CN105491726B - 一种自适应电流控制电路 - Google Patents

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Abstract

一种自适应电流控制电路，包括：调整管、第一采样比较电路、比例控制电路、可变采样电阻、第二采样比较电路；所述自适应电流控制电路通过比例控制电路同时调节可变采样电阻的阻值和比例电路的系数。同时所述可变采样电阻和比例电路的系数同比例放大或缩小，使第二采样比较电路的输入电压处于合适的输入范围。

Description

一种自适应电流控制电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种自适应电流控制电路。
背景技术
电流源能够向负载提供在某个幅值稳定的直流电流，因此，电流源的应用十分广泛，特别是在LED灯的供电领域使用非常多。目前较多的直流电源直接将交流电网功率转换为带有正弦纹波的直流功率输出，加载在LED灯上时，表现为带有正弦纹波的直流电流。
但是在实际应用中，负载往往要求滤除该电流所带有的正弦纹波，因此通常采用电流源滤波电路的恒定电流控制电路来稳定电流。请参考图1，为现有的恒定电流控制电路的示意图，包括：电流源1，滤波电容2以及LED负载3，所述LED负载3连接调整管4，所述调整管4的源级连接采样电阻5，所述调整管4的控制极连接运算放大器6的输出端，当所述电流源1的输出有一定的波动时，所述运算放大器6通过比较所述采样电阻5上的电压信号和可自适应的基准电压信号Vref，控制所述调整管4使所述LED 负载的电流接近为恒流，并且等于输入电流。但传统的具有电流源滤波电路的恒定电流控制电路，在电流源1输出电流较大或较小时，运算放大器6的输入电压值会超过其合适的输入范围，导致其适用电流范围比较窄。
发明内容
本发明提供一种自适应电流控制电路，通过自动调整可变采样电阻的阻值，使运算放大器的输入电压在其合适的输入范围内，从而兼容更大范围的负载电流。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种自适应电流控制电路，包括：调整管、第一采样比较电路、比例控制电路、可变采样电阻、第二采样比较电路，
所述调整管与可变采样电阻形成串联电路，且所述串联电路的一端与电流输入端相连，另一端与电流输出端相连；
所述第一采样比较电路对调整管对应的第一采样信号进行采样，将第一采样信号与第一设定阈值进行比较、积分后，产生第一积分信号，第一积分信号经过比例电路产生指令信号；
所述比例控制电路根据获得的指令信号与第二设定阈值进行比较产生第一控制信号，利用第一控制信号对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行调整，可变采样电阻放大或缩小的比例与比例电路的系数放大或缩小的比例一致；
所述第二采样比较电路利用可变采样电阻获得第二采样信号，将所述第二采样信号与获得的指令信号进行比较放大，产生第二控制信号，利用输出的第二控制信号控制调整管的电流。
可选的，所述第一采样比较电路包括第一比较器、积分电路和比例电路，所述第一比较器的第一输入端对调整管漏端电压进行采样，所述第一比较器的第二输入端为第一设定阈值，所述第一比较器的输出端与积分电路的输入端相连，所述积分电路的输出端与比例电路的输入端相连，所述比例电路的输出端作为第一采样比较电路的输出端，分别与第二采样比较电路和比例控制电路相连，所述比例电路的系数控制端与比例控制电路相连，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大或缩小。
可选的，所述积分电路为一个电容或数字积分器。
可选的，所述第二采样比较电路包括第一放大器，所述第一放大器的第一输入端与第一采样比较电路的输出端相连，所述第一放大器的第二输入端与可变采样电阻的采样端相连，所述第一放大器的输出端与调整管的控制端相连。
可选的，所述第二设定阈值包括上限阈值电压和下限阈值电压，上限阈值电压大于下限阈值电压，所述比例控制电路根据上限阈值电压、下限阈值电压和指令信号产生第一控制信号，对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行调整，可变采样电阻放大或缩小的比例与比例电路的系数放大或缩小的比例一致。当指令信号高于上限阈值电压时，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例缩小；当指令信号低于下限阈值电压时，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大。
可选的，所述比例控制电路包括第二比较器、第三比较器和比例调节电路，所述第二比较器、第三比较器的第一输入端分别与第一采样比较电路的输出端相连，所述第二比较器的第二输入端连接有上限阈值电压，所述第三比较器的第二输入端连接有下限阈值电压，利用第二比较器、第三比较器控制比例调节电路输出第一控制信号。
可选的，所述比例调节电路输出的第一控制信号调节的比例为固定比例或不固定比例。
可选的，所述第一设定阈值为固定阈值或自适应阈值。可选的，当所述第一设定阈值为自适应阈值时，根据指令信号的大小调节第一设定阈值，保证调整管工作在饱和工作区。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
所述自适应电流控制电路通过比例控制电路对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行同比例调整，当前级输入电流增加，导致指令信号大于比例控制电路中的上限阈值，比例调节电路产生第一控制信号，使可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例缩小，使指令信号在比例控制电路的上下阈值之间，从而使第二采样电路的输入在合适的范围内，同时减小了采样电阻损耗，提高系统效率；当前级输入电流减小，导致指令信号小于比例控制电路中的下限阈值，比例调节电路产生第一控制信号，使可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大，使指令信号在比例控制电路的上下阈值之间，使第二采样电路的输入在合适的范围内。
附图说明
图1是现有技术的恒定电流控制电路的电路结构示意图；
图2是本发明一个实施例的自适应电流控制电路的电路结构示意图；
图3是本发明另一个实施例的自适应电流控制电路的电路结构示意图；
图4是本发明一个实施例的采样电阻的电路图；
图5为本发明实施例控制指令信号在上限阈值电压和下限阈值电压之间波动的波形参考图。
具体实施方式
申请人发现，传统的电流源有源滤波电路的恒定电流控制电路，由于运算放大器的输入电压有一定的范围，导致其适用电流范围比较窄，并且当前级输入电流比较大时，恒定电流控制电路的功耗大，效率低。
因此，本发明实施例提供了一种自适应电流控制电路，通过动态调节可变采样电阻的阻值，从而在更大的前级输入电流变化范围内，也既能使运算放大器的输入电压在合适的范围内，同时可以实现系统高效率。
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
请参考图2，本发明提供了一种自适应电流控制电路，所述自适应电流控制电路的电流输入端或电流输出端与直流源供电的负载电连接。在本实施例中，所述负载11的一端连接直流源10，另一端连接所述自适应电流控制电路的电流输入端，且所述直流源10并联有滤波电容进行滤波。在本发明第一实施例中，所述自适应电流控制电路包括：调整管T1、第一采样比较电路12、比例控制电路13、可变采样电阻R1、第二采样比较电路U2。
所述调整管T1与采样电阻R1串联形成串联电路，且所述串联电路的一端与电流输入端Iin相连，另一端与电流输出端Iout相连。所述调整管为MOS管或三极管，在本实施例中，为MOS管。
在其他实施例中，所述负载11和调整管T1的位置可以互换。
所述第一采样比较电路12对调整管T1对应的第一采样信号进行采样，将第一信号与第一设定阈值Vref进行比较放大且积分后，产生第一积分信号，第一积分信号经过比例电路产生指令信号。
在本实施例中，所述第一采样信号为调整管的漏极电压。请参考图3，所述第一采样信号还可以为调整管的控制极电压，即栅极电压。
在其他实施例中，当调整管为NPN三极管时，所述第一采样信号为NPN三极管集电极电压。
在本实施例中，所述第一采样比较电路12包括第一比较器U1、积分电路I1和比例电路P1，所述第一比较器U1的第一输入端对调整管T1的漏极电压进行采样，所述第一比较器U1的第二输入端为第一设定阈值Vref，所述第一比较器U1的输出端与积分电路I1的输入端相连，所述积分电路I1的输出端与比例电路P1的输入端相连，所述比例电路P1的输出端作为第一采样比较电路12的输出端，分别与第二采样比较电路U2、比例控制电路13相连，所述比例电路的系数控制端与比例控制电路相连，使得可变采样电阻与比例电路的系数同比例放大或缩小。
本发明将第一比较器U1的比较结果进行积分，将输入电流源所携带的纹波过滤掉，实现恒定直流的效果。积分后，并对积分结果经过比例电路放大或缩小后得到指令信号，以适应不同的栅极或漏极电压，如正弦等。
在其他实施例中，将第一比较器U1的比较结果直接经过比例电路放大或缩小，得到指令信号。
在本实施例中，所述第一设定阈值Vref为固定阈值，当第一采样信号小于阈值电压时，指令信号变小，当第一采样信号大于阈值电压时，指令信号变大。
在其他实施例中，所述第一设定阈值Vref还可以为自适应阈值，所述自适应阈值可与随着前级输入电流的改变而改变，使得调整管T1的漏端电压在不同输入电流下均能够保证调整管T1工作于饱和工作区。在本实施例中，所述积分电路I1为一电容，所述电容的一端与所述第一比较器U1的输出端相连，另一端接地，利用所述电容对第一比较器U1的比较结果进行积分。
在其他实施例中，所述积分电路还可以为数字积分器等其他合适的积分电路。
所述比例控制电路13根据获得的指令信号，产生控制信号，对可变采样电阻R1的阻值和比例电路P1的系数进行同比例调整，以兼容不同的前级输入电流。
所述比例控制电路13根据获得的指令信号与第二设定阈值进行比较产生第一控制信号，所述第二设定阈值包括上限阈值电压VH和下限阈值电压VL，上限阈值电压VH大于下限阈值电压VL，利用第一控制信号对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行同比例放大或缩小。在本实施例中，上限阈值对应第二采样比较电路的合适的上限输入电压；下限阈值对应第二采样比较电路的合适的下限输入电压。
在本实施例中，所述比例控制电路13包括第二比较器U3、第三比较器U4和比例调节电路C1，所述第二比较器U3、第三比较器U4的第一输入端分别与第一采样比较电路12的输出端相连，所述第二比较器U3的第二输入端连接有上限阈值电压VH，所述第三比较器U4的第二输入端连接有下限阈值电压VL，所述第二比较器U3、第三比较器U4的输出端连接比例调节电路C1，利用比例调节电路C1输出的第一控制信号，分别调节可变采样电阻和比例电路。在其他实施例中，也可以所述第二比较器U3、第三比较器U4的输出端连接比例调节电路C1和比例电路，利用比例调节电路C1输出的第一控制信号调节可变采样电阻，且利用第二比较器U3、第三比较器U4的比较结果控制调节比例电路。
在本实施例中，请参考图4，所述可变采样电阻R1为若干个电阻并联形成的并联电路，且每一个并联的电路都串联有一个开关管，所述比例控制电路分别与每一个开关管的控制端相连。
在其他实施例中，所述可变采样电阻也可以为其他可通过电控制改变阻值的可变电阻元件或可变电阻电路等。所述可变电阻元件可以为陶瓷可变电阻元件或氧化层可变电阻元件，所述可变电阻电路还可以为若干个串联的电阻，每个电阻并联有一个开关管，所述比例控制电路分别与每一个开关管的控制端相连。
所述第二采样比较电路U2利用可变采样电阻获得第二采样信号，将所述第二采样信号与获得的指令信号进行比较放大，利用输出的第二比较信号控制调整管的电流。在本实施例中，所述第二采样比较电路U2为第一放大器，所述第一放大器为差分放大器，所述第一放大器的第一输入端与第一采样比较电路12的输出端相连，所述第一放大器的第二输入端与可变采样电阻R1的采样端相连，所述第一放大器的输出端与调整管T1的控制端相连，通过调整管T1实现负载电流的稳定，去除纹波。
在比例控制电路13中，当指令信号位于上限阈值电压VH和下限阈值电压VL之间时，所述比例调节电路C1不调整可变采样电阻的阻值和比例电路的系数。
当前级输入电流增大，导致指令信号大于上限阈值电压VH时，即指令信号大于第二采样比较电路的合适的上限输入电压，所述比例调节电路C1输出的第一控制信号使可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例降低，因此，电阻上的功耗降低了，系统效率也提高了。同时由于第二采样信号的电压与指令信号同比例降低，使第二采样比较电路的输入电压在合适的输入范围内，保证其高精度工作，且电流反馈环路仍然保持稳定，调整管电流保持不变。
当前级输入电流减小，导致指令信号小于下限阈值电压VL时，即指令信号小于第二采样比较电路的合适的下限输入电压，所述比例调节电路C1输出的第一控制信号使可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例升高，由于第一放大器的输入电压（即第二采样信号）和指令信号同比例放大，使第二采样比较电路的输入电压在合适的范围内，保证其高精度工作。也就是前级输入电流较小也能保证第二采样比较电路的误差较小，以提高输入电流纹波去除效果。
在本实施例中，所述可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大或缩小，比例调节电路C1每次调整的系数都是恒定的，例如N倍或1/N倍，当一次调整后发现指令信号仍大于上限阈值电压或小于下限阈值电压时，继续调整，直到指令信号位于上限阈值电压和下限阈值电压之间。前级输入电流和指令信号的波形如图5所示。所述上限阈值电压和下限阈值电压分别对应第二采样比较电路U2的合适的上限输入电压和合适的下限输入电压。通过调整所述上限阈值电压和下限阈值电压，使得第二采样比较电路U2的输入电压能维持在一个能高精度调节的范围内。
在其他实施例中，所述比例调节电路C1每次调整的系数也可以不恒定。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种自适应电流控制电路，其特征在于，包括：调整管、第一采样比较电路、比例控制电路、可变采样电阻、第二采样比较电路，
所述调整管与可变采样电阻形成串联电路，且所述串联电路的一端与电流输入端相连，另一端与电流输出端相连；
所述第一采样比较电路对调整管对应的第一采样信号进行采样，将第一采样信号与第一设定阈值进行比较、积分后，产生第一积分信号，第一积分信号经过比例电路产生指令信号；
所述比例控制电路根据获得的指令信号与第二设定阈值进行比较产生第一控制信号，利用第一控制信号对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行调整，可变采样电阻放大或缩小的比例与比例电路的系数放大或缩小的比例一致；
所述第二采样比较电路利用可变采样电阻获得第二采样信号，将所述第二采样信号与获得的指令信号进行比较放大，产生第二控制信号，利用输出的第二控制信号控制调整管的电流。
2.如权利要求1所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述第一采样比较电路包括第一比较器、积分电路和比例电路，所述第一比较器的第一输入端对调整管漏端电压进行采样，所述第一比较器的第二输入端为第一设定阈值，所述第一比较器的输出端与积分电路的输入端相连，所述积分电路的输出端与比例电路的输入端相连，所述比例电路的输出端作为第一采样比较电路的输出端，分别与第二采样比较电路和比例控制电路相连，所述比例电路的系数控制端与比例控制电路相连，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大或缩小。
3.如权利要求2所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述积分电路为一个电容或数字积分器。
4.如权利要求1所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述第二采样比较电路包括第一放大器，所述第一放大器的第一输入端与第一采样比较电路的输出端相连，所述第一放大器的第二输入端与可变采样电阻的采样端相连，所述第一放大器的输出端与调整管的控制端相连。
5.如权利要求1所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述第二设定阈值包括上限阈值电压和下限阈值电压，上限阈值电压大于下限阈值电压，所述比例控制电路根据上限阈值电压、下限阈值电压和指令信号产生第一控制信号，对可变采样电阻的阻值和比例电路的系数进行调整，可变采样电阻放大或缩小的比例与比例电路的系数放大或缩小的比例一致；当指令信号高于上限阈值电压时，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例缩小；当指令信号低于下限阈值电压时，可变采样电阻的阻值和比例电路的系数同比例放大。
6.如权利要求5所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述比例控制电路包括第二比较器、第三比较器和比例调节电路，所述第二比较器、第三比较器的第一输入端分别与第一采样比较电路的输出端相连，所述第二比较器的第二输入端连接有上限阈值电压，所述第三比较器的第二输入端连接有下限阈值电压，利用第二比较器、第三比较器控制比例调节电路输出第一控制信号。
7.如权利要求6所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述比例调节电路输出的第一控制信号调节的比例为固定比例或不固定比例。
8.如权利要求1所述的自适应电流控制电路，其特征在于，所述第一设定阈值为固定阈值或自适应阈值。
9.如权利要求1所述的自适应电流控制电路，其特征在于，当所述第一设定阈值为自适应阈值时，根据指令信号的大小调节第一设定阈值，保证调整管工作在饱和工作区。
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