开关电源电感电流控制技术制造技术

本发明专利技术属于一种开关电源电感电流控制技术，采用智能关断时间控制器自 动调整功率开关的关断时间以控制功率级中电感开启时刻的电流，智能关断时 间控制器的输入端连接功率开关的漏端，智能关断时间控制器的输出端连接驱 动单元的使能端，利用电感开启时刻的电流大小控制电感的关断时间，通过反 馈最终将电感开启时刻的电流控制在指定值。其优点是：既控制了功率开关开 启期间的电流，也控制了其关断时期的电流；电流检测电阻只在功率开启期间 流过电流，提高了系统效率；控制机构不与输入电压直接连接，从根本上改善 了系统的输入电压适用范围，降低了成本，同时也方便地补偿了输入电压对平 均电流的影响，使发光二极管在不同输入电压下保持恒定的亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于- -种开关电源技术，具体地说是一种开关电源电感电流控制技术。
技术介绍
开关电源能量转换效率高，性能可靠，控制灵活，在电源应用中占据着越来越重要的位置。在开关电源的控制方法中，对电感电流的控制相当重要，尤其是在电感直接作为电流驱动器件的时候，比如LED (发光二极管)驱动。图1是LED驱动中常用的一种结构，由功率开关M1，发光二极管，电感L1，续流二极管D3组成功率级，由电流检测电阻R2，振荡器I3，电流限制比较器I2和功率开关驱动单元14组成控制机构，其中振荡器13的输出连接驱动单元14的使能端，电流限制比较器12的输出连接驱动单元14的复位端，驱动单元14连接功率开关M1的控制端，功率开关M1的漏端连接电流检测电阻R2，并输入到电流限制比较器I2;功率开关M1的源端连接发光二极管，电感L1和续流二极管D3。功率开关M1在振荡器I3的上升沿开启，电感L1的电流在输入电压V的作用下不断升高，当电感电流上升到一定程度，电流检测电阻R2上的电压达到电流限制比较器I2设置的阈值VTH的时候，功率开关M1被关断。功率开关M1关断后，电感L1中的电流继续流动，功率开关M1的漏端电压不断升高，使续流二极管开始工作，这样电感L1中的电流逐渐减小，直到下一个振荡器I3的上升沿到来，开始周期运转。在图1的控制方法下，控制机构只通过电流检测电阻R2检测电感电流。当功率开关M1关闭后，电感L1的电流通过续流二极管D3回流，不经过检测电阻R2，因此控制机构无法检测到电感电流，失去了对电感电流的控制，只能被动的等待下一个振荡周期的到来。这引起了系统设计对元器件参数非常敏感，引起了发光二极管亮度随输入电压V、 LED数量和电感感量等参数的变化而剧烈变化。为了更好的控制电感电流，出现了另一种控制方法，如图2所示，其功率级和图1一样，由功率开关M0，发光二极管，电感L0，续流二极管D1构成。控制机构由电流检测电阻RO，电流转化装置I0和R1，滞回比较器I1组成。电流检测电阻RO和电感、发光二极管串联以检测电感电流，电流转化装置10和Rl以电流检测电阻RO的两端为输入，输出连接到滞回比较器Il，滞回比较器II的输出驱动功率开关M0的控制端，功率开关的源端直接接地，漏端连接发光二极管和续流二极管D1。在这种控制方法中，电感L0和电流检测电阻R0串联，当RO检测到电感电流不高于滞回比较器Il的初始阈值VTH时，滞回比较器Il输出控制信号开启功率开关MO，电感电流逐渐上升，到达滞回比较器的初始阈值VTH时关断功率开关MO，电感LO中的电流继续流动，使续流二极管开始导通后，电感电流开始下降；在电感电流下降过程中，电流检测电阻RO始终检测着电感电流，当电感电流下降到滞回比较器Il的新阈值时，功率开关再一次开启，开始周期运转。在图2的控制方法下，电感电流在功率开关MO开启期间和关断期间都得到控制，但出现了新的缺点1) 检测电阻始终与电感串联，导致功率损失，降低了效率；2) 检测电阻与输入电压直接相连，使具体的控制机构只能适用于一定的输入电压范围；同时在输入电压较高的情形下，导致实现控制机构成本较高；3) 由于驱动单元的延迟，在不同输入电压下，电感电流最大、最小值不同，导致发光二极管亮度不一致。
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，将保持电感电流在功率开关开启期间和关闭期间的控制，提高系统易用性，同时改善系统效率，改善系统适用的输入电压范围，保持在不同输入电压下电感电流的一致性，降低系统成本。按照本专利技术提供的技术方案，所述开关电源电感电流控制技术，包括实现功率管理和转换的功率级，检测电感电流的电流检测电阻，当电流检测电阻检测到的电压达到电流限制比较器的阈值时输出控制信号，控制功率开关关断的电流限制比较器，和用于驱动功率开关的驱动单元，所述电流限制比较器的输出连接驱动单元的复位端，驱动单元的输出端连接功率级中功率开关的控制端，功率开关的漏端连接电流检测电阻，并输入到电流限制比较器。其特征是采用一个智能关断时间控制器自动调整功率开关的关断时间以控制功率级中电感开启时刻的电流，所述智能关断时间控制器的输入端连接功率开关的漏端，智能关断时间控制器的输出端连接驱动单元的使能端，利用电感开启时刻的电流大小控制电感的关断时间，通过反馈最终将电感开启时刻的电流控制在指定值。所述功率级包括依次连接的功率开关、发光二极管及电感，还包括与发光二极管及电感反向并联的续流二极管，所述发光二极管的负极和功率开关的源端连接。所述发光二极管为一个发光二极管或几个发光二极管的同向串联，其个数只受输入电压限制。当是几个发光二极管的同向串联时，所述发光二极管的负极指同向串联的最外端一个发光二极管的负极。所述智能关断时间控制器包括依次连接的采样保持单元、积分器和压控延迟单元；其中，采样保持单元的输入端连接功率开关的漏端，用于采样并保持电流检测电阻在功率开关开启时刻检测到的电压；积分器用于把采样保持单元得到的信号和指定阈值电压VTH—MIN的差值转换成电流并作用于积分器中的积分电容；压控延迟单元的输出端连接驱动单元的使能端，用于把积分器的输出电压转换成一个时间延迟，以控制功率开关的关断时间。所述功率开关在智能关断时间控制器控制下开启，功率开关开启后，电感的电流流经电流检测电阻；智能关断时间控制器在功率开关开启后启动采样保持单元，获得电感的电流的初始数据，并将所述初始数据送入积分器，通过压控延迟单元来控制关断时间。如果初始数据小于额定值，则积分器输出电压升高，压控延迟单元所控制的延迟时间也增加，相应地，功率管的关闭时间将延长；相反，如果初始数据 大于额定值，则积分器输出电压降低，压控延迟单元所控制的延迟时间减少， 相应地，功率管的关断时间将縮短；在周期运转中，电感开启时刻的电流将被 控制在指定值。电感电流继续上升，电流检测电阻感知的电压也继续上升，到 达电流限制比较器指定的阈值时，电流限制比较器发出关断信号，由驱动单元 关断功率开关，使电感中的电流的最大值被控制在电流限制比较器指定的阈值 电压VTH。所述智能关断时间控制器有多种实现方式，另一种实现方式为所述智能 关断时间控制器包括依次连接的采样保持单元、给采样保持单元加上某一延迟 时间的延迟单元、模数转换器和数控延迟单元；其中，釆样保持单元的输入端 通过延迟单元连接功率开关的漏端，用于采样并保持电流检测电阻在功率开关 开启时刻检测到的电压；模数转换器用于把采样保持单元得到的信号和指定阈 值电压VTH一MIN的差值转换成数字信号；数控延迟单元的输出端连接驱动单 元的使能端，用于把模数转换器的输出转换成一个时间延迟，以控制功率开关 的关断时间。本专利技术的优点是既控制了功率开关开启期间的电流，也控制了功率开关 关断时期(即功率开关开启前一时刻)的电流，使得系统设计变得容易；电流 检测电阻只在功率开启期间流过电流，因此提高了系统效率；控制机构不与输 入电压直接连接，因此从根本上改善了系统的输入电压适用范围，降低了成本， 同时也非常方便地补偿了输入电压对平均电流的影响，使发光二极管在不同输 入电压下保持恒定的亮度。 附图说明图1是LED驱动的原理图。图2是电感电流的另一种控制方法的原理图。图3是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源电感电流控制技术，包括实现功率管理和转换的功率级，检测电感电流的电流检测电阻（Ｒ６），当电流检测电阻检测到的电压达到电流限制比较器的阈值时输出控制信号，控制功率开关关断的电流限制比较器（Ｉ１１），和用于驱动功率开关的驱动单元（Ｉ１０），所述电流限制比较器（Ｉ１１）的输出连接驱动单元（Ｉ１０）的复位端，驱动单元（Ｉ１０）的输出端连接功率级中功率开关（Ｍ３）的控制端，功率开关（Ｍ３）的漏端连接电流检测电阻（Ｒ６），并输入到电流限制比较器（Ｉ１１），其特征是：采用一个智能关断时间控制器自动调整功率开关（Ｍ３）的关断时间以控制功率级中电感（Ｌ３）开启时刻的电流，所述智能关断时间控制器的输入端连接功率开关（Ｍ３）的漏端，智能关断时间控制器的输出端连接驱动单元（Ｉ１０）的使能端，利用电感（Ｌ３）开启时刻的电流大小控制电感的关断时间，通过反馈最终将电感（Ｌ３）开启时刻的电流控制在指定值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀莲，
申请(专利权)人：无锡矽瑞微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32