具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，为现有技术中的实现恒流驱动的一种LED负载驱动电路，包括整流器10、LED负载20及调节电路，所述整流器10的输入与交流电源相连，整流器10的输出接LED负载20，LED负载20与晶体管M0的漏极相连，晶体管M0的源极通过采样电阻R_cs接地，调节电路包括反馈检测电路30、脉冲宽度调节器40以及驱动器U0，反馈检测电路30的输入与晶体管M0的源极和采样电阻R_cs的公共端相连接，反馈检测电路30的输出与脉冲宽度调节器40的输入相连，脉冲宽度调节器40的输出与驱动器U0的输入相连，驱动器U0的输出与晶体管M0的栅极相连。具体地，反馈检测电路30采样电路中表征输入电流的采样电阻R_cs上的反馈电压V_cs，反馈检测电路30将反馈电压V_cs进行处理后得到补偿信号V_comp并输入脉冲宽度调制器40，脉冲宽度调制器40根据补偿信号V_comp得到用于调整输出导通时间的驱动信号，控制驱动器U0根据该驱动信号，调整晶体管M0的导通时间，进而实现恒流驱动控制。其中输入电流I_in与输入电压V_in有如下关系，公式1：其中，L表示电感，T_on表示开关管的导通时间，T_s表示开关管的开关周期。参照图2所示，为T_on、T_off及T_s的概念时序图，其中，T_off表示开关管的关断时间，T_s为导通时间T_on与关断时间T_off之和。公式1还可以表示为公式2：其中，D为占空比，且参照图3所示，采用图1所示的LED负载驱动电路，输入电流I_in的实际波形1与理想的正弦波形2差别较大，说明电路中THD较大，功率因数下降。并且在输入电流的一个周期中，电路会工作在CRM模式或DCM模式。目前，采用在开关管导通时间T_on上叠加输入电压波形的方式，无法补偿DCM模式下的谐波失真。因此，如何对DCM工作方式中过零阶段的电压输出信号进行补偿，让输入电流信号更为接近理想中的半圆波形即为本发明所解决的难点。本发明的目的在于提供一种谐波失真补偿电路，使得开关电源系统在任何工作模式下均能保证较低的THD，并且THD补偿电路结构简单可靠。

为了解决现有技术中谐波失真的问题，本发明实施例提供了一种谐波失真补偿电路，参照图4所示，该谐波失真补偿电路包括：去磁状态检测电路51、时间采样电路52和时间调节电路53；所述时间采样电路52分别与所述去磁状态检测电路51和时间调节电路53连接；

所述去磁状态检测电路51，连接开关电源系统的电感L，用于在开关周期内检测电感去磁状态，并在电感去磁结束时刻向所述时间采样电路52输出电感去磁结束信号；

时间采样电路52，连接开关电源系统的脉冲宽度调制器，用于采样脉冲宽度调制器的输出信号以及根据接收的电感去磁结束信号，得到表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号，并输出到时间调节电路53；

时间调节电路53，连接开关电源系统的脉冲宽度调制器，用于根据表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号，确定导通时间控制信号，并输出到开关电源系统的脉冲宽度调制器，以控制开关电源系统的开关导通时间。

本发明实施例提供的上述谐波失真补偿电路，通过对开关电源系统的电感的去磁状态进行检测，实现对开关管的关断时间内的电感去磁时间和开关启动等待时间的时间信号分别进行检测，根据确定的开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间，得到导通时间控制信号，进而实现对开关导通时间的调整。通过调整开关管的开关周期内的开关导通时间，对电路在CRM模式和DCM模式时的电流谐波失真进行补偿，使得输入电流更接近理想的正弦半波波形。对于开关电源系统来说，降低了电路的THD，输入电流更接近理想的正弦半波波形，提高了开关电源系统向被控负载供电的稳定性。

为了更方便的说明本发明实施例的具体实现方式，参照图4所示，本发明实施例中以包括上述谐波失真补偿电路的开关电源系统进行详细描述。该开关电源系统，用于控制被控负载的工作状态，具体来讲，该被控负载可以是上述的LED负载20及调节电路。该开关电源系统，包括：与交流电源连接的整流模块10、电感L、开关管M0、采样电阻R_cs、反馈检测电路30、脉冲宽度调制器40、驱动器U0和上述的谐波失真补偿电路50；该谐波失真补偿电路50包括：去磁状态检测电路51、时间调节电路53、以及分别与去磁状态检测电路51和时间调节电路53连接的时间采样电路52；

整流模块10连接LED负载20的输入端；

电感L的输入端连接LED负载20的输出端，电感L的输出端连接所述开关管M0的漏极；

开关管M0的源极连接采样电阻R_cs，开关管M0的栅极连接驱动器U0的输出端，接收用于调节导通时间T_on的驱动信号；

采样电阻R_cs的输出端接地；

反馈检测电路30连接脉冲宽度调制器40、以及开关管M0的源极与采样电阻R_cs之间的公共端，采样表征输出电流的采样电压V_cs，根据所述采样电压V_cs得到比较电压V_comp，并输出到脉冲宽度调制器40；

去磁状态检测电路51连接电感L，用于在开关周期内检测电感去磁状态，向时间采样电路输出电感去磁结束信号；

时间采样电路52连接脉冲宽度调制器40，用于采样脉冲宽度调制器40的输出信号以及根据接收的电感去磁结束信号，得到表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号V_cap，并输出到时间调节电路53；

时间调节电路53连接脉冲宽度调制器40，用于根据表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号V_cap，确定导通时间控制信号SD，并输出到脉冲宽度调制器40；

脉冲宽度调制器40与驱动器U0连接，根据接收的比较电压V_comp和导通时间控制信号SD，输出用于调节导通时间T_on的驱动信号；

驱动器U0根据接收的用于调节导通时间T_on的驱动信号，驱动开关管导通。

在一个具体实施例中，参照图5所示，开关电源系统的电感L为共模电感，电感L的初级线圈的两端分别连接被控负载20和开关管M0的漏极，电感L的次级线圈的一端连接去磁状态检测电路，另一端接地。

在一个具体实施例中，参照图5所示，去磁状态检测电路51，包括第一运算放大器U1和RS触发器，第一运算放大器U1的反向输入端连接电感L的次级线圈，第一运算放大器的正向输入端接地，第一运算放大器的输出端连接RS触发器的复位端，RS触发器的置位端连接参考电平RS触发器的输出端连接时间采样电路52。当开关管M0由开通转换到关断状态时，第一运算放大器U1检测电感L放电，处于电感去磁状态，在电感去磁结束时刻，第一运算放大器U1的反向输入端检测到电平下降沿，向RS触发器的复位端发送高电平信号，RS触发器的输出端根据该高电平信号，向时间采样电路52输出电感去磁结束信号。

参照图6所示，在开关电源系统的电路工作在DCM模式时，开关管M的一个开关周期T_s，包括开关导通时间T_on、电感去磁时间T_dmg以及开关启动等待时间T_wait。在开关管M0处于开关导通时间T_on内时，开关管的栅极电压V_driver为高电平信号，在开关管M0关断时，开关管的栅极电压V_driver为由高电平信号转换到低电平信号；而相反的，在开关管M0导通时，开关管的漏极电压V_drain为低电平信号，在开关管M0关断时，开关管的栅极电压V_driver为由低电平信号转换到高电平信号，电感L进入去磁状态的时间为电感去磁时间T_dmg，并且当电感去磁时间结束的时刻，由于电路中电感L的能量不足，无法补偿更多的电压，故此开关管的漏极电压V_drain发生振荡，电感L需要等待开关启动等待时间T_wait，开关管导通进入下一个开关周期再次充电；而对于电感L的次级线圈来说，其电压波形与开关管的漏极电压V_drain相一致，通过将输出端连接两分压电阻的公共端，使输出端的电压V_aux在出现第一个电压震荡的下降沿时输出电压即到达0V，从而第一运算放大器U1的反向输入端在电感去磁时间结束的时刻检测到第一个电平下降沿，第一运算放大器U1的反向输入端检测到电平下降沿，向RS触发器的复位端发送高电平信号，RS触发器的输出端根据该高电平信号，向时间采样电路52输出电感去磁结束信号。

参照图7所示，时间采样电路52包括第一电流源I_chg、时间采样开关SN、第一电容C1，所述第一电流源I_chg与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地，时间采样开关SN的一端与第一电流源I_chg和第一电容C1的公共端相连，时间采样开关SN的另一端接地，第一电流源I_chg能为第一电容C1充电，时间采样开关SN采样触发信号并导通，此时第一电容C1放电并输出表征采样时间的时间信号V_cap。

具体的，可以是，时间采样开关SN采样到脉冲宽度调制器40的输出信号为开关导通信号并导通，第一电容C1放电，并输出表征开关导通时间的时间信号V_cap1；时间采样开关SN采样到脉冲宽度调制器40的输出信号为开关关闭信号并导通，第一电容放电，并输出表征电感去磁时间的时间信号V_cap2；时间采样开关SN采样到电感去磁结束信号并导通，第一电容放电，并输出表征开关启动等待时间的时间信号V_cap3。

为了使时间采样电路52在采样不同的触发信号时，不发生信号紊乱，本发明实施例中，时间采样电路包括3组图7所示的电路结构，其中，第一组电路的时间采样开关SN的触发信号为脉冲宽度调制器40的输出信号为开关导通信号，第二组电路的时间采样开关SN的触发信号为脉冲宽度调制器40的输出信号为开关关断信号，第三组电路的时间采样开关SN的触发信号为去磁状态检测电路51的RS触发器输出的电感去磁结束信号。

本发明实施例中，时间调节电路53包括逻辑运算单元和信号输出电路531；

时间调节电路53的逻辑运算单元，用于根据接收的时间信号，即表征开关导通时间的时间信号V_cap1、表征电感去磁时间的时间信号V_cap2以及表征开关启动等待时间的时间信号V_cap3，得到开关导通时间T_on、电感去磁时间T_dmg以及开关启动等待时间T_wait，并根据所述开关导通时间T_on、电感去磁时间T_dmg以及开关启动等待时间T_wait，确定补偿占空比D’，补偿占空比D’＝T_on/(T_on+T_dmg+K*T_wait)，其中，K大于等于1，T_on表示开关导通时间，T_dmg表示电感去磁时间，T_wait表示开关启动等待时间。

在一个具体实施例中，参照图8所示，时间调节电路53包的信号输出电路531包括第二电流源I_sd和第二电容C2，第二电流源I_sd和第二电容C2的公共端为调节信号输出端，所述第二电流源I_sd根据所述补偿占空比和预设的基准电流，确定恒定输出电流，并向所述第二电容C2充电，使信号输出端输出与所述恒定输出电流相对应的导通时间控制信号。

本发明实施例中为了使补偿后的波形更接近于理想波形，因此需要首先确定待补偿的波形的大小，在实际确定补偿波形时，可以利用图3所示的理想正弦波形2和测得的实际波形1做差值运算，例如，对得到的理想正弦波形1和实际波形2通过傅里叶变换算法，将得到的理想正弦波形的数学公式减去实际波形的数学公式，得到需要补偿的原始波形。因为在采用开关通断时间进行波形补偿时，只能进行正向的补偿，而不能进行反向的补偿，调节开关周期的导通T_on，相当于减小了下一个周期的输入电流与理想值的差值，从而降低THD。因此，本发明实施例中，发明人创新性的采用通过将需要补偿的原始形向上进行平移，得到图9所示的待补偿波形。根据图9所示的待补偿波形可以得出，在每个半波周期内，在近似“W”波形的两边，电路进入DCM模式，电感L在周期末端能量不足，无法补偿更多的电压，此时，由于开关管M0的频率的限制，在开关管M0关断时，电感去磁时间T_dmg结束后，开关管M0仍然需要等待一定的时间才能再次启动，这段开关等待启动时间我们标记为T_wait，那么此时，开关关断时间T_off＝T_dmg+T_wait。已知，实际占空比在DCM模式下需要实现正向补偿，就需要通过对第二电容C2的充电时间的控制，改变开关导通时间T_on。在开关导通时间T_on上进行补偿，等效到输入电流上就会有一个变化。发明人提出利用补偿占空比D’调节第二电容C2的充电电流，进而控制第二电容C2的充电时间，实现开关导通时间T_on的调节。上述补偿占空比其中，K大于1。本发明实施例中K的取值可以是根据人工经验进行选择的，也可以是，通过软件仿真筛选得到的。

时间调节电路53通过逻辑运算单元根据表征开关导通时间的时间信号V_cap1、表征电感去磁时间的时间信号V_cap2以及表征开关启动等待时间的时间信号V_cap3，得到开关导通时间T_on、电感去磁时间T_dmg以及开关启动等待时间T_wait，并根据所述开关导通时间T_on、电感去磁时间T_dmg以及开关启动等待时间T_wait，确定补偿占空比D’，接着，信号输出电路531的第二电流源I_sd根据所述补偿占空比D’和预设的基准电流，确定恒定输出电流，并向第二电容C2充电，获取第二电容C2上的电压，得到一个与时间相关的电压参数U＝f(t)，输出导通时间控制信号SD到脉冲宽度调制器40，实现调节下一个周期的T_on。

参照图10所示，在DCM模式下，导通时间控制信号SD达到补偿电压时，开关导通时间达到最大值，通过控制导通时间控制信号SD的斜率，实现调节开关导通时间T_on。通过对当前开关周期的表征导通时间T_on、去磁时间T_dmg和开关启动等待时间T_wait的时间信号检测，实现调节下一个周期的T_on，相当于减小了下一个周期的输入电流与理想值的差值，从而降低THD。

而在CRM模式中，开关管M0关断时，开关等待启动时间T_wait为0，电感去磁时间T_dmg等于开关关断时间T_off，此时，补偿占空比D’＝实际占空比D。时间调节电路53对时间信号V_cap进行计算处理，得到与占空比D成反比的导通时间调节信号SD，并输出到脉冲宽度调制器40，调节下一个周期的开关导通时间T_on，进而调节开关导通时间T_on与占空比D成反比，实现了开关导通时间T_on与占空比D的乘积为恒定值，从而使得输入电流I_in与输入电压V_in呈正比关系，能够保证开关电源系统具有较小的THD值。

在一个具体实施例中，参照图8所示，脉冲宽度调制器40包括第二运算放大器U2；第二运算放大器U2的正向输入端连接谐波失真补偿电路50的时间调节电路53的输出端，第二运算放大器U2的反相输入端与反馈检测电路30的输出端相连接，接收反馈检测电路30输出的比较电压V_comp；第二运算放大器U2根据接收的谐波失真补偿电路50的导通时间控制信号SD及反馈检测电路30的比较电压V_comp，输出用于调节导通时间T_on的驱动信号。

本发明实施例中，图4所示的上述实施例仅为本发明实施例的一个具体实现方式。在本发明实施例中，整流模块10、开关管M0、驱动器U0和反馈检测电路30的具体实现方案可以参照现有技术中描述的方式，其具体电路实现方式本发明实施例中在此不作严格限定，只要能够实现本发明的技术目的即可，本发明实施例中，不再赘述。

需要说明的是，虽然上述实施例中包括谐波失真补偿电路的开关电源系统的电路为buck型电路，其仅为本发明实施例的一个具体实现方式，本发明实施例的谐波失真补偿电路也可以适用于fly-back型电路或boost型电路。

实施例二

上述实施例一的技术方案的具体实施方式中，图7所示的时间采样电路中，第一电容C1放电时，输出的时间信号V_cap为电压信号，为了便于后续的信号处理，参照图11所示，本发明实施例二中开关电源系统的谐波失真补偿电路50还包括设置在时间采样电路52与时间调节电路53之间的信号转换电路54，信号转换电路54被配置为将时间采样电路52输出的电压信号转换为电流信号，所述电流信号输入时间调节电路53中进行信号计算处理。

在一个具体的实施例中，参照图12所示，信号转换电路54包括电流采样开关SH，第三电容C3，第三运算放大器U3、转换晶体管M1以及第一电阻R1，电流采样开关SH的一端接时间采样电路52输出的时间信号V_cap，电流采样开关SH的另一端接第三运算放大器U3的正向输入端，电流采样开关SH的另一端还通过第三电容C3接地，第三运算放大器U3的输出接转换晶体管M1的栅极，转换晶体管M1的源极通过第一电阻R1接地，并且转换晶体管M1的源极与第一电阻R1的公共端与第三运算放大器U3的反向输入端相连，转换晶体管M1的漏极输出表征采样时间的采样电流I_out。通过信号转换电路54能够将其输入的电压形式的时间信号V_cap转换为电流形式的采样电流I_out，从而便于后续的时间调节电路53进行信号处理。

在一个具体实施例中，根据上述实施例一中对时间采样电路52的描述，时间采样电路52包括3组图7所示的电路结构，分别输出表征开关导通时间的时间信号V_cap1、表征电感去磁时间的时间信号V_cap2以及表征开关启动等待时间的时间信号V_cap3。因此，相应的，本发明实施例二中的信号转换电路54也可以包括3组图12所示的电路结构，以分别将表征开关导通时间的时间信号V_cap1、表征电感去磁时间的时间信号V_cap2以及表征开关启动等待时间的时间信号V_cap3转换为对应的电流信号。信号转换电路54工作效果好，保证了整体电路的稳定性。

本发明实施例中，关于图11中电路的其他组成部分的具体的电路实现方案和执行的具体方式，已经在上述实施例一中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

实施例三

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种负载驱动电路，包括上述实施例一或实施例二中描述的反馈检测电路30、脉冲宽度调制器40、驱动器U0和谐波失真补偿电路50；

脉冲宽度调制器40分别与反馈检测电路30和驱动器U0连接。

在一个具体实施例中，反馈检测电路30采样表征输出电流的采样电压V_cs，根据采样电压V_cs得到比较电压V_comp，并输出到脉冲宽度调制器40；

脉冲宽度调制器40根据接收的比较电压V_comp和谐波失真补偿电路50的导通时间控制信号SD，输出用于调节导通时间T_on的驱动信号；

驱动器U0根据用于调节导通时间T_on的驱动信号，驱动开关电源系统的开关管M0导通。

在一个具体实施例中，脉冲宽度调制器包括第二运算放大器U2；

第二运算放大器U2的正向输入端连接谐波失真补偿电路的时间调节电路的输出端，所述第二运算放大器U2的反相输入端与反馈检测电路30的输出端相连接，接收反馈检测电路30输出的比较电压V_comp；第二运算放大器U2根据接收的谐波失真补偿电路的导通时间控制信号SD及反馈检测电路30的比较电压V_comp，输出用于调节导通时间T_on的驱动信号。

本发明实施例的负载驱动电路的具体结构和实现方式，可以参照上述实施例一和实施例二中的关于开关电源系统的具体的电路实现方案的描述，在此，不再赘述。

实施例四

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种谐波失真补偿方法，包括：

在开关周期内检测电感去磁状态，并在电感去磁结束时刻输出电感去磁结束信号；

采样脉冲宽度调制器的输出信号以及根据接收的电感去磁结束信号，得到表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号；

根据所述表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号，确定导通时间控制信号，以控制开关电源系统的开关导通时间。

在一个具体实施例中，上述根据表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号，确定导通时间控制信号，以控制开关电源系统的开关导通时间，包括：

根据表征开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间的时间信号，得到开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间；

根据开关导通时间、电感去磁时间以及开关启动等待时间，确定补偿占空比，所述补偿占空比D＝T_on/(T_on+T_dmg+K*T_wait)，其中，K大于等于1，T_on表示开关导通时间，T_dmg表示电感去磁时间，T_wait表示开关启动等待时间；

根据所述补偿占空比和预设的基准电流，确定恒定输出电流，以输出与所述恒定输出电流相对应的导通时间控制信号。

本发明实施例提供的谐波失真补偿方法的具体实现方式，可以参照上述本发明实施例一和实施例二的详细描述。本发明实施例中，在此此处将不做详细阐述说明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。