本发明专利技术公开一种开关调节器（２－５），向诸如串联发光二极管的负载（１）供给可控的稳定的平均电流。调节器控制器（２）包括滞后比较器（１２，３０），其控制用于将电流切换到电感器（３）中的晶体管（１５）形式的开关。比较器（１２）具有上、下阈值。包括快速电流监测器（６）的第一电路将表示电感器（３）中的瞬时电流的第一信号供给至比较器。第二电路（３６，３７，４１和４２）将表示目标调节器输出和实际调节器输出之间的误差的第二信号供给至比较器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于开关调节器的控制器。本专利技术还涉及包括这种控制器的开关调节 器并涉及包括这种开关调节器的光源。
技术介绍
附图中的图1示出了用于通过负载1供给受控的目标电流的开关调节器的公 知类型。该调节器属于滞后自激振荡降压变换器(hystereticself-oscillating buck converter)类型的，并且这种调节器的典型应用是用于通过负载供给受控的目标电流，其 可以包括多个串联发光二极管(LED)。该调节器包括控制器2，其体现为单片集成电路，并设置有外部电感器3、二极管4 和电流传感电阻器5。控制器2包括具有连接至输入接线端7和8的输入端的电流监测器 6，所述输入接线端7和8跨接电阻器5。电流监测器6为电压-电流变换器或跨导放大器 形式，用于将它的输入端之间的电压变换成对应的电流，电流通过电阻器9到达控制器2的 连接至接地11的接地接线端10。在电阻器9上所产生的有效电压被供给至滞后比较器12 的反相输入端。比较器12的非反相输入端连接至接线端13，用于接收用于设置通过负载1的目标 受控电流的电压。比较器12的输出端连接至栅极驱动器14的输入端，该栅极驱动器14的 输出端连接至用作电子开关的场效应晶体管15的栅极(或者可替换地，连接至双极晶体管 的基极)。栅极驱动器14在比较器12和晶体管15之间提供接口，例如供给用于控制晶体 管15的具有合适的电平和功率的驱动信号。晶体管15的源极连接至接线端10，而漏极连 接至接线端16。接线端16连接至电感器3的一个接线端，并连接至二极管4的阳极，二极管4的 阴极连接至接线端17，用于接收来自电源的电源输入。负载1和电阻器5在接线端17和电 感器3的第二接线端之间串联连接。调节器的操作由附图中的图2的波形示。上示了晶体管15的开关状态， 中示了在传感电阻器5上产生的检测电压，下示了通过负载1的电流。当电源供 给至接线端17时，最初没有电流通过负载1、电感器3和电阻器5。因此，比较器12的反相 输入端低于接线端13的电压，使得比较器12的输出为高。这经由栅极驱动器14接通晶体 管15，使得电阻器5、负载1和电感器3在电源的输出端之间串联连接。因此，通过电阻器 5、负载1和电感器3的电流增加，电阻器5上的电压增加。因此，电阻器9上的电压增加。比较器12属于具有上、下开关阈值的滞后类型。在典型的应用中，这种滞后设为 对应于平均目标输出电流的30%。当比较器12的反相输入端处的电压上升为大于接线端 13处的电压的15%时，比较器12的输出下降并切断晶体管15。已经存储在电感器3中的 磁场开始衰减，并开始驱动反电动势(EMF)，使得电流经由二极管4继续流过电阻器5和负 载1。该电流直到比较器12的反相输入端的有效电压下降低于下阈值才下降。在这一点 上，比较器的输出上升并接通晶体管15。因此，电流从电源流过电阻器5、负载1和电感器3，直到再次达到比较器12的上阈值。因此，调节器自激振荡并产生具有锯齿波形负载电流，其具有波峰值IthH和波谷值IthL，如图2中的下图所示。开环控制由包括电流监测器6的第一电路提供。供给至负载1的实际输出电流取 决于比较器开关阈值，其通常由参考电压设定，并取决于电路偏移以及增益误差、温度和源 电压变化、以及从输入接线端7和8到输出接线端16的通过控制器的传播延迟。例如，在 电流监测器输出端处测量的源自在电流监测器6中的偏移的任何直流偏移、开关阈值的设 定或者比较器将引起平均负载电流偏离额定目标电流。高水平的直流电精度在电流监测器 6和比较器12中对降低这些误差是必要的。然而，如随后所描述的，电流监测器6和比较器 12需要“快”，并且这与直流精确度的要求相冲突。图2图示了图1的调节器在没有开关延迟、直流偏移和构成性能的类似项的理想 情况中的操作。然而，在实际中，这些各种误差机制不同程度地存在。附图中的图3图示了 考虑从控制器的输入接线端7和8到输出接线端16的传播延迟的实际操作。特别地，当通 过传感电阻器5的电流朝向上峰值和下峰值成斜线时，该电流将达到对应于相应的比较器 开关阈值或“理论滞后(theoretical hysteresis) ”的值，如图3中的中图所示。然而，在 达到理论滞后开关阈值和晶体管15的状态转换之间存在延迟，这导致图3中图示的“实际 滞后(actual hysteresis) ”。传播延迟在图3的下图中图示为tpdH和tpdL，所产生的波 峰值和波谷值图示为lout max和lout min。附图中的图4图示了当通过电阻器5、负载1和电感器3的电流以两个不同的速率 上升(例如对应于两种不同电源电压的应用)时会发生什么。对于恒定的电源电压和不同 的负载电压，或者对于不同的电源电压和不同的负载电压，出现相似的问题，但为了简单起 见，并且为了不丧失一般性，详细的分析将限于不同的电源电压和常数负载。对于低源电压20和高源电压21，图示了电阻器5上的检测电压。理论检测阈值由 虚线所示，波形已经被同步以在A点同时与理论阈值相交。由于通过控制器的传播延迟、晶体管15的状态在A点保持不变，且直到到达对应 于波形点C和E的时间才改变。因此，由波形20表示的低源电压的实际或有效开关阈值在 23处示出，而对于高电压源，波形21较高，并在24处示出。对于任何情况，在晶体管15切断时通过负载1的电流的变化速率将相同，使得电 阻器5上的电压将以相同的速率下降，如波形20和21的部分20’和21’所示。因此，这些 波形将在不同的时间与理论检测阈值22相交，由图4中的B和D表示。因此通过调节器的 传播延迟对于不同的源电压引起不同的误差项，图4中的误差项由三角区域ABC和ADE表 示。正的过冲向通过负载的平均电流添加错误项，使得它比目标值高。图5图示了下降时的检测电压，对应于晶体管15切断。当检测电压下降为低于低 的理论检测阈值25时，传播延迟允许检测电压继续下降，直达它到达H点。在检测电压的 变化速率由通过负载的电流决定并且不依赖于源电压时，下降检测电压由单波形26示出。 然而，当晶体管15在传播延迟的结束处打开时，通过负载的电流和检测电压将以依赖于供 给至调节器的电源电压的速率上升。所产生的波形20和21分别地对应于图4中示出的不 同源电压的波形20和21。这产生与三角形FGH和FJH的面积成比例的多于两个的误差项。 负的过冲从平均电流消去误差项，使它低于目标值。如果调节器的占空因数(duty cycle)约为50%且传播延迟在横跨两个开关阈值时相似，则正、负“过冲”误差项可以相互消除。然而，在正常操作期间，结果通常将是不对称 的，实际平均负载电流将不同于目标值。当开关频率高时，这在工作循环的末端特别明显， 其中晶体管15以相对短的时间打开或关闭，并且与脉冲宽度相比，传播延迟变得很重要。如图4和5所示，三角形ADE和FJH的面积相似，对于对应于波形21的高电源电 压，平均负载电流将接近目标负载电流。然而，三角形ABC和FGH的面积实质上不同，使得 对于对应于波形21的源电压，平均输出电流将低于目标值。调节器的工作频率主要由电感器3的电感L和由比较器滞后作用决定的输出电流 纹波决定。虽然调节器可以在相对宽的范围内工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于开关调节器的控制器，包括：用于控制用于将电流切换到电感器（３）中的开关（１５）的滞后比较器（１２，３０），所述比较器（１２，３０）具有上阈值和下阈值；和第一电路（６，９），用于将表示所述电感器（３）中的瞬间电流的第一信号供给至所述比较器（１２，３０），其特征在于，包括第二电路（３６，３７，４１，４２），用于将表示目标调节器输出和实际调节器输出之间的误差的第二信号供给至所述比较器。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗希特阿罗拉，艾伦詹姆士多德，克雷格莫里斯泰勒，
申请(专利权)人：达尔捷特科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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