GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Konstantstromregler und insbesondere
einen Konstantstromregler mit Stromrückkopplung zur Speisung
einer Last mit konstantem Strom.The
The present invention relates to a constant current regulator, and more particularly
a constant current regulator with current feedback to the supply
a load with constant current.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Lumineszenz-
bzw. Leuchtdioden (LEDs) werden in Anwendungen wie der Beleuchtung
bzw. Hintergrundbeleuchtung verbreitet eingesetzt. Unterschiedliche
LED-Anwendungen erfordern unterschiedliche Beleuchtungsfarben und
Leistungswerte der LEDs. Alle derzeit verfügbaren LED-Arten
zeigen das beste Einsatzverhalten oft bei Konstantstromspeisung.
Folglich muss eine für die Speisung von LED-Stromkreisen
ausgelegte Stromversorgung einen konstanten Ausgangsstrom liefern.
Oft werden hierzu Konstantstromregler eingesetzt. In allen Schaltungsarten
müssen, damit durch alle LEDs der gleiche konstante Strom
fließt, diese in Reihe geschaltet sein.luminescence
or light-emitting diodes (LEDs) are used in applications such as lighting
or backlight used widely. different
LED applications require different lighting colors and
Power values of the LEDs. All currently available LED types
show the best performance often with constant current supply.
Consequently, one needs to power LED circuits
designed supply a constant output current.
Often, constant current regulators are used for this purpose. In all types of circuits
need to ensure that through all LEDs the same constant current
flows, these are connected in series.
Es
sind verschiedene Konstantstromregler – einschl. solcher
des Auf- und des Abspanntyps – verfügbar.It
are various constant current regulators - incl. Such
of the clamping and clamping type - available.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die 1 der
beigefügten Zeichnungen zeigt die Schaltung eines herkömmlichen
Abspann-Konstantstromreglers allgemein mit dem Bezugszeichen 1a.
Dieser Regler 1a weist eine erste Schaltereinheit SW1 und
eine zweite Schaltereinheit SW2 auf, wobei die erste Schaltereinheit
SW1 mit der Drain-Elektrode an einer Eingangsspannung Vin und mit
einer Source-Elektrode in Reihe mit einer Drossel L und weiter an
einer Ausgangsspannung Vo liegen. Die zweite Schaltereinheit SW2
liegt mit der Drain-Elektrode am gemeinsamen Anschluss der Drossel
L und der Source-Elektrode des ersten Schaltereinheit SW1 und mit
einer Source-Elektrode an Masse. Parallel zur Eingangsspannung Vin
liegt ein Eingangskondensator Cin.The 1 In the accompanying drawings, the circuit of a conventional guy constant current regulator generally indicated by the reference numeral 1a , This controller 1a comprises a first switch unit SW1 and a second switch unit SW2, wherein the first switch unit SW1 having the drain electrode is at an input voltage Vin and a source electrode is connected in series with a reactor L and further at an output voltage Vo. The second switch unit SW2 is connected to the drain electrode at the common terminal of the reactor L and the source electrode of the first switch unit SW1 and with a source electrode to ground. Parallel to the input voltage Vin is an input capacitor Cin.
Die
erste und die zweite Schaltereinheit SW1, SW2 liegen jeweils mit
der Gate-Elektrode an einer Gate-Treiberschaltung 11. Über
die Gate-Treiberschaltung 11 bestimmt eine Impulsbreitenmodulationssteuerung
(PWM-Steuerung) 12 das Schaltverhalten der beiden Schaltereinheiten
SW1, SW2.The first and second switch units SW1, SW2 are respectively connected to the gate electrode at a gate driver circuit 11 , Via the gate driver circuit 11 determines a pulse width modulation control (PWM control) 12 the switching behavior of the two switch units SW1, SW2.
Eine
Last 2 weist eine Anzahl LEDs auf, die so in Reihe an den
Ausgangsanschluss Vo gelegt sind, dass ein positiver Anschluss der
Last 2 an der Ausgangsspannung Vo und ihr negativer Anschluss in
Reihe mit einem Fühlwiderstand Rs an Massepotential liegen.
Fließt durch die Last ein Laststrom IL, entsteht
am Knoten zwischen dem negativen Anschluss der Last 2 und
dem Fühlwiderstand Rs eine Rückkopplungsspannung
Vfb.A burden 2 has a number of LEDs, which are connected in series to the output terminal Vo, that a positive connection of the load 2 at the output voltage Vo and their negative terminal in series with a sense resistor Rs are at ground potential. If a load current I L flows through the load, the result is a node between the negative terminal of the load 2 and the sense resistor Rs, a feedback voltage Vfb.
Die
Rückkopplungsspannung Vfb ist an einen Rückkopplungseingang
und eine Bezugsspannung Vref an einen Bezugsspannungseingang eines Differenzverstärkers 13 gelegt.
Der Differenzverstärker 13 hat einen Fehlersignalausgang,
der an ein RC-Glied aus einem Widerstand Rc und einem Kondensator
Co sowie an die PWM-Steuerstufe 12 gelegt ist. Aus der
Abweichung zwischen der Bezugsspannung Vref und der Rückkopplungsspannung
Vfb erzeugt der Differenzverstärker 13 am Fehlersignalausgang
eine Fehlerspannung Ve, die an das RC-Glied und die PWM-Steuerung 12 geht.The feedback voltage Vfb is applied to a feedback input and a reference voltage Vref to a reference voltage input of a differential amplifier 13 placed. The differential amplifier 13 has an error signal output to an RC element of a resistor Rc and a capacitor Co and to the PWM control stage 12 is laid. From the deviation between the reference voltage Vref and the feedback voltage Vfb, the differential amplifier generates 13 at the error signal output, an error voltage Ve applied to the RC element and the PWM control 12 goes.
In
einer derartigen herkömmlichen Anordnung liegt der Fühlwiderstand
Rs in Reihe in einem Stromkreis, in dem der hohe Laststrom IL fließt. Ist der Laststrom IL hoch, setzt der Fühlwiderstand
Rs eine hohe Leistung um.In such a conventional arrangement, the sensing resistor Rs is connected in series in a circuit in which the high load current I L flows. When the load current I L is high, the sense resistor Rs converts high power.
Die 2 der
Zeichnung zeigt die Schaltung eines weiteren Abspann-Konstantstromreglers,
die mit dem Bezugszeichen 1b gekennzeichnet ist. Dieser
Konstantstromregler 1b weist eine erste und eine zweite
Schaltereinheit SW1 bzw. SW2, eine Drossel L, eine Gate-Treiberschaltung 11,
eine PWM-Steuerung 12, einen Komparator 14, einen
Fühlwiderstand Rs und eine Bezugsspannungseinheit 15 auf.
Der Fühlwiderstand Rs liegt in Reihe zwischen einer Eingangsspannung
Vin und der Drain-Elektrode der ersten Schaltereinheit SW1. Die
Bezugsspannungseinheit 15 gibt eine Bezugsspannung Vref
auf einen Bezugsspannungseingang des Komparators 14. Die Last 2 besteht
aus einer Anzahl in Reihe geschalteter LEDs und liegt mit einem
Ende an einer Ausgangsspannung Vo und mit einem anderen Ende an
Masse. In einer solchen Schaltung liegt der Fühlwiderstand
Rs ebenfalls in Reihe in einem Stromkreis, der den hohen Laststrom
IL der Last 2 führt.The 2 The drawing shows the circuit of another guy constant-current regulator, denoted by the reference numeral 1b is marked. This constant current regulator 1b includes a first and a second switch unit SW1 and SW2, a reactor L, a gate driver circuit 11 , a PWM control 12 , a comparator 14 , a sense resistor Rs, and a reference voltage unit 15 on. The sense resistance Rs is in series between an input voltage Vin and the drain of the first switch unit SW1. The reference voltage unit 15 outputs a reference voltage Vref to a reference voltage input of the comparator 14 , Weight 2 It consists of a number of LEDs connected in series and is connected at one end to an output voltage Vo and at another end to ground. In such a circuit, the sensing resistor Rs is also connected in series in a circuit which is the high load current I L of the load 2 leads.
Die 3 der
beigefügten Zeichnung zeigt die Schaltung eines herkömmlichen
Aufspann-Konstantstromreglers mit dem Bezugszeichen 1c.
Dieser herkömmliche Aufspann- Konstantstromregler 1c weist
eine erste und eine zweite Schaltereinheit SW1 bzw. SW2 auf, wobei
die Drain-Elektrode der ersten Schaltereinheit SW1 über
eine Drossel L an einer Eingangsspannung Vin und ihre Source-Elektrode auf
Masse liegen. Die zweite Schaltereinheit SW2 liegt mit einer Drain-Elektrode
an einem Knoten zwischen der Drossel und der Drain-Elektrode der
ersten Schaltereinheit SW1 und mit einer Source-Elektrode an einer
Ausgangsspannung Vb. Parallel zur Ausgangsspannung Vo liegt ein
Ausgangskondensator Co.The 3 The accompanying drawing shows the circuit of a conventional clamping constant-current regulator with the reference numeral 1c , This conventional clamping constant current regulator 1c has a first and a second switch unit SW1 and SW2, wherein the drain electrode of the first switch unit SW1 via a throttle L to an input voltage Vin and its source electrode to ground. The second switch unit SW2 has a drain electrode at a node between the reactor and the drain of the first switch unit SW1 and a source electrode at an output voltage Vb. Parallel to the output voltage Vo is an output capacitor Co.
Gate-Elektroden
der ersten und der zweiten Schaltereinheit SW1, SW2 sind an eine
Gate-Treiberschaltung 11 gelegt. Eine PWM-Steuerung 12 bestimmt über
die Gate-Steuerschaltung 11 das Schaltverhalten der ersten
und der zweiten Schaltereinheit SW1, SW2.Gate electrodes of the first and second switch units SW1, SW2 are connected to a gate driver circuit 11 placed. A PWM control 12 determined via the gate control circuit 11 the switching behavior of the first and the second switch unit SW1, SW2.
Eine
Last 2, die eine Anzahl in Reihe geschalteter LEDs aufweist,
ist so an die Ausgangsspannung Vo gelegt, dass ein positiver Anschluss
an der Ausgangsspannung Vo und ein negativer Anschluss in Reihe
mit einem Fühlwiderstand an Masse liegen. Fließt
in der Last 2 ein Laststrom IL, entsteht am Knoten zwischen
dem negativen Anschluss der Last 2 und dem Fühlwiderstand
Rs eine Rückkopplungsspannung Vfb.A burden 2 comprising a number of LEDs connected in series is connected to the output voltage Vo such that a positive terminal at the output voltage Vo and a negative terminal in series with a sense resistor are grounded. Flows in the load 2 a load current IL, arises at the node between the negative terminal of the load 2 and the sense resistor Rs, a feedback voltage Vfb.
Die
Rückkopplungsspannung Vfb geht an einen Rückkopplungseingang
und eine Bezugsspannung Vref an einen Bezugsspannungseingang eines Differenzverstärkers 13.
Der Fehlersignalausgang des Differenzverstärkers 13 liegt
an einem RC-Glied aus einem Widerstand Rc und einem Kondensator Cc
und auch an der PWM-Steuerung 12. Aus der Abweichung der
Rückkopplungsspannung Vfb von der Bezugsspannung Vref erzeugt
der Differenzverstärker 13 am Fehlersignalausgang
eine Fehlerspannung Ve, die am RC-Glied und am Fehlersignaleingang
der PWM-Steuerung 12 liegt.The feedback voltage Vfb is applied to a feedback input and a reference voltage Vref to a reference voltage input of a differential amplifier 13 , The error signal output of the differential amplifier 13 is at an RC element of a resistor Rc and a capacitor Cc and also to the PWM control 12 , From the deviation of the feedback voltage Vfb from the reference voltage Vref, the differential amplifier generates 13 at the error signal output an error voltage Ve, the at the RC element and the error signal input of the PWM control 12 lies.
In
einer solchen herkömmlichen Anordnung nach 3 liegt
der Fühlwiderstand Rs in Reihe in einem Stromkreis, der
den hohen Laststrom IL führt. Steigt
also der Laststrom IL, verbraucht der Fühlwiderstand
Rs mehr Leistung, obgleich sein Widerstandswert niedrig ist.In such a conventional arrangement according to 3 the sense resistor Rs is in series in a circuit which carries the high load current I L. Thus, as the load current I L increases , the sense resistance Rs consumes more power, although its resistance is low.
Die 4 der
beigefügten Zeichnungen zeigt die Schaltung eines anderen
herkömmlichen Aufspann-Konstantstromreglers mit der Bezeichnung 1d.
Dieser herkömmliche Aufspann-Konstantstromregler 1d weist
eine erste und eine zweite Schaltereinheit SW1 bzw. SW2, eine Drossel
L, eine Gate-Treiberschaltung 11, eine PWM-Steuerung 12, einen
Komparator 14, eine Bezugsspannungseinheit 15 und
einen Fühlwiderstand Rs auf. Der Fühlwiderstand
Rs liegt in Reihe zwischen einer Source-Elektrode der ersten Schaltereinheit
SW1 und Masse. Die Last 2 besteht aus einer Anzahl in Reihe
geschalteter LEDs und ist mit einem Ende an eine Ausgangsspannung
Vo und mit einem anderen Ende an Masse gelegt. Die Bezugsspannungseinheit 15 liefert
eine Bezugsspannung Vref an einen Eingang des Komparators 14.
In einer solchen Schaltung liegt der Fühlwiderstand Rs
in Reihe in einen Hochstromkreis mit der ersten Schaltereinheit
SW1, so dass, wenn der durch den ersten Schalter SW1 fließende
Strom steigt, der Fühlwiderstand Rs eine höhere
Leistung umsetzt, obgleich sein Widerstandwert klein ist.The 4 The accompanying drawings show the circuit of another conventional clamping constant current regulator designated 1d , This conventional clamping constant current regulator 1d includes a first and a second switch unit SW1 and SW2, a reactor L, a gate driver circuit 11 , a PWM control 12 , a comparator 14 , a reference voltage unit 15 and a sense resistance Rs. The sense resistor Rs is connected in series between a source of the first switch unit SW1 and ground. Weight 2 It consists of a number of LEDs connected in series and is grounded to one output voltage Vo at one end and grounded to another end. The reference voltage unit 15 supplies a reference voltage Vref to an input of the comparator 14 , In such a circuit, the sense resistor Rs is connected in series with a high circuit having the first switch unit SW1, so that when the current flowing through the first switch SW1 increases, the sense resistor Rs converts higher power although its resistance value is small.
Diese
vier Arten von herkömmlichen Konstantstromreglern wenden
allesamt eine Schaltung an, in der der Fühlwiderstand in
einem Stromkreis liegt, der einen hohen Strom führt. Obgleich
also der Fühlwiderstand Rs einen sehr kleinen Widerstandswert
hat, tritt dort in Folge des durch ihn fließenden hohen
Stroms ein erheblicher Spannungsabfall auf, was einen hohen Leistungsumsatz
bedeutet.These
use four types of conventional constant current regulators
all a circuit in which the sensing resistor in
a circuit that carries a high current. Although
So the sensing resistor Rs a very small resistance value
has occurred there as a result of the high flowing through it
Electricity a significant voltage drop, resulting in high power consumption
means.
Neben
den oben beschriebenen vier herkömmlichen Konstantstromreglern
sind aus dem Stand der Technik auch andere Schaltungen bekannt.
Bspw. offenbart die US 7 135
825 eine LED-Treiberschaltung, in der ein Fühlwiderstand
im Laststromkreis der LEDs liegt und eine Rückkopplungsspannung
erzeugt. Da der Fühlwiderstand in Reihe mit der Last liegt,
setzt er in der Stromversorgung dieser Druckschrift bei hohen Strömen
auch hohe Leistungen um. Ein weiteres Beispiel offenbart die US 6 980 181 , in der eine
Treiberschaltung für LEDs einen in einem geschalteten Stromkreis
liegenden Fühlwiderstand aufweist, der eine Rückkopplungsspannung
erzeugt, die an einen Fehlerverstärker gelegt ist. Der
geschaltete Stromkreis gilt auch hier als Hochstromkreis und die
Schaltung leidet ebenfalls unter dem Nachteil eines hohen Leistungsumsatzes.In addition to the four conventional constant current regulators described above, other circuits are known in the prior art. For example. reveals that US Pat. No. 7,135,825 an LED driver circuit in which a sense resistor is in the load circuit of the LEDs and generates a feedback voltage. Since the sensing resistor is in series with the load, it also implements high power in the power supply of this document at high currents. Another example reveals the US Pat. No. 6,980,181 in that a drive circuit for LEDs has a sense resistor connected in a switched circuit which generates a feedback voltage applied to an error amplifier. The switched circuit also applies here as a high-current circuit and the circuit also suffers from the disadvantage of high power consumption.
Angesichts
der genannten Probleme der bekannten Schaltungen ist ein Ziel der
vorliegenden Erfindung ein Konstantstromregler mit Stromrückkopplung,
in dem ein durch die Last fließender Strom nicht von einem
Fühlresistor in einem Hochstromkreis erfasst wird, um ein
Rückkopplungssignal zu erzeugen und auf Grund des Rückkopplungssignals
den Laststrom konstant zu regeln und an die Last zu liefern.in view of
The above problems of the known circuits is an objective of
present invention a constant current regulator with current feedback,
in which a current flowing through the load is not from one
Sensing resistor is detected in a high current circuit to a
To generate feedback signal and due to the feedback signal
To constantly regulate the load current and deliver it to the load.
Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Konstantstromregler
mit einer Stromfühl- bzw. – erfassungsschaltung,
die mit einer Schaltereinheit des Konstantstromreglers verschaltet
ist, um einen durch die Schaltereinheit fließenden Strom
zu erfassen und einen Fühlstrom zu erzeugen, der proportional
zum durch die Schaltereinheit fließenden Strom ist, und
so auf Grund des Fühlstroms das Schaltverhalten der Schaltereinheit
zu steuern.One
Another object of the present invention is a constant current regulator
with a current sensing circuit,
which is connected to a switch unit of the constant current regulator
is to a current flowing through the switch unit current
to capture and generate a sense current proportional
is the current flowing through the switch unit, and
so on the basis of the sensing current, the switching behavior of the switch unit
to control.
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Konstantstrom-Stromversorgung,
die besonders geeignet ist für eine Anordnung aus in Reihe
geschalteten LEDs, wobei der Laststromkreis, den die in Reihe geschalteten
LEDs darstellen, keinen Fühlwiderstand zu enthalten braucht.One
Another object of the present invention is a constant current power supply,
which is particularly suitable for an arrangement of in series
switched LEDs, the load circuit that is connected in series
Represent LEDs, need not contain a sense resistor.
Verglichen
mit bekannter Technologie verwendet die vorliegende Erfindung die
Technologie eines Stromfühlkreises in Kombination mit einem
Konstantstromregler, um einen Fühlstrom zu erzeugen, der
proportional zu einem durch eine Schaltereinheit oder eine Last
fließenden Strom ist, um den der Last zugeführten
Strom zu steuern. Weiterhin ist erfindungsgemäß der
Fühlwiderstand mit einer Stromspiegelschaltung in Stromfühlkreis
verbunden, so dass für den Widerstandswert des Fühlwiderstands keine
Einschränkungen gelten. Hier liegt ein Unterschied zur
bekannten Technik, die nur kleine Widerstandswerte zulässt.
So ermöglicht die vorliegende Erfindung einen vielseitigeren
Schaltungsentwurf.Compared with known technology, the present invention uses the technology of a current sensing circuit in combination with a constant current regulator to produce a sense current that is proportional to a current flowing through a switch unit or a load to that of the load to control the supply of electricity. Furthermore, according to the invention, the sense resistor is connected to a current mirror circuit in the current sense circuit, so that no restrictions apply to the resistance value of the sense resistor. Here is a difference to the known technique, which allows only small resistance values. Thus, the present invention enables a more versatile circuit design.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die
vorliegende Erfindung ergibt sich für den Fachmann aus
der Lektüre der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
derselben an Hand der beigefügten Zeichnungen.The
The present invention will be apparent to those skilled in the art
reading the following description of preferred embodiments
the same with reference to the accompanying drawings.
1 zeigt
eine Schaltung eines herkömmlichen Abspann-Konstantstromreglers; 1 shows a circuit of a conventional guy constant-current regulator;
2 zeigt
eine Schaltung eines anderen herkömmlichen Abspann-Konstantstromreglers; 2 Fig. 12 shows a circuit of another conventional final-current constant-current regulator;
3 zeigt
eine Schaltung eines herkömmlichen Aufspann-Konstantstromreglers; 3 shows a circuit of a conventional clamping constant current regulator;
4 zeigt
eine Schaltung eines anderen herkömmlichen Aufspann-Konstantstromreglers; 4 shows a circuit of another conventional clamping constant current regulator;
5 ist
die Schaltung eines Konstantstromreglers nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; 5 Fig. 13 is a circuit of a constant current regulator according to a first embodiment of the present invention;
6 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung für eine Stromeinstellung
des Konstantstromreglers der 5; 6 shows another detailed circuit for a current adjustment of the constant current regulator of 5 ;
7 ist
eine weitere ausführliche Schaltung einer Stromfühl-
und einer Halbzyklen-Kompensationsschaltung des Konstantstromreglers
der 5; 7 is another detailed circuit of a current sensing and a half-cycle compensation circuit of the constant current regulator of 5 ;
8 zeigt
an bestimmten Knoten des Konstantstromreglers der 5 aufgenommene
Strom- bzw. Spannungsverläufe; 8th shows at certain nodes of the constant current controller the 5 Recorded current or voltage curves;
9 zeigt
die Schaltung eines Konstantstromreglers nach einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; 9 shows the circuit of a constant current regulator according to a second embodiment of the present invention;
10 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung einer Stromfühl-
und einer Halbzyklen- Kompensationsschaltung des Konstantstromreglers
in 5; 10 shows a further detailed circuit of a current sensing and a half-cycle compensation circuit of the constant current regulator in 5 ;
11 zeigt
an bestimmten Knoten des Konstantstromreglers der 9 aufgenommene
Strom- bzw. spannungsverläufe; 11 shows at certain nodes of the constant current controller the 9 Recorded current or voltage characteristics;
12 ist
eine Schaltung eines Konstantstromreglers nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; 12 Fig. 15 is a circuit of a constant current regulator according to a third embodiment of the present invention;
13 ist
eine weitere ausführliche Schaltung einer Stromfühl-
und einer Halbzyklen-Kompensationsschaltung des Konstantstromreglers
nach 12; 13 is another detailed circuit of a current sensing and a half-cycle compensation circuit of the constant current regulator after 12 ;
14 zeigt
an bestimmten Knoten des Konstantstromreglers der 12 aufgenommene Strom-
bzw. spannungsverläufe; 14 shows at certain nodes of the constant current controller the 12 Recorded current or voltage characteristics;
15 ist
eine Schaltung eines Konstantstromreglers nach einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; 15 Fig. 15 is a circuit of a constant current regulator according to a fourth embodiment of the present invention;
16 ist
eine weitere ausführliche Schaltung einer Stromfühlschaltung
des Konstantstromreglers der 15; und 16 is another detailed circuit of a current sensing circuit of the constant current regulator of 15 ; and
17 zeigt
an bestimmten Knoten des Konstantstromreglers der 15 aufgenommene Strom-
bzw. spannungsverläufe. 17 shows at certain nodes of the constant current controller the 15 Recorded current or voltage characteristics.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENTHE PREFERRED EMBODIMENTS
Die
Zeichnungen und insbesondere die 5 zeigen
eine Steuerschaltung nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die auf einen Abspann-Konstantstromregler
mit Halbzyklen-Stromerfassung anwendbar ist. Zur Vereinfachung sind
Teile/Bauteile/Einrichtungen, die zu ihren Gegenstücken
in den oben beschrieben bekannten Anordnungen ähnlich oder
mit ihnen identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The drawings and in particular the 5 show a control circuit according to a first embodiment of the present invention, which is applicable to a credits constant-current regulator with half-cycle current detection. For simplicity, parts / components / devices that are similar or identical to their counterparts in the known arrangements described above are identified by the same reference numerals.
Der
in 5 gezeigte und allgemein mit 3 gekennzeichnete
Konstantstromregler nach der ersten Ausführungsform der
Erfindung weist eine Schaltereinheit SW auf, die mit einer Drain-Elektrode
(erster Anschluss) an der Eingangsspannung Vin und mit einer Source-Elektrode
(zweiter Anschluss) über eine Drossel L an einer Ausgangsspannung
Vo liegt. Die Source-Elektrode der Schaltereinheit SW liegt auch
am negativen Anschluss einer Diode D, deren positiver Anschluss
an Masse liegt. Die Diode D kann bspw. eine Schottky-Diode sein.The in 5 shown and generally with 3 Constant current regulator according to the first embodiment of the invention comprises a switch unit SW having a drain electrode (first terminal) at the input voltage Vin and a source electrode (second terminal) via a choke L at an output voltage Vo. The source electrode of the switch unit SW is also connected to the negative terminal of a diode D whose positive terminal is grounded. The diode D may, for example, be a Schottky diode.
Eine
Last 2 aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Lumineszenz-
bzw. Leuchtdioden (LEDs) liegt mit einem Ende an der Ausgangsspannung
Vo und mit dem anderen Ende an Masse.A burden 2 A number of series-connected light-emitting diodes (LEDs) are connected at one end to the output voltage Vo and at the other end to ground.
Die
Schaltereinheit SW liegt mit einer Gate-Elektrode an einer Gate-Treiberschaltung 31. Eine
Impulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) 32 ist
mit einem Fehlersignaleingang 32a an ein RC-Glied aus einem
Widerstand Rc und einem Kondensator Cc gelegt. Der Fehlersignaleingang 32a der
PWM-Steuerung 32 übernimmt ein Fehlersignal Ve,
aus dem die PWM-Steuerung 32 ein impulsbreitenmoduliertes
Signal VPWM ableitet und an die Gate-Treiberschaltung 31 gibt,
die ihrerseits ein Schaltsteuersignal Vsw erzeugt, das das Schaltverhalten
der Schaltereinheit SW bestimmt.The switch unit SW is connected to a gate electrode on a gate driver circuit 31 , A pulse width modulation control (PWM control) 32 is with an error signal input 32a placed on an RC element of a resistor Rc and a capacitor Cc. The error signal input 32a the PWM control 32 adopts an error signal Ve, from which the PWM control 32 one pulse width modulated signal V PWM and to the gate driver circuit 31 which in turn generates a switching control signal Vsw which determines the switching behavior of the switch unit SW.
Der
erfindungsgemäße Konstantstromregler 3 weist
weiterhin einen Stromrückkopplungskreis (auch als Stromfühlkreis
bezeichnet) 30 auf, der den durch die Schaltereinheit SW
fließenden Strom erfasst und Eingangssignale für
einen Differenzverstärker 36 liefert, der ein
Fehlersignal Ve erzeugt und an die PWM-Steuerung 32 gibt.The constant current regulator according to the invention 3 also has a current feedback loop (also called a current sense circuit) 30 on, which detects the current flowing through the switch unit SW current and input signals for a differential amplifier 36 which generates an error signal Ve and to the PWM controller 32 gives.
Der
Stromfühlkreis 30 weist eine Stromstellschaltung 33 auf,
die mit der Eingangsspannung Vin gespeist wird. Die Stromstellschaltung 33 besteht aus
einer variablen Stromquelle Iset und einem Reihenwiderstand Rref.
Fließt durch den Widerstand Rref ein Strom aus der Stromquelle
Iset, fällt über ihm eine Stellspannung Vset ab.The current sensing circuit 30 has a power control circuit 33 which is supplied with the input voltage Vin. The power control circuit 33 consists of a variable current source Iset and a series resistor Rref. If a current flows through the resistor Rref from the current source Iset, a control voltage Vset drops over it.
Eine
Stromfühlschaltung 34 wird mit der Eingangsspannung
Vin gespeist. In der Stromfühlschaltung fließt
ein Fühlstrom Is durch einen Reihenwiderstand Rs, so dass
eine Fühlspannung Vs über ihm abfällt.
Der Laststrom IL in der Schaltereinheit
SW und der Fühlstrom Is sind proportional zueinander im Verhältnis
N:1; vergl. den gestrichelten Linienzug (N:1) in der Zeichnung.A current sensing circuit 34 is fed with the input voltage Vin. In the current sensing circuit, a sense current Is flows through a series resistor Rs, so that a sense voltage Vs drops across it. The load current I L in the switch unit SW and the sense current Is are proportional to each other in the ratio N: 1; compare the dashed line (N: 1) in the drawing.
Da
die vorliegende Ausführungsform einen Abspann-Konstantstromregler
mit Halbzyklen-Stromerfassung betrifft, wird die von der Stromfühlschaltung 35 erzeugte
Fühlspannung Vs von einer Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35 weiter
verarbeitet, die eine halbzyklenkompensierte Fühlspannung
Vs' an einen Fühlspannungseingang 36a des Differenzverstärkers 36 legt.
Die von der Stromstellschaltung 33 erzeugte Stellspannung
Vset geht auf einen Stellspannungseingang 36b des Differenzverstärkers 36. Aus dem
Signal Vset und der halbzyklenkompensierten Fühlspannung
Vs' erzeugt der Differenzverstärker 36 am Ausgang 36c eine
Fehlerspannung Ve, die auf den Fehlersignaleingang 32a der
PWM-Steuerung 32 geht.Since the present embodiment relates to a constant voltage loop regulator with half-cycle current detection, that of the current sensing circuit 35 generated sense voltage Vs from a half-cycle compensation circuit 35 which processes a half-cycle compensated sense voltage Vs' to a sense voltage input 36a of the differential amplifier 36 sets. The from the power control circuit 33 generated control voltage Vset goes to an actuating voltage input 36b of the differential amplifier 36 , The differential amplifier generates from the signal Vset and the half-cycle-compensated sensing voltage Vs' 36 at the exit 36c an error voltage Ve which is applied to the error signal input 32a the PWM control 32 goes.
Die 6 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung für die Stromstellschaltung 33 der 5 mit
einem Rückkopplungsverstärker 331, den
Schaltereinheiten T21, T22, T23 und den Widerständen Rref,
Rset, die gemeinsam einen Stromspiegel bilden, so dass der durch
die Schaltereinheit T21 fließende Srom Iset gleich dem
Strom Iset in der Schaltereinheit T22 ist, was mit dem gestrichelten
Linienzug 1:1 in der Zeichnung angedeutet ist. Da ein Stromspiegel
vorliegt, unterliegt der Widerstandswert von Rset keinerlei Einschränkungen – im
Gegensatz zur herkömmlichen Technologie, die einen kleinen Widerstand
erfordert.The 6 shows a further detailed circuit for the power control circuit 33 of the 5 with a feedback amplifier 331 , the switch units T21, T22, T23 and the resistors Rref, Rset, which together form a current mirror, so that the current Iset flowing through the switch unit T21 is equal to the current Iset in the switch unit T22, which corresponds to the dashed line 1: 1 in FIG the drawing is indicated. Since there is a current mirror, the resistance of Rset is not limited - in contrast to the conventional technology, which requires a small resistance.
Die 7 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung der Stromerfassungsschaltung 34 und
der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35 der 5 mit
den Schaltereinheiten SW, T12, T13, T14, T15, T16, T17, die gemeinsam
einen Stromspiegel bilden. Bei durchgeschalteter Schaltereinheit
SW gilt für die Ströme I1, I2, IL und
Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = IL = N × I2
= N × Is = N × (Iset × Rref/Rs) IL/N = Is The 7 shows another detailed circuit of the current detection circuit 34 and the half-cycle compensation circuit 35 of the 5 with the switch units SW, T12, T13, T14, T15, T16, T17, which together form a current mirror. With switched-through switch unit SW applies to the currents I1, I2, I L and Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = I L = N × I2 = N × Is = N × (Iset × Rref / Rs) I L / N = Is
Der
Laststrom IL und der Fühlstrom
IL erfüllen also das Verhältnis
N:1 The load current I L and the sense current I L thus satisfy the ratio N: 1
Die
Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35 weist einen Koppler 351,
einen Halbzyklen-Kompensationsschalter 352 und einen Kondensator
CH auf. Der Koppler 352 übernimmt
die Fühlspannung Vs aus der Stromfühlschaltung 34.
Der Halbzyklen-Kompensationsschalter 352 liegt mit einer Gate-Elektrode
an der Gate-Treiberschaltung 31 und wird mit dem Schaltsteuersignal
Vsw aus dieser angesteuert. Aan der Source-Elektrode des Halbzyklen-Kompensationsschalter 352 liegt
der Kondensator CH.The half-cycle compensation circuit 35 has a coupler 351 , a half-cycle compensation switch 352 and a capacitor C H. The coupler 352 Adopts the sensing voltage Vs from the current sensing circuit 34 , The half-cycle compensation switch 352 is connected to a gate electrode on the gate driver circuit 31 and is driven with the switching control signal Vsw from this. Aan the source of the half-cycle compensation switch 352 is the capacitor C H.
Die 8 zeigt
an Knoten der Schaltung der 5 aufgenommene
Strom- bzw. Spannungsverläufe. In der Zeichnung bezeichnen
IL(max) und IL(min)
den maximalen bzw. den minimalen Laststrom, IL(avg)
deren Durchschnittswert. Fließt durch die Last 2 der
Laststrom IL, erfasst die Stromfühlschaltung 34 einen
Strom Is im der positiven Halbzyklus (Zeitintervall ton zwischen
den Zeitpunkten T1 und T1') des Laststroms IL und
bewirkt eine Fühlspannung Vs. Nach dem Durchlaufen der
Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35 wird die Fühlspannung
Vs an den Differenzverstärker 36 gelegt, der am Fehlersignalausgang 36c ein
Fehlersignal Ve ausgibt. Die PWM-Steuerung 32 erzeugt aus
dem Fehlersignal Ve eine Gate-Ansteuerspannung VPWM hohen
Pegels, aus der die Gate-Treiberschaltung 31 ein Schaltsteuersignal
Vsw ableitet, das das Schaltverhalten der Schaltereinheit SW bestimmt.The 8th shows at nodes of the circuit the 5 Recorded current or voltage curves. In the drawing, I L (max) and I L (min) denote the maximum and minimum load currents, I L (avg) their average value. Flows through the load 2 the load current I L , detects the current sensing circuit 34 a current Is in the positive half-cycle (time interval ton between times T1 and T1 ') of the load current I L and causes a sense voltage Vs. After passing through the half-cycle compensation circuit 35 the sense voltage Vs is applied to the differential amplifier 36 placed at the error signal output 36c outputs an error signal Ve. The PWM control 32 generates from the error signal Ve a gate drive voltage V PWM high level, from which the gate drive circuit 31 derives a switching control signal Vsw, which determines the switching behavior of the switch unit SW.
Im
negativen Halbzyklus (Zeitintervall toff zwischen den Zeitpunkten
T1' und T2) des Laststroms IL in der Last 2 erfasst
die Stromfühlschaltung 34 den Laststrom IL nicht, so dass die Fühlspannung Vs
zu null wird. Im negativen Halbzyklus des Laststroms IL hält
der Kondensator CH der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35 die
Fühlspannung Vs aus der Stromfühlschaltung 34 konstant,
um zu gewährleisten, dass die PWM-Steuerung 32 nicht fehlfungiert,
indem sie eine Impulsbreitenmodulation ausführt.In the negative half cycle (time interval toff between the times T1 'and T2) of the load current I L in the load 2 detects the current sensing circuit 34 the load current I L not so that the sense voltage Vs becomes zero. In the negative half-cycle of the load current I L , the capacitor C H keeps the half-cycle compensation circuit 35 the sense voltage Vs from the current sensing circuit 34 constant, to ensure that the PWM control 32 not mistaken by a pulse width modulation performs.
Die 9 zeigt
die Schaltung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die auf einen Abspann-Konstantstromregler mit Halbzyklen-Stromerfassung
anwendbar ist. Der allgemein mit 3a bezeichnete Konstantstromregler
der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist eine Schaltereinheit
SW auf, deren Drain-Elektrode über eine Drossel L an einer
Eingangsspannung Vin und weiterhin über eine Diode D an
einer Ausgangsspannung Vo liegt. Eine Source-Elektrode der Schaltereinheit
SW liegt an Masse.The 9 Fig. 12 shows the circuit of a second embodiment of the present invention applicable to a half-cycle current sense constant-current regulator. The generally with 3a Designated constant current regulator of the second embodiment of the invention comprises a switch unit SW, the drain electrode via a throttle L to an input voltage Vin and further via a diode D to an output voltage Vo. A source electrode of the switch unit SW is grounded.
Eine
Last 2, bei der es sich um eine Anzahl in Reihe geschalteter
LEDs handelt, liegt mit einem Ende an der Ausgangsspannung und mit
dem anderen an Masse.A burden 2 , which is a number of LEDs connected in series, is at one end to the output voltage and the other to ground.
Die
Schaltereinheit SW liegt mit einer Gate-Elektrode an einer Gate-Treiberschaltung 31 und
eine PWM-Steuerung 32 mit einem Fehlersignaleingang 32a an
einem RC-Glied aus einem Widerstand Rc und einem Kondensator Cc.
Der Fehlersignaleingang 32a der PWM-Steuerung 32 übernimmt ein
Fehlersignal Ve, aus dem die PWM-Steuerung 32 ein Impulsbreiten-Modulationssignal
VPWM für die Gate-Treiberschaltung 31 ableitet,
die ihrerseits ein Schaltsteuersignal Vsw erzeugt, das das Schaltverhalten
der Schaltereinheit SW bestimmt.The switch unit SW is connected to a gate electrode on a gate driver circuit 31 and a PWM controller 32 with an error signal input 32a on an RC element of a resistor Rc and a capacitor Cc. The error signal input 32a the PWM control 32 adopts an error signal Ve, from which the PWM control 32 a pulse width modulation signal V PWM for the gate driver circuit 31 which in turn generates a switching control signal Vsw which determines the switching behavior of the switch unit SW.
Der
Konstantstromregler 3a der vorliegenden Erfindung weist
weiterhin einen Stromrückkopplungskreis 30a auf,
der den durch die Schaltereinheit SW fließenden Strom erfasst
und Eingangssignale an den Differenzverstärker 36 gibt,
der ein Fehlersignal Ve erzeugt und an die PWM-Steuerung 32 gibt.The constant current regulator 3a The present invention further includes a current feedback circuit 30a on, which detects the current flowing through the switch unit SW current and input signals to the differential amplifier 36 which generates an error signal Ve and to the PWM controller 32 gives.
Ein
Stromfühlkreis 34a wird mit der Eingangsspannung
Vin gespeist. Er führt einen Fühlstrom Is und
enthält einen in Reihe geschalteten Widerstand Rs. Bei
fließendem Strom Is fällt über dem Widerstand
Rs eine Fühlspannung Vs ab. Der Laststrom IL in
der Schaltereinheit SW und der Fühlstrom Is sind im Verhältnis
N:1 zueinander proportional, wie mit der gestrichelten Linie (N:1)
in der Zeichnung angedeutet.A current sensing circuit 34a is fed with the input voltage Vin. It carries a sense current Is and contains a resistor Rs connected in series. With flowing current Is, a sense voltage Vs drops across the resistor Rs. The load current I L in the switch unit SW and the sense current Is are proportional to each other in the ratio N: 1, as indicated by the dashed line (N: 1) in the drawing.
Da
diese Ausführungsform auf einen Aufspann-Konstantstromregler
mit Halbzyklen-Stromerfassung angewandt ist, wird die vom Stromfühlkreis 34a erzeugte
Fühlspannung in einer Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35a zu
einer halbzyklenkompensierten Fühlspannung Vs' verarbeitet
und diese an einen Fühlspannungseingang 36a des
Differenzverstärkers 36 gelegt, wie auch die von
der Stromstellschaltung 33a erzeugte Stellspannung Vset
an einen Stelleingang 36b desselben. Auf Grund der Stellspannung
(Rückkoppelsignal) Vset und der halbzyklenkompensierten
Fühlspannung Vs' erzeugt der Differenzverstärker 36 an
seinem Differenzsignalausgang 36c die Fehlerspannung Ve,
die an den Fehlersignaleingang 32a der PWM-Steuerung 32 geht.Since this embodiment is applied to a clamping constant current regulator with half-cycle current detection, the current from the current sensing 34a generated sense voltage in a half-cycle compensation circuit 35a to a half-cycle-compensated sense voltage Vs' and to a sense voltage input 36a of the differential amplifier 36 as well as those of the power control circuit 33a generated control voltage Vset to a control input 36b thereof. Due to the control voltage (feedback signal) Vset and the half-cycle-compensated sensing voltage Vs', the differential amplifier generates 36 at its differential signal output 36c the error voltage Ve which is applied to the error signal input 32a the PWM control 32 goes.
Die
Stromstellschaltung 33a besteht aus einem Stromspiegel
identisch zur Stromstellschaltung 33 (6)
der vorgehenden Ausführungsform.The power control circuit 33a consists of a current mirror identical to the current setting circuit 33 ( 6 ) of the preceding embodiment.
Die 10 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung der Stromfühlschaltung 34a und
der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35a der 9 mit einer
Schaltereinheit SW sowie anderen Schaltereinheiten, die gemeinsam
einen Stromspiegel bilden. Bei durchgeschalteter Schaltereinheit
gilt für die Ströme I1, I2, IL und
Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = IL = N × I2
= N × Is = N × (Iset × Rref/Rs) IL/N = Is The 10 shows another detailed circuit of the current sensing circuit 34a and the half-cycle compensation circuit 35a of the 9 with a switch unit SW and other switch units, which together form a current mirror. When the switch unit is switched through, the following applies to the currents I1, I2, I L and Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = I L = N × I2 = N × Is = N × (Iset × Rref / Rs) I L / N = Is
Folglich
erfüllen der Laststrom IL und der Fühlstrom
Is das Verhältnis 1:N.Consequently, the load current I L and the sense current Is satisfy the ratio 1: N.
Die
Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35a weist einen Koppler 351,
eine Halbzyklen-Kompensationsschaltereinheit 352 und einen
Kondensator CH auf. Der Koppler 351 übernimmt
die Fühlspannung Vs von der Stromfühlschaltung 34a.
Die Halbzyklen-Kompensationseinheit ist mit einer Gate-Elektrode
an die Gate-Treiberschaltung 31 angeschlossen und wird
vom Schaltsteuersignal Vsw angesteuert, das die Gate-Treiberschaltung 31 erzeugt.
An der Source-Elektrode der Halbzyklen-Kompensationseinheit 352 liegt
der Kondensator CH.The half-cycle compensation circuit 35a has a coupler 351 , a half-cycle compensation switch unit 352 and a capacitor C H. The coupler 351 takes the sensing voltage Vs from the current sensing circuit 34a , The half-cycle compensation unit is provided with a gate electrode to the gate driver circuit 31 connected and is driven by the switching control signal Vsw, which is the gate driver circuit 31 generated. At the source of the half-cycle compensation unit 352 is the capacitor C H.
Die 11 zeigt
an Knoten der Schaltung der 9 aufgenommene
Spannungs- und Stromverläufe. Führt die Last 2 einen
Laststrom IL, erfasst die Stromfühlschaltung 34a einen
Fühlstrom Is, den ein positiver Halbzyklus (Zeitintervall
ton zwischen den Zeitpunkten T1 und T1') des Laststroms IL hervorruft, und erzeugt eine Fühlspannung
Vs. Nach dem Durchlaufen der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35a wird
die Fühlspannung Vs an den Differenzverstärker 36 gelegt
und bewirkt an dessen Differenzsignalausgang ein Fehlersignal Ve.
Die PWM-Steuerung 32 übernimmt das Fehlersignal
Ve und leitet aus ihm eine Gate-Ansteuerspannung VPWM hohen
Pegels ab, aus der die Gate-Treiberschaltung 31 ein Schaltsteuersignal
Vsw erzeugt, das das Schaltverhalten der Schaltereinheit SW bestimmt.The 11 shows at nodes of the circuit the 9 Recorded voltage and current characteristics. Leads the load 2 a load current I L , detects the current sensing circuit 34a a sense current Is which a positive half cycle (time interval ton between times T1 and T1 ') of the load current I L causes, and generates a sense voltage Vs. After passing through the half-cycle compensation circuit 35a the sense voltage Vs is applied to the differential amplifier 36 placed and causes at the differential signal output an error signal Ve. The PWM control 32 takes the error signal Ve and derives from it a gate drive voltage V PWM high level, from which the gate driver circuit 31 generates a switching control signal Vsw that determines the switching behavior of the switch unit SW.
Durchläuft
ein negativer Halbzyklus (im Zeitintervall toff zwischen den Zeitpunkten
T1' und T2) des Laststroms IL die Last 2,
erfasst die Stromfühlschaltung 34a sie nicht und
erzeugt keine Fühlspannung Vs. Im negativen Halbzyklus
des Laststroms IL erhält der Kondensator
CH der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35a die
Fühlspannung Vs, die die Stromfühlschaltung 34a erzeugt
hatte, um zu gewährleisten, dass die PWM-Steuerung 32 nicht
fehlfungiert, indem sie eine Impulsbreitenmodulation ausführt.A negative half-cycle (in the time interval toff between the times T1 'and T2) of the load current I L passes through the load 2 , detects the current sense circuit 34a do not do it and do not generate any sense voltage Vs. In the negative half-cycle of the load current I L , the capacitor C H receives the half-cycle compensation circuit 35a the sense voltage Vs, which is the current sensing circuit 34a had to ensure that the PWM control 32 not mistaken by performing pulse width modulation.
Die 12 zeigt
eine Schaltung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die ebenfalls auf einen Aufspann-Konstantstromregler
mit Halbzyklen-Stromerfassung anwendbar ist. Der Konstantstromregler
nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
der allgemein mit 3b bezeichnet ist, weist eine erste und
eine zweite Schaltereinheit SW1 bzw. SW2 auf, wobei eine Drain-Elektrode
der ersten Schaltereinheit SW1 über eine Drossel L an einer
Eingangsspannung Vin und eine Source-Elektrode an Masse liegen.
Die zweite Schaltereinheit SW2 liegt mit einer Drain-Elektrode an
der Drain-Elektrode der ersten Schaltereinheit SW1 und mit einer
Source-Elektrode an einer Ausgangsspannung Vo. Die erste und die
zweite Schaltereinheit SW1, SW2 liegen jeweils mit einer Gate-Elektrode
an einer Gate-Treiberschaltung 31, um ein erstes bzw. ein
zweites Schaltsteuersignal Vsw1 bzw. Vsw2 zu übernehmen
und von diesen angesteuert zu werden.The 12 Fig. 12 shows a circuit according to a third embodiment of the present invention, which is also applicable to a half-cycle current sense type constant current regulator. The constant current regulator according to the third embodiment of the present invention, generally with 3b has a first and a second switch unit SW1 and SW2, wherein a drain electrode of the first switch unit SW1 via a throttle L to an input voltage Vin and a source electrode to ground. The second switch unit SW2 is connected to a drain electrode at the drain electrode of the first switch unit SW1 and to a source electrode at an output voltage Vo. The first and second switch units SW1, SW2 each have a gate electrode connected to a gate driver circuit 31 to take over and be driven by first and second switching control signals Vsw1 and Vsw2, respectively.
Am
Fehlersignaleingang 32a einer PWM-Steuerung 32 liegt
ein RC-Glied aus einem Widerstand Rc und einem Kondensator Cc. Der
Fehlersignaleingang 32a der PWM-Steuerung 32 übernimmt
ein Fehlersignal Ve, aus dem die PWM-Steuerung ein impulsbreitenmoduliertes
Signal VPWM für die Gate-Treiberschaltung 31 ableitet,
die ihrerseits das erste und das zweite Schaltsteuersignal Vsw1,
Vsw2 erzeugt, um das Schaltverhalten der ersten bzw. der zweiten
Schaltereinheit SW1, SW2 zu steuern.At the error signal input 32a a PWM control 32 is an RC element of a resistor Rc and a capacitor Cc. The error signal input 32a the PWM control 32 takes an error signal Ve, from which the PWM control a pulse width modulated signal V PWM for the gate driver circuit 31 which in turn generates the first and second switching control signals Vsw1, Vsw2 to control the switching behavior of the first and second switch units SW1, SW2, respectively.
Der
erfindungsgemäße Konstantstromregler 3b weist
weiterhin einen Stromfühl- bzw. -rückkopplungskreis 30b auf,
der den durch die Schaltereinheiten fließenden Strom erfasst
und Eingangssignale für einen Differenzverstärker 36 liefert,
der seinerseits das Fehlersignal Ve für die PWM-Steuerung 32 abgibt.The constant current regulator according to the invention 3b also has a current sense or feedback loop 30b on, which detects the current flowing through the switch units current and input signals for a differential amplifier 36 which in turn supplies the error signal Ve for the PWM control 32 emits.
Die
Stromfühlschaltung 30b weist eine Stromstellschaltung 33b auf,
die mit einer Betriebsspannung Vin gespeist wird. Die Stromstellschaltung 33b weist
eine variable Stromquelle Iset und einen in Reihe geschalteten Widerstand
Rref auf. Fließt der Strom aus der variablen Stromquelle
Iset durch den Widerstand Rref, fällt über ihm
eine Stellspannung Vset ab.The current sensing circuit 30b has a power control circuit 33b which is supplied with an operating voltage Vin. The power control circuit 33b has a variable current source Iset and a series resistor Rref. If the current flows from the variable current source Iset through the resistor Rref, a control voltage Vset drops above it.
Eine
Stromfühlschaltung 34b wird mit der Eingangsspannung
Vin gespeist. Die Stromfühlschaltung 34b besteht
aus einer Fühlstromquelle Is und einem in Reihe liegenden
Widerstand Rs. Fließt der Fühlstrom Is durch den
Widerstand Rs, fällt über dem Widerstand Rs eine
Fühlspannung Vs ab. Der Laststrom IL in
der Schaltereinheit SW und der Fühlstrom Is sind im Verhältnis
N:1 zueinander proportional, wie mit der gestrichelten Linie (N:1)
in der Zeichnung angedeutet.A current sensing circuit 34b is fed with the input voltage Vin. The current sensing circuit 34b consists of a sense current source Is and a series resistor Rs. If the sense current Is flows through the resistor Rs, a sense voltage Vs drops across the resistor Rs. The load current I L in the switch unit SW and the sense current Is are proportional to each other in the ratio N: 1, as indicated by the dashed line (N: 1) in the drawing.
Da
die vorliegende Ausführungsform auf einen Aufspann-Konstantstromregler
mit Halbzyklen-Stromerfassung angewandt ist, wird aus der von der
Stromfühlschaltung 34b erzeugten Fühlspannung
Vs mit einer Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35b eine
halbzyklenkompensierte Fühlspannung Vs' abgeleitet und
an einen Fühlspannungseingang 36a des Differenzverstärkers 36 gelegt.
Die von der Stromstellschaltung 33b erzeugt Stellspannung Vset
geht an einen Stellspannungseingang 36b des Differenzverstärkers 36.
Aus der Stellspannung (Rückkopplungssignal) Vset und der
halbzyklenkompensierten Fühlspannung Vs' leitet der Differenzverstärker 36 die
Fehlerspannung Ve ab, die von seinem Differenzsignalausgang 36c an
den Fehlersignaleingang 32a der PWM-Steuerung 32 geht.Since the present embodiment is applied to a step-up constant current regulator with half-cycle current detection, the current sensing circuit will become the current sense circuit 34b generated sense voltage Vs with a half-cycle compensation circuit 35b a half-cycle compensated sense voltage Vs' and to a sense voltage input 36a of the differential amplifier 36 placed. The from the power control circuit 33b generates actuating voltage Vset goes to an actuating voltage input 36b of the differential amplifier 36 , From the control voltage (feedback signal) Vset and the half-cycle compensated sensing voltage Vs', the differential amplifier conducts 36 the error voltage Ve from that of its differential signal output 36c to the error signal input 32a the PWM control 32 goes.
Die
Stromfühlschaltung 33b stellt einen Stromspiegel
identisch zur Stromstellschaltung 33 (6)
der ersten Ausführungsform dar.The current sensing circuit 33b provides a current mirror identical to the current setting circuit 33 ( 6 ) of the first embodiment.
Die 13 zeigt
einen weitere ausführlichen Aufbau der Stromfühlschaltung 34b und
der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35b der 12 mit
einer ersten und einer zweiten Schaltereinheit SW1 bzw. SW2 sowie
anderen Schaltereinheiten, die gemeinsam einen Stromspiegel bilden.
Sind die erste Schaltereinheit SW1 gesperrt und die zweite Schaltereinheit
SW2 durchgeschaltet, gilt für die Ströme I1, I2, IL, Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = IL = N × I2
= N × Is = N × (Iset × Rref/rs) IL/N = Is The 13 shows another detailed structure of the current sensing circuit 34b and the half-cycle compensation circuit 35b of the 12 with a first and a second switch unit SW1 or SW2 and other switch units, which together form a current mirror. If the first switch unit SW1 is blocked and the second switch unit SW2 is switched through, the currents apply I1, I2, I L , Is: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = I L = N × I2 = N × Is = N × (Iset × Rref / rs) I L / N = Is
Der
Laststrom IL und der Fühlstrom
Is erfüllen also das Verhältnis N:1.The load current I L and the sense current Is thus satisfy the ratio N: 1.
Die
Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35b weist einen Koppler 351,
einen Halbzyklen-Kompensationsschalter 352 und einen Kondensator
CH auf. Der Koppler 352 erhält
die Fühlspannung Vs aus der Stromfühlschaltung 34b.
Der Halbzyklen-Kompensationsschalter 352 liegt mit einer
Gate-Elektrode an der Gate-Treiberschaltung 31 und wird
mit dem von dieser erzeugten zweiten Schaltsteuersignal Vsw2 angesteuert.
An einer Source-Elektrode des Halbzyklen-Kompensationsschalters 352 liegt
der Kondensator CH.The half-cycle compensation circuit 35b has a coupler 351 , a half-cycle compensation switch 352 and a capacitor C H. The coupler 352 receives the sense voltage Vs from the current sensing circuit 34b , The half-cycle compensation switch 352 is connected to a gate electrode on the gate driver circuit 31 and becomes with the second switching control signal generated by this Vsw2 controlled. At a source of the half-cycle compensation switch 352 is the capacitor C H.
Die 14 zeigt
an Knoten der Schaltung der 12 aufgenommene
Strom- bzw. Spannungsverläufe. Fließt ein Laststrom
IL durch die Last 2, erfasst die
Stromfühlschaltung 34b einen Fühlstrom
Is aus einer negativen Halbwelle (im Intervall zwischen den Zeitpunkten T1'
und T2) des Laststroms IL und erzeugt eine
Fühlspannung Vs. Nach der Verarbeitung in der Halbzyklen-Kompensationsschaltung 35b wird
die Fühlspannung Vs an den Differenzverstärker 36 gelegt,
um an dessen Differenzsignalausgang 36c ein Fehlersignal
Ve zu erhalten. Aus dem Fehlersignal Ve erzeugen die PWM-Steuerung 32 und
dann die Gate-Treiberschaltung 31 das zweite Schaltsteuersignal
Vsw2, das das Schaltverhalten der zweiten Schaltereinheit SW2 bestimmt.The 14 shows at nodes of the circuit the 12 Recorded current or voltage curves. A load current I L flows through the load 2 , detects the current sensing circuit 34b a sense current Is from a negative half cycle (in the interval between times T1 'and T2) of the load current I L and generates a sense voltage Vs. After processing in the half-cycle compensation circuit 35b the sense voltage Vs is applied to the differential amplifier 36 placed at its differential signal output 36c to obtain an error signal Ve. From the error signal Ve generate the PWM control 32 and then the gate driver circuit 31 the second switching control signal Vsw2, which determines the switching behavior of the second switch unit SW2.
Die 15 zeigt
eine Schaltung nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
die auch auf eine Aufspann-Konstantstromquelle mit Ganzzyklen-Stromerfassung
anwendbar ist. Die Konstantstromquelle nach der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die allgemein mit 3c bezeichnet
ist, weist eine erste und eine zweite Schaltereinheit SW1 bzw. SW2
auf, wobei die erste Schaltereinheit SW1 mit einer Drain-Elektrode über
eine Drossel L an einer Eingangsspannung Vin und mit einer Source-Elektrode
an Masse liegt. Die zweite Schaltereinheit SW2 liegt mit einer Drain-Elektrode an
der Drain-Elektrode der ersten Schaltereinheit SW1 und mit einer
Source-Elektrode an einer Ausgangsspannung Vo. Die erste und die
zweite Schaltereinheit SW1, SW2 liegen mit einer Gate-Elektrode an
einer Gate-Treiberschaltung 31 und nehmen aus dieser ein
erstes bzw. ein zweites Schaltsteuersignal Vsw1 bzw. Vsw2 auf, die
deren Schalterverhalten bestimmen.The 15 shows a circuit according to a fourth embodiment of the invention, which is also applicable to a clamping constant current source with full-cycle current detection. The constant current source according to the third embodiment of the present invention, generally with 3c has a first and a second switch unit SW1 and SW2, wherein the first switch unit SW1 with a drain electrode via a choke L to an input voltage Vin and with a source electrode to ground. The second switch unit SW2 is connected to a drain electrode at the drain electrode of the first switch unit SW1 and to a source electrode at an output voltage Vo. The first and second switch units SW1, SW2 are connected to a gate electrode at a gate driver circuit 31 and take from this a first and a second switching control signal Vsw1 or Vsw2, which determine their switch behavior.
Am
Fehlersignaleingang 32a einer PWM-Steuerung 32 liegt
ein RC-Glied aus einem Widerstand Rc und einem Kondensator Cc. Am
Fehlersignaleingang 32a der PWM-Steuerung 32 liegt
ein Fehlersignal Ve, aus dem die PWM-Steuerung 32 ein impulsbreitenmoduliertes
Signal VPWM für die Gate-Treiberschaltung 31 erzeugt,
die daraus ihrerseits das erste und das zweite Schaltsteuersignal Vsw1,
Vsw2 erzeugt, die das Schaltverhalten der ersten bzw. zweiten Schaltereinheit
SW1, SW2 bestimmen.At the error signal input 32a a PWM control 32 is an RC element of a resistor Rc and a capacitor Cc. At the error signal input 32a the PWM control 32 there is an error signal Ve from which the PWM control 32 a pulse width modulated signal V PWM for the gate drive circuit 31 which in turn generates therefrom the first and second switching control signals Vsw1, Vsw2 which determine the switching behavior of the first and second switch units SW1, SW2, respectively.
Der
erfindungsgemäße Konstantstromquelle 3c weist
weiterhin eine Stromfühlschaltung 30c auf, die
den durch die Schaltereinheiten fließenden Strom erfasst
und Eingangssignale für einen Differenzverstärker 36 liefert,
der ein Fehlersignal Ve erzeugt und an die PWM-Steuerung 32 legt.The constant current source according to the invention 3c also has a current sensing circuit 30c which detects the current flowing through the switch units and inputs to a differential amplifier 36 which generates an error signal Ve and to the PWM controller 32 sets.
Die
Stromfühlschaltung 30c weist eine Stromstellschaltung 33c auf,
die mit der Eingangsspannung Vin gespeist wird. Die Stromstellschaltung 33c besteht
aus einer variablen Stromquelle Iset und einem in Reihe geschalteten
Widerstand Rref. Fließt durch den Widerstand Rref ein Strom
aus der variablen Stromquelle Iset, fällt über
dem Widerstand Rref eine Setzspannung Vse ab.The current sensing circuit 30c has a power control circuit 33c which is supplied with the input voltage Vin. The power control circuit 33c consists of a variable current source Iset and a series resistor Rref. If a current flows through the resistor Rref from the variable current source Iset, a set voltage Vse drops across the resistor Rref.
Eine
Stromfühlschaltung 34c wird mit der Eingangsspannung
Vin gespeist. Die Stromfühlschaltung 34c beseht
aus einem Fühlstrom Is und einem in Reihe geschalteten
Widerstand Rs. Fließt der Fühlstrom Is durch den
Widerstand Rs, fällt über Rs eine Fühlspannung
Vs ab. Ein durch die Schaltereinheit SW fließender Laststrom
IL und der Fühlstrom Is sind im
Verhältnis N:1 proportional, wie mit der gestrichelten
Linie in der Zeichnung angedeutet, die das Stromverhältnis
N:1 angibt.A current sensing circuit 34c is fed with the input voltage Vin. The current sensing circuit 34c consists of a sense current Is and a resistor Rs connected in series. If the sense current Is flows through the resistor Rs, a sense voltage Vs drops across Rs. A load current I L flowing through the switch unit SW and the sense current Is are proportional to the ratio N: 1, as indicated by the broken line in the drawing indicating the current ratio N: 1.
Da
diese Ausführungsform auf eine Aufspann-Konstantstromquelle
mit Ganzzyklen-Stromerfassung angewandt wird, ist die Halbzyklen-Kompensationsschaltung,
die in den vorgehenden Ausführungsformen angewandt wird,
nicht erforderlich.There
this embodiment to a clamping constant current source
with full-cycle current detection is the half-cycle compensation circuit,
used in the preceding embodiments,
not mandatory.
Die
Stromfühlschaltung 33c besteht aus einem Stromspiegel,
der identisch ist mit der Stromstellschaltung 33 (6)
in der ersten Ausführungsform.The current sensing circuit 33c consists of a current mirror, which is identical to the power control circuit 33 ( 6 ) in the first embodiment.
Die 16 zeigt
eine weitere ausführliche Schaltung der Stromfühlschaltung 34c der 15 mit
einer ersten und einer zweiten Schaltereinheit SW1 bzw. SW2 und
anderen Schaltereinheiten, die gemeinsam einen Stromspiel bilden.The 16 shows another detailed circuit of the current sensing circuit 34c of the 15 with a first and a second switch unit SW1 or SW2 and other switch units, which together form a current play.
Sind
die erste Schaltereinheit SW1 durchgeschaltet und die zweite Schaltereinheit
SW2 gesperrt, gilt für die Ströme I1, I2, I3,
I4, IL, Is1, Is2: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1
= N × I2 I1 = IL =
N × I2 = N × Is1 IL/N = Is1 If the first switch unit SW1 is switched through and the second switch unit SW2 is blocked, the following holds for the currents I1, I2, I3, I4, I L , Is1, Is2: I1 >> Ib, I2 >> Ib I1 = N × I2 I1 = I L = N × I2 = N × Is1 I L / N = Is1
Sind
die erste Schaltereinheit SW1 gesperrt und die zweite Schaltereinheit
SW2 durchgeschaltet, gilt für die Ströme I1, I2,
I3, I4, IL, Is1, Is2: I3 >> Ib, I4 >> Ib I3
= N × I4 I3 = IL =
N × I4 = N × Is2 IL/N = Is2 If the first switch unit SW1 is blocked and the second switch unit SW2 is switched through, the following holds for the currents I1, I2, I3, I4, I L , Is1, Is2: I3 >> Ib, I4 >> Ib I3 = N × I4 I3 = I L = N × I4 = N × Is2 I L / N = Is2
Die 17 zeigt
Strom- und Spannungsverläufe an Knotenpunkten der Schaltung
der 5. Fließt ein Laststrom IL durch
die Last 2, erfasst die Stromfühlschaltung 34c einen
Fühlstrom Is1, den eine positive Halbwelle (Zeitintervall
zwischen den Zeitpunkten T1 und T1') des Laststroms IL hervorruft, und
gibt eine Fühlspannung Vs ab, die auf den Differenzverstärker 36 geht,
um die Fehlerspannung Ve zu erzeugen. Fließt der negative
Halbzyklus (Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten T1' und T2) des Laststroms
IL durch die Last 2, erfasst die
Stromfühlschaltung 34c einen Fühlstrom
Is2, den der negative Halbzyklus (Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten T1'
und T2) des Laststroms IL hervorruft, und
gibt eine Fühlspannung Vs ab, die an den Differenzverstärker 36 geht,
um das Fehlersignal Ve zu erzeugen. Beim Empfang der Fehlersignals
Ve durch die PWM-Steuerung 32 erzeugt die Gate-Treiberschaltung 31 das erste
und das zweite Schaltsteuersignal Vsw1, Vsw2, die das Schaltverhalten
der ersten bzw. der zweiten Schaltereinheit SW1, SW2 bestimmen.The 17 shows current and voltage curves at nodes of the circuit of 5 , A load current I L flows through the load 2 , detects the current sensing circuit 34c a sense current Is1 which produces a positive half wave (time interval between times T1 and T1 ') of the load current I L , and outputs a sense voltage Vs applied to the differential amplifier 36 goes to generate the error voltage Ve. Does the negative half-cycle (time interval between the times T1 'and T2) of the load current I L flows through the load 2 , detects the current sensing circuit 34c a sense current Is2 caused by the negative half-cycle (time interval between times T1 'and T2) of the load current I L , and outputs a sense voltage Vs applied to the differential amplifier 36 goes to generate the error signal Ve. Upon receipt of the error signal Ve by the PWM controller 32 generates the gate driver circuit 31 the first and second switching control signals Vsw1, Vsw2, which determine the switching behavior of the first and second switch units SW1, SW2, respectively.
Obgleich
die vorliegende Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, liegt für den Fachmann auf der Hand,
dass sich an diesen verschiedene Modifikationen durchführen
lassen, ohne die Erfindung zu verlassen, die nur durch die beigefügten
Ansprüche definiert ist.Although
the present invention with reference to preferred embodiments
is obvious to a person skilled in the art,
that perform various modifications to these
let, without departing from the invention, only by the attached
Claims is defined.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 7135825 [0017] US 7135825 [0017]
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- US 6980181 [0017] - US 6980181 [0017]