基于检测电压和导通时间乘积的恒流控制方法技术

基于检测电压和导通时间乘积的恒流控制方法。本发明专利技术属于一种开关电源电感电流控制技术，利用检测电感两端压差和导通时间的乘积为定值方法来控制电感中的峰值电流，从而控制了电感中的平均电流。其优点是：不需要通过芯片外围电阻来检测电感中的峰值电流，而是通过内部的单元来间接检测电感中的峰值电流，确定开关管的关断时刻。这样可以省去一个外围电阻，降低成本；由于无需采样电阻，故减少了系统的发热，提高了系统效率。同时还能很好的保证了LED的恒流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种开关电源控制方法，具体地说是一种利用电感两端电压和开关管导通时间乘积为定值的一种开关电源恒流控制技术，另外的一个特征是可以省去芯片外部的一个峰值电流采样电阻。
技术介绍
开关电源因为其能量转换效率高，易于控制，在LED恒流控制系统中，占据着主流的地位。如图1是通常的非隔离降压拓扑结构(BUCK)，L是电感，芯片的CS脚用于检测开关管M0导通时电感中的峰值电流。VIN是供电脚，用于提供整个芯片的工作电压。D1是续流二极管，在开关管M0关断以后，给电感L提供电流通路。I1、I2、I3是LED灯珠，该灯珠的数目原则上只受输入电压的限制(因为是降压结构，灯珠的总电压不能高于输入电压)。C1是输出电容，用于减小输出的电流纹波。如图2所示，是其内部的控制电路。VIN脚连接到内部稳压源模块I4的输入端，I4输出给其它模块提供稳定的工作电压。CS脚连接到比较器模块I7的正输入端。I7负输入端连接的是基准电压Vref。I7的输出端连接到RS触发器I8的复位端。Currentsense模块I6的输出端连接RS触发器I8的置1端，RS触发器I8的输出端连接驱动电路模块I9，驱动模块的输出端即为芯片的GATE引脚，控制开关管的导通和关断。它的工作原理是这样的：检测到电感中电流为零时，I6模块输出一个脉冲使得开关管M0导通，当开关管M0导通后，由于该电路是BUCK型，输入电压高于输出电压，开关管中开始有电流，由于通路中存在电感，所以开关管M0中的电流逐渐增加，从而CS端的电位逐渐升高，当CS的电位升高到超过比较器I7的负输入端的基准电位时，此时对应着电感中的一个电流Ip，比较器I7输出由低电平翻转成高电平，I7输出高电平信号作用在RS触发器I8的复位端，I8输出低电平信号，该低电平信号经过驱动模块I9后输出同样为低电平的GATE信号，开关管M0关断，此时电感、电容、LED和续流二极管构成一回路S进行放电，由于电感的存在，在开关管M0关断后，回路S的放电电流不会立刻减小至0，而是逐渐减小，CS端的电位同时在逐渐减小，当该电位减至0时，I6模块输出一个脉冲，打开开关管M0，一个周期结束。这种控制方法主要检测电感中电流达到峰值和电感中电流减小至0两个时刻来对开关管M0进行动作，利用每个周期内电感中峰值电流(Ip)相等来实现LED恒流的，因为电感中的电流无论是从零增大到峰值电流还是从峰值电流减小至0，其变化对于时间都是线性的，故其恒流值大小为0.5Ip。这种控制方法实现恒流的关键在于两点：一是检测到电感中的电流减小至0时立刻打开开关管M0，二是检测到电感中电流达到设定的峰值电流时立刻关断开关管M0。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种利于高集成度、对噪声不敏感的开关电源恒流控制技术。具体来说，该控制技术不需要直接检测电感中的峰值电流，同时还能可靠的检测和控制流过LED灯珠的电流，实现高集成度、高精度、高可靠性的LED恒流控制。其主要特征是，通过检测电感两端压差和开关管导通时间的乘积为定值来间接检测电感中的峰值电流。以达到检测和控制LED电流的目的。按照本专利技术的技术方案，所述开关恒流控制技术，包括了检测电感两端压差和对导通时间的乘积为定值的恒流控制单元(以下简称“恒流控制单元”)。当开关管导通后，电感两端会存在压差，恒流控制单元开始对该信号进行采样，并与开关管导通时间进行求乘积，当该乘积大于内部设定的基准电压时，恒流控制单元将产生复位信号，关断开关管。以此来保证系统的恒流。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种开关电源电感电流控制技术，将保持电感电流在开关管导通期间和关断期间的控制，提高系统易用性，同时改善系统效率，保持在不同输入电压下的恒流控制。按照本专利技术提供的技术方案，所述开关电源电感恒流控制技术，包括将电感两端压差转成成比例的电流模块和对开关管导通时间积分的模块。转换电阻将检测到的电感两端压差转化与之成比例的电流；对开关管导通时间积分模块利用电流模块产生的电流对电容进行充电，当电容两端压差达到设定值时输出控制信号，控制信号经过RS触发器和驱动单元来关断开关管。其特征是将电感两端压差对开关管导通时间的积分转换成电容上的电压。本专利技术的优点是：不需要通过芯片外围电阻来检测电感中的峰值电流，而是通过内部的单元来间接检测电感中的峰值电流，确定开关管的关断时刻。这样可以省去一个外围电阻，降低成本；由于无需采样电阻，故减少了系统的发热，提高了系统效率。同时提高了抗干扰能力并且很好的保证了LED的恒流。附图说明图1是LED驱动的原理图。图2是内部模块图图3是本专利技术提出的LED驱动原理图图4是本专利技术控制方法的模块图图5是控制关断时刻的一种具体实现电路具体实施方式本专利技术利用独特的方法来控制电感中的峰值电流，从而控制了电感中的平均电流，具体实现原理是：基于电感固有特性，在电感两端电压恒定的情况下，电感中电流的变化量等于两端压差和时间的乘积。因此可以通过检测电感两端压差对持续时间的积分来间接检测电感中的峰值电流，确定开关管的关断时刻。元器件电感有如下特性：电感两端的压差与其流过电流的变化率成正比，具体表达式为：L*didt=U]]>其中i为电感中的电流，L为电感量，U为电感两端的压差，；上述公式换一种表示可以写成：I=I0+1L∫Udt]]>其中I0为电感中的初始电流，L为电感量，U为电感两端的电压差；若初始时刻电感中电流为0，电感两端的压差恒定，则有：I=1L*U*t]]>其中I为电感中的电流，L为电感量，U为电感两端的电压差，t为电感两端电压持续的时间；对于图3所示电路有：Ipeak=1L*U*ton]]>其中Ipeak为电感中的峰值电流，L为电感量，U为电感两端电压差，ton为开关管(MOS)导通时间；由上述公式可知在电感两端压差恒定并且初始电流为0的情况下，流过的电流与时间成正比，这样可以得到其平均电流与峰值电流的关系为：Iav=12*Ipeak=12*1L*U*ton]]>在图3中，输出平均电流和流过电感的电流是相同的，因此只要保证每个周期内的电感峰值电流相同就可以使得在该周期内的平均电流相等，从而保证输出平均电流恒定，如何确保每个周期内的电感峰值电流相同，图1是目前大家的一般做法，在电感前串接一个小电阻，检测该电阻的压降来确保每个周期内电感峰值电流相等，但这种接法外部需要一个采样电阻。这里提出一种新的控制方法来确保每个周期内电感中的峰值电流相同，具体为：我们已经在上面得到了电感中峰值电流的表达式，我们还可以通过检测电感两端压差与开关管(MOS)导通时间的乘积，确保在每个开关周期内该乘积为定值，这样就同样可以确保每个开关周期内电感中的峰值电流相等，优势在于外围减少一个用于检测电感中峰值电流的采样电阻。这种做法如论是在成本方面还是系统功耗散热方面都有一定优势。图3系统中，由于开关频率很高，达到几十KHZ到几百KHZ甚至更高，所以可以认为在每个开关周期内输入和输出电压保持恒定，从而在开关管导通器件电感两端的压差保持不变，有：L2*didt=0-VB]]>等式两边对时间t积分(刚导通时电感中电流为0)，有：L2*Ipeak＝-VB*ton从而得到电感中峰值电流的表达式：Ipeak=-VB*tonL2=-R2+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源电感电流控制技术，通过检测电感两端压差与开关管导通时间来间接控制电感电流的方法。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源电感电流控制技术，通过检测电感两端压差与开关管导通时间来间接控制电感电流的方法。2.如权利要求1所述的开关电源电感电流控制技术，其特征是：不通过外围采样电阻来检测每个开关周期内电感中的峰值电流，而是通过检测电感两端压差与开关管导通时间的乘积为定值来保证系统输出恒流的。3.如权利要求1所述的开关电源电感电流控制技术，其特征是：将电感两端压差转换为与之成比例的电流模块I13和对开关管导通时间积分的模块I14。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻明凡，邵清，
申请(专利权)人：无锡矽瑞微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32