发明内容
本发明的目的是提供一LED恒流控制电路的线输入电压补偿方法以及补偿电路,用于解决现有技术采用原边峰值电流控制方式而恒流效果不好的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种线输入电压补偿方法,用于LED恒流控制电路,该线输入电压补偿方法包括:决定固定比较基准电压V
ref的修正因子,根据下式决定修正因子:
将该修正因子与固定比较基准电压V
ref相乘得出实际的比较基准电压:
其中δ[k]指修正因子,T
d指电路延时,T
on指原边功率管的导通时间。
一种线输入电压补偿方法,用于LED恒流控制电路,该线输入电压补偿方法包括:根据下式决定实际的比较基准电压: 其中U0和Um指基准参考源电压,1≤m≤n,n为大于或等于1的自然数;Ton指原边功率管的导通时间;Rm和Cm指生成第m个指数函数的RC电路的电阻值和电容值。
一种线输入电压补偿电路,用于LED恒流控制电路,该补偿电路包括输出端V
ref_comp;还包括:电压指数函数生成电路(3
1~n);基准参考源
和基准参考源
n+1个跨导电路;n+1个镜像电流源;1个阻性器件R
a;阻性器件R
3串接于输出端V
ref_comp和公共接地端VSS之间。基准参考源
通过一跨导电路生成电流I
0,并将该电流I
0通过一镜像电流源镜像到输出端V
ref_comp;基准参考源
的电压U
m通过指数函数生成电路(3
m)生成指数函数电压:
通过一跨导电路将该指数函数电压
生成电流I
m,并将该电流I
m通过一镜像电流源镜像到输出端V
ref_comp,其中1≤m≤n,n为大于或等于1的自然数。
在上述的技术方案中,作为优选,所述n的取值范围为1≤n≤2。
在上述的技术方案中,所述电压指数函数生成电路3
m包括:一只阻性器件R
m;一只电容C
m;两只开关管K
m1和K
m2,在电路工作时开关管K
m1和开关管K
m2总是保持一个导通而另一个截至;开关管K
m1和开关管K
m2均受PFM的控制;电阻R
m与开关管K
m1串接后串接于基准参考源
和跨导电路的输入端之间;电容C
m和开关K
m2均串接与跨导电路的输入端和公共接地端VSS之间。作为优选方案,所属开关管K
m1和开关管K
m2,均为高电平导通低电平关闭的开关,在开关K
m2的控制端与PFM之间串接一反相器INV
m1。
在上述的技术方案中,所述n+1个跨导电路为参数相同的跨导电路。作为优选方案,所述跨导电路包括:一阻性器件Rb,一NMOS管,及一运算放大器;所述运算放大器的的正相输入端为该跨导电路的输入端,反相输入端与NMOS管的源极连接,输出端与NMOS管的栅极连接;所述阻性器件串接于NMOS管的源极和公共接地端VSS之间;所述阻性器件Rb与阻性器件Ra的阻值相同。
在上述的技术方案中,所述镜像电流源为参数相同的电流源。作为优选方案,所述镜像电流源均为1∶1的镜像电流源。
本发明上述技术方案可以达到以下有益技术效果:
(1)补偿精度高,采用本发明的补偿方法,输出负载精度可控制在3%以内(含bandgap影响)。
(2)补偿范围广,既对线输入电压补偿,也对变压器原边电感量补偿。其中线输入电压补偿范围为全输入电压85Vac~265Vac,电感量补偿偏差高达60%。
(3)补偿电路可在芯片内部集成,与外围参数无关。省掉了繁琐的外围参数调试过程,方便系统应用方案开发。补偿电路小,版图占用面积小。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
补偿方法实施例一:
该实施例一提出的是一种线输入电压补偿的方法:
首先,计算原边峰值电流控制电路中由芯片或电路固定延时Td带来的原边峰值电流Ipk的影响:
理想情况下,原边开关功率管Q1开启后,原边电流逐渐上升,采样电阻Rcs两端电压Vcs增加,有:Vref=K*Ton*Rcs (1)
充电过程中,原边电感储能公式:
由等式(3),原边峰值电流:
芯片存或电路在固定延时Td的情况下,计算原边峰值电流有:
结合等式(1)(3)(5),有:
由等式(6)可知,给定固定比较基准电压V
ref情况下,由于芯片或电路内部固定延时T
d的影响,原边电流值不固定于
存在
的偏差。
其次,确定电压补偿方案:
鉴于上述问题,需要找到一种即使存在固定延时T
d的情况下,也能保证输出电流恒定的方法。为此,我们不再要求V
cs与恒定的基准V
ref进行比较,而对基准V
ref进行修正。该实施例采用对V
ref进行修正来对线输入电压补偿,该线输入电压补偿方法包括:首先,决定固定比较基准电压V
ref的修正因子,根据下式决定修正因子:
其次,将该修正因子与固定比较基准电压V
ref相乘得出实际的比较基准电压:
其中δ[k]指修正因子;T
d指电路延时;T
on指原边功率管的导通时间。
下面我们来验证上述补偿方法的正确性或可行性:
即实际的比较基准电压:
将等式(7)带入(6)中,得:
由等式(8)可知,通过将峰值电流的比较基准V
ref设置成为原边开关功率管Q
1的导通时间T
on的函数
以取代原有恒定的比较基准V
ref,就可以保证任何线输入电压条件下I
pk_really都为一期望恒定值
又由等式(3)可知,T
on与线输入电压V
in和原边电感L
p相关。也就是说,当改变V
in和L
p时,I
pk_really都将保持不变,从而达到了在输入线电压和原边电感量变化时保持输出负载电流恒定。
补偿方法实施例二:
该实施例二是针对上述补偿方法实施例一所述的补偿方法而采取的另一种补偿方案。
由上边补偿方法实施例一分析得出,将峰值电流的比较基准V
ref设置成为原边开关功率管Q
1导通时间T
on的函数
即可保证任何条件下I
pk为恒定值
我们令V
ref=I
pk*R
cs=C(C代表恒定量),代入等式(7),有:
针对公式(9),假设Td在等于0.1的情况下绘制出来的曲线如1所示。该曲线在数学理论上为双曲线函数。在数学理论上可以采用函数近似拟合的办法来拟合该双曲线函数。具体拟合表达式:
其中U0和Um指基准参考源电压,1≤m≤n,n为大于或等于1的自然数;Ton指原边功率管的导通时间;Rm和Cm指生成第m个指数函数的RC电路的电阻值和电容值。
该等式(10)表达的意义为:由导通时间Ton构成的双曲线函数可以近似等效为由固定基准与多个指数函数的叠加。选取的指数函数叠加越多,指数函数越逼近双曲线函数,从而得到的Ipk越精确。考虑到实际应用中Ton的工作区间以及电路的复杂度等因素,不必在整个区间对Ton进行函数拟合,仅需选取实际应用中Ton的工作区间进行拟合即可,因此,指数函数一般叠加1~2次即可满足要求,即n的取值范围在1~2即可满足电路的实际精度要求。图10为针对Ton处于0.5us~8us以内采用单次指数函数叠加的函数拟合曲线图,Vref1曲线为理想双曲线图,Vref2曲线为指数函数拟合曲线图,它们在0.5us~8us以内非常逼近。
需要指出的是,本领域的技术人员应该知道,双曲线函数(9)仅仅为满足本发明的一种函数表达式,还存在其它种可能。用指数函数来拟合该双曲线函数也仅仅为满足电路设计的一种逼近方式,同样还存在其它种可能。
补偿电路实施例:
该补偿电路实施例是上述补偿方法实施例二的电路实现。首先以采用单次指数函数叠加的技术方案来说明其电路的实现,具体电路原理图如图5所示。具体包含两路基准电压源Vref0和Vref1,设其值分别为U0和U1;四个电阻器R0、R1、R2和R3;一个电容器C1;两个开关器件S1和S2;两个运放器件AMP0和AMP1;一个反相器INV1;两个NMOS管NM0和NM1;四个PMOS管PM0、PM1、PM2和PM3。其中S1和S2组成时序开关,Vref1、R1和C1形成RC指数函数电路131;AMP1、NM1和R2形成跨导电路111,用来将AMP1正向输入端的电压转化为电流。同样AMP0、NM0和R0形成跨导电路110,用来将AMP0正向输入端的电压转化为电流。PM1和PM2组成1∶1的镜像电流源121,PM0和PM3也组成1∶1的镜像电流源120。在电路工作时开关管K1和开关管K2总是保持一个导通而另一个截至;开关管K1和开关管K2均受PFM的控制。在本技术方案中,采用了均为高电平下导通的开关管,为了保证在电路工作时开关管K1和开关管K2总是保持一个导通而另一个截至,因此在开关管K2的控制输入端加入了一个反相器INV1。
图6为图5所述具体电路实施例中V
ref_comp、V
cs和PFM三个重要节点波形参考图。下面结合图6说明图5电路实施例的具体工作原理:当原边开关功率管Q
1开启时,PFM变为高电平,开关管K
1打开,K
2关闭。电压基准源V
ref1通过电阻R
1对C
1进行充电,由RC电路的充电公式,C
1上极板的电压为:
又AMP
1、NM
1和R
2形成跨导电路,流过R
2上的电流
同样AMP
0、NM
0和R
0形成跨导电路,流过R
0上的电流
PM
1与PM
2,PM
0与PM
3分别组成1∶1的镜像电流源,有
支路电流I
11和I
00在电阻R
3上形成电压和
令R
3=R
0=R
2,则
对比等式(14),可以发现,该电路确为单次指数拟合曲线的一种具体表现形式。
图7为采用该补偿方法的恒流效果图。由图7可以看出,Vcs不再与恒定的基准进行比较,而是与经过补偿后的电压Vref_comp进行比较。Vref_comp具有的一个优异特性为:在线输入电压Vin高,原边峰值电流上升较快时,提前进行比较;而在线输入电压Vin低,原边峰值电流上升较慢时,延后进行比较。最终使得经过同样的芯片固定延时Td后,芯片原边峰值电流Ipk的真实关断值达到一致,从而达到控制LED输出负载电流恒定的目的。
需要指出的是,在本领域的技术人员应该知道,本发明中描述的具体电路实施例,仅仅为满足单次指数函数拟合曲线的一种表现形式,还存在其它种可能。同样。所搭建的电路工艺不仅仅局限于标准CMOS工艺,也可以为Bipolar工艺,抑或是BCD(Bipolar,CMOS,DMOS)工艺等等。
有上述介绍可知,当需要多次指数函数拟合时,只要将多个能够生成指数函数电流的电路加入到上述的单次拟合电路中即可,其电路原理图如图3和图4所示。一种线输入电压补偿电路,用于LED恒流控制电路,该补偿电路包括输出端V
ref_comp;还包括:电压指数函数生成电路(3
1~n);基准参考源
和基准参考源
n+1个跨导电路;n+1个镜像电流源;1个阻性器件R
a;阻性器件R3串接于输出端Vref_comp和公共接地端VSS之间;基准参考源Vref
0通过一跨导电路生成电流I
0,并将该电流I
0通过一镜像电流源镜像到输出端Vref_comp;基准参考源Vref
m的电压U
m通过指数函数生成电路(3
m)生成指数函数电压:
通过一跨导电路将该指数函数电压
生成电流I
m,并将该电流I
m通过一镜像电流源镜像到输出端Vref_comp;其中1≤m≤n,n为大于或等于1的自然数。所述n的取值范围为1≤n≤2。
在上述的技术方案中,所述电压指数函数生成电路3m包括:一只阻性器件Rm;一只电容Cm;两只开关管Km1和Km2,在电路工作时开关Km1和开关Km2总是保持一个导通而另一个截至;开关管Km1和开关管Km2均受PFM的控制;电阻Rm与开关Km1串接后串接于基准参考源Vrefm和跨导电路的输入端之间;电容Cm和开关Km2均串接与跨导电路的输入端和公共接地端VSS之间。作为优选方案,所属开关管Km1和开关管Km2,均为高电平导通低电平关闭的开关,在开关Km2的控制端与PFM之间串接一反相器INVm1。
在上述的技术方案中,所述n+1个跨导电路为参数相同的跨导电路。所述跨导电路包括:一阻性器件Rb,一NMOS管,及一运算放大器;所述运算放大器的的正相输入端为该跨导电路的输入端,反相输入端与NMOS管的源极连接,输出端与NMOS管的栅极连接;所述阻性器件串接于NMOS管的源极和公共接地端VSS之间;所述阻性器件Rb与阻性器件Ra的阻值相同。
在上述的技术方案中,所述镜像电流源为参数相同的电流源;所述镜像电流源均为1∶1的镜像电流源。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。