濾波電路11在輸出端112輸出濾波電壓Vc。濾波電壓Vc反映節(jié)點IN電壓Vin的平均值，但相對電壓Vin，濾波電壓Vc波形較平滑，其紋波成分被降低。在另外的一些實施例中，濾波電路11具有其它形式的結構。在一個實施例中，濾波電路11包括由多個電容和多個電阻組成的濾波電路網絡。在一個實施例中，電容C2和電阻Rl大小可調。跟隨電路12包括晶體管Ql。晶體管Ql具有第一端221、第二端223和控制端222。其中晶體管Ql的第一端221耦接跟隨電路12的第一輸入端121和電壓源。晶體管Ql的控制端222耦接跟隨電路12的第二輸入端122和濾波電路11的輸出端112。在圖示的實施例中，晶體管Ql的控制端222耦接濾波電路11中電容C2的第一端211。晶體管Ql的第二端223耦接跟隨電路12的輸出端123。其中跟隨電路12的輸出端123耦接負載。紋波抑制電路2101輸出端的輸出信號OUT為流過晶體管Ql第二端223的電流信號lout，電流信號Iout正比于控制端222的電流信號i2，且iout = ^ *i2，其中P為晶體管Ql的電流放大系數(shù)。而電流信號i2跟隨濾波電壓Vc值而變化，因此，輸出電流iout亦跟隨濾波電壓Vc，其幅值較為平滑，從而抑制了紋波。在圖示的實施例中，跟隨電路12包括N型雙極結晶體管(BJT)Ql，其中晶體管Ql的第一端221為集電極，第二端223為發(fā)射極，控制端222為基極，其中晶體管Ql的發(fā)射極電流iout正比且大于晶體管Ql的基極電流i2。在一個實施例中，晶體管Ql為P型晶體管。在另一個實施例中，跟隨電路12包括任意的具有電流放大功能的電路或器件，使得流過跟隨電路12輸出端123的電流正比且大于流過跟隨電路12第二輸入端122的電流。在一個實施例中，跟隨電路12的第二輸入端122含有寄生電阻。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的紋波抑制電路310。相比于圖2中的紋波抑制電路210，紋波抑制電路310中的跟隨電路12進一步包含第二電阻R2。其中第二電阻R2具有第一端331和第二端332。第二電阻R2的第一端331耦接濾波電路11的輸出端112和跟隨電路12的第二輸入端122。在圖示的實施例中，第二電阻R2的第一端331耦接電容C2的第一端211。第二電阻R2的第二端332耦接晶體管Ql的控制端222。在一個實施例中，第二電阻R2用于限制流過晶體管Ql控制端222的電流。紋波抑制電路310中的其它部分可與紋波抑制電路210的對應部分具有相同的結構、功能和替代實施例，為了使描述清楚簡潔，對該部分不再贅述。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的紋波抑制電路410。相比圖3中的紋波抑制電路310，紋波抑制電路410中的跟隨電路12包括達林頓晶體管Q3。達林頓晶體管Q3可以提高電流的放大倍數(shù)，降低紋波抑制電路410的功耗。紋波抑制電路410中的其它部分可與紋波抑制電路310的對應部分具有相同的結構、功能和替代實施例，為了使描述清楚簡潔，對該部分不再贅 述。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的包括金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的紋波抑制電路510示意圖。紋波抑制電路510包括濾波電路11和跟隨電路52。其中跟隨電路52包括MOSFET管M2。其中MOSFET管M2的源極521耦接跟隨電路52的第一輸入端121和電壓源，MOSFET管M2的漏極523耦接跟隨電路52的輸出端123和負載，MOSFET管M2的柵極522耦接跟隨電路52的第二輸入端122和濾波電路11的輸出端112。MOSFET管M2的漏極電壓跟隨且放大MOSFET管M2的柵極電壓，而MOSFET管M2的柵極電壓跟隨濾波電壓Vc，因此MOSFET管M2的漏極端523電壓跟隨濾波電壓Vc，相對源極端121的電壓Vin，漏極端223電壓具有較低的紋波。此時，跟隨電路52的輸出信號OUT為電壓信號，即MOSFET M2漏極端523的電壓信號。此外，在一些實施例中，跟隨電路的輸出信號OUT為功率信號，使得跟隨電路輸出端的功率跟隨濾波電壓。圖6不出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的LED供電系統(tǒng)600不意圖。供電系統(tǒng)600包括電壓源620、紋波抑制電路310和負載30。
其中電壓源620包括電壓轉換電路。圖示的電壓轉換電路為單級PFC電壓轉換電路。單級PFC電壓轉換電路620將輸入交流電壓轉換成直流電壓，在輸出端622輸出。單級PFC電壓轉換電路620包括變壓器T，主開關Ml和帶功率因素校正功能的原邊控制器63。在變壓器T的副邊，經過整流器D整流和輸出電容Cl的濾波，在輸出端622輸出直流電壓。在另外的實施例中，本發(fā)明的實施例中的紋波抑制電路310可應用于其他拓撲或形式的電壓源，如非隔離式的電壓源、多級功率因素校正電壓轉換電路等，用于降低電壓源電壓的紋波，用于為負載供電。電壓源620在沒有采用大容值的輸出電容Cl時其輸出電流含有較大紋波。采用紋波抑制電路310后，在輸出電容Cl采用容值較小的瓷片電容的情況下，供電系統(tǒng)600的輸出電流的紋波也能被降低。在圖6的實施例中，負載30包括串聯(lián)的多個LED組成的LED燈串。紋波抑制電路310的晶體管Ql的第二端223即為紋波抑制電路310的輸出端，輸出電流或電壓用于驅動LED燈串30。當然，如上所述，負載30也可為其它形式。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的含短路保護電路70的供電系統(tǒng)700示意圖。供電系統(tǒng)700包括電壓源20、紋波抑制電路410、負載30以及短路保護電路70。短路保護電路70包括電壓檢測電路701和 開關Q2。其中電壓檢測電路701具有耦接跟隨電路12第一輸入端121的第一端71和耦接跟隨電路12輸出端123的第二端72。電壓檢測電路701在節(jié)點73輸出表征跟隨電路12第一輸入端121和輸出端123之間的電壓差的信號。開關Q2具有第一端74、第二端76和控制端75，其中開關的第一端74耦接跟隨電路12的第二輸入端122，第二端76耦接跟隨 電路12的輸出端123，控制端75耦接電壓檢測電路701的輸出端73。在負載30短路時，跟隨電路12第一輸入端121和輸出端123之間的電壓異常升高，開關Q2導通，使得電流通過開關Q2旁路導通，保護了紋波抑制電路410中的跟隨電路12。在圖示的實施例中，電壓檢測電路701包含第三電阻R3和第四電阻R4。其中第三電阻R3和第四電阻R4串聯(lián)。第三電阻R3—端耦接電壓檢測電路701的第一端71和跟隨電路12的第一輸入端121，另一端耦接電壓檢測電路701的輸出端即節(jié)點73。第四電阻R4的一端耦接電壓檢測電路701的輸出端即節(jié)點73，另一端耦接電壓檢測電路701的第二端72和跟隨電路12的輸出端123。在圖示的實施例中，電壓檢測電路701進一步包括第三電容C3，其中電容C3和第四電阻R4并聯(lián)，耦接在第四電阻R4兩端。在圖示的實施例中，開關Q2為BJT晶體管。如果供電系統(tǒng)700中的負載30短路，負載兩端電壓Vout接近于零。跟隨電路12第一輸入端121和輸出端123之間的電壓差高達Vin，這可能會使跟隨電路12消耗的功耗非常高，晶體管Q3有可能損壞。電阻R3和電阻R4組成的分壓電路使得開關即第二晶體管Q2的電壓Vbe約等于
權利要求
1.一種紋波抑制電路，包括濾波電路，具有輸入端和輸出端，其中所述濾波電路的輸入端耦接電壓源，所述濾波電路將所述電壓源的含紋波的電壓進行濾波并在所述濾波電路的輸出端輸出濾波電壓；以及跟隨電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述跟隨電路的第一輸入端耦接所述電壓源，所述跟隨電路的第二輸入端耦接所述濾波電路的輸出端，所述跟隨電路的輸出端提供輸出信號用于為負載供能，其中所述輸出信號基于所述濾波電壓產生。
2.如權利要求1所述的紋波抑制電路，其中所述濾波電路包括 電容，具有第一端和第二端，其中所述電容的第一端耦接所述濾波電路的輸出端，所述電容的第二端耦接參考地；以及 電阻，具有第一端和第二端，其中所述電阻的第一端耦接所述濾波電路的輸入端，所述電阻的第二端耦接所述電容的第一端。
3.如權利要求1所述的紋波抑制電路，其中所述跟隨電路包括晶體管，所述晶體管具有第一端、第二端和控制端，其中所述晶體管的第一端耦接所述跟隨電路的第一輸入端，所述晶體管的控制端耦接所述跟隨電路的第二輸入端，所述晶體管的第二端耦接所述跟隨電路的輸出端，其中所述輸出信號為流過所述晶體管第二端的電流信號，且所述電流信號跟隨所述濾波電壓變化。
4.如權利要求3所述的紋波抑制電路，其中所述晶體管包括達林頓晶體管。
5.如權利要求3所述的紋波抑制電路，其中所述跟隨電路進一步包括第二電阻，所述第二電阻具有第一端和第二端，其中所述第二電阻的第一端耦接所述濾波電路的輸出端，所述第二電阻的第二端耦接所述晶體管的控制端。
6.一種供電系統(tǒng)，包括權利要求1-5所述的紋波抑制電路、電壓源和負載。
7.如權利要求6所述的供電系統(tǒng)，其中所述電壓源包括單級功率因素校正電壓轉換電路。
8.如權利要求6所述的供電系統(tǒng)，其中所述負載包括LED燈。
9.如權利要求6所述的供電系統(tǒng)，進一步包括短路保護電路，所述短路保護電路包括 第三電阻，耦接在所述跟隨電路的第一輸入端和一節(jié)點之間； 第四電阻，和所述第三電阻串聯(lián)，所述第四電阻耦接在所述節(jié)點和所述跟隨電路的輸出端之間； 第三電容，和所述第四電阻并聯(lián)，耦接在所述第四電阻的兩端；以及開關，具有第一端、第二端和控制端，其中所述開關的第一端耦接所述跟隨電路的第二輸入端，所述開關的第二端耦接所述跟隨電路的輸出端，所述開關的控制端耦接所述節(jié)點。
10.一種在供電系統(tǒng)中抑制紋波的方法，包括 對電壓源的電壓進行濾波獲得濾波電壓； 基于所述濾波電壓和所述電壓源的電壓，產生跟隨所述濾波電壓的輸出信號；以及 采用所述輸出信號為負載供電。
11.如權利要求10所述的方法，其中 對電壓源的電壓進行濾波的方法包括將電阻耦接至所述電壓源，以及將電容耦接至所述電阻和參考地之間； 產生跟隨所述濾波電壓的輸出信號的方法包括使晶體管的第一端耦接所述電壓源，將所述晶體管的第二端耦接所述負載以及將所述晶體管的控制端耦接所述濾波電壓；以及通過增大所述電容的容值和/或所述電阻的阻值來降低所述輸出信號的紋波。
12.如權利要求11所述的方法，進一步包括通過采用達林頓晶體管降低功耗。
全文摘要
一種紋波抑制電路，包括濾波電路以及跟隨電路。其中濾波電路具有輸入端和輸出端，其中濾波電路的輸入端耦接電壓源，濾波電路將電壓源的含紋波的電壓進行濾波并在濾波電路的輸出端輸出濾波電壓；跟隨電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中跟隨電路的第一輸入端耦接電壓源，跟隨電路的第二輸入端耦接濾波電路的輸出端，跟隨電路的輸出端提供輸出信號用于為負載供能，其中輸出信號基于濾波電壓產生。該紋波抑制電路具有使系統(tǒng)壽命長、降低輸出電容容值、控制方便靈活以及適應性強等優(yōu)點。
文檔編號H02M1/14GK103066817SQ201210566389
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2012年12月24日
發(fā)明者鄺乃興, 俞宏霞, 葉智俊 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司