驱动恒流源负载的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种驱动恒流源负载的装置，所述装置包括：功率级装置，包括一功率开关、一二极管以及由电感元件与电容元件构成的滤波器，所述功率开关的漏极与输入电压源连接，其源极与所述电感元件及二极管的负极连接，以将高输入直流电压转换成低输出直流电压，提供给所述恒流源负载；以及控制电路，基于流过所述电感元件的电流峰值控制所述功率开关的断开，以及在流过所述电感元件的电流下降到零时，所述控制电路控制所述功率开关的闭合。本实用新型专利技术的装置进一步包括对所述电感元件的峰值电流进行补偿的电路。根据本实用新型专利技术，能够大大提高输出电流的准确度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及直流/直流转换器电路，具体而言，涉及一种基于电感器储能的降压型直流/直流转换器电路。
技术介绍
目前，发光二极管(LED)越来越被广泛用作新一代的照明光源。作为恒流源负载中的一种，LED需要与恒压源负载不同的驱动装置。通常，工业界有两种用于驱动LED的直流/直流转换器，一种是升压型，另一种是降压型。图1示出了传统降压型直流/直流转换器的电路结构。如图1所示，该转换器用于驱动LED负载190，它包括功率级170与控制电路100。功率级170中，设有功率开关120、 二极管101以及由电感110与电容102构成的滤波器。其中，功率开关120的漏极与输入电压源正极VIN连接，其源极通过检测电阻103与电感110和二极管101的负极连接，二极管101的正极与输入电压源和负载190的公共地连接。LED负载190与电容102并联。这样，功率级170用来将高输入直流电压VIN转换成低输出直流电压V0UT，提供给LED负载 190。控制电路100中，设有比较器130、关闭时间产生器140、与比较器130和关闭时间产生器140输出端连接的RS触发器150，以及与RS触发器150输出端连接的驱动器160。 驱动器160的输出端连接到功率开关120。 VCC为控制电路100提供电源，控制电路100 的参考地GNDIC与检测电阻103和二极管101的负极接在一起。接在VCC与参考地GNDIC 之间的稳压二极管限制了 VCC的最高电压，避免控制电路100遭到过高电压损害。当功率开关120闭合时，电流流过检测电阻103，并被转换成一反映流过电感110 电流的电流检测信号IS (因此时二极管101不导通，电感110与检测电阻103串联)。该电流检测信号IS被送至比较器130与参考电压VREFl进行比较，VREFl表示电感110的电流峰值Ipk。比较器130的输出信号RST作为复位信号送至RS触发器150，被复位后的RS触发器输出信号Q从高电位变为低电位，再通过驱动器160将功率开关120的漏极和源极断开。功率开关120断开后，关闭时间产生器140开始计时。当计时时间到了之后，关闭时间产生器140输出信号SET作为置位信号送至RS触发器150，RS触发器150输出信号Q即从低电位变为高电位，该高电位信号再通过驱动器160使功率开关120闭合，开始一个新的工作周期。上述直流/直流转换器中，存在两方面的缺陷，均直接导致无法向恒流源负载提供准确的输出电流。一方面，电感谷值电流会随着负载变化而变化。参照图2，图2为上述直流/直流转换器中的信号波形示意图。其中，波形210、220分别表示电感110的电流和驱动器160的输出信号DRV。从波形可以看出，控制器100工作在连续模式，因为电感电流总是大于零。电感电流上升期斜率为(VIN-VOUT)/L。电流峰值Ipk由比较器130、检测电阻103和参考电压VREFl共同决定。电感电流下降期斜率为V0UT/L，电感电流谷值IVAL = (Ipk-Toff女V0UT/L)，其中，Toff为开关断开时间。因此，负载得到的平均电流(即，输出电流)ILED = (Ipk+IVAL)/2 = (Ipk-O. 5 * Toff * V0UT/L)，其中 Ipk 和 Toff 是常数，而 VOUT是负载上的压降。显然，LED负载电流会受到负载电压的影响。LED正向压降会随温度变化而变化；同时正向LED压降也会因为制造工艺偏差导致LED个体间的差异。所以，不同的环境温度，不同的LED负载都会致使电感谷值电流发生变化，从而导致输出电流的变化。另一方面，电感峰值电流会受输入电压的影响。如上文所述，LED负载电流ILED = (Ipk+IVAL)/2，所以峰值电流不准也会导致输出电流变化。传统直流/直流转换器采用电感峰值电流控制方法，输入电压会影响Ipk。理论上说，如果比较器130的比较速度无限快的话，该控制方法也可以做到线调整率很好。但是，实际的比较器都有一定的响应速度，太快了容易受噪声干扰，太慢了线调整率则变得很差。因此，通常的做法是将比较器130的最快响应时间做成IOOnS量级。全球照明电网主要分为两种，交流IlOV和交流220V。LED控制器要能够适用这两种电网，这是工业界对该类控制器的一个基本要求。而在这两种电网下，图1所示传统方案的输出电流会明显不同，通常，在220V电网下输出电流会比IlOV电网下输出电流高15%以上。
技术实现思路
针对传统方案的上述缺陷，本技术的目的在于，通过采用一种新的驱动恒流源负载的电路结构，来有效提高输出电流的准确度。本技术的基本思想是，从直接导致输出电流误差的电感谷值电流IVAL和峰值电流Ipk两个因素入手，全面解决谷值电流IVAL受负载影响大，而峰值电流Ipk易受输入电压影响的难题，从而得到更准确的输出电流。就谷值电流IVAL而言，在传统方案中， Toff时间是不变的，电感谷值电流会随着负载变化。而本技术将电感谷值电流设定在零，使其与负载没有什么关系，问题相应解决。就峰值电流Ipk而言，Ipk会受输入电压的影响，同时也会受负载电压的影响。如果保持负载电压不变，则输入电压VIN越高，Ipk就越大，负载平均电流也相应越大；如果保持输入电压VIN不变，则负载电压越高(比如改变串入LED的颗数)，Ipk就越小，负载平均电流也相应越小。所以综合来讲，控制电路工作占空比越小，Ipk和负载平均电流越大；控制电路工作占空比越大，Ipk和负载平均电流越小。据此，本技术提出一种与占空比成反比的峰值电流补偿措施，从而巧妙地解决了这个问题。根据本技术，提供一种驱动恒流源负载的装置，包括功率级装置，包括一功率开关、一二极管以及由电感元件与电容元件构成的滤波器，所述功率开关的漏极与输入电压源连接，其源极与所述电感元件及二极管的负极连接，以将高输入直流电压转换成低输出直流电压，提供给所述恒流源负载；以及控制电路，基于流过所述电感元件的电流峰值控制所述功率开关的断开，以及在流过所述电感元件的电流下降到零时，所述控制电路控制所述功率开关的闭合。优选的是，所述功率级装置还包括一检测电阻，连接在所述功率开关的源极与所述电感元件及二极管的负极之间，用以在所述功率开关闭合时产生检测电感元件电流的第一检测信号；所述控制电路包括第一比较器，用以将所述第一检测信号与表示电感元件电流峰值的第一参考信号进行比较，并产生第一输出信号；以及触发器，基于所述第一输出信号控制所述功率开关的断开。优选的是，所述装置还包括第一电阻，连接在所述电感元件的一端，用以产生检测电感元件端电压的第二检测信号；所述控制电路还包括第二比较器，用以将所述第二检测信号与表示零伏电压的第二参考信号进行比较，并产生第二输出信号；所述触发器基于所述第二输出信号控制所述功率开关的闭合。优选的是，所述装置还包括第二电阻，连接在所述电感元件的另一端，其与所述第一电阻以分压方式产生所述第二检测信号。优选的是，所述控制电路还包括驱动器，连接在所述触发器与功率开关之间。优选的是，所述装置还包括峰值电流补偿电路，所述补偿电路包括与所述输入电压源连接的第一电阻；与所述第一电阻串联连接的第二电阻，所述第二电阻连接到控制电路的电源端；一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许瑞清，李嶷，金红涛，刘立国，
申请(专利权)人：许瑞清，
类型：实用新型
国别省市：