專利名稱：一種紋波抑制電路及其供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及供電系統(tǒng)，具體地但不限于涉及用于發(fā)光二極管的供電系統(tǒng)和輸出電流紋波抑制電路。
背景技術(shù)：
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(zhuǎn)換電路來驅(qū)動LED，為LED供能。但是單級PFC電壓轉(zhuǎn)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。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本實(shí)用新型提出一種紋波抑制電路和供電系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，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(jìn)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(fù)載供能，其中輸出信號基于濾波電壓產(chǎn)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(dá)林頓晶體管。跟隨電路可進(jìn)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)本實(shí)用新型的另一個方面，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(fù)載。電壓源可包括單級功率因素校正電壓轉(zhuǎn)換電路。負(fù)載可包括LED燈。上述供電系統(tǒng)可進(jìn)一步包括短路保護(hù)電路，短路保護(hù)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(diǎn)之間；第四電阻，和第三電阻串聯(lián)，第四電阻耦接在節(jié)點(diǎn)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(guān)，具有第一端、第二端和控制端，其中開關(guān)的第一端耦接跟隨電路的第二輸入端，開關(guān)的第二端耦接跟隨電路的輸出端，開關(guān)的控制端耦接節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的紋波抑制電路和供電系統(tǒng)具有壽命長、降低輸出電容容值、控制方便靈活以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

為了更好的理解本實(shí)用新型，將根據(jù)以下附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行描述:圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的供電系統(tǒng)示意框圖；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的紋波抑制電路示意圖；圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的紋波抑制電路示意圖；圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型又一實(shí)施例的紋波抑制電路示意圖；圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型再一實(shí)施例的紋波抑制電路示意圖；圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型一具體實(shí)施例的供電系統(tǒng)示意圖；圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)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(hù)電路；附圖沒有對實(shí)施例的所有電路或結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相似的部件或特征。
具體實(shí)施方式
下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本實(shí)用新型。在下面對本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本實(shí)用新型，描述了大量的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本實(shí)用新型同樣可以實(shí)施。為了清晰明了地闡述本實(shí)用新型，本文簡化了一些具體結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述。此外，在一些實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實(shí)施例中不再贅述。盡管本實(shí)用新型的各項(xiàng)術(shù)語是結(jié)合具體的示范實(shí)施例來一一描述的，但這些術(shù)語不應(yīng)理解為局限于這里闡述的示范實(shí)施方式。本實(shí)用新型的說明書中提到的“耦接”可指直接的連接或通過間接物的連接，如通過導(dǎo)體的連接，該導(dǎo)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(dǎo)體器件如二極管的連接。圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)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(fù)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(dǎo)線或其它導(dǎo)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(shí)施例中，電壓源20包括電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)換電路用于將一電壓轉(zhuǎn)換成一直流電壓Vin,在輸出端22輸出。在一個實(shí)施例中，電壓轉(zhuǎn)換電路用于將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓Vin。在另一個實(shí)施例中，電壓轉(zhuǎn)換電路用于將一直流電壓轉(zhuǎn)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(fù)載30之間，紋波抑制電路10在輸出端產(chǎn)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(fù)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(jìn)行濾波，并在濾波電路11的輸出端112產(chǎn)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(fù)載30并提供輸出信號OUT用于為負(fù)載30供能。其中輸出信號OUT基于濾波電壓Vc產(chǎn)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(shí)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(shí)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(shí)施例中，負(fù)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(shí)施例中，負(fù)載30為多個并聯(lián)的LED串。在又一個實(shí)施例中，負(fù)載30為單個LED。在其它的實(shí)施例中，負(fù)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(fù)載。圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)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(diǎn)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(shí)施例中，濾波電路11具有其它形式的結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)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(wǎng)絡(luò)。在一個實(shí)施例中，電容C2和電阻Rl大小可調(diào)。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(shí)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(fù)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1ut正比于控制端222的電流信號i2，且iout = β *i2，其中β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(shí)施例中，跟隨電路12包括N型雙極結(jié)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(shí)施例中，晶體管Ql為P型晶體管。在另一個實(shí)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(shí)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)本實(shí)用新型另一實(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(yīng)部分具有相同的結(jié)構(gòu)、功能和替代實(shí)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)本實(shí)用新型又一實(shí)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(dá)林頓晶體管Q3。達(dá)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(yīng)部分具有相同的結(jié)構(gòu)、功能和替代實(shí)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)本實(shí)用新型一實(shí)施例的包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)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(fù)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(shí)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示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的LED供電系統(tǒng)600示意圖。供電系統(tǒng)600包括電壓源620、紋波抑制電路310和負(fù)載30。其中電壓源620包括電壓轉(zhuǎn)換電路。圖示的電壓轉(zhuǎn)換電路為單級PFC電壓轉(zhuǎn)換電路。單級PFC電壓轉(zhuǎn)換電路620將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，在輸出端622輸出。單級PFC電壓轉(zhuǎn)換電路620包括變壓器T，主開關(guān)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(jīng)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(shí)施例中，本實(shí)用新型的實(shí)施例中的紋波抑制電路310可應(yīng)用于其他拓?fù)浠蛐问降碾妷涸?，如非隔離式的電壓源、多級功率因素校正電壓轉(zhuǎn)換電路等，用于降低電壓源電壓的紋波，用于為負(fù)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(shí)施例中，負(fù)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(qū)動LED燈串30。當(dāng)然，如上所述，負(fù)載30也可為其它形式。圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的含短路保護(hù)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(fù)載30以及短路保護(hù)電路70。短路保護(hù)電路70包括電壓檢測電路701和開關(guān)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(diǎn)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(guān)Q2具有第一端74、第二端76和控制端75，其中開關(guān)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(fù)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(guān)Q2導(dǎo)通，使得電流通過開關(guān)Q2旁路導(dǎo)通，保護(hù)了紋波抑制電路410中的跟隨電路12。在圖示的實(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)施例中，電壓檢測電路701進(jìn)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(shí)施例中，開關(guān)Q2為BJT晶體管。如果供電系統(tǒng)700中的負(fù)載30短路，負(fù)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(dá)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(guān)即第二晶體管Q2的電壓Vbe約等于:
權(quán)利要求1.一種紋波抑制電路，其特征在于，所述紋波抑制電路包括: 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耦接負(fù)載。
2.如權(quán)利要求1所述的紋波抑制電路，其特征在于，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(quán)利要求1所述的紋波抑制電路，其特征在于，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。
4.如權(quán)利要求3所述的紋波抑制電路，其特征在于，所述晶體管包括達(dá)林頓晶體管。
5.如權(quán)利要求3所述的紋波抑制電路，其特征在于，所述跟隨電路進(jìn)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)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)包括權(quán)利要求1-5所述的紋波抑制電路，以及電壓源和負(fù)載。
7.如權(quán)利要求6所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓源包括單級功率因素校正電壓轉(zhuǎn)換電路。
8.如權(quán)利要求6所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載包括LED燈。
9.如權(quán)利要求6所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)進(jìn)一步包括短路保護(hù)電路，所述短路保護(hù)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(diǎn)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(diǎn)和所述跟隨電路的輸出端之間；以及 開關(guān)，具有第一端、第二端和控制端，其中所述開關(guān)的第一端耦接所述跟隨電路的第二輸入端，所述開關(guān)的第二端耦接所述跟隨電路的輸出端，所述開關(guān)的控制端耦接所述節(jié)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)進(jìn)一步包括第三電容，所述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。
專利摘要一種紋波抑制電路和供電系統(tǒng)。該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，濾波電路的輸入端耦接電壓源，濾波電路將所述電壓源進(jìn)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(fù)載供能。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(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M3/155GK202997919SQ20122072094
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)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