CN111432529B - 一种真零电流调光电路的控制电路和控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种真零电流调光电路的控制电路和控制方法。该真零电流调光电路包括上开关管、下开关管和电感，所述真零电流调光电路产生一输出电流，其实现真零电流的控制方法包括：基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号，在所述真零电流调光电路处于深度调光模式时，控制所述上开关管的导通时长等于最小导通时长，并控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通一补偿时间。该种控制方法可以降低电感电流的有效值，从而降低功率损耗，提高效率。

Description

一种真零电流调光电路的控制电路和控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及一种真零电路调光电路的控制电路和控制方法。
背景技术
对于LED照明来说，调光深度是一个非常重要的指标，要达到很低的调光水平并要求稳定输出是LED照明的一项挑战。在深度模拟调光时，传统方法采用CCM模式(连续导通模式)，该方法的缺点是在轻载时大部分电流都没有流过LED，造成高功率损耗，导致系统效率很低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种真零电路调光电路的控制电路和控制方法。
根据本发明的实施例的一种真零电流调光电路的控制电路，所述真零电流调光电路包括上开关管、下开关管和电感，所述真零电流调光电路产生一输出电流，所述控制电路包括：误差电路，基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号；补偿电路，基于所述误差信号和一峰值采样保持信号产生一补偿时间信号，所述补偿时间信号代表一补偿时间，所述峰值采样保持信号代表所述电感的电流峰值；以及控制信号产生电路，基于所述补偿信号产生下开关管控制信号，控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通所述补偿时间。
根据本发明的实施例的一种真零电流调光电路的控制方法，所述真零电流调光电路包括上开关管、下开关管和电感，所述真零电流调光电路产生一输出电流，所述控制方法包括：基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号；以及所述真零电流调光电路的工作模式包括深度调光模式，当所述真零电流调光电路处于深度调光模式时，控制所述上开关管的导通时长等于最小导通时长，并控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通一补偿时间。
本发明在深度调光时控制下开关管在电感的电流降到零之后继续导通一补偿时间，使得电感电流存在一段负值，从而降低电感电流的有效值，降低功率损耗，提高了效率。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路001的电路框图；
图2示出根据本发明一实施例的如图1所述的电感电流IL的波形图002。
图3示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制电路框图20；
图4示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制电路示意图20-1；
图5示出根据本发明一实施例的采用如图4所示控制电路的真零电流调光电路的波形图003；
图6示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制方法流程图004。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路001的电路框图。如图1所示实施例，所述真零电流调光电路001包括开关电路10和控制电路20。所述开关电路10包括上开关管M1、下开关管M2和电感L，所述电感L的电流为IL，所述开关电路接收一输入电压Vin，产生一输出电流Iout和一输出电压Vout。所述控制电路产生驱动信号Vg1和驱动信号Vg2以分别控制上开关管M1和下开关管M2。
图2示出根据本发明一实施例的如图1所述的电感电流IL的波形图002。如图2所示实施例，所述真零电流调光电路001的工作模式包括正常模式和深度调光模式，在正常模式，即时间t1之前，电感电流IL的峰值与一误差信号Vcomp相等，所述上开关管M1的导通时长根据所述误差信号Vcomp产生，随着调光深度越来越深，在时间t1之后，所述真零电流调光电路001进入深度调光模式，此时上开关管M2的导通时长等于所述真零电流调光电路的最小导通时长，电感电流IL的峰值超过所述误差信号Vcomp，通过控制所述下开关管M2在所述电感电流IL降到0之后再继续导通一补偿时间Toff2，即所述下开关管M2在导通一基准时间Toff1后继续导通所述补偿时间Toff2，一个周期内的总共导通时间Toff＝Toff1+Toff2。从而使得电感电流IL存在一段负值，降低电感电流的有效值，以实现有效值接近零，实现真零电流，从而降低电路损耗，提高效率。
图3示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制电路框图20。如图3所示实施例，所述控制电路20包括误差电路21、补偿电路22和控制信号产生电路23。
所述误差电路21基于代表所述输出电流Iout的电流采样信号Vcs和一参考信号Vref产生所述误差信号Vcomp，所述参考信号Vref代表所述输出电流Iout的目标值。
所述补偿电路22基于所述误差信号Vcomp和一峰值采样保持信号Vpk产生一补偿时间信号Voff2，所述补偿时间信号代表所述补偿时间Toff2，所述峰值采样保持信号Vpk代表所述电感电流IL的峰值，当所述误差信号Vcomp与所述峰值采样保持信号Vpk相等时，所述补偿时间为零。在一个实施例中，所述真零电流调光电路的的控制电路20还包括峰值采样电路223，用于采样当前工作周期内的电感电流IL的峰值并进行保持，输出所述峰值采样保持信号Vpk。在一个实施例中，所述补偿电路22包括求差电路221和补偿信号产生电路222，所述求差电路222基于所述误差信号Vcomp和所述峰值采样保持信号Vpk产生一时长控制信号Vcon，所述补偿信号产生电路222基于所述时长控制信号Vcon和一斜坡信号Vramp产生所述补偿时间信号Voff2。在一个实施例中，所述真零电流调光电路的控制电路20还包括过零检测电路225和斜坡信号产生电路224，所述过零检测电路225检测所述下开关管M2的漏源极电压VDS的过零点，并输出一过零信号Vzcd，当所述漏源极电压VDS过零时，所述过零信号Vzcd翻转，在另一个实施例中，所述过零信号Vzcd在漏源极电压VDS由负向正的过零点时翻转，而由正向负的过零点则不翻转。所述斜坡信号产生电路224基于所述过零信号Vramp产生，在一个实施例中，当所述漏源极电压VDS由负向正穿过零点时，所述过零信号Vzcd翻转，所述斜坡信号Vramp由零开始呈一斜率上升。
所述控制信号产生电路23基于所述补偿信号Voff2产生下开关管控制信号voff，控制所述下开关管M2在所述电感电流IL降到零之后继续导通所述补偿时间Toff2。在一个实施例中，所述控制信号产生电路23包括基准时间信号产生电路232和逻辑电路231，所述基准时间信号产生电路232产生一基准时间信号Voff1，所述基准时间信号Voff1代表所述基准时间Toff1，所述基准时间Toffl等于所述下开关管M2导通时刻至电感电流IL换向时刻的时间。在一个实施例中，所述基准时间信号产生电路232可以由所述过零检测电路225代替，即所述过零信号Vzcd为所述基准时间信号Voff1。所述逻辑电路231叠加所述基准时间信号Voff1和所述补偿时间信号Voff2，产生所述下开关管控制信号Voff，所述下开关管控制信号Voff代表所述下开关管M2的总导通时间Toff。
在一个实施例中，所述真零电流调光电路的控制电路20还包括驱动信号产生电路，所述驱动信号产生电路24接收下开关管控制信号Voff以及其它相关信号，产生所述驱动信号Vg1和所述驱动信号Vg2。
图4示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制电路示意图20-1。如图4所示实施例，所述误差电路21包括一个误差放大器EA，所述求差电路221包括一个减法器221，所述补偿时间产生电路222包括一个比较器comp，所述斜坡信号Vramp为三角波或三角方波，所述过零信号Vzcd与所述基准时间信号Voff1为同一方波信号，所述补偿时间信号Voff2也为方波信号。
图5示出根据本发明一实施例的采用如图4所示控制电路的真零电流调光电路的波形图003。如图5所示实施例，t1时刻代表一个工作周期的初始时刻，t1时刻至t2时刻，下开关管M2关断，上开关管M1导通，下开关管M2的漏源极电压VDS等于调光电路的输入电压Vin，斜坡信号Vramp、基准时间信号Voff1/过零信号Vzcd、补偿时间信号Voff2、下开关管控制信号Voff均为低电平，在t2时刻，电感电流IL上升至峰值，在一个实施例中，上开关管M1的导通时长为所述真零电流调光电路的最小导通时长，即最小导通时长等于t1至t2的时长；t2时刻至t3时刻，上开关管M1关断，下开关管M2导通，电感电流IL下降，直至t3时刻，电感电流IL达到0；在t3时刻至t4时刻，上开关管M1关断，下开关管M2继续导通，电感电流IL继续下降为负值，直至t4时刻，电感电流IL下降至最大负值，在该t3至t4时段，时长控制信号Vcon与斜坡信号Vramp比较后得到的所述时间补偿信号Voff2为高电平，在一个实施例中，斜坡信号Vramp在t3时刻开始上升直直至t5时刻，在其它实施例中，所述斜坡信号Vramp上升结束的时刻可以根据需要设定，结束时刻需在t4时刻之后，在一个实施例中，下开关管M2的漏源极电压VDS在t2时刻至t4时刻之间逐渐增大并在t3时刻由负向正穿过零点；在t4时刻至t5时刻，下开关管M2关断，上开关管M1的反并二极管导通，电感电流IL开始上升，下开关管M2的漏源极电压VDS等于所述真零电流调光电路的输入电压Vin，直至t5时刻，电感电流IL上升至0；在t5时刻至T时刻，上开关管M1和下开关管M2都关断，电感电流IL保持为0，仅输出电容C给负载供电，下开关管M2的漏源极电压VDS等于所述真零电流调光电路的输出电压Vout，在一个实施例中，存在t5时刻至T时刻的电路状态是因为电路设置了工作频率最大值；至此，一个工作周期的工作完成。
图6示出根据本发明一实施例的真零电流调光电路的控制方法流程图004。所述控制方法包括步骤S1至步骤S4。
步骤S1，基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号。
步骤S2，基于所述误差信号和所述峰值采样保持信号产生一时长控制信号。
步骤S3，基于所述时长控制信号和一斜坡信号产生一补偿时间信号，所述补偿时间信号代表一补偿时间。在一个实施例中，当所述下开关管的漏源极电压由负向正穿过零点时，控制所述斜坡信号开始上升。
步骤S4，控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通一补偿时间。
如图6所示实施例中，所述控制方法还包括基于所述下开关管的漏源电压产生一过零信号，当所述漏源电压过零时，所述过零信号翻转。
在一个实施例中，所述控制方法还包括：将所述过零信号与所述补偿时间信号叠加后产生一下开关管控制信号，所述下开关管控制信号代表所述下开关管在一个工作周期内的导通时长。
在一个实施例中，所述控制方法还包括：在所述补偿时间之后，保持上开关管和下开关管关断，直至到达该工作周期时间后再导通所述上开关管。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种真零电流调光电路的控制电路，所述真零电流调光电路包括上开关管、下开关管和电感，所述真零电流调光电路产生一输出电流，所述控制电路包括：
误差电路，基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号；
补偿电路，基于所述误差信号和一峰值采样保持信号的差值产生一补偿时间信号，所述补偿时间信号代表一补偿时间，所述峰值采样保持信号代表所述电感的电流峰值；以及
控制信号产生电路，基于所述补偿时间信号产生下开关管控制信号，控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通所述补偿时间。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中当所述误差信号与所述峰值采样保持信号相等时，所述补偿时间为零。
3.如权利要求1所述的控制电路，其中所述参考信号代表所述输出电流的目标值。
4.如权利要求1所述的控制电路，所述控制信号产生电路包括：
基准时间信号产生电路，产生一基准时间信号，所述基准时间信号代表一基准时间，所述基准时间等于所述下开关管导通时刻至电感的电流换向时刻的时间；以及
逻辑电路，叠加所述基准时间信号和所述补偿时间信号，产生所述下开关管控制信号。
5.如权利要求1所述的控制电路，所述补偿电路包括：
求差电路，基于所述误差信号和所述峰值采样保持信号产生一时长控制信号；以及
补偿信号产生电路，基于所述时长控制信号和一斜坡信号产生所述补偿时间信号。
6.如权利要求5所述的控制电路，还包括：
过零检测电路，检测所述下开关管的漏源极电压的过零点，并输出一过零信号，当所述漏源极电压过零时，所述过零信号翻转；以及
斜坡信号产生电路，基于所述过零信号产生所述斜坡信号。
7.如权利要求6所述的控制电路，基于所述过零信号产生斜坡信号包括：当所述漏源极电压由负向正穿过零点时，所述过零信号翻转，所述斜坡信号开始上升。
8.一种真零电流调光电路的控制方法，所述真零电流调光电路包括上开关管、下开关管和电感，所述真零电流调光电路产生一输出电流，所述控制方法包括：
基于代表所述输出电流的电流采样信号和一参考信号产生一误差信号；以及
所述真零电流调光电路的工作模式包括深度调光模式，当所述真零电流调光电路处于深度调光模式时，控制所述上开关管的导通时长等于一最小导通时长，并控制所述下开关管在所述电感的电流降到零之后继续导通一补偿时间。
9.如权利要求8所述的控制方法，还包括：
基于所述误差信号和一峰值采样保持信号产生一补偿时间信号，所述补偿时间信号代表所述补偿时间，所述峰值采样信号代表所述电感在一个工作周期内的电流峰值。
10.如权利要求9所述的控制方法，还包括：基于所述下开关管的漏源电压产生一过零信号，当所述漏源电压过零时，所述过零信号翻转。
11.如权利要求10所述的控制方法，还包括：将所述过零信号与所述补偿时间信号叠加后产生一下开关管控制信号，所述下开关管控制信号代表所述下开关管在一个工作周期内的导通时长。
12.如权利要求8所述的控制方法，还包括：
基于所述误差信号和所述峰值采样保持信号产生一时长控制信号；以及
基于所述时长控制信号和一斜坡信号产生所述补偿时间信号。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中当所述下开关管的漏源极电压由负向正穿过零点时，控制所述斜坡信号开始上升。
14.如权利要求8所述的控制方法，还包括:在所述补偿时间之后，保持上开关管和下开关管关断，直至到达该工作周期时间后再导通所述上开关管。
15.如权利要求8所述的控制方法，其中当所述真零电流调光电路的工作模式还包括正常模式，当所述真零电流调光电路处于正常模式时，根据所述误差信号产生所述上开关管的导通时长。
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