CN103280970B - 一种准平均电流控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种准平均电流控制电路，应用于电流模式控制的含电感的开关电路。依据本发明实施例的一种准平均电流控制电路包括：产生第一导通时间信号的逻辑电路、对所述第一导通时间信号进行处理得到第一电压信号的运算电路、比较所述第一电压信号和表征所述功率开关的当前关断时间的第二电压信号的电压比较电路，及得到一延时信号的延时电路。采用上述电路，将功率开关的导通时间Ton分为Ton_1和Ton_2，其中Ton_2为常量，其大小等于电路稳态时功率开关导通时间的一半，通过调节Ton_1等于Ton_2，使得功率开关的占空比D＞0.5时，峰值电流控制稳定且能精准调节负载电流。

Description

一种准平均电流控制电路
技术领域
本发明涉及电子领域，特别涉及一种准平均电流控制电路。
背景技术
图1为现有技术中峰值电流控制的Buck电路原理图。如图1所示，本文以发光二极管（Lighting Emitting Diode，简称LED）作为负载输出，其峰值电流控制电路是由电压环组成，采样流过功率开关Qb的电流来与基准信号进行比较，以获得PWM调制信号控制功率开关Qb的开通与关断。但当占空比D＞0.5时，峰值电流控制不稳定，而且负载LED的电流无法精准调节。
在直流-直流变换器中，一般控制功率开关占空比的PWM调制信号是由基准信号与锯齿波载波信号比较获取的。而在峰值电流控制中，用通过功率开关的电流波形替代PWM调制电路中的锯齿波载波信号，然后与基准信号进行比较，以获得PWM调制信号。峰值电流控制对电路噪声比较敏感，尤其是当占空比D＞0.5时，峰值电流控制本质上是不稳定的，而且负载电流也无法精确调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准平均电流控制电路，以解决现有技术中的占空比D＞0.5时，峰值电流控制不稳定和负载电流无法精确调节的问题。
为实现上述目的，依据本发明实施例提供的一种准平均电流控制电路，用于控制一功率级电路，包括：
电流比较电路，用以比较表征电感电流值的电流采样信号和电流基准信号，以得到第一比较信号；
逻辑电路，用以对所述第一比较信号和所述功率级电路中的功率开关的导通时间信号做逻辑运算，以得到第一导通时间信号；
脉冲发生电路，用以根据所述功率开关的导通时间信号，产生一与所述功率开关的导通时间信号同步并且具有固定脉冲宽度的时间基准信号；
运算电路，用以接收所述第一导通时间信号和所述时间基准信号，并据以产生一表征电路稳态时所述功率开关的固定关断时间的第一电压信号；
电压比较电路，用以比较所述第一电压信号和表征所述功率开关的当前关断时间的第二电压信号，以得到第二比较信号；
延时电路，用以对所述第一比较信号延时，以得到一延时信号；
触发电路，用以接收所述第二比较信号和所述延时信号，以得到所述功率开关的导通时间信号。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述电流比较电路包括第一比较器；所述电压比较电路包括第二比较器。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述逻辑电路包括第一与运算器。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述脉冲发生电路包括一脉冲发生器，所述时间基准信号为电路稳态时功率开关的导通时间信号的一半。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述运算电路包括一非运算器、第二与运算器、一或非运算器、第一电流源、第一可控开关、第二电流源、第二可控开关及第一电容；其中，
所述第一导通时间信号提供给所述非运算器的输入端；
所述时间基准信号分别提供给所述第二与运算器的第一输入端及所述或非运算器的第一输入端；
所述非运算器的输出信号分别提供给所述第二与运算器的第二输入端及所述或非运算器的第二输入端；
所述第二与运算器的输出信号控制所述第一可控开关的开通与关断；
所述或非运算器的输出信号控制所述第二可控开关的开通与关断；
当仅有所述第一可控开关开通时，所述第一电流源给所述第一电容充电；
当仅有所述第二可控开关开通时，所述第二电流源给所述第一电容充电；
所述第一电容的电压值作为第一电压信号。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述第二电压信号通过一电压信号产生电路得到，所述电压信号产生电路包括第三电流源、第三可控开关及第二电容；其中，
所述功率开关的导通时间信号控制所述第三可控开关的开通与关断；
当所述第三可控开关关断时，所述第三电流源给所述第二电容充电；
所述第二电容的电压值作为第二电压信号。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述延时电路对所述第一比较信号进行延时以得到所述延时信号，延时的时间长度为第二导通时间信号，所述第二导通时间信号为电路稳态时功率开关的导通时间信号的一半。
可选的，在所述的准平均电流控制电路中，所述触发电路包括一RS触发器，所述RS触发器的复位端接收所述延时信号，置位端接收所述第二比较信号，输出端的输出信号为所述功率开关的导通时间信号。
在本发明提供的准平均电流控制电路中，当功率开关的占空比D＞0.5时，将功率开关的导通时间Ton分为Ton_1和Ton_2，其中Ton_2为常量，其大小等于电路稳态时功率开关导通时间的一半，通过调节Ton_1等于Ton_2，使得峰值电流控制稳定且负载电流能精准调节。
附图说明
图1是现有技术中峰值电流控制的Buck电路原理图；
图2A是本发明实施例提供的一种准平均电流控制电路的具体电路图；
图2B是图2A中所示运算电路221的具体电路图；
图3A是图2A所示电路刚开始运行时各信号随时间变化的波形示意图；
图3B是图2A所示电路进入稳态后各信号随时间变化的波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这个实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
本发明是在峰值电流控制的前提下，再进行准平均电流控制。本发明的核心思想在于，当功率开关的占空比D＞0.5时，将功率开关的导通时间Ton分为Ton_1和Ton_2，其中Ton_2为常量，其大小等于电路稳态时功率开关导通时间的一半，通过调节Ton_1等于Ton_2，使得峰值电流控制稳定且负载电流能精准调节。
图2A为本发明实施例提供的一种准平均电流控制电路的具体电路图。如图2A所示，本实施例提供了一种准平均电流控制电路22，用于控制一功率级电路21，准平均电流控制电路22包括：
电流比较电路，用以比较表征电感电流值的电流采样信号和电流基准信号，以得到第一比较信号；
逻辑电路，用以对所述第一比较信号和功率级电路21中的功率开关的导通时间信号做逻辑运算，以得到第一导通时间信号；
脉冲发生电路，用以根据所述功率开关的导通时间信号，产生一与所述功率开关的导通时间信号同步并且具有固定脉冲宽度的时间基准信号；
运算电路，用以接收所述第一导通时间信号和所述时间基准信号，并据以产生一表征电路稳态时所述功率开关的固定关断时间的第一电压信号；
电压比较电路，用以比较所述第一电压信号和表征所述功率开关的当前关断时间的第二电压信号，以得到第二比较信号；
延时电路，用以对所述第一比较信号进行延时，以得到一延时信号；
触发电路，用以接收所述第二比较信号和所述延时信号，以得到所述功率开关的导通时间信号。
在本实施例中，功率级电路21包括有一功率开关Qb。一采样电阻Rs与功率开关Qb串联，用以采样流过Qb的电流，准平均电流控制电路22产生的控制信号，用以控制Qb的开通与关断。
在本实施例中，所述电流比较电路包括第一比较器，其中，所述第一比较器的同相输入端接收电流基准信号Iref，反相输入端接收电流采样信号Isense，输出端的输出信号为第一比较信号TCOMP1。当电流采样信号Isense小于电流基准信号Iref时，所述第一比较信号TCOMP1为高电平，反之则为低电平。
在本实施例中，所述逻辑电路包括第一与运算器，其中，所述第一与运算器的输入信号为第一比较信号TCOMP1及功率级电路21中的功率开关Qb的导通时间信号Ton，输出信号为第一导通时间信号Ton_1。
所述脉冲发生电路包括一脉冲发生器，所述脉冲发生器的输入信号为功率开关Qb的导通时间信号Ton，输出信号为一与所述功率开关Qb的导通时间信号Ton同步并且具有固定脉冲宽度的时间基准信号Ton_ref，所述时间基准信号Ton_ref为电路稳态时功率开关Qb的导通时间信号Ton的一半。
请参考图2B，其为图2A中所示运算电路221的具体电路图。如图2B所示，在本实施例中，运算电路221包括：一非运算器、第二与运算器、一或非运算器、第一电流源、第一可控开关、第二电流源、第二可控开关及第一电容；其中，
所述第一导通时间信号Ton_1提供给所述非运算器的输入端；
所述时间基准信号Ton_ref分别提供给所述第二与运算器的第一输入端及所述或非运算器的第一输入端；
所述非运算器的输出信号分别提供给所述第二与运算器的第二输入端及所述或非运算器的第二输入端；
所述第二与运算器的输出信号控制所述第一可控开关SW1的开通与关断；
所述或非运算器的输出信号控制所述第二可控开关SW2的开通与关断；
当仅有所述第一可控开关SW1开通时，所述第一电流源I1给所述第一电容C1充电；
当仅有所述第二可控开关SW2开通时，所述第二电流源I2给所述第一电容C1充电；
所述第一电容C1的电压值VC1作为第一电压信号。
在本实施例中，所述第二电压信号通过一电压信号产生电路得到，所述电压信号产生电路包括第三电流源I3、第三可控开关SW3及第二电容C2；其中，
所述功率开关Qb的导通时间信号Ton控制所述第三可控开关SW3的开通与关断；
当所述第三可控开关SW3关断时，所述第三电流源I3给所述第二电容C2充电；
所述第二电容C2的电压值VC2作为第二电压信号。
在本实施例中，所述延时电路对所述第一比较信号TCOMP1进行延时以得到延时信号，延时的时间长度为第二导通时间信号Ton_2，所述第二导通时间信号Ton_2为电路稳态时功率开关Qb的导通时间信号Ton的一半。
在本实施例中，所述电压比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的同相输入端接收第一电压信号，反相输入端接收第二电压信号，输出端的输出信号为第二比较信号TCOMP2。
在本实施例中，所述触发电路包括一RS触发器，所述RS触发器的复位端接收所述延时信号，即对第一比较信号TCOMP1延时了时间长度为第二导通时间信号Ton_2后的信号，置位端接收第二比较信号TCOMP2，输出端的输出信号为所述功率开关的导通时间信号Ton。
接下去，请参考图3A及图3B，其中，图3A是图2A所示电路刚开始运行时各信号随时间变化的波形示意图；图3B是图2A所示电路进入稳态后各信号随时间变化的波形示意图。
如图3A及图3B所示，在电路刚开始运行时，功率开关的导通时间Ton时刻变化，第一导通时间信号Ton_1与第二导通时间信号Ton_2不相等，由于根据电感电流的大小设定了固定的时间基准信号Ton_ref与第二导通时间信号Ton_2，随着准平均电流控制电路的运行，调节第一导通时间信号Ton_1，使其与第二导通时间信号Ton_2相等，此时电路进入稳态。当设置的电流基准Iref足够精确时，负载电流就能精确调节。由此，使得峰值电流控制稳定且负载电流能精准调节。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种准平均电流控制电路，用于控制一功率级电路，其特征在于，包括：
电流比较电路，用以比较表征电感电流值的电流采样信号和电流基准信号，以得到第一比较信号；
逻辑电路，用以对所述第一比较信号和所述功率级电路中的功率开关的导通时间信号做逻辑运算，以得到第一导通时间信号；
脉冲发生电路，用以根据所述功率开关的导通时间信号，产生一与所述功率开关的导通时间信号同步并且具有固定脉冲宽度的时间基准信号；
运算电路，用以接收所述第一导通时间信号和所述时间基准信号，并据以产生一表征电路稳态时所述功率开关的固定关断时间的第一电压信号；
电压比较电路，用以比较所述第一电压信号和表征所述功率开关的当前关断时间的第二电压信号，以得到第二比较信号；
延时电路，用以对所述第一比较信号延时，以得到一延时信号；
触发电路，用以接收所述第二比较信号和所述延时信号，以得到所述功率开关的导通时间信号。
2.如权利要求1所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述电流比较电路包括第一比较器；所述电压比较电路包括第二比较器。
3.如权利要求1所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述逻辑电路包括第一与运算器。
4.如权利要求1所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述脉冲发生电路包括一脉冲发生器，所述时间基准信号为电路稳态时功率开关的导通时间信号的一半。
5.如权利要求1到4中任一项所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述运算电路包括一非运算器、第二与运算器、一或非运算器、第一电流源、第一可控开关、第二电流源、第二可控开关及第一电容；其中，
所述第一导通时间信号提供给所述非运算器的输入端；
所述时间基准信号分别提供给所述第二与运算器的第一输入端及所述或非运算器的第一输入端；
所述非运算器的输出信号分别提供给所述第二与运算器的第二输入端及所述或非运算器的第二输入端；
所述第二与运算器的输出信号控制所述第一可控开关的开通与关断；
所述或非运算器的输出信号控制所述第二可控开关的开通与关断；
当仅有所述第一可控开关开通时，所述第一电流源给所述第一电容充电；
当仅有所述第二可控开关开通时，所述第二电流源给所述第一电容充电；
所述第一电容的电压值作为第一电压信号。
6.如权利要求5所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述第二电压信号通过一电压信号产生电路得到，所述电压信号产生电路包括第三电流源、第三可控开关及第二电容；其中，
所述功率开关的导通时间信号控制所述第三可控开关的开通与关断；
当所述第三可控开关关断时，所述第三电流源给所述第二电容充电；
所述第二电容的电压值作为第二电压信号。
7.如权利要求6所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述延时电路对所述第一比较信号进行延时以得到所述延时信号，所述延时信号为第二导通时间信号，所述第二导通时间信号为电路稳态时功率开关的导通时间信号的一半。
8.如权利要求7所述的准平均电流控制电路，其特征在于，所述触发电路包括一RS触发器，所述RS触发器的复位端接收所述延时信号，置位端接收所述第二比较信号，输出端的输出信号为所述功率开关的导通时间信号。
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