恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法
【專利摘要】公開了一種恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法，所述恒流控制電路用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，恒流控制電路包括開關電流采樣電路，用于采樣流過所述上功率開關和/或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號；補償信號生成電路，用于根據(jù)開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比或多個開關電流采樣信號生成補償信號；開關控制信號生成電路，用于根據(jù)補償信號生成開關控制信號?；诒景l(fā)明的方案，可以降低開關調節(jié)器外部電路的復雜度和器件數(shù)量，同時減少控制電路的輸入端口。
【專利說明】恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力電子技術，具體涉及一種恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法，特別是用于充電電池充電器的恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法。
【背景技術】
[0002]恒流型開關調節(jié)器能夠輸出恒定電流，其可以應用于電池充電器等場合。
[0003]為了實現(xiàn)對于開關調節(jié)器的恒流控制，需要對輸出電流進行采樣。圖1是現(xiàn)有的恒流型開關調節(jié)器的電路示意圖。如圖1所示，開關調節(jié)器10包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容Q。為了對輸出電流進行采樣，開關調節(jié)器10還包括采樣電阻Rsen以及RC濾波器RCF。如圖1所示，采樣電阻Rsen串聯(lián)在儲能電感Lb和負載之間。RC濾波器RCF可以包括電阻R1、R2和濾波電容Cl。RC濾波器RCF輸出的輸出電流采樣信號輸入到前置放大器Al放大，放大后的電流米樣信號輸入到誤差放大器EA。誤差放大器EA根據(jù)放大后的電流采樣信號和參考電壓Vkef輸出補償信號V。，開關控制信號生成電路根據(jù)補償信號V。輸出開關控制信號，以控制上功率開關SI和下功率開關S2交替導通和關斷，由此實現(xiàn)恒流控制。
[0004]但是，圖1所示的開關調節(jié)器為了進行輸出電流采樣需要設置采樣電阻和RC濾波器，這使得外部電路的復雜度較高并且具有較多的器件數(shù)量，同時，控制電路的輸入端口也較多。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，提供一種恒流控制電路、開關調節(jié)器、集成電路和恒流控制方法，以降低外部電路的復雜度和器件數(shù)量，同時減少控制電路的輸入端口。
[0006]第一方面，提供一種恒流控制電路，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述恒流控制電路包括:
[0007]開關電流采樣電路，用于采樣流過所述上功率開關或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號；
[0008]補償信號生成電路，用于根據(jù)所述開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號；
[0009]開關控制信號生成電路，用于根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
[0010]優(yōu)選地，所述開關電流采樣電路采樣流過所述上功率開關的電流；
[0011]所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器；
[0012]所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間；
[0013]所述乘法電路與所述誤差放大器的第二輸入端連接，用于將輸入的所述開關電流采樣信號乘以1/D后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比；[0014]所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
[0015]優(yōu)選地，所述開關電流采樣電路采樣流過所述上功率開關的電流；
[0016]所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器；
[0017]所述乘法電路連接在所述參考電壓源的高壓端和所述誤差放大器的第一輸入端之間，用于對參考電壓源輸出端參考電壓乘以D后輸出，其中，D為開關控制信號的占空比；
[0018]所述參考電壓源的低壓端與接地端連接；
[0019]所述誤差放大器的第二輸入端輸入所述開關電流采樣信號，所述誤差放大器輸出所述補償信號。
[0020]優(yōu)選地，所述開關電流采樣電路采樣流過所述下功率開關的電流；
[0021]所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器；
[0022]所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間；
[0023]所述乘法電路與誤差放大器的第二輸入端連接，用于將輸入的所述開關電流采樣信號乘以I/ (1-D)后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比；
[0024]所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
[0025]優(yōu)選地，所述開關電流采樣電路采樣流過所述下功率開關的電流；
[0026]所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器；
[0027]所述乘法電路連接在所述參考電壓源的高壓端和所述誤差放大器的第一輸入端之間，用于對參考電壓源輸出的參考電壓乘以1-D后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比；
[0028]所述參考電壓源的低壓端與接地端連接；
[0029]所述誤差放大器的第二輸入端輸入所述開關電流采樣信號，所述誤差放大器輸出所述補償信號。
[0030]優(yōu)選地，所述上功率開關為功率晶體管，所述開關電流采樣電路包括采樣晶體管和米樣電阻；
[0031]所述采樣晶體管的源極和柵極分別與所述上功率開關的源極和柵極連接；
[0032]所述采樣電阻連接在所述采樣晶體管的漏極與接地端之間；
[0033]所述采樣晶體管的漏極電壓作為所述開關電流采樣信號輸出。
[0034]優(yōu)選地，所述下功率開關為功率晶體管，所述開關電流采樣電路包括采樣晶體管和米樣電阻；
[0035]所述采樣晶體管的源極和柵極分別與所述下功率開關的源極和柵極連接；
[0036]所述采樣電阻連接在上拉電位端和所述采樣晶體管的漏極之間；
[0037]所述采樣晶體管的漏極電壓作為所述開關電流采樣信號輸出。
[0038]優(yōu)選地，乘法電路根據(jù)開關控制信號來進行輸入的開關電流采樣信號Vseni與占空比相關參數(shù)的乘法操作。
[0039]第二方面，還提供一種恒流控制電路，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述恒流控制電路包括:
[0040]第一開關電流采樣電路，用于采樣流過所述上功率開關的電流，輸出第一開關電流采樣信號；
[0041]第二開關電流采樣電路，用于采樣流過所述下功率開關的電流，輸出第二開關電流采樣信號；
[0042]補償信號生成電路，用于根據(jù)所述第一開關電流采樣信號和所述第二開關電流采樣信號生成補償信號；
[0043]開關控制信號生成電路，用于根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
[0044]優(yōu)選地，所述補償信號生成電路包括參考電壓源、加法電路和誤差放大器；
[0045]所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間；
[0046]所述加法電路與誤差放大器的第二輸入端連接，用于將所述第一開關電流采樣信號和所述第二開關電流采樣信號相加后輸出；
[0047]所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
[0048]優(yōu)選地，所述上功率開關和所述下功率開關均為功率晶體管，所述上功率開關的漏極與所述下功率晶體管的漏極連接；
[0049]所述第一開關電流米樣電路包括第一米樣晶體管和第一米樣電阻；
[0050]所述第一采樣晶體管的源極和柵極分別與所述上功率開關的源極和柵極連接；
[0051]所述第一采樣電阻連接在所述第一采樣晶體管的漏極與接地端之間；
[0052]所述第一采樣晶體管的漏極電壓作為所述第一開關電流采樣信號輸出。
[0053]所述第二開關電流采樣電路包括第二采樣晶體管和第二采樣電阻；
[0054]所述第二采樣晶體管的源極和柵極分別與所述下功率開關的源極和柵極連接；
[0055]所述第二采樣電阻連接在上拉電位端和所述第二采樣晶體管的漏極之間；
[0056]所述第二采樣晶體管的漏極電壓作為所述第二開關電流采樣信號輸出。
[0057]第三方面，提供一種開關調節(jié)器，包括功率級電路和如上所述的恒流控制電路；
[0058]所述功率級電路包括上功率開關、下功率開關、儲能電感和輸出電容。
[0059]第四方面，提供一種用于開關調節(jié)器的集成電路，包括上功率開關、下功率開關以及如上所述的恒流控制電路；
[0060]其中，所述上功率開關和所述下功率開關用于構成所述開關調節(jié)器的功率級電路。
[0061]第五方面，提供一種恒流控制方法，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括:
[0062]采樣流過所述上功率開關或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號；
[0063]根據(jù)所述開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號；
[0064]根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
[0065]第六方面，提供一種恒流控制方法，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括:
[0066]采樣流過所述上功率開關和下功率開關的電流，分別輸出第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號；
[0067]根據(jù)第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號生成補償信號；
[0068]根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。[0069]通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息，從而可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。由此，可以降低外部電路的復雜度和器件數(shù)量，同時減少控制電路的輸入端口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0070]通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0071]圖1是現(xiàn)有的恒流型開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0072]圖2是本發(fā)明第一實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0073]圖3是本發(fā)明第一實施例一個優(yōu)選的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0074]圖4是本發(fā)明第二實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0075]圖5是本發(fā)明第二實施例所采用的乘法電路的電路示意圖；
[0076]圖6是本發(fā)明第三實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0077]圖7是本發(fā)明第三實施例一個優(yōu)選的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0078]圖8是本發(fā)明第四實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0079]圖9是本發(fā)明第四實施例所采用的乘法電路的電路示意圖；
[0080]圖10是本發(fā)明第五實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖；
[0081]圖11是本發(fā)明第六實施例的恒流控制方法的流程圖；
[0082]圖12是本發(fā)明第七實施例的恒流控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0083]以下基于實施例對本發(fā)明進行描述，但是本發(fā)明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。為了避免混淆本發(fā)明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。
[0084]此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0085]同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。
[0086]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。
[0087]在如下描述中(除另有說明)，“已知”、“固定”、“給定”和“預定”通常情況下，指的是一個值，數(shù)量、參數(shù)、約束條件、條件、狀態(tài)、流程、過程、方法、實施，或各種組合等在理論上是可變的，但是如果提前設定，則在后續(xù)使用中是保持不變的。[0088]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0089]以下以降壓型拓撲的開關調節(jié)器為例對本發(fā)明的具體實施例進行描述。當然，本領域技術人員能夠理解，本發(fā)明可以應用于升壓型拓撲以及升降壓型拓撲的開關調節(jié)器。
[0090]圖2是本發(fā)明第一實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖。本發(fā)明實施例中所述開關調節(jié)器接收一輸入電源INPUT，經(jīng)電壓轉換后用以給一充電電池充電。當然，本領域技術人員可以理解，本實施例所述開關調節(jié)器也可以適用于其它應用領域。如圖2所示，開關調節(jié)器20包括功率級電路21和恒流控制電路22。功率級電路21包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容Q。
[0091]恒流控制電路22包括開關電流采樣電路22a、補償信號生成電路22b和開關控制信號生成電路22c。
[0092]其中，開關電流采樣電路22a用于采樣流過上功率開關SI的電流，輸出開關電流
米樣信號Vsem。
[0093]補償信號生成電路22b用于根據(jù)開關電流采樣信號vSEm以及開關控制信號Vs的占空比D生成補償信號V。。開關控制信號vs用于控制上功率開關SI和下功率開關S2交替導通和關斷。開關控制信號的占空比D被定義為開關控制信號控制上功率開關導通的時間與開關周期的比值，也即，
[0094]D=ton/T
[0095]其中，tm為上功率開關導通的時間，T為開關周期。
[0096]在開關調節(jié)器對充電電池充電過程中，所述功率級電路工作在降壓模式，在一個開關周期內，流過上功率開關SI的電流Isi的平均值等于儲能電感電流的平均值乘以開關控制信號的占空比D，而輸出電流Itj等于儲能電感的電流，也即:
[0097]Isi=D.10 (I)
[0098]因此，通過采樣流過上功率開關SI的電流可以獲得輸出電流‘的狀況。本實施例中所述輸出電流Itj即為所述充電電池的充電電流。
[0099]由此，可以利用采樣獲得的開關電流采樣信號Vseni來表征所述輸出電流Itj的信息，對功率級電路21進行恒流控制。
[0100]在本實施例中，補償信號生成電路22b包括參考電壓源Ukef、乘法電路MULl和誤差放大器EA。
[0101]參考電壓源Ukef連接在誤差放大器的第一輸入端和接地端之間。所述參考電壓源用以提供一參考電壓VKEF，所述參考電壓Vkef表征期望輸出電流值(或充電電流值)。
[0102]乘法電路MULl與誤差放大器EA的第二輸入端連接，用于將輸入的開關電流采樣信號vSffli乘以1/D后輸出。
[0103]開關電流采樣信號Vseni與流過上功率開關SI的電流成正比，也即:
[0104]Vsen1-K.Isl (2)
[0105]其中，K為比例系數(shù)，結合上述公式(I)和(2)可得:
[0106]Vseni=K.D.I。(3)
[0107]也即，開關電流采樣信號Vseni與占空比D以及輸出電流Itj的乘積成正比。[0108]因此，乘法電路MULl輸出的反饋信號vFB滿足如下公式:
[0109]Vfb=K.10 (4)
[0110]從式(4)中可以看出，反饋信號vFB與輸出電流Itj成比例關系，因此，反饋信號vFB可以輸入到誤差放大器的第二輸入端，由誤差放大器EA比較反饋信號vFB與參考電壓的差值輸出補償信號V。。
[0111]乘法電路MULl基于開關控制信號vs來進行輸入的開關電流采樣信號與占空比相關參數(shù)(在本實施例中為占空比的倒數(shù)1/D)的乘法操作。乘法電路MULl可以使用各種現(xiàn)有的占空比除法電路來實現(xiàn)。
[0112]在圖2中，第一輸入端為誤差放大器EA的同相輸入端，第二輸入端為誤差放大器EA的反相輸入端。當然，本領域技術人員可以理解，第一輸入端也可以為反相輸入端，對應地，第二輸入端可以為同相輸入端。
[0113]開關控制信號生成電路22c用于根據(jù)補償信號V。生成開關控制信號vs。開關控制信號生成電路22c可以使用任何已有的或其它可以實現(xiàn)恒流控制的開關控制信號生成電路來實現(xiàn)。
[0114]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的反饋信息，實現(xiàn)恒流控制。
[0115]圖3是本實施例一個優(yōu)選的開關調節(jié)器的電路示意圖。如圖3所示，上功率開關SI為PMOS功率晶體管，下功率開關S2為NMOS功率晶體管，兩者的源極分別連接到電壓輸入端和接地端，漏極相互連接。開關電流采樣電路22a包括采樣晶體管Qsi和采樣電阻Rseni。
[0116]采樣晶體管Qsi的源極與上功率開關SI的源極連接。采樣晶體管Qsi的柵極與上功率開關Si的柵極連接，輸入相同的開關控制信號。
[0117]采樣電阻Rseni連接在采樣晶體管Qsi的漏極與接地端之間。
[0118]由于采樣晶體管Qsi的源極電位和柵極電位與上功率開關SI的源極電位和柵極電位相同，兩者的柵源電壓相同。對于功率晶體管，其漏極電流由柵源電壓控制，因此，對于上功率開關SI和采樣晶體管Qsi在柵源電壓相同的前提下，漏極電流相同或者成比例。由此，通過獲取對采樣晶體管Qsi漏極電流，即可實現(xiàn)對流過上功率晶體管SI的電流采樣。
[0119]在一個優(yōu)選實施方式中，在集成電路中，采樣晶體管Qsi的尺寸設置為上功率開關SI的尺度的k倍，可以使得采樣晶體管Qsi的漏極電流為上功率開關SI的漏極電流的k倍(通常k小于I)。由此，采樣晶體管Qsi的漏極電壓Vd滿足下式:
[0120]Vd=Isi.k.Rsen (5)
[0121]通過將采樣晶體管Qsi的漏極電壓Vd作為開關電流采樣信號Vseni輸出，可以實現(xiàn)對流過上功率開關SI的電流進行采樣。
[0122]結合上述公式(2)和(5)可知，比例系數(shù)K等于采樣晶體管Qsi的漏極電流與上功率開關SI的漏極電流的比值，k與采樣電阻阻值Rseni的乘積，為固定值。
[0123]上述開關電流采樣電路中的采用采樣晶體管Qsi和采樣電阻Rseni均可以集成在集成電路中。當然，本領域技術人員容易理解，開關電流采樣電路22c也可以使用其他公知的電路結構來實現(xiàn)。
[0124]優(yōu)選地，本實施例中，上功率開關S1、下功率開關S2以及恒流控制電路22均可以形成在集成電路中，由此，可以減少芯片的輸入管腳。[0125]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過上功率開關的電流可以通過各類便于集成在集成電路中的開關電流采樣電路來實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0126]而且，由于補償信號生成電路根據(jù)開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號，補償信號生成電路的參考電流源以及誤差放大器均可以基于現(xiàn)有的設計參數(shù)設置，無需對電路進行大幅修改和調整，簡化了電路設計。
[0127]圖4是本發(fā)明第二實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖。本發(fā)明實施例中所述開關調節(jié)器接收一輸入電源INPUT，經(jīng)電壓轉換后用以給一充電電池充電。在圖4中，相同的電路及部件使用相同的附圖標記指代，在本實施例中，開關調節(jié)器20包括功率級電路21和恒流控制電路22。功率級電路21包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容C。。
[0128]恒流控制電路22包括開關電流采樣電路22a、補償信號生成電路22b ’和開關控制信號生成電路22c。
[0129]其中，開關電流采樣電路22a用于采樣流過上功率開關SI的電流，輸出開關電流
米樣信號Vsem。
[0130]補償信號生成電路22b’用于根據(jù)開關電流采樣信號vSEm以及開關控制信號Vs的占空比D生成補償信號vc。
[0131]開關控制信號生成電路22c用于根據(jù)補償信號V。生成開關控制信號vs。開關控制信號生成電路22c可以使用任何已有的或其它可以實現(xiàn)恒流控制的開關控制信號生成電路來實現(xiàn)。
[0132]本實施例與第一實施例的不同在于，補償信號生成電路22b ’包括參考電壓源UKEF、乘法電路MUL2和誤差放大器EA。
[0133]乘法電路MUL2連接在所述參考電壓源Ukef的高壓端和誤差放大器EA的第一輸入端之間，用于對參考電壓源Ukef輸出的參考電壓vKEF乘以D后輸出，其中,D為開關控制信號Vs的占空比。
[0134]參考電壓源Ukef的低壓端與接地端連接。所述參考電壓源用以提供一參考電壓Veef,所述參考電壓Vkef表征期望輸出電流值(或充電電流值)。
[0135]誤差放大器EA的第二輸入端輸入開關電流米樣信號Vseni,誤差放大器EA輸出補償信號W。
[0136]由于Vseni=K.D.Itj，而本實施例的補償信號生成電路22b’對參考電壓源Ukef的參考電壓Vkef乘以D后輸出到誤差放大器EA的第一輸入端，也即，誤差放大器的輸入端分別輸入的為D.Veef和K.D.Itj,由此，兩者的相對關系不會隨占空比D的變化而變化，誤差放大器EA輸出的補償信號可以反映輸出電流相對于參考電壓的當前狀況，可以用于調整開關控制信號。
[0137]圖5是本發(fā)明第二實施例所采用的乘法電路的電路示意圖。如圖6所示，乘法電路MUL2基于開關控制信號vs來進行輸入的開關電流采樣信號Vseni與占空比相關參數(shù)(在本實施例中為占空比D)的乘法操作。[0138]如圖5所示，乘法電路MUL2包括反相器NOT、第一乘法開關S3、第二乘法開關S4、電阻R1、輸出電容Cl。
[0139]其中，第一乘法開關S3和第二乘法開關S4串聯(lián)連接在開關電流采樣信號輸入端和接地端之間，電阻Rl連接在中間端和乘積輸出端M之間，輸出電容Cl連接在乘積輸出端M和接地端之間。
[0140]開關控制信號vs直接連接到第一乘法開關S3的控制端，并通過反相器NOT連接到第二乘法開關S4的控制端，使得第一乘法開關S3和第二乘法開關S4交替導通和斷開。開關控制信號vs為脈寬調制信號(PWM信號)，當其為高電平時，直接施加至第一乘法開關S3的控制端的信號為高電平，經(jīng)過反相器NOT反相后施加至第二乘法開關S4的控制端的信號為低電平，從而第一乘法開關S3導通，第二乘法開關S4關斷。輸入的開關電流采樣信號經(jīng)由第一乘法開關S3和電阻R2對輸出電容C2充電。當開關控制信號Vs為低電平時，輸出電容C2放電。
[0141]由于電阻R2和輸出電容C2對于脈沖輸入具有平滑作用，在連續(xù)的PWM信號的控制下，乘法電路MUL2的輸出是具有極小紋波疊加分量的平滑直流電壓和直流電流。如果電阻R2和輸出電容C2的時間常數(shù)遠大于輸入的開關控制信號頻率,則乘積輸出端M輸出的
電壓 vRef _vref.D。
[0142]由此，乘法電路MUL2通過由開關控制信號Vs控制的第一乘法開關S3和第二乘法開關S4實現(xiàn)對輸入的參考電壓乘以D后輸出。
[0143]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過上功率開關的電流可以通過各類可以集成在集成電路中的開關電流采樣電路來實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0144]圖6是本發(fā)明第三實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖。如圖6所示，開關調節(jié)器30包括功率級電路31和恒流控制電路32。功率級電路31包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容Ctj，其被形成為降壓型拓撲。
[0145]恒流控制電路32包括開關電流采樣電路32a、補償信號生成電路32b和開關控制信號生成電路32c。
[0146]其中，開關電流采樣電路32a用于采樣流過下功率開關S2的電流，輸出開關電流采樣信號。
[0147]補償信號生成電路32b用于根據(jù)開關電流采樣信號vSEN2以及開關控制信號Vs的占空比D生成補償信號。
[0148]補償信號生成電路32b包括參考電壓源Ukef、乘法電路MUL3和誤差放大器EA。
[0149]參考電壓源Ukef連接在誤差放大器EA的第一輸入端和接地端之間。
[0150]乘法電路MUL3與誤差放大器的第二輸入端連接，用于將輸入的開關電流采樣信號化^乘以I/ (1-D)后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比。乘法電路MUL3可以使用各種現(xiàn)有的占空比除法電路來實現(xiàn)。
[0151]在開關調節(jié)器對充電電池充電過程中，功率級電路工作在降壓模式，在一個開關周期內，流過下功率開關S2的電流Is2的平均值等于儲能電感電流Itj的平均值乘以1-D，而輸出電流1等于儲能電感的電流，也即:
[0152]Is2=(1-D).10 (6)
[0153]本實施例中所述輸出電流Itj即為所述充電電池的充電電流。由于開關電流采樣信號vSEN2與流過下功率開關S2的電流成正比，也即:
[0154]Vsen2=K.Is2 (7)
[0155]因此，乘法電路MUL3輸出的反饋信號vFB滿足如下公式:
[0156]Vfb=K.10 (8)
[0157]從式(8)中可以看出，反饋信號Vfb與輸出電流Itj成比例關系，因此，反饋信號Vfb可以輸入到誤差放大器的第二輸入端，由誤差放大器EA比較反饋信號vFB與參考電壓Vkef輸出補償信號V。。
[0158]開關控制信號生成電路32c用于根據(jù)補償信號V。生成開關控制信號vs。開關控制信號生成電路32c可以使用任何已有的或其它可以實現(xiàn)恒流控制的開關控制信號生成電路來實現(xiàn)。
[0159]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息，實現(xiàn)恒流控制。
[0160]圖7是本實施例一個優(yōu)選的開關調節(jié)器的電路示意圖。如圖7所示，上功率開關SI為PMOS功率晶體管，下功率開關S2為NMOS功率晶體管，兩者的源極分別連接到電壓輸入端和接地端。開關電流采樣電路32a包括采樣晶體管Qs2和采樣電阻RSEN2。
[0161]采樣晶體管Qs2的源極與下功率開關S2的源極連接。采樣晶體管Qs2的柵極與下功率開關S2的柵極連接，輸入相同的控制信號。
[0162]采樣電阻Rsen2連接在采樣晶體管Qs2的漏極與上拉電位端之間。
[0163]由于采樣晶體管Qs2的源極電位和柵極電位與下功率開關S2的源極電位和柵極電位相同，兩者的柵源電壓相同。對于功率晶體管，其漏極電流由柵源電壓控制，因此，對于下功率開關S2和采樣晶體管Qs2，在兩者的柵源電壓相同的前提下，漏極電流相同或者成比例。由此，通過獲取對采樣晶體管Qs2漏極電流，即可實現(xiàn)對流過下功率晶體管S2的電流進行采樣。
[0164]上述開關電流采樣電路中的采用采樣晶體管Qs2和采樣電阻Rsen2均可以集成在集成電路中。當然，本領域技術人員容易理解，開關電流采樣電路也可以使用其他公知的電路結構來實現(xiàn)。
[0165]優(yōu)選地，本實施例中，上功率開關S1、下功率開關S2以及恒流控制電路32均可以形成在集成電路中，由此，可以減少芯片的輸入管腳。
[0166]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過下功率開關的電流可以通過可以集成在集成電路中的開關電流采樣電路來實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0167]而且，由于在補償信號生成電路根據(jù)開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比D生成補償信號，補償信號生成電路的參考電流源以及誤差放大器均可以基于現(xiàn)有的設計參數(shù)設置，無需對電路進行大幅修改和調整，簡化了電路設計。[0168]圖8是本發(fā)明第四實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖。本發(fā)明實施例中所述開關調節(jié)器接收一輸入電源INPUT，經(jīng)電壓轉換后用以給一充電電池充電。在圖8中，相同的電路及部件使用相同的附圖標記指代，在本實施例中，開關調節(jié)器30包括功率級電路31和恒流控制電路32。功率級電路31包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容C。。
[0169]恒流控制電路32包括開關電流采樣電路32a、補償信號生成電路32b ’和開關控制信號生成電路32c。
[0170]其中，開關電流采樣電路32a用于采樣流過下功率開關S2的電流，輸出開關電流采樣信號。
[0171]補償信號生成電路32b’用于根據(jù)開關電流采樣信號vSEN2以及開關控制信號Vs的占空比D生成補償信號。
[0172]開關控制信號生成電路32c用于根據(jù)補償信號V。生成開關控制信號vs。開關控制信號生成電路32c可以使用任何已有的或其它可以實現(xiàn)恒流控制的開關控制信號生成電路來實現(xiàn)。
[0173]本實施例與第三實施例的不同在于，補償信號生成電路32b ’包括參考電壓源UKEF、乘法電路MUL4和誤差放大器EA。
[0174]乘法電路MUL4連接在參考電壓源Ukef的高壓端和誤差放大器EA的第一輸入端之間，用于對參考電壓源輸出端參考電壓乘以1-D后輸出，其中，D為開關控制信號Vs的占空t匕。乘法電路MUL4可以采用與圖5相同的乘法電路實現(xiàn)，對其輸入開關控制信號的反相信號即可。同時，乘法電路MUL6也可以通過與圖5類似的乘法電路實現(xiàn)(如圖9所示)，僅需要將反相器NOT連接到第一乘法開關S3的控制端，而將開關控制信號vs直接輸入到第二乘法開關S4的控制端即可。
[0175]參考電壓源Ukef的低壓端與接地端連接。所述參考電壓源用以提供一參考電壓Veef,所述參考電壓Vkef表征期望輸出電流值(或充電電流值)。
[0176]誤差放大器EA的第二輸入端輸入開關電流米樣信號vSEN2,誤差放大器EA輸出補償信號W。
[0177]由于Vsen2=K.(1-D).Itj，而本實施例的補償信號生成電路32b’對參考電壓源Ukef的參考電壓Vkef乘以1-D后輸出到誤差放大器EA的第一輸入端，也即，誤差放大器的輸入端分別輸入的為(1-D).Vkef和K.(1-D).10,由此，兩者的相對關系不會隨占空比D的變化而變化，誤差放大器EA輸出的補償信號Vc可以反映輸出電流和參考電壓的相對關系，從而用于調整開關控制信號。
[0178]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過下功率開關的電流可以通過各類便于集成在集成電路中的開關電流采樣電路來實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0179]圖10是本發(fā)明第五實施例的開關調節(jié)器的電路示意圖。如圖10所示，開關調節(jié)器40包括功率級電路41和恒流控制電路42。功率級電路41包括上功率開關S1、下功率開關S2、儲能電感Lb和功率輸出電容Ctj，其被形成為降壓型拓撲。[0180]恒流控制電路42包括第一開關電流采樣電路42a、第二開關電流采樣電路42a’、補償信號生成電路42b和開關控制信號生成電路42c。
[0181]第一開關電流米樣電路42a用于米樣流過上功率開關SI的電流Isi,輸出第一開關電流采樣信號vSEN3。其可以采用如圖3所述的采樣電路實現(xiàn)，在此不再贅述。
[0182]第二開關電流采樣電路42a’用于采樣流過所述下功率開關S2的電流Is2，輸出第二開關電流采樣信號vSEN4。其可以采用如圖7所述的采樣電路實現(xiàn)，在此不再贅述。
[0183]補償信號生成電路42b用于根據(jù)第一開關電流采樣信號vSEN3和第二開關電流采樣信號Vsen4生成補償信號
[0184]開關控制信號生成電路用于根據(jù)補償信號生成開關控制信號Vs。開關控制信號生成電路42c可以使用任何已有的或其它可以實現(xiàn)恒流控制的開關控制信號生成電路來實現(xiàn)。
[0185]在本實施例的一個優(yōu)選方案中，補償信號生成電路42b包括參考電壓源Ukef、加法電路ADD和誤差放大器EA。
[0186]參考電壓源Ukef連接在誤差放大器EA的第一輸入端和接地端之間。
[0187]加法電路ADD與誤差放大器EA的第二輸入端連接,用于將第一開關電流米樣信號Vsen3和第二開關電流米樣信號Vsem相加后輸出。
[0188]由于第一開關電流米樣信號Vsen3=K.D.10,同時，第二開關電流米樣信號
vSEM-K.(1-D).10。
[0189]因此，作為兩者相加的和的反饋信號Vfb=K.I。。
[0190]誤差放大器EA比較參考電壓vKEF和反饋信號vFB輸出補償信號V。。反饋信號vFB與輸出電流Itj成比例關系，因此，反饋信號Vfb可以輸入到誤差放大器的第二輸入端，由誤差放大器EA比較反饋信號vFB與參考電壓的差值輸出補償信號vc。
[0191]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過上功率開關和下功率開關的電流的電路可以通過各類便于集成在集成電路中的電路來實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0192]圖11是本發(fā)明第六實施例的恒流控制方法的流程圖。所述方法基于上述第一至第四實施例控制開關調節(jié)器輸出恒定電流，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括:
[0193]步驟1101、采樣流過上功率開關或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號。
[0194]步驟1102、根據(jù)所述開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號。
[0195]優(yōu)選地，將采樣上功率開關獲得的開關電流采樣信號Vseni乘以1/D后作為反饋信號輸出，比較反饋信號與參考電壓生成補償信號。
[0196]優(yōu)選地，也可以將采樣上功率開關獲得的開關電流采樣信號Vseni直接作為反饋信號，同時將參考電壓乘以D后得到的乘積信號輸入到誤差放大器，比較乘積電壓和反饋信號生成補償信號。
[0197]優(yōu)選地，將采樣下功率開關獲得的開關電流采樣信號vSEN2乘以1/(1-D)后作為反饋信號輸出，比較反饋信號與參考電壓生成補償信號。
[0198]優(yōu)選地，也可以將采樣下功率開關獲得的開關電流采樣信號Vsen2直接作為反饋信號，同時將參考電壓乘以1-D后得到的乘積信號輸入到誤差放大器，比較乘積電壓和反饋電壓生成補償信號。
[0199]步驟1103、根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
[0200]所述步驟1103可以基于現(xiàn)有的恒流控制方式進行。
[0201]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過上功率開關或下功率開關的電流的電路可以在集成電路中實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻，仍然實現(xiàn)恒流控制。從而可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0202]圖12是本發(fā)明第七實施例的恒流控制方法的流程圖。所述方法控制上述第五實施例的開關調節(jié)器輸出恒定電流，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括:
[0203]步驟1201、采樣流過所述上功率開關和下功率開關的電流，分別輸出第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號。
[0204]步驟1202、根據(jù)第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號生成補償信號。
[0205]優(yōu)選地,將第一開關電流米樣信號Vsen3和第二開關電流米樣信號Vsem的和作為反饋信號，比較反饋信號與參考電壓生成補償信號。
[0206]步驟1203、根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
[0207]所述步驟1203可以基于現(xiàn)有的恒流控制方式進行。
[0208]本實施例通過采樣開關調節(jié)器中流過功率開關的電流，基于采樣獲得的開關電流采樣信號與輸出電流之間的關系，可以獲得輸出電流的信息。由于采樣流過上功率開關和下功率開關的電流的電路可以在集成電路中實現(xiàn)，因此可以在外部電路中不使用采樣電阻的前提下，仍然實現(xiàn)恒流控制。由此可以簡化外部電路，提高電路集成度，同時減少控制電路的輸入端口。
[0209]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域技術人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種恒流控制電路，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述恒流控制電路包括: 開關電流采樣電路，用于采樣流過所述上功率開關或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號； 補償信號生成電路，用于根據(jù)所述開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號； 開關控制信號生成電路，用于根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
2.根據(jù)權利要求1所述的恒流控制電路，其特征在于，所述開關電流采樣電路采樣流過所述上功率開關的電流； 所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器； 所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間； 所述乘法電路與所述誤差放大器的第二輸入端連接，用于將輸入的所述開關電流采樣信號乘以1/D后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比； 所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的恒流控制電路，其特征在于，所述開關電流采樣電路采樣流過所述上功率開關的電流； 所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器； 所述乘法電路連接在所述參考電壓源的高壓端和所述誤差放大器的第一輸入端之間，用于對參考電壓源輸出端參考電壓乘以D后輸出，其中，D為開關控制信號的占空比； 所述參考電壓源的低壓端與接地端連接； 所述誤差放大器的第二輸入端輸入所述開關電流采樣信號，所述誤差放大器輸出所述補償信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的恒流控制電路，其特征在于，所述開關電流采樣電路采樣流過所述下功率開關的電流； 所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器； 所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間； 所述乘法電路與誤差放大器的第二輸入端連接，用于將輸入的所述開關電流采樣信號乘以I/ (1-D)后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比； 所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的恒流控制電路，其特征在于，所述開關電流采樣電路采樣流過所述下功率開關的電流； 所述補償信號生成電路包括參考電壓源、乘法電路和誤差放大器； 所述乘法電路連接在所述參考電壓源的高壓端和所述誤差放大器的第一輸入端之間，用于對參考電壓源輸出的參考電壓乘以1-D后輸出，其中，D為所述開關控制信號的占空比； 所述參考電壓源的低 壓端與接地端連接； 所述誤差放大器的第二輸入端輸入所述開關電流采樣信號，所述誤差放大器輸出所述補償信號。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的恒流控制電路，其特征在于，所述上功率開關為功率晶體管，所述開關電流采樣電路包括采樣晶體管和采樣電阻； 所述采樣晶體管的源極和柵極分別與所述上功率開關的源極和柵極連接； 所述采樣電阻連接在所述采樣晶體管的漏極與接地端之間； 所述采樣晶體管的漏極電壓作為所述開關電流采樣信號輸出。
7.根據(jù)權利要求4或5所述的恒流控制電路，其特征在于，所述下功率開關為功率晶體管，所述開關電流采樣電路包括采樣晶體管和采樣電阻； 所述采樣晶體管的源極和柵極分別與所述下功率開關的源極和柵極連接； 所述采樣電阻連接在上拉電位端和所述采樣晶體管的漏極之間； 所述采樣晶體管的漏極電壓作為所述開關電流采樣信號輸出。
8.據(jù)權利要求2-5中任一項所述的恒流控制電路，其特征在于，所述乘法電路根據(jù)開關控制信號來進行輸入的開關電流采樣信號與占空比相關參數(shù)的乘法操作。
9.一種恒流控制電路，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述恒流控制電路包括: 第一開關電流采樣電路，用于采樣流過所述上功率開關的電流，輸出第一開關電流采樣信號; 第二開關電流采樣電路，用于采樣流過所述下功率開關的電流，輸出第二開關電流采樣信號; 補償信號生成電路，用于根據(jù)所述第一開關電流采樣信號和所述第二開關電流采樣信號生成補償信號； 開關控制信號生成電路，用于根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
10.根據(jù)權利要求9所述的恒流控制電路，其特征在于，所述補償信號生成電路包括參考電壓源、加法電路和誤差放大器； 所述參考電壓源連接在所述誤差放大器的第一輸入端和接地端之間； 所述加法電路與誤差放大器的第二輸入端連接，用于將所述第一開關電流采樣信號和所述第二開關電流采樣信號相加后輸出； 所述誤差放大器用于輸出所述補償信號。
11.根據(jù)權利要求9所述的恒流控制電路，其特征在于，所述上功率開關和所述下功率開關均為功率晶體管，所述上功率開關的漏極與所述下功率晶體管的漏極連接； 所述第一開關電流采樣電路包括第一采樣晶體管和第一采樣電阻； 所述第一采樣晶體管的源極和柵極分別與所述上功率開關的源極和柵極連接； 所述第一采樣電阻連接在所述第一采樣晶體管的漏極與接地端之間； 所述第一采樣晶體管的漏極電壓作為所述第一開關電流采樣信號輸出； 所述第二開關電流采樣電路包括第二采樣晶體管和第二采樣電阻； 所述第二采樣晶體管的源極和柵極分別與所述下功率開關的源極和柵極連接； 所述第二采樣電阻連接在上拉電位端和所述第二采樣晶體管的漏極之間； 所述第二采樣晶體管的漏極電壓作為所述第二開關電流采樣信號輸出。
12.—種開關調節(jié)器，包括功率級電路和如權利要求1-11中任一項所述的恒流控制電路； 所述功率級電路包括上功率開關、下功率開關、儲能電感和輸出電容。
13.一種用于開關調節(jié)器的集成電路，包括上功率開關、下功率開關以及如權利要求1-11中任一項所述的恒流控制電路； 其中，所述上功率開關和所述下功率開關用于構成所述開關調節(jié)器的功率級電路。
14.一種恒流控制方法，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括: 采樣流過所述上功率開關或下功率開關的電流，輸出開關電流采樣信號； 根據(jù)所述開關電流采樣信號以及開關控制信號的占空比生成補償信號； 根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和關斷。
15.一種恒流控制方法，用于開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器包括上功率開關和下功率開關，所述方法包括: 采樣流過所述上功率開關和下功率開關的電流，分別輸出第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號； 根據(jù)第一開關電流采樣信號和第二開關電流采樣信號生成補償信號； 根據(jù)所述補償信號生成開關控制信號，所述開關控制信號控制所述上功率開關和所述下功率開關交替導通和 關斷。
【文檔編號】H02M3/156GK103840664SQ201410119696
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】程帥 申請人:南京矽力杰半導體技術有限公司