用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统和方法技术方案

本公开提供了一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统和方法，包括第一和第二功率开关、输出电容、电流采样电阻、以及控制电路，其中：负载的正电压端与输出电容的正端连接，负电压端与第一功率开关的漏极连接；第二功率开关的源极与第一功率开关的源极连接并经由电流采样电阻接地，第二功率开关的漏极与输出电容的负端连接，并且第一功率开关和第二功率开关的栅极与控制电路连接；其中，控制电路被配置为生成用于控制第一功率开关和第二功率开关的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统和方法
本公开涉及电路领域，更具体地，涉及一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统和方法。
技术介绍
传统的线性恒流控制系统通过控制MOSFET的导通和关断以及输出电容的充放电来实现对输出负载电路的恒流控制。在传统线性恒流控制系统中，输出电容的容量越小，输出负载电流的纹波越大，而输出电容的容量越大，则输出负载电流的纹波越小。通常，输出电容为电解电容，容量越大，体积也会越大。在某些应用中，要求具有较小的输出电流低频纹波，这就需要较大的输出电容，在这种情况下，无法实现电源体积的小型化。
技术实现思路
根据本公开的一个实施例，提供了一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统，包括第一功率开关、第二功率开关、输出电容、电流采样电阻、以及控制电路，其中：负载的正电压端与输出电容的正端连接，负电压端与第一功率开关的漏极连接；第二功率开关的源极与第一功率开关的源极连接并经由电流采样电阻接地，第二功率开关的漏极与输出电容的负端连接，并且第一功率开关和第二功率开关的栅极与控制电路连接；其中，控制电路被配置为生成用于控制第一功率开关和第二功率开关的控制信号，该控制信号：当输入电压大于输出电压时，使得第一功率开关和第二功率开关工作在饱和区；并且当输入电压小于输出电压时，该控制信号为脉宽控制信号，当控制信号为高时，使得第一功率开关和第二功率开关导通，并且当脉宽控制信号为低时，使得第一功率开关和第二功率开关关断。根据本公开的另一实施例，提供了一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制方法，其中：负载的正电压端与输出电容的正端连接，负电压端与第一功率开关S1的漏极连接；第二功率开关的源极与第一功率开关的源极连接并经由电流采样电阻接地，第二功率开关的漏极与输出电容的负端连接；该方法包括由控制电路生成用于控制第一功率开关和第二功率开关的控制信号，该控制信号：当输入电压大于输出电压时，使得第一功率开关和第二功率开关工作在饱和区；并且当输入电压小于输出电压时，控制信号为脉宽控制信号，当控制信号为高时，使得第一功率开关和第二功率开关导通，并且当脉宽控制信号为低时，使得第一功率开关和第二功率开关关断。利用本公开实施例的线性恒流控制系统和方法，在输入电压小于输出电压时，通过以脉宽调制控制的方式对系统中的功率开关进行控制，可以在较小的输出电容的情况下减少输出电流的低频波纹，从而实现电源体积的小型化，并且具有结构简单、成本低、容易实现的优势。附图说明从下面结合附图对本公开的具体实施方式的描述中可以更好地理解本公开，其中：图1示出了一种传统的线性恒流控制系统的示意图；图2示出了图1所示的传统的线性恒流控制系统中的一些关键点处的电流和电压的波形图；图3示出了根据本公开的示例性实施例的一种线性恒流控制系统的示意图；图4示出了图3所示的线性恒流控制系统中的一些关键点处的电流和电压的波形图；图5示出了根据本公开的示例性实施例的一种线性恒流控制方法的示意性流程图。具体实施方式下面将详细描述本公开的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本公开的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本公开可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本公开的示例来提供对本公开的更好的理解。本公开决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本公开的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本公开造成不必要的模糊。图1示出了一种传统的线性恒流控制系统100的示意图。如图1所示，线性恒流控制系统100包括二极管d1、负载、输出电容Co、功率开关S1、电流采样电阻Rcs、以及运算放大器(EA)。其中，Vin表示输入电压，Vo表示负载或输出电容Co两端的输出电压，Io为流过负载的输出电流，Vcs为电流采样电阻Rcs上的电压，Vref表示参考电压。在图1所示的线性恒流控制系统100中，输出电容Co正端和负端可以分别与负载的两端相连，以用于对负载放电；功率开关S1的漏极可以与输出电容Co的负端相连，功率开关S1的源极可以经由电流采样电阻Rcs接地，并且功率开关S1的栅极可以与运算放大器的输出端相连。具体地，电流采样电阻Rcs可以用于对流过负载的输出电流Io进行采样，以生成电流采样电压Vcs。该电流采样电压Vcs和参考电压Vref可以被输入到运算放大器，以生成用于控制功率开关S1的控制信号out1。当输入电压Vin产生波动时，可以通过由控制信号out1控制功率开关S1来实现对输出电流Io的恒流控制。图2示出了图1所示的传统的线性恒流控制系统100中的一些关键点处的电流和电压的波形图，其中，输入电压Vin为对交流电压进行整流后得到的输入电压，并且Tdis为输入电压Vin小于输出电压Vo的时间。如图2所示，当输入电压Vin大于输出电压Vo时，功率开关S1工作于饱和区，运算放大器可以控制电流采样电阻Rcs上的电流采样电压Vcs与参考电压Vref相等，此时，输入电压Vin可以对负载提供输出电流Io，并同时对输出电容Co进行充电。当输入电压Vin小于输出电压Vo时，功率开关处于导通状态。然而，由于输入电压Vin小于输出电压Vo无法对负载提供输出电流Io，电流采样电阻Rcs上的电流采样电压Vcs为零，此时，输出电流Io可以由输出电容Co提供，即输出电容Co对负载放电。从图2可以看出，在图1的线性恒流控制系统100中，当输入电压Vin具有低频波动时，可能导致输出电流Io也随之波动。具体地，如图2所示，在每个低频周期内，Tdis为输入电压Vin小于输出电压Vo的时间，则输出电容Co两端的电压(即输出电压Vo)的波纹大小ΔV如以下等式(1)所示：从上述等式(1)可以看出，输出电容Co的容量越小，输出电压Vo的波纹ΔV越大，则输出电流Io的波纹也越大；输出电容Co的容量越大，则输出电容Vo的波纹ΔV越小，输出电流Io的波纹也越小。在一些应用场景中，可能要求输出电压Vo的低频波纹ΔV尽可能小，这就需要较大的输出电容Co。然而，输出电容Co一般都是电解电容，要增大输出电容Co的容量，可能会导致输出电容Co的体积大得多，导致无法实现电源体积的小型化。图3示出了根据本公开的示例性实施例的一种线性恒流控制系统300的示意图。如图3所示，线性恒流控制系统300可以包括二极管d1、负载、输出电容Co、第一功率开关S1、第二功率开关S2、电流采样电阻Rcs、以及控制电路301。其中，Vin表示输入电压，Vo表示负载或输出电容Co两端的输出电压，Io为流过负载的输出电流，Vcs为电流采样电阻Rcs上的电压，Vref1和Vref2分别表示参考电压。在图3所示的线性恒流控制系统300中，具体地，负载的正电压端可以与输出电容的Co的正端连接，并且负载的负电压端可以与第一功率开关S1的漏极连接。此外，第二功率开关S2的源极可以与第一功率开关S1的源极连接并经由电流采样电阻Rcs接地，并且第二功率开关S2的漏极可以与输出电容Co的负端连接。如图3所示，第一功率开关S1和第二功率开关S2的栅极可以分别连接至控制电路301，并且该控制电路3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统，包括第一功率开关、第二功率开关、输出电容、电流采样电阻、以及控制电路，其中：所述负载的正电压端与所述输出电容的正端连接，负电压端与所述第一功率开关的漏极连接；所述第二功率开关的源极与所述第一功率开关的源极连接并经由所述电流采样电阻接地，所述第二功率开关的漏极与所述输出电容的负端连接，并且所述第一功率开关和所述第二功率开关的栅极与所述控制电路连接；其中，所述控制电路被配置为生成用于控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的控制信号，所述控制信号：当输入电压大于输出电压时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关工作在饱和区；并且当所述输入电压小于所述输出电压时，所述控制信号为脉宽控制信号，当所述控制信号为高时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关导通，并且当所述脉宽控制信号为低时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关关断。

【技术特征摘要】
1.一种用于负载的恒流控制的线性恒流控制系统，包括第一功率开关、第二功率开关、输出电容、电流采样电阻、以及控制电路，其中：所述负载的正电压端与所述输出电容的正端连接，负电压端与所述第一功率开关的漏极连接；所述第二功率开关的源极与所述第一功率开关的源极连接并经由所述电流采样电阻接地，所述第二功率开关的漏极与所述输出电容的负端连接，并且所述第一功率开关和所述第二功率开关的栅极与所述控制电路连接；其中，所述控制电路被配置为生成用于控制所述第一功率开关和所述第二功率开关的控制信号，所述控制信号：当输入电压大于输出电压时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关工作在饱和区；并且当所述输入电压小于所述输出电压时，所述控制信号为脉宽控制信号，当所述控制信号为高时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关导通，并且当所述脉宽控制信号为低时，使得所述第一功率开关和所述第二功率开关关断。2.根据权利要求1所述的线性恒流控制系统，其中，所述控制电路包括第一运算放大器，所述第一功率开关的栅极经由第一开关与所述第一运算放大器的输出端连接并经由第二开关接地，并且所述第一运算放大器被配置为基于所述电流采样电阻上的电流采样电压和第一参考电压生成用于控制所述第一功率开关的第一控制信号。3.根据权利要求2所述的线性恒流控制系统，其中，所述控制电路还被配置为基于所述电流采样电压和第二参考电压生成用于控制所述第一开关和所述第二开关的导通与关断的开关控制信号。4.根据权利要求1所述的线性恒流控制系统，其中，所述控制电路包括第二运算放大器，所述第二功率开关的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，并且所述第二运算放大器被配置为基于所述第一功率开关的漏极的第一分压电压和所述第二功率开关的漏极的第二分压电压生成用于控制所述第二功率开关的第二控制信号。5.根据权利要求4所述的线性恒流控制系统，还包括第一分压电路，所述第一分压电路的一端与所述第一功率开关的漏极连接并且另一端接地，并且所述第一分压电路被配置为对所述第一功率开关的漏极与地之间的电压进行分压以获得所述第一分压电压。6.根据权利要求5所述的线性恒流控制系统，还包括第二分压电路，所述第二分压电路的一端与所述第二功率开关的漏极连接并且另一端接地，并且所述第二分压电路被配置为对所述第二功率开关的漏极与地之间的电压进行分压以获得所述第二分压电压。7.根据权利要求6所述的线性恒流控制系统，其中，所述第一分...

【专利技术属性】
技术研发人员：方倩，周俊，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31