CN110098736A - 一种自适应宽范围输入的恒流输出电路 - Google Patents

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Abstract

一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，通过将boost电路(即升压电路)与LDO电路(即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压电路)合并在一起，利用器件等同原boost电路的拓扑实现输入宽范围恒定输出电流，有利于节约芯片面积与成本，简化元器件数目，且更加易于控制，其特征在于，包括连接电路输入电压端的公共端和连接负载的电路输出电压端，所述电路输出电压端通过功率管输出电压，所述功率管连接自适应升降压输出电流控制器，所述自适应升降压输出电流控制器将升压电路和低压差线性稳压电路通过模式控制电路合并在一起，所述模式控制电路根据电路输入电压和电路输出电压之间的变化关系，在所述升压电路和低压差线性稳压电路之间自适应地相互切换。

Description

一种自适应宽范围输入的恒流输出电路
技术领域
本发明涉及恒定输出电流的电路技术，特别是一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，通过将boost电路(即升压电路)与LDO电路(即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压电路)合并在了一起，利用器件等同原boost电路的拓扑实现了输入宽范围恒定输出电流，有利于节约芯片面积与成本，简化元器件数目，且更加易于控制。
背景技术
对于现有技术中的一种恒定输出电流应用电路，当输入与输出变化较大(输入有可能高于输出，输入也可能低于输出)，本发明人发现，传统恒流输出电路采用前级boost电路(即boost升压电路又叫step-up converter，是一种常见的开关直流升压电路，它可以使输出电压比输入电压高)产生一个高于输出的电压，再利用LDO(LDO即low dropoutregulator，是一种低压差线性稳压器)模式产生降压并恒定输出电流。这样，系统过于复杂，同时芯片的面积过大。本发明人认为，如果将boost电路(即升压电路)与LDO电路(即lowdropout regulator，是一种低压差线性稳压电路)合并在一起，利用器件等同原boost电路的拓扑实现输入宽范围恒定输出电流，则能够节约芯片面积和简化系统。有鉴于此，本发明完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，通过将boost电路(即升压电路)与LDO电路(即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压电路)合并在一起，利用器件等同原boost电路的拓扑实现输入宽范围恒定输出电流，有利于节约芯片面积与成本，简化元器件数目，且更加易于控制。
本发明技术方案如下：
一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，包括连接电路输入电压端的公共端和连接负载的电路输出电压端，所述电路输出电压端通过功率管输出电压，所述功率管连接自适应升降压输出电流控制器，所述自适应升降压输出电流控制器将升压电路和低压差线性稳压电路通过模式控制电路合并在一起，所述模式控制电路根据电路输入电压和电路输出电压之间的变化关系，在所述升压电路和低压差线性稳压电路之间自适应地相互切换。
所述功率管包括第一功率管和第二功率管，所述第一功率管为第一PMOS管，所述第二功率管为第二NMOS管，所述第一PMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极连接成功率管公共端，所述第一PMOS管的源极连接所述电路输出电压端，所述第二NMOS管的源极连接接地端，所述第一PMOS管的栅极通过第二开关连接第一误差放大器的输出端，所述第一PMOS管的栅极通过第三开关连接驱动电路，所述第二NMOS管的栅极连接所述驱动电路，所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均连接所述模式控制电路。
所述第一误差放大器的正向端连接电流采样电路，所述第一误差放大器的负向端连接电流基准电路，所述电流采样电路分别连接所述第一PMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极。
所述第一误差放大器的输出端通过第一开关连接第一误差比较器的正向端，所述第一误差比较器的负向端连接锯齿波发生器，所述第一误差比较器的输出端通过脉冲宽度调制信号发生器连接所述驱动电路，所述脉冲宽度调制信号发生器的输出端连接所述模式控制电路，所述模式控制电路连接所述第一误差放大器的输出端，所述第一开关的控制端连接所述模式控制电路。
所述第一误差放大器的输出端通过一个并联电路连接接地端，所述并联电路中的第一路为第二电容，第二路为第一电阻串联第一电容。
所述功率管公共端通过第一电感连接所述电路输入电压端，所述电路输入电压端连接电压源。
所述电路输出电压端通过第三电容连接接地端。
所述电路输出电压端通过负载连接接地端。
本发明技术效果如下：本发明的一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，由于在自适应升降压输出电流控制器中通过模式控制电路将升压电路和低压差线性稳压电路合并在一起，因此既实现了输入宽范围的恒定电流输出，又节约了芯片面积与成本，简化了元器件数目，且更加易于控制。
本发明具有如下特点：1、解决宽范围输入应用情况下稳定输出电流的问题。2、结构简单，易于实现。3、具有自适应的模式切换。4、模式切换平稳。5、输出电流稳定精度高。
附图说明
图1是实施本发明一种自适应宽范围输入的恒流输出电路的结构原理示意图。
附图标记列示如下：1-电压源；2-负载；3-自适应升降压输出电流控制器；4-电流采样电路；5-模式控制电路；6-电流基准电路；7-锯齿波发生器；8-脉冲宽度调制信号发生器；9-驱动电路；10-接地端；M1-第一功率管或第一PMOS管；M2-第二功率管或第二NMOS管；L1-第一电感；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；R1-第一电阻；VIN-电路输入电压端或电路输入电压；VOUT-电路输出电压端或电路输出电压；LX-功率管公共端；S1-第一开关(其控制端连接模式控制电路)；S2-第二开关(其控制端连接模式控制电路)；S3-第三开关(其控制端连接模式控制电路)；EA1-第一误差放大器；EAO-误差放大信号输出端；COMP1-第一误差比较器；PWM-脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)信号。
具体实施方式
下面结合附图(图1)对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种自适应宽范围输入的恒流输出电路的结构原理示意图。如图1所示，一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，包括连接电路输入电压端VIN的公共端和连接负载2的电路输出电压端VOUT，所述电路输出电压端VOUT通过功率管输出电压，所述功率管连接自适应升降压输出电流控制器3，所述自适应升降压输出电流控制器3将升压电路和低压差线性稳压电路通过模式控制电路5合并在一起，所述模式控制电路5根据电路输入电压VIN和电路输出电压VOUT之间的变化关系，在所述升压电路和低压差线性稳压电路之间自适应地相互切换。所述功率管包括第一功率管M1和第二功率管M2，所述第一功率管为第一PMOS管M1，所述第二功率管为第二NMOS管M2，所述第一PMOS管M1的漏极和所述第二NMOS管M2的漏极连接成功率管公共端LX，所述第一PMOS管M1的源极连接所述电路输出电压端VOUT，所述第二NMOS管M2的源极连接接地端10，所述第一PMOS管M1的栅极通过第二开关S2连接第一误差放大器EA1的输出端，所述第一PMOS管M1的栅极通过第三开关S3连接驱动电路9，所述第二NMOS管M2的栅极连接所述驱动电路9，所述第二开关S2的控制端和所述第三开关S3的控制端均连接所述模式控制电路5。
所述第一误差放大器EA1的正向端(+)连接电流采样电路4，所述第一误差放大器EA1的负向端(-)连接电流基准电路6，所述电流采样电路4分别连接所述第一PMOS管M1的源极和所述第二NMOS管M2的漏极。所述第一误差放大器EA1的输出端通过第一开关S1连接第一误差比较器COMP1的正向端(+)，所述第一误差比较器COMP1的负向端(-)连接锯齿波发生器7，所述第一误差比较器COMP1的输出端通过脉冲宽度调制信号发生器8连接所述驱动电路9，所述脉冲宽度调制信号发生器8的输出端连接所述模式控制电路5，所述模式控制电路5连接所述第一误差放大器EA1的输出端，所述第一开关S1的控制端连接所述模式控制电路5。所述第一误差放大器EA1的输出端通过一个并联电路连接接地端10，所述并联电路中的第一路为第二电容C2，第二路为第一电阻R1串联第一电容C1。所述功率管公共端LX通过第一电感L1连接所述电路输入电压端VIN，所述电路输入电压端VIN连接电压源1。所述电路输出电压端VOUT通过第三电容C3连接接地端10。所述电路输出电压端VOUT通过负载2连接接地端10。
如图1所示：本发明的电路按输入输出的变化自适应地切换于两个模式：LDO模式(即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压电路)与boost模式(即升压电路)。模式的切换是通过模式切换模块即模式控制电路5进行判断并控制开关S1、S2、S3实现。
例如，电路启动时，开始工作于LDO状态，S2闭合，S1、S3断开。电流模块电流采样电路4采样流经PMOS的电流，通过误差放大器调节PMOS的栅电压。如果VIX＞VOUT+IOUT*RPMCS，PMOS的栅电压最终稳定，VRAC＞0.3V，电路工作于LDO模式。如果VIX≤VOUT+IOUT*RPMOS，PMOS的栅电压将降低，当VEAC＜0.3V，电路将产生EN_boost为高的信号，S2断开，S1、S3闭合，电路工作于boost模式。通过后级锯齿波发生器、误差比较器与脉冲宽度调制信号发生器实现电压模控制，NMOS与PMOS按PWM信号(Pulse WidthModulation信号)交替导通，实现恒定输出电流。
当电路工作于boost状态，如果VIN下降，当VIN与VOUT接近时，EAO将出现波动，PWM将发一段时间脉冲，停止一段时间。由boost状态退出回到LDO状态的检测电路，通过检测PWM为0的时间的宽度(Toff)，当Toff超过设定滤波时间(根据不同应用设置不同值)，滤波电路将产生带有上升沿的pulse信号，当在一个宽度为ClkXus的时间周期中，产生了3次上升沿的pulse信号(可以为数次)，电路将产生一个Sw_ldo的上升沿信号，将清零D触发器输出en_boost。这样，电路S2闭合，S1、S3断开，芯片重新工作在LDO模式。就这样，电路将根据输入输出电压的变化，自适应地切换boost与LDO状态。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (8)

1.一种自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，包括连接电路输入电压端的公共端和连接负载的电路输出电压端，所述电路输出电压端通过功率管输出电压，所述功率管连接自适应升降压输出电流控制器，所述自适应升降压输出电流控制器将升压电路和低压差线性稳压电路通过模式控制电路合并在一起，所述模式控制电路根据电路输入电压和电路输出电压之间的变化关系，在所述升压电路和低压差线性稳压电路之间自适应地相互切换。
2.根据权利要求1所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述功率管包括第一功率管和第二功率管，所述第一功率管为第一PMOS管，所述第二功率管为第二NMOS管，所述第一PMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极连接成功率管公共端，所述第一PMOS管的源极连接所述电路输出电压端，所述第二NMOS管的源极连接接地端，所述第一PMOS管的栅极通过第二开关连接第一误差放大器的输出端，所述第一PMOS管的栅极通过第三开关连接驱动电路，所述第二NMOS管的栅极连接所述驱动电路，所述第二开关的控制端和所述第三开关的控制端均连接所述模式控制电路。
3.根据权利要求2所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述第一误差放大器的正向端连接电流采样电路，所述第一误差放大器的负向端连接电流基准电路，所述电流采样电路分别连接所述第一PMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极。
4.根据权利要求2所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述第一误差放大器的输出端通过第一开关连接第一误差比较器的正向端，所述第一误差比较器的负向端连接锯齿波发生器，所述第一误差比较器的输出端通过脉冲宽度调制信号发生器连接所述驱动电路，所述脉冲宽度调制信号发生器的输出端连接所述模式控制电路，所述模式控制电路连接所述第一误差放大器的输出端，所述第一开关的控制端连接所述模式控制电路。
5.根据权利要求2所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述第一误差放大器的输出端通过一个并联电路连接接地端，所述并联电路中的第一路为第二电容，第二路为第一电阻串联第一电容。
6.根据权利要求1所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述功率管公共端通过第一电感连接所述电路输入电压端，所述电路输入电压端连接电压源。
7.根据权利要求1所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述电路输出电压端通过第三电容连接接地端。
8.根据权利要求1所述的自适应宽范围输入的恒流输出电路，其特征在于，所述电路输出电压端通过负载连接接地端。
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