CN104660046B - 电源转换器的定电流控制电路及其定电流控制方法 - Google Patents

电源转换器的定电流控制电路及其定电流控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电源转换器的定电流控制电路及其定电流控制方法。定电流控制电路包括取样保持单元，耦接电源转换器的电流侦测电阻，用于储存电流侦测电阻的电流侦测电压；第一电容，用于储存比较电压；放电单元，耦接在取样保持单元及第一电容之间，用于根据参考电压及取样保持单元储存的电流侦测电压控制第一电容的放电电流大小；充电单元，耦接第一电容，用于根据参考电压及接地电压控制第一电容的充电电流大小；以及比较器，用于比较比较电压及参考电压以产生比较结果，并根据比较结果输出控制信号，以控制电源转换器的工作周期。上述方案，可改善电源转换器的线调整率，以提供较稳定的电源。

Description

电源转换器的定电流控制电路及其定电流控制方法
技术领域
本申请涉及一种电源转换器的定电流控制电路，特别是一种可改善线调整率的的电源转换器的定电流控制电路及其相关的定电流控制方法。
背景技术
请参阅图1，图1是现有技术中的电源转换器的电路示意图。如图1所示，现有技术中的电源转换器100包括功率开关110和电流侦测电阻Rs，功率开关100耦接电源转换器100的主要绕组P1，电流侦测电阻Rs耦接功率开关110。为了控制电源转换器100运作在定电流模式下，现有技术的电源转换器100的控制电路120会根据电流侦测电阻Rs的电流侦测电压Vcs控制功率开关110的开启及关闭状态，以使流经功率开关110的电流Is的最大值为固定值，进而维持电源转换器100的平均输出电流Io在预定范围内。
请同时参阅图2及图3，并一并参阅图1。图2是现有技术中电源转换器的输入电压为低电压时的相关电流波形示意图。图3现有技术中电源转换器的输入电压为高电压时的相关电流波形示意图。如图2所示，当电源转换器的输入电压Vin为低电压时，流经功率开关110的电流Is上升至预定电流值Ip的速度较慢，因此功率开关110的开启时间长度Ton较长；而如第3图所示，当电源转换器100的输入电压Vin为高电压时，流经功率开关110的电流Is上升至预定电流值Ip的速度较快，因此功率开关110的开启时间Ton长度较短。另外，当功率开关110关闭时，电源转换器100在输出端N1的输出电流Id的下降速度不变，因此功率开关110的关闭时间Toff长度是固定值。
然而，依据上述配置，电源转换器100在负载端N2输出的平均输出电流Io将会不同，举例来说，如图2所示，当电源转换器100的输入电压Vin为低电压时，电源转换器100在预定时段T内在输出端N1输出三次输出电流Id；而如第3图所示，当电源转换器100的输入电压Vin为高电压时，电源转换器100在预定时段T内在输出端N1输出四次输出电流Id。换句话说，当电源转换器100的输入电压Vin越高时，电源转换器100在负载端P1的平均输出电流Io会越高。因此，如图4所示，现有技术的电源转换器100在输入电压Vin变化时，现有技术的电源转换器100的平均输出电流Io变动幅度较大，也就是说，现有技术的电源转换器100在定电流模式下具有较差的线调整率(line regulation)。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种电源转换器的定电流控制电路及其定电流控制方法，能够改善线调整率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种电源转换器的定电流控制电路，所述电源转换器包括功率开关和电流侦测电阻，所述功率开关连接所述电源转换器的主要绕组，所述电流侦测电阻耦接所述功率开关，其中，所述定电流控制电路包括：取样保持单元，耦接所述电源转换器的所述电流侦测电阻，以储存所述电流侦测电阻的电流侦测电压；第一电容，用于储存比较电压；放电单元，耦接在所述取样保持单元及所述第一电容之间，用于在所述功率开关关闭时根据参考电压及所述取样保持单元储存的所述电流侦测电压控制所述第一电容的放电电流大小；充电单元，耦接所述第一电容，用于在所述功率开关开启时根据所述参考电压及接地电压控制所述第一电容的充电电流大小；以及比较器，用于比较所述比较电压及所述参考电压以产生比较结果，并根据所述比较结果输出控制信号，以控制所述电源转换器的工作周期。
其中，所述取样保持单元包括：开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述电流侦测电阻，所述开关用于在所述功率开关开启时导通所述第一端及所述第二端；以及第二电容，耦接所述开关的所述第二端，以储存所述电流侦测电压。
其中，所述放电单元包括：开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述第一电容，所述开关用于在所述功率开关关闭时导通所述第一端及所述第二端；以及电压控制电流源，耦接所述开关的所述第二端、所述取样保持单元及参考电压源，用于根据所述参考电压源提供的所述参考电压及所述取样保持单元储存的所述电流侦测电压控制所述第一电容的放电电流大小。
其中，所述充电单元包括：开关，具有耦接所述第一电容的第一端，以及第二端，所述开关用于在所述功率开关开启时导通所述第一端及所述第二端；以及电压控制电流源，耦接所述开关的第二端、参考电压源及接地端，用于根据所述参考电压源提供的所述参考电压及所述接地端提供的所述接地电压控制所述第一电容的充电电流大小。
其中，所述功率开关的关闭时间长度是固定值。
其中，所述取样保持单元在所述功率开关开启时储存所述电流侦测电阻的所述电流侦测电压。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电源转换器的定电流控制方法，所述电源转换器包括功率开关和电流侦测电阻，所述功率开关连接所述电源转换器的主要绕组，所述电流侦测电阻耦接所述功率开关，其中，所述方法包括：储存所述电流侦测电阻的电流侦测电压；在所述功率开关关闭时根据参考电压及所述电流侦测电压控制第一电容的放电电流大小；在所述功率开关开启时根据所述参考电压及接地电压控制所述第一电容的充电电流大小；比较所述参考电压及所述第一电容的储存的比较电压以产生比较结果；以及根据所述比较结果输出控制信号，以控制所述电源转换器的工作周期。
其中，控制所述电源转换器的工作周期是通过控制所述功率开关的开启时间长度而实现。
上述方案可以根据电源转换器的输入电压的变化对电源转换器的平均输出电流进行补偿，以使电源转换器的平均输出电流的变动幅度较小，进而改善电源转换器的线调整率，以提供较稳定的电源。
附图说明
图1是现有技术中电源转换器的电路示意图；
图2是现有技术中电源转换器的输入电压为低电压时的相关电流波形示意图；
图3是现有技术中电源转换器的输入电压为高电压时的相关电流波形示意图；
图4是现有技术中电源转换器在定电流模式下的输入电压与平均输出电流的关系曲线图；
图5是本申请电源转换器一实施方式电路示意图；
图6是图5中电源转换器的定电流控制电路的示意图；
图7是本申请电源转换器在定电流模式下的输入电压与平均输出电流的关系曲线图；
图8是本申请电源转换器的定电流控制方法一实施方式的流程图。
具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式进行描述。
请同时参阅图5及图6，图5是电源转换器一实施方式的电路示意图，图6是图5中电源转换器的定电流控制电路的示意图。如图所示，本申请的电源转换器200包括功率开关210和电流侦测电阻Rs，功率开关210耦接电源转换器200的主要绕组P1，电流侦测电阻Rs耦接功率开关210。功率开关210用于控制流经功率开关210的电流值Is，而电流侦测电阻Rs根据流经功率开关210的电流值Is产生相对应的电流侦测电压Vcs。本申请的电源转换器200的定电流控制电路220包括取样保持单元222，第一电容C1，放电单元224，充电单元226，以及比较器228。取样保持单元222耦接电源转换器200的电流侦测电阻Rs，以储存电流侦测电阻Rs的电流侦测电压Vcs。第一电容C1用于储存比较电压Vcomp。放电单元224耦接在取样保持单元222及第一电容C1之间，用于在功率开关210关闭时(亦即反相在功率开关210的栅极信号G的反相栅极信号nG为逻辑高电平时)根据参考电压Vref及取样保持单元222储存的电流侦测电压Vcs控制第一电容C1的放电电流Idis大小。充电单元226耦接第一电容C1，用于在功率开关210开启时(亦即功率开关210的栅极信号G为逻辑高电平时)根据参考电压Vref及接地电压Vgnd控制第一电容C1的充电电流Ichg大小。比较器228用于比较比较电压Vcomp及参考电压Vref以产生比较结果，并根据比较结果输出控制信号Sc至电源转换器200的脉宽调变控制器230，以控制电源转换器200的工作周期。
取样保持单元222包括开关SW1，及第二电容C2。开关SW1的第一端耦接电流侦测电阻Rs以接收电流侦测电阻Rs的电流侦测电压Vcs，开关Sw1的第二端耦接第二电容C2。开关SW1用于在功率开关210开启时(亦即功率开关210的栅极信号G为逻辑高电平时)导通开关SW1的第一端及第二端，以使第二电容C2储存电流侦测电压Vcs的峰值。由于电流侦测电压Vcs对应流经功率开关210的电流值Is，而流经功率开关210的电流Is和电源转换器200的输出电流Id之间具有固定比例关系1:m，因此第二电容C2储存的电流侦测电压Vcs的峰值对应输出电流Id的最大值。
放电单元224包括开关SW2，以及电压控制电流源225。开关SW2的第一端耦接第一电容C1，开关SW2的第二端耦接电压控制电流源225，开关SW2用于在功率开关210关闭时导通开关SW2的第一端及第二端。电压控制电流源225另外还耦接取样保持单元222及参考电压源Ref。参考电压源Ref提供的参考电压Vref对应一参考电流。当开关SW2的第一端及第二端导通时，电压控制电流源225会根据参考电压源Ref提供的参考电压Vref及取样保持单元222储存的电流侦测电压Vcs之间的电压差控制第一电容C1的放电电流Idis大小。放电电流Idis大小是与参考电压Vref及电流侦测电压Vcs之间的电压差具有预定比例关系。
充电单元226包括开关SW3，以及电压控制电流源227。开关SW3的第一端耦接第一电容C1，开关SW3的第二端耦接电压控制电流源227，开关SW3用于在功率开关210开启时导通开关SW3的第一端及第二端。电压控制电流源227另外还耦接参考电压源Ref及接地端GND。当开关SW3的第一端及第二端导通时，电压控制电流源227会根据参考电压源Ref提供的参考电压Vref及接地端GND提供的接地电压Vgnd之间的电压差控制第一电容C1的充电电流Ichg大小。充电电流Ichg大小是与参考电压Vref及接地电压Vgnd之间的电压差具有预定比例关系。
依据上述配置，由于第一电容C1在功率开关210开启时进行充电，且在功率开关210关闭时进行放电，因此第一电容C1储存的比较电压Vcomp对应电源转换器200的负载端N2的平均输出电流Io，且第一电容C1储存的比较电压Vcomp会随着功率开关210的开启时间长度及关闭时间长度的比例变化而改变，也就是说，当电源转换器200的输入电压Vin改变时，第一电容C1储存的比较电压Vcomp会实际反映出电源转换器200的平均输出电流Io的变化。
因此，比较器228可根据第一电容C1储存的比较电压Vcomp的变化输出相对应的控制信号Sc至电源转换器200的脉宽调变控制器230，以控制电源转换器200的工作周期，并进一步补偿因输入电压Vin改变所产生的平均输出电流Io的变化。
举例来说，请参考图7，图7是本申请电源转换器在定电流模式下的输入电压与平均输出电流的关系曲线图。如图7所示，由于电源转换器200的平均输出电流Io会因输入电压Vin的改变而受到定电流控制电路220的补偿，因此当本申请电源转换器200的输入电压Vin变化时，本申请电源转换器200的平均输出电流Io的变动幅度较小，也就是说，本申请定电流控制电路220可以使电源转换器200在定电流模式下具有较佳的线调整率(lineregulation)。
请参阅图8，本申请电源转换器的定电流控制方法一实施方式的流程图。本申请电源转换器的定电流控制方法的流程如下列步骤所示：
步骤810：储存电流侦测电阻Rs的电流侦测电压Vcs；
步骤820：在功率开关210关闭时根据参考电压Vref及电流侦测电压Vcs控制第一电容C1的放电电流Idis大小；
步骤830：在功率开关210开启时根据参考电压Vref及接地电压Vgnd控制第一电容C1的充电电流Ichg大小；
步骤840：比较参考电压Vref及第一电容C1储存的比较电压Vcomp以产生比较结果；及
步骤850：根据比较结果输出控制信号Sc至电源转换器200，以控制电源转换器200的工作周期。
上述方案，可以根据电源转换器的输入电压的变化对电源转换器的平均输出电流进行补偿，以使电源转换器的平均输出电流的变动幅度较小，进而改善电源转换器的线调整率，以提供较稳定的电源。
以上描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施方式中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

Claims (8)

1.一种电源转换器的定电流控制电路，所述电源转换器包括功率开关和电流侦测电阻，所述功率开关连接所述电源转换器的主要绕组，所述电流侦测电阻耦接所述功率开关，其特征在于，所述定电流控制电路包括：
取样保持单元，耦接所述电源转换器的所述电流侦测电阻，以储存所述电流侦测电阻的电流侦测电压；
第一电容，用于储存比较电压；
放电单元，耦接在所述取样保持单元及所述第一电容之间，用于在所述功率开关关闭时根据参考电压及所述取样保持单元储存的所述电流侦测电压控制所述第一电容的放电电流大小；
充电单元，耦接所述第一电容，用于在所述功率开关开启时根据所述参考电压及接地电压控制所述第一电容的充电电流大小；以及
比较器，用于比较所述比较电压及所述参考电压以产生比较结果，并根据所述比较结果输出控制信号，以控制所述电源转换器的工作周期。
2.根据权利要求1所述的定电流控制电路，其特征在于，所述取样保持单元包括：
开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述电流侦测电阻，所述开关用于在所述功率开关开启时导通所述第一端及所述第二端；以及
第二电容，耦接所述开关的所述第二端，以储存所述电流侦测电压。
3.根据权利要求1所述的定电流控制电路，其特征在于，所述放电单元包括：
开关，具有第一端和第二端，所述第一端耦接所述第一电容，所述开关用于在所述功率开关关闭时导通所述第一端及所述第二端；以及
电压控制电流源，耦接所述开关的所述第二端、所述取样保持单元及参考电压源，用于根据所述参考电压源提供的所述参考电压及所述取样保持单元储存的所述电流侦测电压控制所述第一电容的放电电流大小。
4.根据权利要求1所述的定电流控制电路，其特征在于，所述充电单元包括：
开关，具有耦接所述第一电容的第一端，以及第二端，所述开关用于在所述功率开关开启时导通所述第一端及所述第二端；以及
电压控制电流源，耦接所述开关的第二端、参考电压源及接地端，用于根据所述参考电压源提供的所述参考电压及所述接地端提供的所述接地电压控制所述第一电容的充电电流大小。
5.根据权利要求1所述的定电流控制电路，其特征在于，所述功率开关的关闭时间长度是固定值。
6.根据权利要求1所述的定电流控制电路，其特征在在，所述取样保持单元在所述功率开关开启时储存所述电流侦测电阻的所述电流侦测电压。
7.一种电源转换器的定电流控制方法，所述电源转换器包括功率开关和电流侦测电阻，所述功率开关连接所述电源转换器的主要绕组，所述电流侦测电阻耦接所述功率开关，其特征在于，所述方法包括：
储存所述电流侦测电阻的电流侦测电压；
在所述功率开关关闭时根据参考电压及所述电流侦测电压控制第一电容的放电电流大小；
在所述功率开关开启时根据所述参考电压及接地电压控制所述第一电容的充电电流大小；
比较所述参考电压及所述第一电容的储存的比较电压以产生比较结果；以及
根据所述比较结果输出控制信号，以控制所述电源转换器的工作周期。
8.根据权利要求7所述的定电流控制方法，其特征在于，控制所述电源转换器的工作周期是通过控制所述功率开关的开启时间长度而实现。
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