CN106787698A - Pwm开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法，该控制方法包括：获取PWM开关电源电路的电感电流；根据电感电流获取PWM开关电源电路的输出电流检测值；根据输出电流检测值控制PWM开关电源电路实现其恒流输出。通过上述方式，本发明能够在不需要外围采样电阻的条件下对输出电流进行检测，实现输出电流的恒定控制，进而降低成本，提高了效率。

Description

PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及开关电源电路技术领域，特别是涉及一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法。
背景技术
在电源管理芯片中，特别是在PWM的升压型和降压型的开关电源电路中，通常需要对输出电流进行检测，以控制输出电流恒定。
请参阅图1所示，现有技术的输出电流检测及恒流输出控制方案为：通过与负载Rload串接的采样电阻Rsen检测输出电流Iout的大小，产生反馈控制信号FB，反馈控制信号FB的电压信号为VFB＝IOUT*Rsen，其中，IOUT为流经采样电阻Rsen的电流，即输出电流。进而通过反馈控制信号FB的负反馈控制实现整个系统的恒流输出。
但是，由于采样电阻Rsen的存在，输出电流在采样电阻Rsen上产生压降和功耗，降低了转换效率。所有输出电流流经采样电阻Rsen,在大电流输出条件下需要功率电阻，增加了系统成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法，能够在不需要采样电阻的同时对输出电流进行恒定控制。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制方法，该控制方法包括：
获取所述PWM开关电源电路的电感电流；
根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值；
根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出。
其中，电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC；
所述获取所述PWM开关电源电路的电感电流的步骤包括：
分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI；
根据以下关系计算得到所述平均电感电流IDC：
其中，根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值的步骤包括：
获取不同PWM开关电源电路的类型；
根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。
其中，根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值的步骤包括：
所述输出电流检测值和所述电感电流平均值满足以下关系：
IOUTS＝K*IDC；
其中，K为不同PWM开关电源电路的比例系数；
所述PWM开关电源电路的类型包括降压型、升压型以及降压-升压型；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：
若所述PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：
其中D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。
其中，根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出的步骤包括：
通过所述输出电流检测值与目标值比较反馈实现恒流输出。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置，该控制装置包括：
第一获取模块，用于获取所述PWM开关电源电路的电感电流；
第二获取模块，用于根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值；
控制模块，用于根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出。
其中，电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC；
所述第一获取模块分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI，并根据以下关系计算得到所述平均电感电流IDC：
其中，第二获取模块具体获取不同PWM开关电源电路的类型，并根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。
其中，输出电流检测值与所述电感电流平均值的关系为：
IOUTS＝K*IDC；
其中，IOUTS为输出电流检测值，K为不同PWM开关电源电路的比例系数；
所述PWM开关电源电路的类型包括降压型、升压型以及降压-升压型；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：
若所述PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：
其中D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。
其中，控制模块具体通过所述输出电流检测值与目标值比较反馈实现恒流输出。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置及方法，该控制方法包括以下步骤：首先获取PWM开关电源电路的电感电流，然后根据电感电流获取PWM开关电源电路的输出电流检测值，最后根据输出电流检测值控制PWM开关电源电路实现其恒流输出。因此，本发明能够在不需要采样电阻的同时对输出电流进行恒定控制，从而降低了成本，提高了效率。
附图说明
图1是现有技术的PWM开关电源电路的恒流控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制方法的流程图；
图3是电感电流的波形图；
图4是降压型PWM开关电源电路的结构示意图；
图5是升压型PWM开关电源电路的结构示意图；
图6是降压-升压型PWM开关电源电路的结构示意图；
图7是输出电流检测信号与目标值进行误差放大的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制方法的流程图。如图2所示，本实施例的控制方法包括以下步骤：
步骤S1：获取PWM开关电源电路的电感电流。电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC。其中，峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC的波形图请参阅图3所示。平均电感电流IDC即是电感电流IL的平均值，其大小仅决定于PWM开关电源电路传输能量的大小，即维持相应的输入或输出电压和输出功率所需要的平均能量。
本步骤具体为分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI。
在开关电源电路中，电感作为储能元件，会不断的进行励磁和消磁动作。如图3所示，在CCM(Continuous Conduction Mode，连续导通模式)下，电感电流随着励磁消磁动作呈现出高频的锯齿波形，其峰值电流IPK通过系统环路控制，跟随输入电压、电流，输出负载的变化而变化。
进一步的，根据以下关系计算得到平均电感电流IDC：
步骤S2：根据电感电流获取PWM开关电源电路的输出电流检测值。
具体而言，首先获取不同PWM开关电源电路的类型，根据该类型获得平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。更具体的，输出电流检测值和电感电流平均值满足以下关系：
IOUTS＝K*IDC，其中，IOUTS为输出电流检测值，K为不同PWM开关电源电路的比例系数。
本实施例中，PWM开关电源电路的类型包括降压型、升压型以及降压-升压型，其电路结构图分别如图4-6所示。若PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：即IOUTS＝IDC*(1-D)＝IDC*VIN/VOUT，其中，D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。即在获取平均电感电流IDC后，通过占空比D转换为输出电流检测值IOUTS。
若PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1，即IOUTS＝IDC。
若PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：即IOUTS＝IDC*(1-D)＝IDC*VIN/(VIN+VOUT)。
步骤S3：根据输出电流检测值控制PWM开关电源电路实现其恒流输出。
具体是根据获得的输出电流检测值IOUTS与设定的目标值IREF的差值反馈来控制PWM开关电源电路的占空比，加大或者减小PWM开关电源电路的输出电流，从而实现输出电流的恒定控制。
更具体的实现如图7所示，输出电流检测值IOUTS与目标值IREF通过误差放大器EA产生误差控制信号VC,其中，误差控制信号VC控制PWM开关电源电路的占空比。
承前所述，本实施例是通过输出电流检测值与平均电感电流的关系，然后通过控制平均电感电流以达到控制输出电流恒定。无需如现有技术一样增加采样电阻，因此能够在降低成本、提高效率的同时，对输出电流进行恒定控制。
本发明还提供了一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置，该控制装置适用于前文所述的控制方法中。具体请参阅图8。
如图8所示，本实施的控制装置80包括获取模块81和82以及控制模块83。
其中，获取模块81用于获取PWM开关电源电路的电感电流。电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC。获取模块81具体是分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI，并根据以下关系计算得到平均电感电流IDC：
具体电感电流的获取方式如前文所述，在此不再赘述。
获取模块82用于根据电感电流获取PWM开关电源电路的输出电流检测值。具体是获取不同PWM开关电源电路的类型，并根据类型获得平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。
其中，降压型、升压型以及降压-升压型的电路的结构示意图分别参见图4-6所示。输出电流检测值与平均电感电流平均值的关系为IOUTS＝K*IDC，其中，IOUTS为输出电流检测值，K为不同PWM开关电源电路的比例系数。
若PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1，即IOUTS＝IDC。
若PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：即IOUTS＝IDC*(1-D)＝IDC*VIN/(VIN+VOUT)。
若PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：即IOUTS＝IDC*(1-D)＝IDC*VIN/VOUT，其中，D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。即在获取平均电感电流IDC后，通过占空比D转换为输出电流检测值IOUTS。
控制模块83用于根据输出电流检测值控制PWM开关电源电路实现其恒流输出。具体是用于根据获得输出电流检测值，与目标值比较，进而反馈实现输出电流的恒定控制。
因此，本发明能够在无需采样电阻的同时，对输出电流进行恒定控制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
获取所述PWM开关电源电路的电感电流；
根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值；
根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC；
所述获取所述PWM开关电源电路的电感电流的步骤包括：
分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI；
根据以下关系计算得到所述平均电感电流IDC：
I D C = I P K + I I N I 2 .
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值的步骤包括：
获取不同PWM开关电源电路的类型；
根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值的步骤包括：
所述输出电流检测值和所述电感电流平均值满足以下关系：
IOUTS＝K*IDC；
其中，所述IOUTS为输出电流检测值，K为不同PWM开关电源电路的比例系数；
所述PWM开关电源电路的类型包括降压型、升压型以及降压-升压型；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：
若所述PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：其中D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出的步骤包括：
通过所述输出电流检测值与目标值比较反馈实现恒流输出。
6.一种PWM开关电源电路的恒定输出电流的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
第一获取模块，用于获取所述PWM开关电源电路的电感电流；
第二获取模块，用于根据所述电感电流获取所述PWM开关电源电路的输出电流检测值；
控制模块，用于根据所述输出电流检测值控制所述PWM开关电源电路实现其恒流输出。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述电感电流包括峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI以及平均电感电流IDC；
所述第一获取模块分别获取峰值电流IPK、电感励磁起始电流IINI，并根据以下关系计算得到所述平均电感电流IDC：
I D C = I P K + I I N I 2 .
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二获取模块具体获取不同PWM开关电源电路的类型，并根据所述类型获得所述平均电感电流IDC及其与输出电流的不同关系，进而转换出输出电流检测值。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述输出电流检测值与所述电感电流平均值的关系为：
IOUTS＝K*IDC；
其中，IOUTS为输出电流检测值，K为不同PWM开关电源电路的比例系数；
所述PWM开关电源电路的类型包括降压型、升压型以及降压-升压型；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压型，则比例系数为：K＝1；
若所述PWM开关电源电路的类型为降压-升压型，则比例系数为：
若所述PWM开关电源电路的类型为升压型，则比例系数为：其中D为PWM占空比，VIN为输入电压，VOUT为输出电压。
10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块具体通过所述输出电流检测值与目标值比较反馈实现恒流输出。
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