集成控制器及其所应用的开关式恒流驱动电路制造技术

本发明专利技术提供集成控制器及其所应用的开关式恒流驱动电路，本发明专利技术采用自适应峰值补偿，解决了检测电路和驱动电路关断延迟引起的输出电流线调整率变差问题，同时解决了输出电流线调整率补偿随外部条件差异而变化的问题。采用自适应前沿消隐电路，通过跟踪驱动信号大小确定前沿消隐时间，避免前沿消隐时间过大或过小问题，驱动电路还是外部功率开关参数如何变化均可达到合适的前沿消隐时间。通过加入电流采样信号负压补偿，解决了因检测电路和驱动电路延迟开通延迟引起的负载调整率变差问题，改善了输出电流检测精度。善了输出电流检测精度。善了输出电流检测精度。

【技术实现步骤摘要】
集成控制器及其所应用的开关式恒流驱动电路


[0001]本专利技术涉及恒流驱动电路
，特别是涉及集成控制器及其所应用的开关式恒流驱动电路。

技术介绍

[0002]降压式开关驱动电路结构简单，转换效率高，是应用广泛的一种开关电路结构。在恒流输出应用中，比如LED照明应用领域，无论小功率的单级驱动方案还是大功率的多级驱动电路方案，降压式开关驱动电路十分常见。
[0003]恒流输出时，降压式开关驱动电路可工作在电感电流连续模式(CCM)，也可工作在电感电流临界模式(CrM)，负载电流降低时也可能工作电感电流断续模式(DCM)。CCM和CrM模式各有优点和缺点，而CrM由于消除了整流二极管反向恢复损耗，开通时零电流开通，开通时开关管漏极电压低，开关损耗小，EMI水平低；另外CrM模式下输出电流控制简单，因此CrM是多数降压式恒流控制器采用的工作模式。
[0004]现有的降压式开关驱动电路结构如图1所示：由集成控制器101、整流二极管102、负载103、电感104、开关管105、采样电阻106组成。集成控制器101的gate端驱动开关管105的栅极，并将采样电阻106上的开关电流信号通过电流采样端cs输入到集成控制器。正常工作时，集成控制器101在gate端输出周期性的高低电压信号控制开关管105的开通和关断，并根据cs端的大小调整高电压的持续时间，实现流经负载103的电流保持恒定不变。
[0005]这种降压式开关驱动电路在正常工作时相关信号的波形图如图2所示：图中的gate为gate端电压信号，zcs为集成控制器101内部产生的控制信号，iL为电感104的电流信号，cs为cs端电压信号。该降压式开关驱动电路工作在CrM模式，理想情况下，当iL降为零时集成控制器101内部zcs信号产生一个脉冲，在gate端电压变高将开关管105打开，电感电流iL从零开始线性增加，当检测到cs端达到预定值Cspk时，开关控制器101的gate端电压变为零，将开关管105关闭，此后iL线性下降，下降到零时gate再次变高，开始下一个周期。由于负载103和电感104串联，流经负载103的电流与iL相同，因此很容易得出，理想情况下的输出电流为：Iout＝Ilpk_idea/2＝Cspk/(2*R600)。
[0006]而实际情况下，由于集成控制器101内部检测及驱动电路的延迟，实际的开关关断时间和理想关断时间并不一致，实际关断时间总比理想关断时间存在一个时间延迟Td_off；此外，由于零电流检测电路和驱动电路延迟影响，实际开启时间总比iL下降为零的时间存在一个延迟时间Td_on。考虑Td_off和Td_on的影响后，输出电流可表示为：
[0007]Iout＝ILavg＝(Ilpk_idea+Td_off*Sr
‑
Td_on*Sf)/2；其中，Sr为iL上升斜率，Sf为iL下降斜率，从上式可以看出由于Td_off和Td_on的存在，造成实际的输出电流和理想的输出电流存在差异，而该差异随输入电压、输出电压、电感大小等因素变化而变化，且影响因素不可预测，由于这些差异采样电路无法采样到，造成输出电流不能准确控制。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供集成控制器及其所应用的开关式恒流驱动电路，用于解决现有的恒流驱动电路实际的输出电流和理想的输出电流存在差异的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供一种开关式恒流驱动电路，包括：集成控制器，包括栅极输出端和采样输入端；开关管，栅极连接所述栅极输出端；整流二极管，阴极连接电源以及负载的第一端，阳极连接开关管漏极；电感，两端分别连接所述整流二极管的阳极和负载的第二端；采样电阻，第一端连接所述采样输入端及开关管源极，第二端接地；其中，所述集成控制包括多个补偿电路，用以对电感电流正向过冲和负向过冲进行补偿，以向所述负载提供恒流输出。
[0010]于本专利技术的一些实施方式中，所述集成控制器包括：峰值调节电路、开关控制电路、栅极驱动电路、误差放大电路、零电流检测电路、自适应前沿消隐电路、平均电流合成电路、峰值采样电路、自适应峰值补偿电路及负压补偿电路；其中：所述峰值调节电路的第一输入端连接所述误差放大电路的输出端以接入电压控制信号vctrl，第二输入端接入电流采样信号cs，第三输入端连接所述自适应前沿消隐电路的输出端以接入前沿消隐信号leb；输出端连接开关控制电路的第一输入端以输出过流控制信号oc；所述开关控制电路的第一输入端接入过流控制信号oc，第二输入端连接所述零电流检测电路的输出端以接入过零开通信号zcs；输出端连接所述栅极驱动电路的输入端、自适应前沿消隐电路的第二输入端、自适应峰值补偿电路的第二输入端以输出开关控制信号ton；所述栅极驱动电路的输入端接入开关控制信号ton，输出端集成驱动控制器的栅极驱动端以输出栅极驱动信号gate；所述误差放大电路的第一输入端连接所述平均电流合成电路的输出端以接入平均电流信号viout，第二输入端接入参考电压信号vref；输出端输出电压控制信号vctrl；所述平均电流合成电路的第一输入端连接所述零电流检测电路的输出端以接入过零开通信号zcs，第二输入端接入前沿消隐信号leb，第三输入端连接所述峰值采样电路的第三输出端以接入电流峰值信号vpk；输出端输出平均电流信号viout；所述零电流检测电路的输入端接入栅极驱动信号gate，输出端输出过零开通信号zcs；所述自适应前沿消隐电路的第一输入端接入栅极驱动信号gate，第二输入端接入开关控制信号ton；输出端连接峰值调节电路的第三输入端、峰值采样电路的第二输入端、平均电流合成电路的第二输入端、自适应峰值补偿电路的第一输入端和负压补偿电路的第一输入端；所述峰值采样电路的第一输入端接入电流采样信号cs，第二输入端接入前沿消隐信号leb，第三输入端连接负压补偿电路的输出端以接入负压补偿信号icneg，第四输入端接峰值电压信号vcs_buf，第五输入端接入开关控制信号ton；第一输出端连接自适应峰值补偿电路的第四输入端以输出峰值补偿控制信号tcomp，第二输出端连接自适应峰值补偿电路的第三输入端以输出经缓冲放大后的电流采样信号vcs，第三输出端输出电流峰值信号vpk；所述自适应峰值补偿电路的第一输入端接入前沿消隐信号leb，第二输入端接入开关控制信号ton，第三输入端接入所述经缓冲放大后的电流采样信号vcs，第四输入端接入峰值补偿控制信号tcomp；输出端输出峰值补偿信号；所述负压补偿电路的第一输入端接入前沿消隐信号leb，第二输入端接入电流采样信号cs；输出端输出负压补偿信号icneg。
[0011]于本专利技术的一些实施方式中，所述峰值调节电路根据接入的所述电压控制信号
vctrl、电流采样信号cs及前沿消隐信号leb，产生对应的过流控制信号oc；所述开关控制电路根据接入的所述过流控制信号oc及过零开通信号zcs产生对应的开关控制信号ton；所述栅极驱动电路根据接入的所述开关控制信号ton产生栅极驱动信号gate，以驱动所述开关管的栅极；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关式恒流驱动电路，其特征在于，包括：集成控制器，包括栅极输出端和采样输入端；开关管，栅极连接所述栅极输出端；整流二极管，阴极连接电源以及负载的第一端，阳极连接开关管漏极；电感，两端分别连接所述整流二极管的阳极和负载的第二端；采样电阻，第一端连接所述采样输入端及开关管源极，第二端接地；其中，所述集成控制器包括多个补偿电路，用以对电感电流正向过冲和负向过冲进行补偿，以向所述负载提供恒流输出。2.根据权利要求1所述的开关式恒流驱动电路，其特征在于，所述集成控制器包括：峰值调节电路、开关控制电路、栅极驱动电路、误差放大电路、零电流检测电路、自适应前沿消隐电路、平均电流合成电路、峰值采样电路、自适应峰值补偿电路及负压补偿电路；其中：所述峰值调节电路的第一输入端连接所述误差放大电路的输出端以接入电压控制信号vctrl，第二输入端接入电流采样信号cs，第三输入端连接所述自适应前沿消隐电路的输出端以接入前沿消隐信号leb；输出端连接开关控制电路的第一输入端以输出过流控制信号oc；所述开关控制电路的第一输入端接入过流控制信号oc，第二输入端连接所述零电流检测电路的输出端以接入过零开通信号zcs；输出端连接所述栅极驱动电路的输入端、自适应前沿消隐电路的第二输入端、自适应峰值补偿电路的第二输入端以输出开关控制信号ton；所述栅极驱动电路的输入端接入开关控制信号ton，输出端集成驱动控制器的栅极驱动端以输出栅极驱动信号gate；所述误差放大电路的第一输入端连接所述平均电流合成电路的输出端以接入平均电流信号viout，第二输入端接入参考电压信号vref；输出端输出电压控制信号vctrl；所述平均电流合成电路的第一输入端连接所述零电流检测电路的输出端以接入过零开通信号zcs，第二输入端接入前沿消隐信号leb，第三输入端连接所述峰值采样电路的第三输出端以接入电流峰值信号vpk；输出端输出平均电流信号viout；所述零电流检测电路的输入端接入栅极驱动信号gate，输出端输出过零开通信号zcs；所述自适应前沿消隐电路的第一输入端接入栅极驱动信号gate，第二输入端接入开关控制信号ton；输出端连接峰值调节电路的第三输入端、峰值采样电路的第二输入端、平均电流合成电路的第二输入端、自适应峰值补偿电路的第一输入端和负压补偿电路的第一输入端；所述峰值采样电路的第一输入端接入电流采样信号cs，第二输入端接入前沿消隐信号leb，第三输入端连接负压补偿电路的输出端以接入负压补偿信号icneg，第四输入端接峰值电压信号vcs_buf，第五输入端接入开关控制信号ton；第一输出端连接自适应峰值补偿电路的第四输入端以输出峰值补偿控制信号tcomp，第二输出端连接自适应峰值补偿电路的第三输入端以输出经缓冲放大后的电流采样信号vcs，第三输出端输出电流峰值信号vpk；所述自适应峰值补偿电路的第一输入端接入前沿消隐信号leb，第二输入端接入开关控制信号ton，第三输入端接入所述经缓冲放大后的电流采样信号vcs，第四输入端接入峰值补偿控制信号tcomp；输出端输出峰值补偿信号；
所述负压补偿电路的第一输入端接入前沿消隐信号leb，第二输入端接入电流采样信号cs；输出端输出负压补偿信号icneg。3.根据权利要求2所述的开关式恒流驱动电路，其特征在于：所述峰值调节电路根据接入的所述电压控制信号vctrl、电流采样信号cs及前沿消隐信号leb，产生对应的过流控制信号oc；所述开关控制电路根据接入的所述过流控制信号oc及过零开通信号zcs产生对应的开关控制信号ton；所述栅极驱动电路根据接入的所述开关控制信号ton产生栅极驱动信号gate，以驱动所述开关管的栅极；所述平均电流合成电路根据接入的所述过零开通信号zcs、前沿消隐信号leb及电流峰值信号vpk产生平均电流信号viout；所述误差放大电路用于放大所述平均电流信号viout与参考电压信号vref之间的差异并产生相应的电压控制信号vctrl，以进行环路稳定性补偿；所述零电流检测电路用于检测电感电流的过零状态并产生过零开通信号zcs；所述自适应前沿消隐电路用于根据栅极驱动信号gate的上升情况产生前沿消隐信号leb；所述峰值采样电路用于根据接入的所述电流采样信号cs产生补偿过的电流峰值信号vpk；所述自适应峰值补偿电路用于根据接入的电流信号的斜率和补偿时间，产生补偿电流，对电流的峰值进行补偿；所述负压补偿电路用于根据接入的电流采样信号cs的负电压大小产生补偿电流，以补偿由于检测延迟和驱动延迟所引起的电感电流过零偏小量。4.根据权利要求2所述的开关式恒流驱动电路，其特征在于，所述自适应前沿消隐电路包括：驱动电压检测电路I160，输入端连接所述栅极输出端；延迟电路I161，输入端连接所述驱动电压检测电路I160的输出端；逻辑电路I162，第一输入端连接所述延迟电路I161的输出端，第二输入端接入开关控制信号ton，输出端输出前沿消隐信号leb；其中，所述驱动电压检测电路I160用于检测所述栅极输出端的驱动信号电压达到预设水平时，将驱动逻辑信号的电平翻转后输出；所述延迟电路I161用于将所述驱动逻辑信号延迟后输出驱动逻辑延迟信号；所述逻辑电路I162将所述驱动逻辑延迟信号和开关控制信号ton进行逻辑运算后输出所述前沿消隐信号leb。5.根据权利要求4所述的开关式恒流驱动电路，其特征在于，在进行驱动信号电压检测后，所述前沿消隐信号leb在所述开关管的参数发生变化或所述集成驱动控制器的工作条件变化时产生预设时间长度的前沿消隐信号leb，以使峰值电流采样电路避开开通瞬间电流采样信号cs的尖脉冲。6.根据权利要求1所述的开关式恒流驱动电路，其特征在于，所述峰值采样电路包括：电阻R180、缓冲放大器I187、采样保持电容C180和C181、开关I185、I186和I188、电压缓冲器I184、延迟电路I180、逻辑门I181、I182和I183；其中，所述电阻R180的第一端接入电流采样信号cs，第二端连接所述缓冲放大器I187的输入端并接入负压补偿信号icneg；所述缓冲放大器I187的输出端连接开关I186的第一端，开关I186的第二端连接采样保持电容C181的第一端、逻辑门I181的第一端、开关I188的第一端并输出vcs；开关I186的控制端连接到开关I183的第二输入端并接入开关控制信号ton；采样保持电容C181和开关I188的第二端接地；开关I188的控制端接入前沿消隐信号leb；开关I185的第一端接入峰值补偿信号，第二端连接到C180的第一端和电压缓冲器I184
的同相输入端，控制端连接到逻辑门I183的输出端；采样保持电容C180的第二端接地；电压缓冲器I184的反相输入端连接到自身输出端并接到峰值...

【专利技术属性】
技术研发人员：关彦青，文星，姜玉稀，薛连杰，何孝亮，
申请(专利权)人：上海三思科技发展有限公司嘉善三思光电技术有限公司浦江三思光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：