CN104967289B - 开关控制器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制开关恒流源的开关控制器，包含至少三个端子：控制流经开关恒流源的磁性元件电流的开关端子，为开关控制器内部供电的电源端子和用于开关控制器内部参考地电平的公共端子；电源端子和公共端子之间并联一电容以平滑开关控制器的供电电压；开关控制器控制流经磁性元件的电流，实现对开关恒流源输出电流的控制。其优点在于利用该开关控制器可以实现低成本的集成电路和开关恒流源，且该开关控制器、利用该开关控制器实现的低成本的集成电路和开关恒流源均可以利用外部信号调节电流。

Description

开关控制器及其应用

技术领域

本发明涉及LED驱动电路和集成电路的实现方法，具体涉及到一种开关控制器以及利用其实现的开关恒流源。

背景技术

随着LED照明产品的技术发展日臻成熟，LED照明产品已经逐渐取代传统照明产品成为主流。在当前的LED照明驱动方案中，开关恒流源和线性恒流源相比具有诸多优点，例如更高的效率，更宽的输入电压范围，因此当前的LED驱动方案仍以开关恒流源为主。但随着市场竞争的日趋激烈，降低开关恒流源的成本也势在必行。

图1是当前常见的一种开关恒流源电路示意图，包含电源、续流二极管D、磁性元件M、开关控制器和负载。其中，开关控制器包含4个端子：用以控制磁性元件M导通和关断电流的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2、用于参考地电平的公共端子3和用于负载电流检测的检流端子4。

续流二极管D的阴极与电源输出相连，续流二极管D的阳极与磁性元件M的一端相连，磁性元件M的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D与磁性元件M的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C并联在电源端子2和地之间用以平滑开关控制器的电压，、电阻R并联在检流端子4和地之间用以检测流经开关端子1的电流，开关控制器的第三端子接地。

工作原理为：当开关控制器内部的功率开关导通时，磁性元件M的电流上升，当开关控制器内部的功率开关关断时，磁性元件M的电流经由二极管D续流下降,控制开关控制器内部的功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路和功率开关；供电电路为开关控制器内部供电；内部偏置电路将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元并产生一电流基准信号Iref作为开关恒流源的电流设定信号；电阻R检测流经功率开关的电流获得开关电流信号Isense，该信号对应负载电流的一部分；电流基准信号Iref和开关电流信号Isense共同输入到恒流控制电路中；恒流控制电路根据开关电流信号Isense计算出负载平均电流信号作为开关恒流源控制环路的负反馈输入信号，当该信号大于电流基准信号Iref时，恒流控制电路控制功率开关的导通占空比减小，反之当该信号小于电流基准信号Iref时，恒流控制电路的输出脉冲控制功率开关的导通占空比增加，最终稳态为：开关恒流源的输出负载电流与电流基准信号Iref成正比。

该方案对应的开关控制器可以制造成专用的集成电路使用。对于专用的集成电路来说，检流端子4的功能是可以方便地设置负载电流，但它使集成电路不得不增加一个专用引脚，这增加了使用者的材料成本。省略检流端子4的一种做法是将电阻R也集成到开关控制器内部，可以获得3个引脚的集成电路外形，代价是牺牲了外部设置负载电流的功能。

因此，设计一种电流可编程的，低成本的开关控制器用以控制开关恒流源显得很有必要。

发明内容

本发明的技术方案是：提供一种电路简单的开关控制器以及利用其实现的开关恒流源。

本发明提供的一种控制开关恒流源的开关控制器，开关恒流源包含至少一磁性元件，开关控制器控制流经开关恒流源的磁性元件的电流，实现对开关恒流源输出电流的控制；开关控制器包含至少三个端子：控制流经开关恒流源的磁性元件电流的开关端子，为开关控制器内部供电的电源端子和用于开关控制器内部参考地电平的公共端子；电源端子和公共端子之间并联一电容以平滑开关控制器的供电电压。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：流经电源端子的电流用以控制流经开关端子的电流。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：电源端子的电压用以控制流经开关端子的电流。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：电容两端还并联一电阻，电阻上流经的电流用以控制流经开关端子的电流。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：电源端子还连接至少一电流源，流经电流源的电流用以控制流经开关端子的电流。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关；供电电路为开关控制器内部供电；内部偏置电路将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元；差值电流检测电路用以检测流经电源端子的平均电流，该电流作为基准信号提供给恒流控制电路；导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流；恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关的通断；功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路、导通电流检测电路、功率开关和差值电流检测电路；供电电路用以为开关控制器内部供电；内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元；差值电流检测电路用以检测供电电路输出电流和内部偏置电路消耗的电流产生电流差值信号，该电流差值信号作为基准信号提供给恒流控制电路；导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流；恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断；功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路、导通电流检测电路、功率开关和差值电流检测电路；供电电路为开关控制器内部供电和为电源端子提供外部电流；外部电流被差值电流检测电路检测并反馈给供电电路，使外部电流恒定；内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元；导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流；恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断；功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

进一步，本发明提供的一种开关控制器，还具有这样的特征：开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路、导通电流检测电路、功率开关和差值电流检测电路；供电电路为开关控制器内部供电和为电源端子提供外部电流；差值电流检测电路检测供电电路输出电流和内部偏置电路消耗的电流之差作为反馈信号反馈给供电电路，使外部电流恒定；内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元；导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流；恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断；功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

另外，本发明还提供一种开关恒流源，具有上述的开关控制器。

进一步，本发明提供的一种开关恒流源，还具有这样的特征：还包括一二极管；当开关控制器内部的功率开关导通时，磁性元件的电流上升，当开关控制器内部的功率开关关断时，磁性元件的电流经由二极管续流下降。

本发明取得的技术效果是：实现了一种电路简单的开关控制器，利用该开关控制器可以实现低成本的开关恒流源，且该开关控制器和开关恒流源均可以利用外部信号调节电流。

附图说明

图1是当前常见的一种开关恒流源电路示意图

图2是实施例一的开关恒流源的电路图。

图3是实施例一的开关控制器的电路图。

图4是实施例二的开关恒流源的电路图。

图5是实施例二的开关控制器的电路图。

图6是实施例三的开关恒流源的电路图。

图7是实施例三的开关控制器的电路图。

图8是实施例四的开关恒流源的电路图。

图9是实施例四的开关控制器的电路图。

图10是实施例五的开关恒流源的电路图。

图11是实施例五的开关控制器的电路图。

图12是实施例六的开关恒流源的电路图。

图13是实施例六的开关控制器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例一

图2是实施例一的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D1、磁性元件M1、开关控制器、负载、电容C1和电阻R1。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M1的电流导通和关断的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D1的阴极与电源输出相连，续流二极管D1的阳极与磁性元件M1的一端相连，磁性元件M1的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D1与磁性元件M1的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C1、电阻R1并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图3是实施例一的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关。

供电电路为开关控制器内部供电。

内部偏置电路将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

差值电流检测电路用以检测流经电源端子2的平均电流，该电流作为基准信号提供给恒流控制电路。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流。

恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关的通断。

当开关控制器内部的功率开关导通时，磁性元件M的电流上升，当开关控制器内部的功率开关关断时，磁性元件M的电流经由二极管D续流下降,控制开关控制器内部的功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电阻R1上流经的电流为开关控制器的电源端子2两端的电压除以电阻R1阻值的商值，该商值由差值电流检测电路检测出并用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M1和负载的电流得以控制。

实施例二

图4是实施例二的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D2、磁性元件M2、开关控制器、负载、电容C2和电阻R2。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M2的电流导通和关断的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D2的阴极与电源输出相连，续流二极管D2的阳极与磁性元件M2的一端相连，磁性元件M2的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D2与磁性元件M2的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C2、电阻R2并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图5是实施例二的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路、导通电流检测电路、功率开关和差值电流检测电路。

供电电路用以为开关控制器内部供电。

内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

差值电流检测电路用以检测供电电路输出电流和内部偏置电路消耗的电流产生电流差值信号，该电流差值信号作为基准信号提供给恒流控制电路。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流。

恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断。

当开关控制器内部的功率开关导通时，磁性元件M2的电流上升，当开关控制器内部的功率开关关断时，磁性元件M2的电流经由二极管D2续流下降,控制开关控制器内部的功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电阻R2上流经的电流为开关控制器的电源端子2两端的电压除以电阻R2阻值的商值，该商值由差值电流检测电路检测出并用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M2和负载的电流得以控制。

实施例三

图6是实施例三的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D3、磁性元件M3、开关控制器、负载、电容C3和电流源I3。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M3的电流导通和关断的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D3的阴极与电源输出相连，续流二极管D3的阳极与磁性元件M3的一端相连，磁性元件M3的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D3与磁性元件M3的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C3、电流源I3并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图7是实施例三的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关。

供电电路为开关控制器内部供电。

内部偏置电路将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

差值电流检测电路用以检测流经电源端子2的平均电流，该电流作为基准信号提供给恒流控制电路。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流。

恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关的通断。

当功率开关导通时，磁性元件M3的电流上升，当功率开关关断时，磁性元件M3的电流经由二极管D3续流下降,控制功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电流源I3的电流由差值电流检测电路检测出并用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M3和负载的电流得以控制。

实施例四

图8是实施例四的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D4、磁性元件M4、开关控制器、负载、电容C4和电流源I4。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M4导通和关断电流的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D4的阴极与电源输出相连，续流二极管D4的阳极与磁性元件M4的一端相连，磁性元件M4的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D4与磁性元件M4的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C4、电流源I4并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图9是实施例四的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、恒流控制电路、导通电流检测电路、功率开关和差值电流检测电路。

供电电路用以为开关控制器内部供电。

内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

差值电流检测电路用以检测供电电路输出电流和内部偏置电路消耗的电流产生电流差值信号，该电流差值信号作为基准信号提供给恒流控制电路。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流。

恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断。

当功率开关导通时，磁性元件M4的电流上升，当功率开关关断时，磁性元件M4的电流经由二极管D4续流下降,控制功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电流源I4的电流由差值电流检测电路检测出并用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M4和负载的电流得以控制。

实施例五

图10是实施例一的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D5、磁性元件M5、开关控制器、负载、电容C5和电阻R5。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M5的电流导通和关断的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D5的阴极与电源输出相连，续流二极管D5的阳极与磁性元件M5的一端相连，磁性元件M5的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D5与磁性元件M5的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C5、电阻R5并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图11是实施例五的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关。

供电电路为开关控制器内部供电和为电源端子提供外部电流；外部电流被差值电流检测电路检测并反馈给供电电路，使外部电流恒定。

内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流；

恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断。

功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

当功率开关导通时，磁性元件M5的电流上升，当功率开关关断时，磁性元件M5的电流经由二极管D5续流下降,控制功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电源端子流出的外部电流在电阻R5两端产生与R5阻值成正比的电压信号，该电压信号用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M5和负载的电流得以控制。

实施例五

图12是实施例六的开关恒流源的电路图。

开关恒流源包含电源、续流二极管D6、磁性元件M6、开关控制器、负载、电容C6和电阻R6。

开关控制器包含3个端子：用以控制磁性元件M6的电流导通和关断的开关端子1、为开关控制器内部电路供电的电源端子2和用于参考地电平的公共端子3。

续流二极管D6的阴极与电源输出相连，续流二极管D6的阳极与磁性元件M6的一端相连，磁性元件M6的另一端经负载连接到电源输出，续流二极管D6与磁性元件M6的交汇点连接到开关控制器的开关端子1，电容C6、电阻R6并联在电源端子2和地之间分别用以平滑开关控制器的电压和设置开关恒流源的电流。

图13是实施例六的开关控制器的电路图。

开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关。

供电电路为开关控制器内部供电和为电源端子提供外部电流。

差值电流检测电路检测供电电路输出电流和内部偏置电路消耗的电流之差作为反馈信号反馈给供电电路，使外部电流恒定。

内部偏置电路用以将供电电路的电压分配到开关控制器内的其他电路单元。

导通电流检测电路用以检测流经功率开关的电流。

恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制功率开关通断。

功率开关的通断控制流经磁性元件的电流升降，实现对开关恒流源的输出电流控制。

当功率开关导通时，磁性元件M6的电流上升，当功率开关关断时，磁性元件M6的电流经由二极管D6续流下降,控制功率开关的导通占空比，可以使输出电流稳定在恒定值。

电源端子流出的外部电流在电阻R6两端产生与R6阻值成正比的电压信号，该电压信号用以控制流经开关端子1的电流，因此，磁性元件M6和负载的电流得以控制。

上述实施例是为了说明而不是限制本发明，在不脱离所附权利要求的保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本发明要求保护的范围内。词语“包含”或“包括”不排除那些与权利要求中列出的元件或步骤不同元件或步骤的存在，元件“一”或“一个”不排除多个元件的存在，在列举几种电路的权利要求中，这些电路中的几个可以由一个来表现，电子器件项也是同样，仅仅因为某些方法是在互不相同的从属权利要求中描述的，并不说明这些方法的组合不能用来获利。

Claims (12)

1.一种控制开关恒流源的开关控制器，所述开关恒流源包含至少一磁性元件，其特征在于：

所述开关控制器控制流经所述开关恒流源的磁性元件的电流，实现对所述开关恒流源输出电流的控制；

所述开关控制器包含至少三个端子：控制流经所述开关恒流源的磁性元件电流的开关端子，为所述开关控制器内部供电的电源端子和用于所述开关控制器内部参考地电平的公共端子；所述电源端子和所述公共端子之间并联一电容以平滑所述开关控制器的供电电压；

所述开关控制器包含供电电路、内部偏置电路、差值电流检测电路、导通电流检测电路、恒流控制电路和功率开关；

所述供电电路为所述开关控制器内部供电；

所述内部偏置电路将所述供电电路的电压分配到所述开关控制器内的其他电路单元；

所述导通电流检测电路用以检测流经所述功率开关的电流；

所述恒流控制电路产生驱动脉冲，控制所述功率开关的通断。

2.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：流经所述电源端子的电流用以控制流经所述开关端子的电流。

3.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：所述电源端子的电压用以控制流经所述开关端子的电流。

4.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：所述电容两端还并联一电阻，所述电阻上流经的电流用以控制流经所述开关端子的电流。

5.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：所述电源端子还连接至少一电流源，流经所述电流源的电流用以控制流经所述开关端子的电流。

6.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：

所述差值电流检测电路用以检测流经电源端子的平均电流，该电流作为基准信号提供给恒流控制电路；

所述恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制所述功率开关的通断。

7.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：

所述差值电流检测电路用以检测所述供电电路输出电流和所述内部偏置电路消耗的电流产生电流差值信号，该电流差值信号作为基准信号提供给恒流控制电路；

所述恒流控制电路接收来自于差值电流检测电路和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制所述功率开关通断。

8.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：

所述供电电路还为所述电源端子提供外部电流；所述外部电流被所述差值电流检测电路检测并反馈给供电电路，使所述外部电流恒定；

所述恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制所述功率开关通断。

9.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：

所述供电电路还为所述电源端子提供外部电流；

所述差值电流检测电路检测所述供电电路输出电流和所述内部偏置电路消耗的电流之差作为反馈信号反馈给供电电路，使所述外部电流恒定；

所述恒流控制电路接收来自于电源端子的电压信号和导通电流检测电路的信号，产生驱动脉冲，控制所述功率开关通断。

10.根据权利要求1所述的开关控制器，其特征在于：

所述功率开关的通断控制流经所述磁性元件的电流升降，实现对所述开关恒流源的输出电流控制。

11.一种开关恒流源，其特征在于，具有如权利要求1至10所述的任意一项所述的开关控制器。

12.根据权利要求11所述的开关恒流源，其特征在于：还包括 一二极管；当所述开关控制器内部的功率开关导通时，磁性元件的电流上升，当所述开关控制器内部的功率开关关断时，磁性元件的电流经由所述二极管续流下降。