[發明專利]平均電流模式控制的恒流源系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410264016.3
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104113966A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 職春星;曾強;楊展悌;葉俊
• 申請（專利權）人: 佛山市南海賽威科技技術有限公司
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

1.一種平均電流模式控制的恒流源系統，其特征在于，所述恒流源系統包括與外接負載串接的電感(L1)和采樣電阻(RCS)，與負載、電感(L1)和采樣電阻(RCS)并聯的續流二極管(D1)，以及用來控制電感充電和放電狀態的功率開關；

所述恒流源系統還包括誤差放大器，環路補償單元，第一電壓電流轉換器，振蕩器，PWM調制單元，鎖存觸發單元，驅動單元，以及與誤差放大器正向輸入端和基準源(VREF)相連的第一電阻(R1)、與誤差放大器反向輸入端和采樣電阻一端相連的第二電阻(R2)；

所述PWM調制單元包括第二電壓電流轉換器，開關(K1)，電容(C1)，第二基準源(VREF1)，以及PWM比較器；

所述第一電壓電流轉換器的輸出端分別與誤差放大器的正向輸入端和反向輸入端相連；誤差放大器的正向輸入端通過第一電阻(R1)連接到基準源(VREF)，誤差放大器的反向輸入端通過第二電阻(R2)與采樣電阻的一端相連；

所述誤差放大器的輸出端與環路補償單元輸入端相連，環路補償單元輸出端與第一電壓電流轉換器輸入端相連，同時還與PWM調制單元中第二電壓電流轉換器的輸入端相連，PWM調制單元輸出端與鎖存觸發單元的一個輸入端相連，鎖存觸發單元的另一個輸入端與振蕩器相連，鎖存觸發單元的輸出端與驅動單元的輸入端相連，驅動單元輸出端與功率開關的控制端相連。

2.根據權利要求1所述的平均電流模式控制的恒流源系統，其特征在于：

所述第一電壓電流轉換器用以將環路補償單元輸出的電壓信號按照設定函數關系轉換為電流信號；

所述PWM調制單元用以產生PWM調制信號，和振蕩器、鎖存觸發單元一起控制功率開關開通和關斷的占空比。

3.根據權利要求1所述的平均電流模式控制的恒流源系統，其特征在于：

所述環路補償單元為電容，或為串接的電容和電阻，或為電容和電阻組成的網絡，或為集成運算放大器和電阻電容組成的網絡；

所述鎖存觸發單元為鎖存觸發單元或D觸發器或JK觸發器；所述功率開關為場效應管或雙極晶體管。

4.根據權利要求1所述的平均電流模式控制的恒流源系統，其特征在于：

所述PWM調制單元的PWM比較器正向輸入端與其負向輸入端之間并聯有開關(K1)及電容(C1)，開關(K1)及電容(C1)并聯后與第二基準源(VREF1)串聯；

功率開關(M1)導通時間T_on內，電感(L1)中的電流開始上升，功率開關(M1)關閉時間T_off內，電感(L1)中的電流通過負載和二極管(D1)、采樣電阻(RCS)續流，電感電流(IL)下降；采樣電阻(RCS)和電感(L1)串聯，采樣電阻(RCS)上的電流等于電感(L1)上的電流；

第二電壓電流轉換器將環路補償單元輸出電壓信號按照設定函數關系轉換成電容(C1)的充電電流(IRAMP)，開功率開關(M1)關閉時，開關(K1)斷開，充電電流(IRAMP)開始對電容(C1)充電，在充電電流(IRAMP)的作用下，電容(C1)上面產生一個斜坡電壓信號(VRAMP)，當電容(C1)上的斜坡電壓信號(VRAMP)高于第二基準源(VREF1)的電壓時，PWM調制單元輸出高電平，鎖存觸發單元輸出高電平，功率開關(M1)控制端信號VDRV變為高電平，功率開關(M1)導通，輸入電壓(VIN)開始對電感(L1)充電，電感電流(IL)開始上升，同時開關(K1)導通，電容(C1)通過開關(K1)放電到接地端；

振蕩器輸出脈沖信號(CLK)，當振蕩器脈沖信號發生時，鎖存觸發單元輸出低電平，功率開關(M1)控制端信號(VDRV)變為低電平，功率開關(M1)關閉；電感(L1)上的電流下降；同時開關(K1)斷開，充電電流(IRAMP)又開始對電容(C1)充電，當斜坡電壓信號(VRAMP)高于第二基準源(VREF1)的電壓時，PWM調制單元輸出高電平，功率開關(M1)開啟，直到振蕩器輸出下一個脈沖信號，功率開關(M1)再次關閉，如此循環，振蕩器發出的脈沖頻率決定系統的工作頻率；同時充電電流(IRAMP)決定了功率開關(M1)導通和關斷的占空比，即決定了電感(L1)中流過的電流的上升時間和下降時間；

采樣電阻(RCS)和電感(L1)串接，采樣電阻(RCS)流過電感(L1)中的電流，并將電流轉換成電壓信號(VCS)；電壓信號(VCS)通過第二電阻(R2)輸入到誤差放大器的反向輸入端，基準源(VREF)通過第一電阻(R1)輸入到誤差放大器的正向輸入端，誤差放大器的輸出信號經過環路補償單元產生誤差信號(VEA)，誤差信號(VEA)通過第一電壓電流轉換器產生二個電流信號，分別是第一電流信號(IF1)和第二電流信號(IF2)；第一電流信號(IF1)流入到誤差放大器的正向輸入端與第一電阻(R1)一端相連接的抽頭，第二電流信號(IF2)流入到誤差放大器的反向輸入端與第二電阻(R2)一端相連接的抽頭；

第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、誤差放大器、環路補償單元和第一電壓電流轉換器形成第一負反饋環路(F1)；第二電阻(R2)、誤差放大器、環路補償單元和PWM調制單元、鎖存觸發單元、驅動單元、功率開關(M1)、采樣電阻形成第二負反饋環路(F2)，兩個負反饋環路共同產生作用，使得誤差放大器的正向輸入端電壓(VP)的平均值無限接近于誤差放大器反向輸入端電壓(VN)，通過反向輸入端電壓(VP)信號平均值表征采樣電阻RCS上面電壓VCS的平均，用以實現平均電流模式控制。