CN103477295B - 电流调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电流调节装置。该电流调节装置包括互感单元、第一开关单元、误差电压检测单元和反馈单元以及控制单元。互感单元包括辅助绕组单元。第一开关单元控制互感单元的操作。误差电压检测单元和反馈单元连接到互感单元的辅助绕组单元。控制单元根据电压比较单元的输出电压来调整第一开关单元的接通区段。误差电压检测单元包括电压检测单元和电压比较单元。电压检测单元检测被感应到辅助绕组单元的电压。电压比较单元将电压检测单元所检测出的电压与参考电压相比较。误差电压检测单元和反馈单元分别连接到辅助绕组单元的两端。

Description

电流调节装置
技术领域
本公开内容涉及一种电流调节装置。
背景技术
一般而言，为了稳定开关模式电力供应(SMPS)的输出电压，相关技术在互感单元(trans unit)的输出电压开关单元中设置误差检测电路、用误差检测电路检测输出电压的误差并通过光耦合器向功率改变单元反馈检测出的误差电压、由此控制输出电压。
互感单元将电流改变为适合于发光二级管(LED)的电流并向LED供应改变后的电流。作为用于调节LED的电流的器件，光耦合器被使用。
发明内容
技术问题
用于反馈的器件比如光耦合器是昂贵的，正在研究用于以低成本制造无需输出电压的高准确性的互感单元的电源电路的技术。
问题的解决方案
实施例提供了一种根据从互感单元的辅助绕组单元检测出的电压电平来调节互感单元的输出电流的电流调节装置。
实施例还提供了一种检测来自互感单元的辅助绕组单元的电压并比较检测出的电压、由此根据互感单元的输入和/或输出电压的改变来调节恒定电流的电流调节装置。
在一个实施例中，一种电流调节装置包括：互感单元，互感单元包括辅助绕组单元；第一开关单元，第一开关单元控制互感单元的操作；误差电压检测单元和反馈单元，误差电压检测单元和反馈单元连接到互感单元的辅助绕组单元；以及控制单元，控制单元根据电压比较单元的输出电压来调整第一开关单元的接通区段(section)，其中，误差电压检测单元包括：电压检测单元，电压检测单元检测被感应到辅助绕组单元的电压；以及电压比较单元，电压比较单元将电压检测单元所检测出的电压与参考电压相比较；并且其中，误差电压检测单元和反馈单元分别连接到辅助绕组单元的两端。
本发明的有利效果
根据实施例，能够减小互感单元的体积。
根据实施例，通过调整互感单元的输出电压的误差，能够稳定地供应输出电流。
根据实施例，能够提高用于LED的电流调节装置的可靠性。
附图说明
图1是图示了根据一个实施例的电流调节装置的框图。
图2是图示了图1的电流调节装置的电路图。
图3是图示了第一时间常数电路在图1的第一开关单元的接通区段中的充电操作的图。
图4是图3的第一时间常数电路的充电波形图。
图5是图4的部分放大图。
图6是图示了第一时间常数电路在图1的第一开关单元的关断区段中的放电操作的图。
图7是图6的第一时间常数电路的放电波形图。
图8是图2的第一时间常数电路的充电和放电波形图。
图9是图示了图2的比较单元的详细电路图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述根据实施例的电流调节装置。
图1是图示了根据一个实施例的电流调节装置的框图。
参照图1，根据一个实施例的电流调节装置包括滤波单元11、整流单元13、互感单元15、直流(DC)输出单元17、发光单元19、控制单元21、第一开关单元23、反馈单元25和误差电压检测单元31。
滤波单元11去除包括在输入交流(AC)电压中的噪声。滤波单元11可以包括电磁干扰(EMI)滤波器，例如包括电容器。
整流单元13对从滤波单元11输出的电压进行整流并向互感单元15供应经整流的电压。整流单元13包括桥二极管电路，桥二极管电路对从滤波单元11输出的电压进行全波整流并供应经整流的电压。
整流单元13的输出电压Vin被输入到互感单元15，互感单元15根据第一开关单元23的接通来向次级侧输出电压。互感单元15的输出电压Vo通过DC输出单元17被供应到发光单元19。DC输出单元17包括对负载所必需的电压进行平滑处理并输出平滑的电压的平滑电路。
发光单元19包括可以串联连接或者串联-并联连接的多个LED 19A。这里，串联-并联连接包括其中将多组串联连接的LED 19A并联连接的电路。
控制单元21根据分别通过输入端子CT和控制端子Ctl输入的信号来控制脉宽调制(PWM)信号并通过驱动端子DRV输出该PWM信号。通过控制单元21的驱动端子DRV输出的信号接通/关断第一开关单元23。被感应到互感单元15的初级侧的电压根据第一开关单元23的关断而向次级侧输出。
控制单元21包括功率因子补偿(PFC)电路，PFC电路基于互感单元15的输出电压的改变、无任何改变地调节电流。也就是说，控制单元2检测因互感单元15的输出电压的改变而导致的误差以控制第一开关单元23的占空比，由此无任何改变地调节施加于发光单元19的电流。
互感单元15的辅助绕组单元15A连接到误差电压检测单元31和反馈单元25，并且误差电压检测单元31和反馈单元25可以分别连接到辅助绕组单元15A的两端。然而，实施例不限于此。
反馈单元25向控制单元21的反馈端子FB输出通过辅助绕组单元15A检测出的电压。控制单元21用通过反馈单元25检测出的电压来检测发光单元19的开路状态或过载状态，并且根据检测出的状态来控制第一开关单元23的驱动。此外，施加于辅助绕组单元15A的电压被供应到控制单元21的电源端子Vcc。
从辅助绕组单元15A输出的电压被作为与互感单元15的输入电压Vin或输出电压Vo的电平成比例的电压来检测。
如图1和2中所示，误差电压检测单元31包括电压检测单元33、第二开关单元35和电压比较单元37。电压检测单元33连接到辅助绕组单元15A的第一抽头。电压检测单元33对输入电压进行充电和平滑处理或者对经充电的电压进行放电，由此允许在恒定的DC电平处检测输入电压。在第二开关单元35的关断区段期间，向电压比较单元37输出电压检测单元33的电压V2。电压比较器37将电压检测单元33所检测出的电压V2与其中的参考电压相比较以向控制单元21的控制端子Ctl输出信号。
第二开关单元35和第一开关单元23由控制单元21的驱动信号同时接通/关断。
当电压检测单元33所检测出的电压V2超过参考电压时，电压比较单元37减小电压比较单元37的输出电压V3的电平。当向控制端子Ctl输入的电压V3在电平上减小时，控制单元21调整驱动信号以便缩短第一开关单元23的接通区段。因此，互感单元15的输出电流与第一开关单元23的接通区段的减小速率成比例地减小，而且，向发光单元19输入的电流降低。
当电压检测单元33所检测出的电压V2小于参考电压时，电压比较单元37增大电压比较单元37的输出电压V3的电平。当向控制端子Ctl输入的电压的电平增大时，控制单元21调整驱动信号以便增大缩短第一开关单元23的接通区段。因此，互感单元15的输出电流与第一开关单元23的接通区段的增大速率成比例地增大，而且，向发光单元19输入的电流增大。
这里，当互感单元15的输入电压改变时，控制单元21根据由误差电压检测单元31通过互感单元15的辅助绕组单元15A检测出的误差电压来补偿互感单元15的输出电压的改变所引起的误差电流，由此允许供应恒定的电流。
当互感单元15的输出电流改变或者互感单元15的输入电压改变时，误差电压检测单元31检测并供应误差电压以使恒定的电流向发光单元19供应。
误差电压检测单元31具有如下结构，该结构接收来自互感单元15的辅助绕组单元15A的用于调节电流的电压的反馈并且使用初级侧调节(PSR)方案。
图2是图示了图1的电流调节装置的电路图。
参照图2，互感单元15包括初级绕组N1、次级绕组N2和辅助绕组单元15A。初级绕组N1的第一抽头连接到整流单元13的输出端子，并且初级绕组N1的第二抽头连接到第一开关单元23的漏极。第一开关单元23可以配置有双极结晶体管(BJT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
DC输出单元17连接到互感单元15的次级绕组N2。DC输出单元17包括第二二极管D2和第五电容器D5，该第五电容器的一端并联连接到第二二极管D2的阴极而另一端连接到地端子。第二二极管D2和第五电容器C5对向互感单元15的次级绕组N2输出的电压进行平滑处理并输出平滑的电压。
误差电压检测单元31连接到互感单元15的辅助绕组单元15A的第一抽头。反馈单元25连接到互感单元15的辅助绕组单元15A的第二抽头。互感单元15的辅助绕组单元15A的中心抽头接地。具有与互感单元15的次级绕组N2的极性相反的极性的电压被感应到辅助绕组单元15A的第一抽头。具有与互感单元15的次级绕组N2的极性相同的极性的电压被感应到辅助绕组单元15A的第二抽头。
第三二极管D3连接到辅助绕组单元15A的第二抽头。通过第三二极管D3的电压通过反馈单元25被供应到控制单元21的反馈端子FB和电源端子Vcc。
反馈单元25包括多个分压电阻器R8和R9，并且反馈已通过分压电阻器R8和R9的经分压的电压。。
误差电压检测单元31的电压检测单元33包括第一和第二时间常数电路33A和33B。第一时间常数电路33A包括第一电阻器R1和第一电容器C1，第一电阻器R1的一端连接到辅助绕组单元15A的第一抽头，第一电容器C1并联连接到第一电阻器R1的另一端。第二时间常数电路33B包括第二电阻器R2和第二电容器C2，第二电阻器R2的一端串联连接到第一电阻器R1的另一端，第二电容器C2并联连接到第二电阻器R2的另一端。第一时间常数电路33A存储被感应到互感单元15的辅助绕组单元15A的电压，并且对所存储的电压进行放电。第一时间常数电路33A的时间常数可以是第一开关单元23的接通时间的一倍至一百倍。
这里，施加于辅助绕组单元15A的第一抽头的电压按照互感单元15的次级绕组N2和第一辅助绕组N4的匝数比来被输入，而且还按照互感单元15的初级绕组N1和第一辅助绕组N4的匝数比来被输入。可以通过调整匝数比来将向第一抽头输入的电压与互感单元15的输出电压的电平成比例地调节。施加于辅助绕组单元15A的第二抽头的电压按照互感单元15的次级绕组N2和第二辅助绕组N3的匝数比来被输入，而且还可以通过调整匝数比来与互感单元15的输出电压的电平成比例地调节。
第一电阻器R1连接到具有接地阳极的第一二极管D1，并且当控制电压是负电压时，第一二极管D1连接到地端子。
第二时间常数电路33B存储第一时间常数电路33A的输出电压并且对所存储的电压进行放电。在此情况下，按照时间常数放电的电压可以作为平滑的电压V2来输出。
图3是用于描述第一时间常数电路在第一开关单元23的接通区段中的操作的图。图4示出了施加于第一时间常数电路的电压。图5是图4的部分放大图。
在图4中，施加于第一时间常数电路的电压如图3中那样在第一开关单元23的接通区段期间线性增大。这里，例如，当第一开关单元23的操作开关频率约为70KHz时，直到互感单元15的输入电压被施加于辅助绕组单元15A的第二抽头为止所花费的时间短于约14.28μs。这里，通过调整第一时间常数电路33A的第一电阻器R1和第一电容器C1的值，时间常数被设置为第一开关单元23的接通区段的时间常数的一倍至一百倍，由此获得线性增大的电压V1。第一电容器C1如图5中那样被充电。
这里，Vc＝(N4/N1)*Vin。
图6是用于描述第一时间常数电路在第一开关单元的关断区段中的操作的图。图7和8是示出了第一时间常数电路的电压的曲线图。
参照图2和6，当第一开关单元23关断时，互感单元15的输出电压被施加于辅助绕组单元15A的绕组，在该情况下，消耗的时间可以少于约14.28μs。施加于第一时间常数电路33A的电压Vc如图7的曲线图中那样按照第一时间常数电路33A的时间常数值线性减小。
这里Vc＝-(N4/N2)*Vo。
图8是示出了第一时间常数电路33A在第一开关单元的接通和关断区段中的电压波形的图。第二时间常数电路33B的放电时间T1可以比第一开关单元23的关断时间短。
这里，可以在第一开关单元23的关断区段中获得图8中的区域A1的面积，并且通过使用区域A1的面积，可以用以下等式(1)获得关于互感单元15的输出电流Io的信息。
N 1 N 2 V 0 = L M di 0 dt . . . . . ( 1 )
i 0 = N 1 N 2 L M ∫ V 0 dt
参照图2，由于第二时间常数电路33B的时间常数值，第一时间常数电路33A的电压、即三角波形信号被作为恒定的DC电压来输出。也就是说，第二时间常数电路33B调整第二电阻器R2的值和第二电容器C2的值以将输入电压作为平滑的DC电压来输出。
因此，通过调整第二时间常数电路33B的时间常数值和第一时间常数电路33A的时间常数值，可以检测互感单元15的输出电流。
第二时间常数电路33B的输出电压V2被输出到电压比较单元37。在该点处，第二开关单元35关断。
第二开关单元35可以配置有BJT或MOSFET。
第三电阻器R3连接到第二开关单元23的漏极并且连接到第二时间常数电路33B的输出端子。
当第一开关单元23接通时生成的输出电压V2的波形如图5的电压波形中那样生成。在该点处，第二开关单元35同时接通，由此，输出电压V2通过第三电阻器R3放电。当第一开关单元23关断时生成的输出电压V2的波形如图7中那样生成。在该点处，第二开关单元35同时关断，由此，输出电压V2被输入到电压比较单元37。此外，由于第三电阻器R3，电压V2的电平不随输入电压的改变而改变；并且由于输出电流的改变，输入电压V2被输入到电压比较单元37。因此，不管输入电压的改变如何，输出电流也不改变，由此输出恒定的电流。
电压比较单元37包括分压单元37A、比较单元37B和增益调整电路37C。分压单元37A包括第四和第五电阻器R4和R5，并且用第四和第五电阻器R4和R5对电压检测单元33的输出电压V2进行分压以向比较单元37B的参考端子输出经分压的电压。
比较单元37B作为误差放大器工作以向控制单元21的控制端子Ctrl输出误差电压V3。
比较单元37B将输入电压V2a与其中的参考电压相比较。比较单元37B将从第二时间常数电路33B输出的电压V2a与其中的参考电压相比较以向控制单元21的控制端子Ctl输出改变后的电压V3。
比较单元37B的阳极连接到地端子，并且比较单元37B的阴极连接到控制单元21的电源端子Vcc。
增益调整电路37C包括连接到分压单元37A的第六电阻器R6、连接在第六电阻器R6与比较单元37C的阴极之间的第三电容器C3以及并联连接到分压单元37A和比较单元37B的阴极的第四电容器C4。增益调整电路37C调整比较单元37B的输出电压V3的增益，并由此防止因具有异常频率的电压而导致的故障。
因此，控制单元21根据输入到控制端子Ctl的电压V3的改变来增大或减小第一开关单元23的接通区段，由此无任何改变地调节互感单元15的输出电流。
这里，当互感单元15的输入电压Vin上升时，比较单元37B减小输出电压V3。相反，当互感单元15的输入电压Vin下降时，比较单元37B增大并输出输出电压V3。误差电压检测单元31检测因互感单元15的输入电压的改变而导致的输出电压的误差，并且增大或减小第一开关单元23的接通区段。
辅助绕组单元15A用误差电压检测单元31检测误差电压以向控制单元21的控制端子Ctl输出该误差电压。由于此原因，当向控制单元21的反馈端子FB反馈误差电压时，需要将反馈电压增大到约2.5V，为此进一步增加辅助绕组单元15A的绕组数目。由于这样的限制，互感单元15的体积增大，并且效率完全降低。而且，当检测到至控制单元21的反馈端子FB的误差电压时，控制单元21在控制输出电流方面有故障，难以控制控制端子Ctl的电压，并且在设置输出电流方面存在限制。
图9是图示了比较单元的详细示例的电路图。
参照图9，在比较单元27B中，输入电压V2a被输入到比较器41的正端子，并且参考电压Vref被输入到比较器41的负端子。比较器41的输出端子连接到开关元件42的基极，开关元件42的集电极连接到比较单元37B的阴极，并且开关元件42的发射极连接到比较单元37B的阳极。
为了参照图2提供恒定电流控制操作，当互感单元15的输出电流改变时，通过辅助绕组单元15A从电压检测单元33检测出的电压V2增大。电压比较单元37将参考电压与检测出的电压V2相比较，并且当检测出的电压V2高于参考电压时，电压比较单元37向控制单元21的控制端子Ctl输出减小的电压。控制单元21使第一开关单元23的接通区段与向控制单元21的控制端子Ctl输入的减小的电压成比例地减小。
当互感单元15的输出电流改变时，通过辅助绕组单元15A从电压检测单元33检测出的电压V2减小。电压比较单元37将参考电压与检测出的电压V2相比较，并且当检测出的电压V2低于参考电压时，电压比较单元37向控制单元21的控制端子Ctl输出增大的电压。控制单元21使第一开关单元23的接通区段与向控制单元21的控制端子Ctl输入的增大的电压成比例地增大。
此外，甚至在互感单元15的输入电压Vin的改变中也可以相同地施加互感单元15的输出电流的改变。
因此，电流调节装置根据互感单元15的输入电压Vin的改变或者输出电流Io的改变、按照误差电压检测单元31检测出的误差值来调整第一开关单元23的接通区段，由此允许互感单元15的输出电流被作为恒定的电流来供应。
此外，当从电压检测单元33检测出的电压高于或低于参考值时，电压比较单元37的比较单元37B向/从控制单元21的控制端子Ctl输入/断开施加于控制单元21的电源端子Vcc的电压，并由此控制第一开关单元23的接通区段。
上述电流调节装置可应用于诸如背光单元、各种显示器件、头灯、街灯、室内灯、室外灯、信号灯和照明灯的照明系统中的每一个的功率模块。
根据实施例，能够去除光耦合器。
根据实施例，能够去除用于控制恒定电流的集成电路。
根据实施例，能够减小互感单元的体积。
根据实施例，通过调整互感单元的输出电压的误差，能够稳定地供应输出电流。
根据实施例，能够提高用于LED的电流调节装置的可靠性。
虽然已参照本发明的多个示例实施例描述了实施例，但是应当理解，本领域技术人员能够设计将落入本公开内容的精神实质和范围内的许多其它修改和实施例。更具体而言，主题组合布置的组成部分和/或布置的各种变化和修改在公开内容、附图和所附权利要求的范围内是可能的。除了组成部分和/或布置的变化和修改之外，可替选使用也应容易被本领域技术人员明白。

Claims (14)

1.一种电流调节装置，包括：
互感单元，所述互感单元包括辅助绕组单元；
第一开关单元，所述第一开关单元控制所述互感单元的操作；
误差电压检测单元和反馈单元，所述误差电压检测单元和所述反馈单元连接到所述互感单元的所述辅助绕组单元；以及
控制单元，所述控制单元根据电压比较单元的输出电压来调整所述第一开关单元的接通区段，
其中，所述误差电压检测单元包括：
电压检测单元，所述电压检测单元检测被感应到所述辅助绕组单元的电压；以及
所述电压比较单元，所述电压比较单元将所述电压检测单元所检测出的电压与参考电压相比较；
并且其中，所述误差电压检测单元和所述反馈单元分别连接到所述辅助绕组单元的两端。
2.根据权利要求1所述的电流调节装置，包括：发光单元，所述发光单元包括按照输出到所述互感单元的次级侧的电压来发光的多个发光二极管。
3.根据权利要求1所述的电流调节装置，包括：第二开关单元，所述第二开关单元接收向所述第一开关单元以及所述电压检测单元的输出端子输入的信号以执行开关操作。
4.根据权利要求3所述的电流调节装置，包括：电阻器，所述电阻器连接到所述第二开关单元的漏极和所述电压检测单元的输出端子，所述电阻器防止输入电压通过所述第一开关单元的接通而被传递到所述电压比较单元。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，包括：反馈单元，所述反馈单元连接到所述辅助绕组单元的抽头以向所述控制单元的反馈端子反馈所述互感单元的输出电压。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，其中，所述电压检测单元包括：
第一时间常数电路，所述第一时间常数电路连接到所述辅助绕组单元；以及
第二时间常数电路，所述第二时间常数电路对所述第一时间常数电路的输出电压进行平滑处理。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，其中，所述电压比较单元包括：
比较单元，所述比较单元将所述电压检测单元的输出电压与其中的参考电压相比较以向所述控制单元的控制端子输出信号；以及
增益调整电路，所述增益调整电路调整所述比较单元的输出电压的增益。
8.根据权利要求7所述的电流调节装置，其中，所述辅助绕组单元的抽头通过二极管连接到所述控制单元的电源端子，并且
所述控制单元的所述电源端子连接到所述电压比较单元的所述比较单元的输出端子。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，其中，与被感应到所述互感单元的次级侧的电压成比例的电压被感应到所述辅助绕组单元。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，其中，所述控制单元包括功率因子补偿电路。
11.根据权利要求3或4所述的电流调节装置，其中，所述第二开关单元和所述第一开关单元由所述控制单元的驱动信号同时接通或关断。
12.根据权利要求3或4所述的电流调节装置，其中，所述第二开关单元和所述第一开关单元中的每一个包括双极结晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
13.根据权利要求1至4中的任一项所述的电流调节装置，其中，直流输出单元连接到所述互感单元的次级绕组，并且
所述直流输出单元包括第二二极管和第五电容器，所述第五电容器并联连接到所述第二二极管的阴极并且具有另一个接地端。
14.根据权利要求1所述的电流调节装置，其中，所述误差电压检测单元连接到所述互感单元的所述辅助绕组单元的第一抽头，
所述反馈单元连接到所述辅助绕组单元的第二抽头，
所述辅助绕组单元的中心抽头接地，
具有与所述互感单元的次级绕组相反的极性的电压被感应到所述辅助绕组单元的所述第一抽头，并且
具有与所述互感单元的所述次级绕组相同的极性的电压被感应到所述辅助绕组单元的所述第二抽头。
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