CN218183246U - 降压变换器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种降压变换器，包括主电路、控制电路以及采集电容，主电路包括：二极管，第一端接收输入电压，第二端与第一节点连接；电感，第一端与第一节点连接；开关管，响应于驱动电压导通或者断开，二极管的第一端与电感的第二端之间连接负载，控制电路包括过零检测模块，过零检测模块根据检测电压、参考电压、控制信号产生检测信号；控制电路的过零检测端口经由采集电容与第一节点连接，过零检测端口接收检测电压。过零检测模块基于过零检测引脚处的检测电压、控制信号检测主电路工作在续流模式还是断流模式，进而通过控制电路中的其他模块调节驱动电压以使得主电路提供至负载中发光二极管LED的输出电流可控，可以实现深度调光。

Description

降压变换器

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术领域，特别地，涉及一种降压变换器。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)由于体积小、发光效率高、环保等特点被广泛应用于多个领域中。随着照明市场对健康化、智能化的需求不断提高，无频闪、深度调光调色的发光二极管需求量逐渐增加。

然而采用传统的降压型恒流变换器在驱动发光二极管时，无法满足屏闪系数要求以及更高的调光精度。

传统的过零检测电路是通过分压电阻连接功率开关管的漏端，检测电感电流过零信号，这个不仅会受到分压电阻精度的影响，不能准确检测出电感电流过零的位置；而且最大的问题是调光关闭时，从功率开关管漏端经过分压电阻到地会有漏电路径，导致LED微亮，用户体验感差。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可靠性更高的降压变换器。

根据本实用新型的一方面，提供一种降压变换器，包括主电路、控制电路以及采集电容，

所述主电路包括：

二极管，第一端接收输入电压，第二端与第一节点连接；

电感，第一端与所述第一节点连接；

开关管，所述开关管的第一端与所述第一节点连接，所述开关管的第二端与接地端连接，所述开关管的控制端响应于驱动电压导通或者断开，其中，所述二极管的第一端与所述电感的第二端之间连接负载，

所述控制电路包括过零检测模块，所述过零检测模块根据检测电压、参考电压、控制信号产生检测信号；

其中，所述控制电路的过零检测端口经由所述采集电容与所述第一节点连接，所述过零检测端口接收所述检测电压。

可选地，还包括：

第一电阻，连接于所述过零检测端口与所述采集电容之间，或者经由所述过零检测端口接收所述检测电压。

可选地，所述过零检测模块包括：

过零检测单元，根据所述检测电压、参考电压、所述控制信号产生中间检测信号，以及根据所述中间检测信号与所述控制信号产生过零检测信号；以及

模式检测单元，与所述过零检测单元连接，根据所述中间检测信号和所述控制信号产生续流模式检测信号和断流模式检测信号。

可选地，所述过零检测单元包括：

第二电阻，连接在所述检测电压与接地端之间；

比较器，第一输入端接收所述参考电压，第二输入端接收所述检测电压；

与非门，第一输入端和第二输入端连接并接收所述控制信号；

与门，第一输入端与所述与非门的输出端连接，第二输入端与所述比较器的输出端连接，输出端提供所述中间检测信号；以及

第一锁存器，第一输入端接收所述中间检测信号，第二输入端接收所述控制信号，输出端提供所述过零检测信号。

可选地，所述模式检测单元包括：

第二锁存器，第一输入端接收所述中间检测信号，第二输入端与所述与非门的输出端连接；以及

触发器，第一输入端与所述第二锁存器的输出端连接，第二输入端接收所述控制信号，第一输出端提供所述断流模式检测信号，第二输出端提供所述续流模式检测信号。

可选地，所述主电路还包括：

输出电容，连接在所述二极管的第一端与所述电感的第二端之间，并与负载并联；以及

第三电阻，连接在所述开关管的第二端与接地端之间。

可选地，所述控制电路还包括：

驱动模块，根据所述控制信号产生所述驱动电压；

控制模块，提供所述控制信号，以及与所述过零检测模块和所述驱动模块连接，根据所述检测信号、调光基准电压、所述开关管第二端处的电流调整所述控制信号，

其中，所述控制电路的电流采样端经由第四电阻与所述开关管的第二端连接。

可选地，所述控制电路还包括：

调光模块，与所述控制模块连接，经由滤波网络接收调光信号，并根据调光信号产生所述调光基准电压并提供至所述控制模块。

可选地，所述控制电路还包括：

保护模块，输入端经由第五电阻接地，输出端与所述控制模块连接提供保护信号，以在温度达到预设阈值时控制所述控制电路停止工作，所述第五电阻的阻值随温度而变化。

可选地，所述第一锁存器和所述第二锁存器为SR触发器，所述触发器为D触发器。

本实用新型提供的降压变换器，包括主电路、控制电路以及采集电容，控制电路中的过零检测模块基于控制电路的过零检测引脚处的检测电压、控制信号检测主电路工作在续流模式还是断流模式，进而通过控制电路中的其他模块调节驱动电压以使得主电路提供至负载中发光二极管LED的输出电流可控，可以实现深度调光。

进一步，控制电路的过零检测端口连接采集电容Czcd，采集电容 Czcd另一端与功率开关管的漏端连接；在调光关闭时，由于采集电容 Czcd有阻隔直流电流的作用，所以不会形成由输入电压VIN经由LED 负载到地的连通路径，避免了漏电导致的LED微亮。

进一步地，本申请还在控制电路的过零检测模块与采集电容之间设置了第一电阻，以起到分压的作用，以避免控制电路引脚电压过高，导致引脚损坏。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例提供的一种降压变换器的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例提供的降压变换器中控制电路的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例提供的控制电路中过零检测单元的电路示意图；

图4示出了根据本实用新型实施例提供的过零检测单元的波形示意图；

图5示出了根据本实用新型实施例提供的另一种降压变换器的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

因发光二极管的正向压降受离散过程的影响，采用恒压驱动方式驱动发光二极管可能会导致发光二极管的亮度存在差异。因此目前常见的驱动发光二极管的方式为恒流驱动方式，发光二极管的亮度由通过自身的平均电流决定。当需要对发光二极管进行深度调光且需要满足屏闪系数要求时，降压变换器的控制电路中一般需要包括过零检测单元，以精确地检测出降压变换器中电感电流过零的位置，进而可以向发光二极管提供更准确的输出电流以达到深度调光的目的。然而传统的过零检测单元在检测电感电流时，会受到外部电路参数的影响，且当调光关闭时会有漏电流误点亮发光二极管。进而无法准确检测出电感电流过零的位置，会导致对输出电流的计算出现较大偏差。且调光关闭后误点灯的现象也会导致极差的用户体验。

本申请提供一种输出电流更精确、且可避免调光关闭后误点灯的降压变换器。

图1示出了根据本实用新型实施例提供的一种降压变换器的结构示意图。图2示出了根据本实用新型实施例提供的降压变换器中控制电路的结构示意图。

如图1所示，降压变换器1000包括主电路1100、采集电容Czcd和控制电路1200。

主电路1100为BUCK型拓扑结构，包括二极管D1、电感Lm、开关管Q1。二极管D1的第一端(例如为阴极)接收输入电压VIN，二极管D1的第二端(例如为阳极)与第一节点d之间。二极管D1的第一端与电感Lm的第二端之间连接负载。开关管Q1的第一端与第一节点d 连接，开关管Q1的第二端与接地端连接，开关管Q1的控制端接收驱动电压，并响应于驱动电压导通以对电感Lm充电、及关断以对电感Lm 放电。开关管Q1为MOS管，其第一端为漏端，第二端为源端，控制端为栅极端。

进一步地，主电路1100还包括输出电容Cout、第三电阻R3以及输入模块1110。输出电容Cout连接在二极管D1的第一端与电感Lm的第二端之间，并与负载并联。其中，负载例如为串联的多个发光二极管LED。第三电阻R3连接在开关管Q1的第二端与接地端之间。输入模块1110 包括直流电源DC和输入滤波电容Cin，直流电源DC的正端输出输入电压VIN，直流电源DC的负端接地。输入滤波电容Cin与直流电源DC 并联。

结合图1、图2所示，控制电路1200至少包括过零检测模块1210、驱动模块1220以及控制模块1230。控制模块1230用于提供控制信号 Vg。驱动模块1220根据控制信号Vg产生驱动电压DR，并通过与之连接的驱动引脚dr输出驱动电压DR。进一步地，驱动引脚dr例如经由电阻Rg将驱动电压DR提供至开关管Q1的控制端。过零检测模块1210 的第一输入端与过零检测引脚zcd连接并经由采集电容Czcd与第一节点 d连接以接收检测电压Vzcd，过零检测模块1210的第二输入端接收控制信号Vg，并根据检测电压Vzcd、参考电压、控制信号Vg产生检测信号。进一步地，检测信号包括过零检测信号Vg_ZCD、续流模式检测信号Vg_CCM以及断流模式检测信号Vg_DCM。

控制模块1230用于提供控制信号Vg，以及与过零检测模块1210 和驱动模块1220连接，并根据检测信号、调光基准电压、开关管Q1的第二端处的电流调整控制信号Vg。其中，控制电路的电流采样端cs经由第四电阻R4与开关管Q1的第二端连接。

进一步地，控制电路1200中还包括调光模块1250。调光模块1250 与调光引脚dim连接并经由滤波网络接收调光信号DIM，并根据调光信号DIM产生调光基准电压Vav_ref、调光基准电压Vpk_ref。且调光模块 1250与控制模块1230连接以向其提供调光基准电压Vav_ref、调光基准电压Vpk_ref。其中，滤波网络包括电阻Rdim和电容Cdim，电阻Rdim 的第一端接收调光信号DIM，电阻Rdim的第二端与调光引脚dim连接。电容Cdim连接在电阻Rdim的第二端与接地端之间。通过外部提供的调光信号DIM从而控制降压变换器1000的输出电流，达到调节负载中发光二极管LED的亮度。

进一步地，控制电路1200中还包括保护模块1260。保护模块1260 的输入端经由第五电阻R5接地，保护模块1260的输出端与控制模块 1230连接以提供保护信号，以在温度达到预设阈值时使得控制电路1200 停止工作。其中，第五电阻R5的阻值随温度而变化。

进一步地，控制电路1200中还包括供电模块1240。供电模块1240 与输入引脚vin连接并接收输入电压VIN，例如输入引脚vin与直流源 DC的正端连接。供电模块1240提供供电电压至电源引脚vdd以及控制模块1230，以对控制电路1200供电。进一步地，控制电路1200中的接地端gnd与主电路1100中的接地端连接。

图3示出了根据本实用新型实施例提供的控制电路中过零检测单元的电路示意图。图4示出了根据本实用新型实施例提供的过零检测单元的波形示意图。

如图3所示，过零检测模块1210包括过零检测单元1211和模式检测单元1212。过零检测单元1211根据检测电压Vzcd、参考电压Vzcd_ref、控制信号Vg产生中间检测信号，以及根据中间检测信号与控制信号Vg 产生过零检测信号Vg_ZCD。模式检测单元1212与过零检测单元1211 连接，根据中间检测信号和控制信号Vg产生续流模式检测信号 Vg_CCM以及断流模式检测信号Vg_DCM。

进一步地，过零检测单元1211包括第二电阻R2、比较器CMP1、与非门U1、与门U2以及第一锁存器U3。第二电阻R2连接在检测电压 Vzcd与接地端之间。比较器CMP1的第一输入端接收参考电压Vzcd_ref，比较器CMP1的第二输入端接收检测电压Vzcd。与非门U1的第一输入端和第二输入端连接并接收控制信号Vg，与非门U1的输出端输出取反信号Vg_F。与门U2的第一输入端与与非门U1的输出端连接，与门U2 的第二输入端与比较器CMP1的输出端连接，输出端提供中间检测信号。第一锁存器U3的第一输入端(S端)接收中间检测信号，第一锁存器 U3的第二输入端(R端)接收控制信号Vg，第一锁存器U3的输出端 (Q端)提供过零检测信号Vg_ZCD，第一锁存器U3的输出端的取反端(

端)悬置。其中，比较器CMP1的第一输入端例如为正向输入端，比较器CMP1的第二输入端例如为反向输入端。进一步地，过零检测单元1211还包括稳压二极管U6，阳极与接地端连接，阴极与比较器CMP1 的第二输入端连接。

进一步地，模式检测单元1212包括第二锁存器U4和触发器U5。第二锁存器U4的第一输入端(R端)接收中间检测信号，第二锁存器 U4的第二输入端(S端)与与非门U1的输出端连接，第二锁存器U4 的输出端的取反端(

端)悬置。触发器U5的第一输入端(D端)与第二锁存器U4的输出端(Q端)连接，触发器U5的第二输入端(CLK 端)接收控制信号Vg，触发器U5的第一输出端(Q端)提供断流模式检测信号Vg_DCM，触发器U5的第二输出端(

端，第一输出端的取反端)提供续流模式检测信号Vg_CCM。

其中，第一锁存器U3和第二锁存器U4为SR锁存器，触发器U5 为D触发器。

过零检测模块1210基于主电路1100中第一节点d处的电压(检测电压)、控制信号Vg检测主电路1100工作在续流模式还是断流模式。由于续流模式下主电路1100中的电感Lm的电流不会降至0，而断流模式下主电路1100中的电感Lm的电流例如会周期性降至0且维持一定时间。因此采用过零检测模块1210检测主电路1100所处的工作模式，进而通过控制电路1200中的其他模块调节驱动电压DR，以使得主电路 1100提供至负载中发光二极管LED的输出电流可控，实现深度调光。

进一步，通过在过零检测模块1210外部连接采集电容Czcd采集第一节点d处的电压(检测电压)，避免检测电压受到直流影响，使得接收到的检测电压受到外部电路参数的影响减小，进而提升了过零检测的准确度。并且通过在第一节点d处连接采集电容Czcd，可以在调光关闭时避免漏电导致的发光二极管LED误点亮的现象。

如图4所示，在t1时刻，控制信号Vg由0变为1，进而根据控制信号Vg得到的驱动电压DR控制开关管Q1导通，对应地第一节点d处的电压Vd由高电压被拉低至0。此时过零检测引脚zcd接收到的检测电压Vzcd出现一个向下的尖峰脉冲，并在一定时间(小于t2与t1之间的时间)后恢复到0。一定时间由采集电容Czcd和过零检测模块1210内部的电阻Rzcd决定。对应地，过零检测信号Vg_ZCD不翻转，一直为0，第一比较器CMP1输出端的电平不翻转。即过零检测模块1210未检测到电感Lm的电流过0。在t2时刻，控制信号Vg由1变为0，进而根据控制信号Vg得到的驱动电压DR控制开关管Q1断开，电感Lm放电，对应地第一节点d处的电压Vd变为高电压。此时过零检测引脚zcd接收到的检测电压Vzcd出现一个向上的尖峰脉冲(脉宽很小)，并例如在一定时间后恢复到0。对应地，过零检测信号Vg_ZCD不翻转，一直为0，第一比较器CMP1输出端的电平不翻转。即过零检测模块1210未检测到电感Lm的电流过0。另外第二锁存器的输出为0，因此断流模式检测信号Vg_DCM一直为0，表示电感Lm仍然工作在续流模式。经历 t3、t4时刻后。在t5时刻，检测到过零检测引脚zcd的检测电压Vzcd 低于参考电压Vzcd_ref，对应地，第一比较器CMP1输出端的电平翻转，第一锁存器U3和第二锁存器U4输出置1，过零检测信号Vg_ZCD由0 变为1，此时电感Lm的电流已经过0。然而此刻控制信号Vg信号为0，进而断流模式检测信号Vg_DCM一直为0。进一步地，在t6时刻，控制信号Vg信号由0变为1，第一锁存器U3输出置为0，过零检测信号 Vg_ZCD信号由1变为0。同时在t6时刻，触发器U5输出的断流模式检测信号Vg_DCM由0变为1，表示电感Lm的工作模式切换为断续模式。

在控制信号Vg的上升沿，即控制开关管Q1关闭变为控制开关管 Q1导通时，过零检测模块1210接收的检测电压Vzcd出现短暂的向下尖峰脉冲，在t4时刻之前，在开关管Q1关闭期间，开关管Q1的漏端电压(第一节点d处的电压)Vd未产生波动，表征在二极管续流期间，续流电流并未降到0，此时电感工作在连续模式，断流模式检测信号 Vg_DCM为无效电平，即低电平，连续模式检测信号Vg_CCM为有效电平，即为高电平(图4中未示出)；在t1到t2期间，由于控制信号 Vg为有效电平，即高电平，所以触发SR触发器U3复位，输出过零检测信号Vg_ZCD为无效电平，即低电平，表征电感电流未过零，电感工作在连续模式；在t2到t3期间，检测电压Vzcd大于参考电压Vzcd_ref，比较器CMP1输出低电平,经过与门U2，输出低电平，RS触发器的第一输入端接收低电平，则输出低电平，即过零检测信号Vg_ZCD为无效电平，即低电平。

在t5到t6期间，控制信号Vg为无效电平，控制开关管Q1关闭，在开关管Q1关闭期间，开关管Q1的漏端电压(第一节点d处的电压) Vd出现波动，表征在二极管续流期间，续流电流降到0，此时电感工作在断续模式，由于D触发器U5在控制信号Vg上升沿触发，所以在下一个控制信号Vg的上升沿触发断流模式检测信号Vg_DCM变为为有效电平，即高电平，连续模式检测信号Vg_CCM为无效电平，即低电平(图 4中未示出)；在开关管Q1的漏端电压(第一节点d处的电压)Vd波动期间，检测电压Vzcd也出现波动，在向下尖峰期间，检测信号Vzcd小于参考电压Vzcd_ref，比较器CMP1输出有效电平，即高电平，控制信号Vg的取反信号Vg_F为高电平，则经过与门U2输出高电平，RS 触发器的第一输入端接收高电平，则输出高电平，所以过零检测信号 Vg_ZCD为有效电平，表征电感电流过零，电感工作在断续模式。

综上，可见，在过零检测模块1210的过零检测端口外部连接采集电容Czcd，并经由采集电容Czcd与第一节点d连接的连接方式下，通过过零检测端口zcd接收的检测电压Vzcd在控制信号Vg控制开关管Q1 关闭期间是否出现向下的尖峰脉冲，可以判断电感的工作模式。

图5示出了根据本实用新型实施例提供的另一种降压变换器的结构示意图。

如图5所示，降压变换器2000在降压变换器1000的基础上增设了第一电阻R1。降压变换器2000中组成部分与降压变换器1000相同的部分在此不做赘述。

第一电阻R1连接与检测电压Vzcd与采集电容Czcd之间。进一步地，第一电阻R1连接在控制电路的过零检测引脚zcd与采集电容Czcd 之间。可替换地，第一电阻R1例如集成在过零检测模块1210中，且连接在过零检测引脚zcd与第二电阻R2的一端之间。主要起到稳压作用，使得过零检测结果的准确度进一步地提升，进而提升了调光的可控性，可以更好地满足深度调光需求。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种降压变换器，其特征在于，包括主电路、控制电路以及采集电容，

所述主电路包括：

二极管，第一端接收输入电压，第二端与第一节点连接；

电感，第一端与所述第一节点连接；

开关管，所述开关管的第一端与所述第一节点连接，所述开关管的第二端与接地端连接，所述开关管的控制端响应于驱动电压导通或者断开，其中，所述二极管的第一端与所述电感的第二端之间连接负载，

所述控制电路包括过零检测模块，所述过零检测模块根据检测电压、参考电压、控制信号产生检测信号；

其中，所述控制电路的过零检测端口经由所述采集电容与所述第一节点连接，所述过零检测端口接收所述检测电压。

2.根据权利要求1所述的降压变换器，其特征在于，还包括：

第一电阻，连接于所述过零检测端口与所述采集电容之间，或者经由所述过零检测端口接收所述检测电压。

3.根据权利要求1或2所述的降压变换器，其特征在于，所述过零检测模块包括：

过零检测单元，根据所述检测电压、参考电压、所述控制信号产生中间检测信号，以及根据所述中间检测信号与所述控制信号产生过零检测信号；以及

模式检测单元，与所述过零检测单元连接，根据所述中间检测信号和所述控制信号产生续流模式检测信号和断流模式检测信号。

4.根据权利要求3所述的降压变换器，其特征在于，所述过零检测单元包括：

第二电阻，连接在所述检测电压与接地端之间；

比较器，第一输入端接收所述参考电压，第二输入端接收所述检测电压；

与非门，第一输入端和第二输入端连接并接收所述控制信号；

与门，第一输入端与所述与非门的输出端连接，第二输入端与所述比较器的输出端连接，输出端提供所述中间检测信号；以及

第一锁存器，第一输入端接收所述中间检测信号，第二输入端接收所述控制信号，输出端提供所述过零检测信号。

5.根据权利要求4所述的降压变换器，其特征在于，所述模式检测单元包括：

第二锁存器，第一输入端接收所述中间检测信号，第二输入端与所述与非门的输出端连接；以及

触发器，第一输入端与所述第二锁存器的输出端连接，第二输入端接收所述控制信号，第一输出端提供所述断流模式检测信号，第二输出端提供所述续流模式检测信号。

6.根据权利要求1所述的降压变换器，其特征在于，所述主电路还包括：

输出电容，连接在所述二极管的第一端与所述电感的第二端之间，并与负载并联；以及

第三电阻，连接在所述开关管的第二端与接地端之间。

7.根据权利要求1所述的降压变换器，其特征在于，所述控制电路还包括：

驱动模块，根据所述控制信号产生所述驱动电压；

控制模块，提供所述控制信号，以及与所述过零检测模块和所述驱动模块连接，根据所述检测信号、调光基准电压、所述开关管第二端处的电流调整所述控制信号，

其中，所述控制电路的电流采样端经由第四电阻与所述开关管的第二端连接。

8.根据权利要求7所述的降压变换器，其特征在于，所述控制电路还包括：

调光模块，与所述控制模块连接，经由滤波网络接收调光信号，并根据调光信号产生所述调光基准电压并提供至所述控制模块。

9.根据权利要求1所述的降压变换器，其特征在于，所述控制电路还包括：

保护模块，输入端经由第五电阻接地，输出端与所述控制模块连接提供保护信号，以在温度达到预设阈值时控制所述控制电路停止工作，所述第五电阻的阻值随温度而变化。

10.根据权利要求5所述的降压变换器，其特征在于，所述第一锁存器和所述第二锁存器为SR触发器，所述触发器为D触发器。

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