一種恆流系統的電壓補償電路的製作方法

2023-04-22 23:09:36 1

專利名稱：一種恆流系統的電壓補償電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及模擬集成電路，尤其涉及恆流電路。
背景技術：
恆流亦為穩流，恆流系統是使輸出電流或輸出平均電流穩定的電路系統。恆流系統的作用是使輸出電流穩定，無論輸入電壓、輸出負載如何變化，輸出電流始終恆定不變。 傳統的恆流系統是在負載上串聯取樣電阻，並將電流信號轉化為電壓信號後反饋給控制電路。然而在某些特殊電路中，如LED照明等，受到產品成本、效率或者內部空間等方面的限制，無法採用這一傳統恆流系統產生恆定電流。目前常用的一種解決方法是通過控制晶片來控制BUCK電路(降壓式變換電路)中的開關管開啟和關閉時間來控制輸出電流使其穩定，圖1是現有技術中的一種基於BUCK拓撲結構的恆流電路圖。圖1中，恆流電路包括控制晶片和BUCK結構電路，該BUCK電路包括二極體Dl、開關管Ml (M0S管)、電感Ll和負載。其中，控制晶片控制開關管Ml開啟和關閉，當開關管Ml 開啟時，直流電壓Vdc通過負載Vo、二極體Dl使電感Ll儲能，當開關管Ml關閉時，電感Ll 開始放電。圖2是圖1中的電感電流I (L)波形圖及開關管電流Ids波形圖。圖2中，流經電感Ll的電流I (L)均值也即輸出電流Ijnean為，I _ mean = I—max- I _ pp(1)其中，I_maX是最大電感電流也即最大輸出電流；I_pp為最大輸出電流與最小輸出電流差值的絕對值，且該最大輸出電流I_max為，I max =^ii-(2)
—R\其中，Vcsth是控制晶片的閾值電壓，是一個固定數值。該最大輸出電流與最小輸出電流差值的絕對值i_pp為，I_pp = ^*Toff(3)
-L/x其中，Toff為控制晶片的開啟時間，是一個固定數值；Vo為負載兩端電壓。把公式(2)和公式(3)代入公式(1)得，I mean— * Toff(4)
-Rl 2 IA公式(4)中，控制晶片閾值電壓Vcsth是固定值，控制晶片開啟時間Toff是固定值，電阻R1、電感Ll也是固定值，因此輸出電流Ijnean與負載兩端電壓即輸出電壓相關，一旦輸出電壓Vo發生變化輸出電流Ijnean也隨之發生變化。為了使輸出電流不隨輸出電壓變化，一種常用的解決方法是在負載與電感Ll連接點，與控制晶片之間加一個取樣電路，如圖3所示。圖3是現有技術中的一種具有取樣電路的恆流電路圖。圖3中，雖然取樣得到的信號中含有Vo(具體取樣值為Vdc減去Vo)，但該取樣信號並沒有真正取樣得到電壓Vo，因此實際實現效果比較差，沒有真正實現恆流功能。

發明內容
本發明提供了能夠解決以上問題的一種恆流系統的電壓補償電路。在第一方面，本發明提供了一種恆流系統的電壓補償電路。其中，該恆流系統包括 BUCK拓撲結構電路，該BUCK拓撲結構電路包括負載和開關管，且該恆流系統的輸出電壓為該負載兩端電壓。該電壓補償電路用於產生與該輸出電壓線性相關的控制信號，以便根據該控制信號控制開關管的開啟和關閉，進而使輸出電壓與開關管開啟時間的乘積趨於恆定，以便輸出恆定電流。在第二方面，本發明提供了一種恆流系統，包括BUCK拓撲結構電路、輸出電壓檢測電路、控制電路和控制晶片。該BUCK拓撲結構電路包括負載、電感、開關管，該開關管被該控制晶片控制從而被開啟或被關閉，以便通過該負載對該電感進行儲能或放電，並且將該負載兩端電壓作為恆流系統的輸出電壓。輸出電壓檢測電路連接至負載兩端，用於檢測輸出電壓值，以得到與該輸出電壓線性相關的電信號。控制電路接收該電信號，並基於該電信號產生一個與輸出電壓成反比的時間信號。控制晶片基於該時間信號控制該開關管的開啟和關閉，以便輸出恆定電流。在本發明的一個實施例中，輸出電壓檢測電路包括電阻和三極體。該電阻一端與負載相連，該電阻另一端與三極體相連，且該三極體另一端與該控制電路相連，以便得到與輸出電壓線性相關的電流控制信號。在本發明的另一個實施例中，控制電路包括電容，該電容用於接收來自電壓檢測電路的電流控制信號，並通過該電流控制信號對該電容進行充電。在本發明的又一個實施例中，輸出電壓檢測電路包括電阻和光電耦合器。在本發明的還一個實施例中，輸出電壓檢測電路包括電阻和P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體。本發明通過電壓補償電路使輸出電壓與開關管開啟時間的乘積趨於恆定，從而使輸出電流不隨輸出電壓發生變化，本發明大大提高了輸出電流的恆流效果。


下面將參照附圖對本發明的具體實施方案進行更詳細的說明，在附圖中圖1是現有技術中的一種基於BUCK拓撲結構的恆流電路圖；圖2是圖1中的電感電流I (L)波形圖及開關管電流Ids波形圖；圖3是現有技術中的一種具有取樣電路的恆流電路圖；圖4是本發明一個實施例的基於電壓補償的恆流電路結構圖；圖5是圖4恆流電路的一個具體實施電路結構圖；圖6是本發明另一個實施例的採用光電耦合器的恆流電路結構圖。
具體實施例方式圖4本發明一個實施例的基於電壓補償的恆流電路結構圖。圖4中，恆流電路包括控制晶片410、BUCK拓撲電路420和電壓補償電路430，其中，電壓補償電路430包括輸出電壓檢測電路431和控制電路432。該BUCK拓撲電路420包括負載421、電感Li、二極體D1、開關管Ml、和電阻R1。其中，負載421與二極體Dl相連，並將該負載421兩端電壓作為輸出端電壓Vo ；開關管Ml — 端與二極體Dl相連，另一端與控制晶片410相連。一個例子中，該開關管Ml為MOS管。需要說明的是，該BUCK拓撲電路420可以是任意一種BUCK拓撲結構的電路，而並不僅限於圖 4所示的連接結構。控制晶片410包括Toff模塊411，該Toff模塊411接收來自輸出檢測電路430的控制信號，並根據該控制信號來控制開關管Ml的開啟和關閉時間。輸出電壓檢測電路431用於檢測BUCK拓撲電路420中負載421兩端電壓，即檢測輸出電壓Vo，以得到與該輸出電壓Vo線性相關的電信號。一個例子中，輸出電壓檢測電路 431用於得到與輸出電壓Vo線性相關的電流信號。控制電路432基於輸出電壓Vo的變化來產生控制信號，並通過該控制信號來控制 Toff模塊411使其開啟開關管M1，進而使得輸出電壓Vo與開關管Ml開啟時間Toff之間
權利要求
1.一種恆流系統的電壓補償電路，其中，該恆流系統包括BUCK拓撲結構電路020)，該 BUCK拓撲結構電路(420)包括負載021)和開關管(Ml)，且該恆流系統的輸出電壓(Vo) 為該負載(421)兩端電壓；其特徵在於，所述電壓補償電路用於產生與所述輸出電壓(Vo) 線性相關的控制信號，以便根據該控制信號控制開關管(Ml)的開啟和關閉，進而使輸出電壓(Vo)與開關管(Ml)開啟時間的乘積趨於恆定，以便輸出恆定電流。
2.如權利要求1所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述電壓補償電路包括輸出電壓檢測電路(431)和控制電路032)；該輸出電壓檢測電路(431)連接至所述負載(421)兩端，用於檢測輸出電壓(Vo)值， 以便得到與該輸出電壓線性相關的電信號；該控制電路(432)用於接收來自所述輸出電壓檢測電路G31)的電信號，並基於該電信號產生一時間信號，以便根據該時間信號控制所述開關管(Ml)的開啟時間。
3.如權利要求2所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述輸出電壓檢測電路(431)包括電阻(R2)和三極體(Ql)；該電阻(R2) —端與所述負載G21)相連，該電阻(R2)另一端與三極體Oil)相連，且該三極體Oil)另一端與所述控制電路(43 相連，以便得到與所述輸出電壓(Vo)線性相關的電流信號(Ioff)。
4.如權利要求2所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述電信號為電流信號(Ioff)，所述控制電路(432)包括電容(Cl)；該電容(Cl)用於接收來自所述電壓檢測電路(431)的電流信號(loff)，並通過該電流信號(Ioff)對該電容(Cl)進行充電。
5.如權利要求4所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述電流信號Vo-OlΓ1 * Fc * R2(Ioff)電流值為^^，且所述電容(Cl)充電時間為。 R2Vo - 0.7
6.如權利要求4所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述恆流系統包括Toff模塊G11)，該Toff模塊(411)用於使該電容(Cl)充電時間等於該開關管(Ml)的開啟時間，從而控制開關管(Ml)的開啟和關閉。
7.如權利要求2所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述輸出電壓檢測電路(431)包括電阻R2和光電耦合器(U2)。
8.如權利要求2所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述輸出電壓檢測電路(431)包括電阻R2和P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體。
9.如權利要求1所述的一種恆流系統的電壓補償電路，其特徵在於，所述開關管(Ml) 為MOS管。
10.一種恆流系統，包括BUCK拓撲結構電路、輸出電壓檢測電路031)、控制電路 (432)、控制晶片(410)；該BUCK拓撲結構電路包括負載021)、電感(Li)、開關管(M1)，該開關管(Ml)被所述控制晶片(410)控制從而被開啟或被關閉，以便通過該負載(421)對該電感(Li)進行儲能或放電，並將該負載G21)兩端電壓作為該恆流系統的輸出電壓(Vo)；該輸出電壓檢測電路(431)連接至所述負載(421)兩端，用於檢測所述輸出電壓(Vo) 值，以便得到與該輸出電壓線性相關的電信號；該控制電路(432)接收所述電信號，並基於該電信號產生一個與輸出電壓成反比的時間信號；該控制晶片(410)基於該時間信號控制所述開關管(Ml)的開啟和關閉，以便輸出恆定電流。
全文摘要
本發明涉及恆流系統的電壓補償電路及電壓補償方法。該恆流系統包括BUCK拓撲結構電路，該BUCK拓撲結構電路包括負載和開關管，且該恆流系統的輸出電壓為該負載兩端電壓。該電壓補償電路用於產生與輸出電壓線性相關的控制信號，以便根據該控制信號控制開關管的開啟和關閉，進而使輸出電壓與開關管開啟時間的乘積趨於恆定，以便輸出恆定電流。本發明方法大大提高了輸出電流的恆流效果，能夠廣泛應用於需要得到恆定電流的模擬集成電路中。
文檔編號H02M3/156GK102237792SQ20101016508
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者劉柳勝, 鄭儒富, 陳湛 申請人:美芯晟科技(北京)有限公司