CN203339958U - 一种基于峰值电流检测线电压补偿电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于峰值电流检测线电压补偿电路：由线电压采样电路与线电压补偿电路连接组成，所述线电压采样电路包括一限流电阻Rst、一线电压采样MOS管M1、一线电压采样MOS管M2和一线性电流采样MOS管M3；所述线电压补偿电路包括峰值采样比较器comp、逻辑驱动电路、线性补偿电阻R_line、峰值采样电阻R_cs、功率MOS管M4。本实用新型提出了基于峰值电流检测线电压补偿电路，不仅解决了由于系统关断延迟带来的峰值电流不稳定问题，使得峰值电流保持稳定不变，而且对于芯片而言，也节约线电压一个采样端口。

Description

一种基于峰值电流检测线电压补偿电路

技术领域

本实用新型涉及一种LED驱动电源中的线性补偿电路，尤其涉及峰值采样电路。 

背景技术

峰值电流采样电路是开关电源电路中常见的一种对峰值电流进行采样处理的电路，基本原理是通过峰值电流采样电路中的比较器对谐振电感的电流进行实时监控，并且配合逻辑驱动电路使得电感峰值电流为恒定。 

图1为一种传统的LED峰值电流采样应用图。这种峰值电流采样电路应用简单，比较器comp、逻辑驱动电路、功率MOS管、采样电阻R_cs组成一个环路，该环路比较稳定，响应也比较快。 

在图1中，当功率MOS管开通时，母线Vbus通过负载LED、谐振电感L_n、功率MOS管以及峰值电流采样电阻R_cs对L_n进行充电，当R_cs上的电压上升到比较器comp正端的比较电平Vref时，比较器逻辑电平发生改变，并通过逻辑驱动电路关断功率MOS管，R_cs上电平变为0，电感L_n的电流通过续流二极管D_suc放电，D_suc放电一端时间，逻辑驱动电路重新开启功率MOS管，下一个循环开始。 

在理想的情况下，电感的峰值电流Ipk0由比较器负端的基准Vref与峰值电流采样电阻R_cs决定，表达式如下所示： 

公式1 $\mathrm{Ipk}0=\frac{\mathrm{Vbus}}{\mathrm{Ln}}*\mathrm{Ton}=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{Rcs}};$

实际情况下，每当功率MOS管关闭时，系统总存在一个固定的延迟时间Td,导致实际的峰值电流值Ipk与理想的峰值电流值Ipk0有差别。 

实际得到的电流为 

公式2 $\mathrm{Ipk}=\frac{\mathrm{Vbus}}{\mathrm{Ln}}*(\mathrm{Ton}+\mathrm{Td})=\mathrm{Ipk}0+\frac{\mathrm{Vbus}}{\mathrm{Ln}}*\mathrm{Td}=\frac{\mathrm{Vref}}{\mathrm{Rcs}}+\frac{\mathrm{Vbus}}{\mathrm{Ln}}*\mathrm{Td};$

从上式可以看到，实际的电感峰值Ipk是与Vbus具有线性关系，由于固定延迟时间Td的存在，传统的峰值电流并不是真正地恒定，如图2所示关键节点波形，而且随着母线电压Vbus的改变而线性改变。 

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于峰值电流采样的线电压补偿电路，减少实际的峰值电流值Ipk与理想的峰值电流值Ipk0之间的差别。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如图3所示：一种基于峰值电流检测线电压补偿电路，包括：线电压采样电路和线电压补偿电路，所述线电压采样电路包括接地端、检测端和补偿端，线电压补偿电路包括接地端、补偿端和检测端，所述线电压采样电路和线电压补偿电路检测端分别连接到母线Vbus，所述线电压采样电路和线电压补偿电路的补偿端相连接，所述线电压采样电路和线电压补偿电路的接地端分别接地。 

作为优选方案，所述线电压采样电路包括：一限流电阻Rst、一线电压采样MOS管M1、一线电压采样MOS管M2和一线性电流采样MOS 管M3。 

所述线电压采样电路的连接为：限流电阻Rst的上端接母线Vbus，下端接线电压采样MOS管M1的源端、线性电流采样MOS管M3的源端；线电压采样MOS管M1的源端与限流电阻Rst的下端、线性电流采样MOS管M3的源端相连接，线电压采样MOS管M1的栅端与线电压采样MOS管M1漏端、线电压采样MOS管M2的漏端、线电压采样MOS管M2的栅端相连接；线电压采样MOS管M2的漏端与线电压采样MOS管M2的栅端、线电压采样MOS管M1的漏端、线电压采样MOS管M1的栅端相连接，线电压采样MOS管M2的源端与地相连接；线性电流采样MOS管M3的源端与限流电阻Rst的下端、线电压采样MOS管M1的源端相连接，线性电流采样MOS管M3的漏端与线电压补偿电路中的峰值采样比较器comp的负端、线性补偿电阻R_line的左端相连接。 

作为优选方案，所述线电压补偿电路包括：峰值采样比较器comp、逻辑驱动电路、线性补偿电阻R_line、峰值采样电阻R_cs、功率MOS管M4。 

所述线电压补偿电路连接关系为：峰值采样比较器comp的负端接线性电流采样MOS管M3的漏端、线性补偿电阻R_line的左端，正端接基准Vref，输出端接逻辑驱动电路；线性补偿电阻R_line的左端接线性电流采样MOS管M3的漏端、峰值采样比较器comp的负端，右端接峰值采样电阻R_cs的上端和功率MOS管的源端；峰值采样电阻R_cs的上端接R_line的右端、功率MOS管的源端，下端接地。 

本实用新型工作原理如下： 

当母线Vbus的电压发生变化时，限流电阻Rst、PMOS管M1与NMOS管M2将电压变化为电流信号I_line，PMOS管M3将电流信号采样出来，检测出来的电流信号通过线电压补偿电阻R_line将其转化为电压信号，叠加在峰值采样电阻R_cs电压信号上，进而与比较器comp正端的信号Vref比较，比较出的信号，再通过逻辑驱动电路，来开通或者关闭功率MOS管，调节电感的峰值电流，最终使得电感峰值电流真正地恒定，关键节点波形见图4。 

本实用新型所提供的基于峰值电流采样线电压补偿电路，能够达到的积极效果是：实时对母线Vbus监控，根据母线Vbus电压的变化，调节电感电流，使得系统的电感电流基本上保持恒定，使得峰值电流保持稳定不变，而且对于芯片而言，也节约线电压一个采样端口。 

附图说明

图1是传统的电感峰值电流采样电路； 

图2是传统的基于峰值电流采样系统中关键节点波形图； 

图3是本实用新型所提供的基于峰值电流采样的线电压补偿电路图； 

图4是本实用新型所提供的基于峰值电流采样线电压补偿电路系统中关键节点波形图。 

具体实施方式：

以下结合附图，对本实用新型做进一步说明。 

如图3所示，本实用新型所述的基于峰值电流采样线电压补偿电路由线电压采样电路与线电压补偿电路连接组成。 

所述线电压采样电路包括： 

限流电阻Rst、PMOS管M1、NMOS管M2和PMOS管M3组成。 

线流电阻Rst的上端接母线电压Vbus，其下端接PMOS管M1的源端与PMOS管M3的源端；PMOS管M1的栅端接PMOS管M1的漏端、NMOS管M2的栅端、NMOS管M2的漏端、PMOS管M3的栅端；NMOS管M2的栅端接NMOS管M2的漏端、PMOS管M1的栅端、PMOS管M1的漏端、PMOS管M3的栅端，NMOS管M2的源端接地；PMOS管M3的源端接PMOS管M1的源端、限流电阻Rst的下端，PMOS管M3的栅端接PMOS管M1的漏端、PMOS管M1的栅端、NMOS管M2的栅端、NMOS管M2的漏端，PMOS管M3的栅端接线电压补偿电阻R_line的左端，比较器comp的负端。 

所述线电压采样电路的具体工作原理如下关键节点波形图如图4所示： 

当母线Vbus的电压发生变化时，限流电阻Rst、PMOS管M1与NMOS管M2将电压变化为电流信号I_sample，由于PMOS管M3的个数为PMOS管M1个数的M倍，因此流过M3管的电流I_line为m*I_sample，而流过限流电阻Rst基本上为(m+1)*I_sample，也为  $\frac{m+1}{m}*I\_\mathrm{line},$ 因此有表达式： 

公式3 $\frac{\mathrm{Vbus}-\mathrm{Vcc}}{\mathrm{Rst}}=\frac{m+1}{m}*I\_\mathrm{line};$

则PMOS管M3采样出的电流为， 

公式4 $I\_\mathrm{line}=\frac{m}{m+1}*\frac{\mathrm{Vbus}-\mathrm{Vcc}}{\mathrm{Rst}};$

所述线电压补偿电路包括： 

峰值电流比较器comp、驱动逻辑电路、线性补偿电阻R_line、功率MOS管和峰值电流采样电阻R_cs。 

峰值电流比较器comp的正端接基准Vref，其负端接PMOS管M3的漏端、线电压补偿电阻R_line，其输出端接逻辑驱动电路；逻辑驱动电路的输入接比较器的输出，输出端接功率MOS管；线性补偿电阻的左端接比较器的负端、PMOS管M3的漏端，右端接峰值电流采样电阻R_cs的上端、功率MOS管的源端；峰值电流采样电阻R_cs的上端接线性补偿电阻R_line的右端、功率MOS管的源端，其下端接地。 

所述线电压补偿电路的具体工作原理如下： 

当功率MOS管开通时，峰值电流采样电阻Rcs上的电压与线性补偿电阻R_line上的电压叠加，送入到比较器comp的负端，与比较器正端电压Vref比较，一旦叠加后的信号上升到Vref，比较器给出负电平，逻辑驱动电路随后关闭功率MOS管。 

峰值电流采样电阻Rcs上的电压为I_ln*Rcs，线性补偿电阻R_line上的电压为I_line*R_line，当比较器发生翻转时，有 

公式5Vref＝I_line*R_line+I_ln*Rcs； 

将公式4带入公式5， 

则有公式6 $I_{\ln }*\mathrm{Rcs}=\mathrm{Vref}-\frac{\mathrm{Vbus}-\mathrm{Vcc}}{\mathrm{Rst}}*\frac{m}{m+1}*\mathrm{Rline};$

一般，Vbus远大于Vcc以及m远大于1，则公式6可以变为 

公式7 $\mathrm{Vbus}=\frac{\mathrm{Rst}}{\mathrm{Rline}}*(\mathrm{Vref}{-I}_{\ln }*\mathrm{Rcs});$

将公式7带入公式2，可得 

公式8 $\mathrm{Ipk}=\mathrm{Vref}*\frac{\mathrm{Rst}*\mathrm{Td}+\frac{\mathrm{Rline}*\mathrm{Ln}}{\mathrm{Rcs}}}{\mathrm{Rline}*\mathrm{Ln}+\mathrm{Rst}*\mathrm{Td}};$

从公式8可以看出，Ipk与限流电阻Rst、固定延迟时间Td、线电压补偿电阻Rline、电感量Ln、峰值采样电阻Rcs、基准Vref有关联，因此将限流电阻Rst、固定延迟时间Td、线电压补偿电阻Rline、电感量Ln、峰值采样电阻Rcs与基准Vref的值设定好，则可以得到与母线电压Vbus无关的峰值电流Ipk。 

上面对本实用新型所述一种基于峰值电流采样线电压补偿电路进行了详细的说明，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。对本领域的技术人员而言，在不违背本实用新型实质的前提下对其做任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。 

Claims (5)

1.一种基于峰值电流检测线电压补偿电路，其特征在于：包括：线电压采样电路和线电压补偿电路，所述线电压采样电路包括接地端、检测端和补偿端，线电压补偿电路包括接地端、补偿端和检测端，所述线电压采样电路和线电压补偿电路检测端分别连接到母线Vbus，所述线电压采样电路和线电压补偿电路的补偿端相连接，所述线电压采样电路和线电压补偿电路的接地端分别接地。 

2.如权利要求1所述的基于峰值电流检测线电压补偿电路，其特征在于： 

所述线电压采样电路包括： 

一限流电阻Rst、一线电压采样MOS管M1、一线电压采样MOS管M2和一线性电流采样MOS管M3。 

3.如权利要求2所述的基于峰值电流检测线电压补偿电路，其特征在于： 

所述线电压采样电路的连接为：限流电阻Rst的上端接母线Vbus，下端接线电压采样MOS管M1的源端、线性电流采样MOS管M3的源端； 

线电压采样MOS管M1的源端与限流电阻Rst的下端、线性电流采样MOS管M3的源端相连接，线电压采样MOS管M1的栅端与线电压采样MOS管M1漏端、线电压采样MOS管M2的漏端、线电压采样MOS管M2的栅端相连接； 

线电压采样MOS管M2的漏端与线电压采样MOS管M2的栅端、线电压采样MOS管M1的漏端、线电压采样MOS管M1的栅端相连 接，线电压采样MOS管M2的源端接地； 

线性电流采样MOS管M3的源端与限流电阻Rst的下端、线电压采样MOS管M1的源端相连接，线性电流采样MOS管M3的漏端与线电压补偿电路中的峰值采样比较器comp的负端、线性补偿电阻R_line的左端相连接。 

4.如权利要求1所述的基于峰值电流检测线电压补偿电路，其特征在于： 

所述线电压补偿电路包括：峰值采样比较器comp、逻辑驱动电路、线性补偿电阻R_line、峰值采样电阻R_cs、功率MOS管M4。 

5.如权利要求4所述的基于峰值电流检测线电压补偿电路，其特征在于： 

所述线电压补偿电路连接关系为：峰值采样比较器comp的负端接线性电流采样MOS管M3的漏端、线性补偿电阻R_line的左端，正端接基准Vref，输出端接逻辑驱动电路； 

线性补偿电阻R_line的左端接线性电流采样MOS管M3的漏端、峰值采样比较器comp的负端，右端接峰值采样电阻R_cs的上端和功率MOS管的源端； 

峰值采样电阻R_cs的上端接R_line的右端、功率MOS管的源端，下端接地。 

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