CN103066867A

CN103066867A - 一种内置线电压补偿电路的开关电源恒流控制电路及方法

Info

Publication number: CN103066867A
Application number: CN2013100156299A
Authority: CN
Inventors: 孙顺根; 于得水; 胡黎强
Original assignee: Shanghai Bright Power Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Shanghai Bright Power Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开一种开关电源恒流控制电路，该开关电源恒流控制电路包括一线电压补偿电路，该线电压补偿电路包括：一固定时间产生单元，用于在开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后产生一采样信号；一采样保持单元，用于保持该开关电源恒流控制电路导通所述固定时间后的采样电阻的电压值；一加权加法器单元，用于加权相加该采样电阻的电压值和该采样保持单元的电压输出值；以及一比较器单元，用于将该加权加法器单元的输出信号与该开关电源恒流控制电路的基准电压信号相比较，产生一使该功率开关管关断的关断信号。

Description

一种内置线电压补偿电路的开关电源恒流控制电路及方法

技术领域

本发明涉及一种LED驱动电源中的线电压补偿方式，尤其涉及一种内置线电压补偿电路的开关电源恒流控制电路及方法。

背景技术

传统的开关电源***中，尤其是恒流控制的电源***，由于功率开关管的关断延时，会造成输出电流在高低压下存在不一致的现象。传统的解决方法通过直接检测母线电压来实现高低线电压下的输出电流补偿。具体的实现方式是通过线电压到地的分压电阻把高压变为芯片可以接受的低压，然后把所述的低压连接到芯片一个专门的脚位上，芯片根据所述脚位的电压来调制峰值电流的大小，从而实现高低线电压输出电流的一致。

图1为现有技术中LED驱动电源电路原理图，通常包括：整流桥1，输入滤波电容2，变压器3，整流二极管4，输出电容5，LED负载6，功率开关7，采样电阻8，分压电阻9，分压电阻10，供电电阻11，供电电容12和控制芯片13。当功率开关7导通时，变压器原边14电流上升，电流流经采样电阻8产生一电压信号，当该电压信号达到芯片13内的电流基准电压时，功率开关7关断，变压器储能转移到副边15，电流通过副边15的整流二极管4输出到输出电容5上，并使得LED负载6通过电流，点亮LED灯。分压电阻9和分压电阻10检测输入线电压的高低，输入到芯片13的输入线电压检测脚位LN，芯片13根据LN的电位值来改变所述电流基准电压的值，从而实现线电压补偿功能。

传统的线电压补偿技术一个缺点是增加了开关电源***的功耗，从而降低转换效率；另一个缺点是增加了整个架构的成本，***上至少需要两个分压电阻，控制芯片需要一个专门的脚位来检测。在讲究效率和成本的小功率开关电源设计，尤其是LED驱动设计中，传统的方法越来越不合适。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种内置线电压补偿电路的开关电源恒流控制电路及方法。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种开关电源恒流控制电路，该开关电源恒流控制电路包括一线电压补偿电路，该线电压补偿电路包括：一固定时间产生单元，用于在该开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后产生一采样信号；一采样保持单元，用于保持该开关电源恒流控制电路导通所述固定时间后的采样电阻的电压值；一加权加法器单元，用于加权相加该采样电阻的电压值和该采样保持单元的电压输出值；以及一比较器单元，用于将该加权加法器单元的输出信号与该开关电源恒流控制电路的基准电压信号相比较，产生一使该功率开关管关断的关断信号。

本发明还公开一种开关电源恒流控制电路，其特征在于，该开关电源恒流控制电路包括一线电压补偿电路，该线电压补偿电路包括：一固定时间产生单元，用于在该开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后产生一采样信号；一采样保持单元，用于保持该开关电源恒流控制电路导通所述固定时候后采样电阻的电压值；一加权减法器单元，用于加权相减该开关电源恒流控制电路的基准电压信号和该采样保持单元的电压输出值；以及一比较器单元，用于将该加权加法器单元的输出信号与该采样电阻的电压值相比较，产生一使该功率开关管关断的关断信号。

更进一步地，该开关电源恒流控制电路还包括一整流器、输入电容、变压器、整流二极管、输出电容、LED负载、供电电阻和供电电容。

更进一步地，该线电压补偿电路还包括一控制逻辑单元和一驱动单元，该控制逻辑单元的输入端与该比较器的输出端连接，其输出端与该驱动单元的输入端连接，该驱动单元的输出端与该功率开关管连接。

更进一步地，该固定时间产生单元的输出端连接该采样保持单元，该采样保持单元的输入端连接该采样电阻，其输出端连接该加权加法器单元，该加权加法器的输入端还与该采用电阻连接，该比较器的一个输入端与该加权加法器的输出端连接，另一个输入端与该基准电压信号连接。

更进一步地，该固定时间产生单元的输出端连接该采样保持单元，该采样保持单元的输入端连接该采样电阻，其输出端连接该加权减法器单元，该加权减法器的输入端还与该基准电压信号连接，其输出端连接该比较器的负输入端，该比较器的正输入端连接该采样电阻。

更进一步地，该采样保持单元包括第一开关、第二开关、一第一反向器和保持电容，该第一开关的一端连接该采样电阻，其另一端连接该第二开关及该保持电容，该保持电容的一端接地，其另一端连接该加权加法器或加权减法器，该第一反向其的一端与该第二开关连接，其另一端与该固定时间产生单元连接。

更进一步地，该固定时间产生单元包括一延时单元、一第二反相器和一与门，该与门与该第一开关连接，该第二反相器一端连接该与门另一端连接该延时单元。

本发明同时公开一种用于开关电源恒流控制电路的线电压补偿方法，将该开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后，检测该开关电源恒流控制电路的采样电阻的电压，根据该电压关断该功率开关管以补偿因线电压不同引起的输出电流不一致。

本发明还公开使用如上文所述的开关电源恒流控制电路。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案内置线电压补偿电路，省掉了现有技术中的分压电阻和分压电阻，并且省掉了芯片的脚位，从而达到高效率和低成本的目的，并且提高了***的可靠性。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为现有技术中LED驱动电源电路原理图；

图2为本发明的理论示意波形图；

图3为本发明内置线电压补偿电路的第一实施线路；

图4 为本发明内置线电压补偿电路第一实施线路中关键节点的电压波形示意图；

图5 为本发明内置线电压补偿电路第二实施图；

图6 为本发明内置线电压补偿电路第二实施线路中关键节点的电压波形示意图；

图7 为本发明中采样保持电路和固定时间Ts模块的一个具体实施图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明要解决的技术问题是LED驱动电源中输出电流的线电压补偿方式。

为了解决现有技术中效率低，体积大，成本高的问题，本发明提供了一种内置线电压补偿电路，省掉了现有技术中（如图1中所示）的分压电阻9和分压电阻10，并且省掉了芯片13的脚位LN。从而达到高效率和低成本的目的，并且提高了***的可靠性。

因为输出功率管关断延迟Td的原因，对于相同的芯片内部电流检测基准Vref，峰值电流Ipk与线电压Vin的关系如下式所示：

Figure 2013100156299100002DEST_PATH_IMAGE006

其中Rcs为电流采样电阻的阻值，Lm为电感的感量。由于Td基本不变，Ipk在不同母线电压下的过冲会不一样。从上面公式可以看到线电压高时最终的Ipk会大于线电压低时最终的Ipk。线电压补偿的目的是让电流关断点在高压下的值等于低压下的值，从而实现输出电流在高低压下相等。

如图2所示，图中曲线分别为电流采样电阻两端电压Vcs在高压和低压情况的波形。在t1时刻，主功率管开通，Vcs电压线性上升，到达Vref之后主功率管关断。从电感电流公式

可以看到，Vcs的上升斜率在高压下要大于低压下。本发明的原理是利用开关管开通Ts之后，固定时刻T2的Vcs电压值来调制芯片内部电流关断基准。从图2可以看出在高压情况下T2时刻的Vcs值为V_H，低压情况下的值为V_L，V_H的值要大于V_L的值，芯片根据这两个值调制电流关断基准的值，让芯片在高压情况下的电流关断基准低于低压情况下的电流关断基准，以达到线电压补偿的目的。

第一实施例

如图3所示，本发明的内置线电压补偿电路的驱动电源通常包括：整流桥201，输入电容202，变压器203，整流二极管204，输出电容205，LED负载206，功率开关207，电流采样电阻208，供电电阻211，供电电容212，控制芯片220。所述控制芯片220的内置线电压补偿电路包括：固定时间Ts产生单元221，采样保持单元222，加权加法器单元223，比较器单元224，控制逻辑单元225和驱动单元226。

当所述功率开关管207开通时，所述变压器203的原边绕组214中的电流开始随时间线性上升，此时所述电流采样电阻208上的电压Vcs也随电流上升而线性上升。所述控制芯片220的CS脚位一端接所述采样保持单元的222的输入端，另一端接所述加权加法器223的一个输入端。所述固定时间Ts单元221在所述功率开关207打开Ts时间之后输出采样信号给所述采样保持单元223。所述采样保持单元222的输出接加权加法器223的另一端，所述采样保持单元222把Ts时刻采样的Vcs电压信号输入到所述加权加法器223，经加权加法器223加权系数K之后与Vcs电压相加之后，输出信号接所述比较器单元的224的一端。当所述加权加法器的输出信号超过芯片内部电压基准Vref之后，比较器输出关断信号，通过所述逻辑单元225和驱动单元226关断所述功率开关管207。

图4为本发明第一实施例中电路关键节点的波形图。Gate_ON信号为高电平时，表示图2中所述功率开关管207处于开通状态。此时CS电压线性上升，CS_SH信号随CS的变化而变化。当所述功率开关管207的开通时间为Ts时，CS_SH处于保持状态。CS_IN的值为CS_SH的加权值与CS值的和。当CS_IN的值超过芯片内部基准电压Vref时，Gate_ON信号变为低，所述功率开关管207关断。

第二实施例

如图5所示，本发明的内置线电压补偿电路的驱动电源通常包括：整流桥301，输入电容302，变压器303，整流二极管304，输出电容305，LED负载306，功率开关307，电流采样电阻308，供电电阻311，供电电容312，控制芯片320。所述控制芯片320的内置线电压补偿电路包括：固定时间Ts产生单元321，采样保持单元322，加权减法器单元323，比较器单元324，控制逻辑单元325和驱动单元326。

当所述功率开关管307开通时，所述变压器303的原边绕组314中的电流开始随时间线性上升，此时所述采样电流电阻308上的电压Vcs也随电流上升而线性上升。所述控制芯片320的CS脚位一端接所述采样保持单元的322的输入端，另一端接所述电流比较器324的一个输入端。所述固定时间Ts单元321在所述功率开关307打开Ts时间之后输出采样信号给所述采样保持单元322。所述采样保持单元322的输出CS_SH接加权减法器323的一端，所述采样保持单元322把Ts时刻采样的CS_SH电压信号输入到所述加权减法器323，经加权减法器323加权系数K之后与Vref电压相减之后，输出信号接所述比较器单元的324的一端。当所述CS电压超过所述加权减法器的输出信号之后，比较器输出关断信号，通过所述逻辑单元325和驱动单元326关断所述主开关管307。

图6为本发明第二实施例中电路关键节点的波形图。Gate_ON信号为高电平时，表示图4中所述功率开关管307处于开通状态。此时CS电压线性上升，CS_SH信号随CS的变化而变化。当所述功率开关管307的开通时间为Ts时，CS_SH处于保持状态。Vref_IN的值为Vref值减去CS_SH的加权值。当CS的值超过所述Vref_IN的值时，Gate_ON信号变为低，所述功率开关管307关断。

图7为本发明中采样保持电路和固定时间Ts模块的一个具体实施图。其中所述采样保持电路由开关401，反相器407，开关402和保持电容406组成。所述固定时间Ts模块由,与门403，反相器404和上升沿延时Ts单元组成。所述开关401由所述与门403的输出端控制，当所述与门输出端为高时，所述开关401导通，反之，关断。开关401的一端接CS脚，一端连接所述开关402的一端和所述保持电容406的一端。所述开关402的另一端接地，其控制端受反相器407的输出控制，当反相器407的输出为高时，402导通；当407输出为低时，402关断。所述保持电容406的另一端接地。所述上升沿延迟Ts单元405的输入端接Gate_ON信号，并接与门403的输入和反相器407的输入。405的输出接所述反相器404的输入，404的输出接与门403的另一个输入端。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims

1.一种开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路包括一线电压补偿电路，所述线电压补偿电路包括：

一固定时间产生单元，用于在所述开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后产生一采样信号；

一采样保持单元，用于保持所述开关电源恒流控制电路导通所述固定时间后的采样电阻的电压值；

一加权加法器单元，用于加权相加所述采样电阻的电压值和所述采样保持单元的电压输出值；

以及一比较器单元，用于将所述加权加法器单元的输出信号与所述开关电源恒流控制电路的基准电压信号相比较，产生一使所述功率开关管关断的关断信号。

2.一种开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路包括一线电压补偿电路，所述线电压补偿电路包括：

一加权减法器单元，用于加权相减所述开关电源恒流控制电路的基准电压信号和所述采样保持单元的电压输出值；

以及一比较器单元，用于将所述加权减法器单元的输出信号与所述采样电阻的电压值相比较，产生一使所述功率开关管关断的关断信号。

3.如权利要求1或2所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述开关电源恒流控制电路还包括一整流器、输入电容、变压器、整流二极管、输出电容、LED负载、供电电阻和供电电容。

4.如权利要求1或2所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述线电压补偿电路还包括一控制逻辑单元和一驱动单元，所述控制逻辑单元的输入端与所述比较器的输出端连接，其输出端与所述驱动单元的输入端连接，所述驱动单元的输出端与所述功率开关管连接。

5.如权利要求1所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述固定时间产生单元的输出端连接所述采用保持单元，所述采用保持单元的输入端连接所述采样电阻，其输出端连接所述加权加法器单元，所述加权加法器的输入端还与所述采样电阻连接，所述比较器的一端与所述加权加法器的输出端连接，另一端与所述基准电压信号连接。

6.如权利要求2所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述固定时间产生单元的输出端连接所述采用保持单元，所述采用保持单元的输入端连接所述采样电阻，其输出端连接所述加权减法器单元的一个输入端，所述加权减法器的另一个输入端与所述基准电压信号连接，其输出端连接所述比较器的负输入端，所述比较器的正输入端连接所述采样电阻。

7.如权利要求1或2所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述采样保持单元包括第一开关、第二开关、第一反向器和保持电容，所述第一开关的一端连接所述采样电阻，其另一端连接所述第二开关及所述保持电容，所述保持电容的一端接地，其另一端连接所述加权加法器或加权减法器，所述第一反向器的一端与所述第二开关连接，其另一端与所述固定时间产生单元连接。

8.如权利要求7所述的开关电源恒流控制电路，其特征在于，所述固定时间产生单元包括一延时单元、第二反相器和一与门，所述与门与所述第一开关连接，所述第二反相器一端连接所述与门，另一端连接所述延时单元。

9.一种用于开关电源恒流控制电路的线电压补偿方法，其特征在于，将所述开关电源恒流控制电路的功率开关管导通一固定时间后，检测所述开关电源恒流控制电路的采样电阻的电压，根据所述电压关断所述功率开关管以补偿因线电压不同引起的输出电流不一致。

10.一种用于开关电源恒流控制电路的线电压补偿方法，其特征在于，使用如权利要求1至8任一项所述的开关电源恒流控制电路。