本发明属于微电子和电源管理技术领域，具体涉及一种平均电流控制电路以及平均电流转换方法。
背景技术：
平均电流控制电路是恒流电源常见的控制方案，在节能照明电路，屏幕背光源，大功率照明等领域有着重要的应用。与峰值电流控制电路和滞环电流控制电路相比，平均电流控制模式的电路具有控制精度高，电流纹波小，抗噪声性能优越等优点。但其受控制原理的限制往往电路结构复杂，设计难度大，响应速度较慢。
常见的平均电流控制电路需要直接检测流过电感的电流，故采样电阻必须与电感相串联来检测电阻两端电压信号的变化，对于降压型开关电源而言，无论采用何种拓扑结构，此检测电阻任意一端都不会是实际地，故要想检测电阻两端的电压变化，只能采用重新设定一个芯片地，这样会对控制电路其它部分提出更高的设计要求，或者需要同时检测电阻两端的电压，但这样不适用于高压应用电路，即使是低压电路，也需要更加复杂的电流检测模块来将电阻两端的电压转化为电流。由于电流检测的复杂性，严重的限制了平均电流控制电路的应用，也增大了电路的设计复杂度，占用了较大的芯片面积，增加了功率消耗。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供了一种新型的平均电流控制电路，通过新型的电流检测与控制方式，大大降低平均电流控制电路设计的复杂度，减少硬件开销和功率损耗。
为解决上述问题，本发明提供一种平均电流控制电路以及平均电流控制方法，电路包括功率开关、电感、电容、检测电阻、带隙基准源、比较器、振荡器、逻辑与驱动电路、平均电流检测模块、电流调节器以及斜波发生器，其中，平均电流检测模块，电流调节器以及斜波发生器的电路结构以及连接关系，是本发明的创新之处，构成了平均电流控制电路的核心，整体电路的工作过程构成本发明的平均电流控制方法，核心模块的功能以及连接关系如下：
平均电流检测模块，通过输入检测电阻上的反映负载电流大小的电压检测信号与带隙基准源产生的参考电压信号，生成电压传输信号，当功率开关导通时，平均电流检测模块输出在采样电阻上所产生的电压检测信号；当功率开关关断时，平均电流检测模块输出带隙基准源所产生的参考电压信号；
电流调节器，通过对电压传输信号与参考电压信号的差值进行积分，生成的控制信号发送给所述比较器，来控制电压传输信号的平均值等于参考电压信号，系统稳定时，参考电压信号除以检测电阻的大小即为所控制的平均电流大小；
斜波发生器，通过对电压检测信号积分与复位，产生斜波信号，发送给所述比较器，来与电流调节器产生的控制信号做比较，控制功率开关的关断。
所述平均电流检测模块包括第一、第二开关；
所述第一开关用于控制在功率开关导通期间将检测电阻上反映开关电流大小的电压检测信号传送给电流调节器，在功率开关关断时将上述信号隔离；
所述第二开关用于控制在功率开关关断期间将带隙基准源产生的参考电压信号传送给电流调节器，在功率开关导通时将上述信号隔离；
其中，所述第一开关一端连接所述检测电阻的非地端，另一端连接所述电流调节器，其控制端连接至逻辑与驱动电路；
所述第二开关一端连接所述带隙基准源产生的参考电压信号，另一端连接所述电流调节器，其控制端端连接至逻辑与驱动电路。
所述电流调节器包括电阻、积分电容、运算放大器；
所述电阻用于控制积分电流的大小；
所述积分电容用于对电流积分产生控制电压；
所述运算放大器用于通过负反馈作用使其正、负输入端电压一致；
其中，所述电阻一端连接所述平均电流检测模块输出端，另一端连接运算放大器负输入端，以及积分电容；
所述积分电容一端连接电阻和运算放大器负输入端，另一端连接运算放大器输出端，以及所述比较器负输入端；
所述运算放大器正输入端连接所述带隙基准源产生的参考电压信号，负输入端连接积分电容，以及电阻，输出端连接积分电容另一端，以及所述比较器负输入端。
所述斜波发生器输入端连接至检测电阻的非地端，输出斜波信号连接至比较器的正输入端，具体包括运算放大器，反馈晶体管，限流电阻，电流镜，积分电容，以及复位开关；
所述运算放大器用于通过负反馈作用使其正、负输入端电压一致；
所述反馈晶体管用于调节流过电流镜的电流；
所述限流电阻用于将输入电压转化为电流；
所述电流镜用于将电流按比例复制，比例关系根据电阻，电容值，以及电路工作频率设定；
所述积分电容用于对电流积分，产生斜波上升信号；
所述复位开关用于在功率开关关断期间对斜波信号进行复位；
其中，所述运算放大器正输入端连接检测电阻非地端，负输入端连接限流电阻非地端，以及反馈晶体管源端，输出端连接反馈晶体管栅端；
所述反馈晶体管源端连接运算放大器负输入端，以及限流电阻非地端，漏端连接电流镜输入端，栅端连接运算放大器输出端；
所述限流电阻一端连接运算放大器负输入端，以及反馈晶体管源端，另一端连接地；
所述电流镜一端连接反馈晶体管漏端，另一端连接积分电容非地端，以及复位开关非地端；
所述积分电容一端连接复位开关非地端，以及电流镜输出端，另一端连接地；
所述复位开关一端连接地，另一端连接积分电容非地端，以及电流镜输出端。
所述平均电流控制方法，包括如下步骤：
步骤1：当功率开关导通时，平均电流电流检测模块检测流过功率开关的电流，将反映电流大小的电压检测信号发送给电流调节器输入端；
步骤2：当功率开关导通时，斜波发生器将流过功率开关的电流按比例积分，比例关系由检测电阻与斜波发生器的电流镜比例，电阻与电容值决定，将斜波上升信号发送给比较器正输入端；
步骤3：当功率开关关断时，平均电流检测模块输入带隙基准源产生的参考电压信号，将参考电压信号发送给电流调节器输入端；
步骤4：当功率开关关断时，斜波发生器复位，将低电平信号发送给比较器正输入端；
步骤5：电流调节器将平均电流检测模块输出的电压传输信号与带隙基准源产生的参考电压信号做差后积分，产生控制信号，发送给比较器负输入端；
步骤6：比较器对输入正输入端和负输入端的信号进行比较，当斜波信号电压高于控制信号电压时，比较器翻转输出高电平，产生功率开关关断信号，发送给逻辑电路；
步骤7：每周期内振荡器高电平时，产生功率开关导通信号，发送给逻辑电路；
步骤8：逻辑电路接收功率开关关断信号，以及功率开关导通信号，控制功率开关的关断与导通。
所述步骤1具体包括：当功率开关导通时，平均电流检测模块第一开关导通，输出检测电阻检测到的反映功率开关电流大小的电压信号。
所述步骤3具体包括：当功率开关关断时，电流检测模块第二开关导通，输出带隙基准源产生的参考电压信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明技术方案中检测电阻直接与功率开关串联，而不是与电感串联，只有在功率开关导通期间，才有电流流过检测电阻，相比于全周期的检测，功耗损失较小；
2、平均电流检测模块在每个周期内输入信号在检测电阻电压与参考电压间切换，通过后续控制电路，即可通过仅采集功率开关导通期间电流信号，而不是全周期电流变化，来控制负载平均电流的大小。使检测电路大大简化，同时也避免了高压应用下芯片电路要重新定义芯片地，减小了设计难度；
3、斜波发生器是通过运算放大器，电阻和电流镜结构产生精确的压控电流源对负载电容进行充电，产生斜波上升信号，在功率开关闭合时对负载电容进行复位，可以更精确得对斜波信号斜率进行控制，电路的抗干扰能力大大增加，增加了一个负反馈环路，提高响应速度；
综上所述，本发明技术方案为采用平均电流控制电路的恒流电源提供了一个新的检测和控制方法，既保留了平均电流控制电路本身的优势，即恒流精度高，电流纹波小，抗噪声性能优越，又在一定程度上弥补了它的缺点，改进了电流检测方案，优化了电流检测电路，减小了功率损耗和电路设计的复杂度。更好的满足了应用的需要。
附图说明
图1为本发明一个实施例所提供的平均电流控制电路结构示意图；
图2为本发明一个实施例所提供的平均电流控制电路详细结构示意图；
图3为本发明一个实施例所提供的平均电流控制电路稳定时的波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
首先，解释本发明技术方案的关键特征在于：
1)平均电流检测模块通过采样功率开关导通期间的电流来控制负载平均电流；
2)斜波发生器的压控电流源是通过运算放大器，电阻和电流镜结构构成，可以更精确的控制斜波上升斜率。
实施例
本实施例首先描述本发明所提供的一种平均电流控制电路的主要框架结构以及相应的平均电流控制方法。
如图1所示，所述平均电流控制电路，包括负载LED、功率开关NMOS、电感L0、电容C0、检测电阻Rcs、带隙基准源、振荡器；比较器以及逻辑和驱动电路；
此外，该控制电路还包括：
电流检测模块，在功率开关导通期间，连接至所述功率开关的NMOS的源端和检测电阻Rcs的非地端，检测流过功率开关NMOS的电流，在功率开关关断期间，连接至所述带隙基准源；
斜波发生器，在功率开关导通期间，连接至所述功率开关的NMOS的源端和检测电阻Rcs的非地端，产生压控斜波上升信号，在功率开关关断期间，斜波发生器复位；
电流调节器，连接至所述平均电流检测模块，用于对平均电流检测模块的输出电压传输信号与带隙基准源产生的参考电压信号做差后按比例进行积分，比例关系由电流调节器中的电阻和电容决定，最终控制平衡时电压传输信号与参考电压信号相等，使负载平均电流等于参考电压信号除以检测电阻；
比较器，连接所述电流调节器与斜波发生器，当每周期内斜波信号超过电流调节器积分信号时，比较器翻转，产生功率开关关断脉冲信号；
逻辑与驱动电路，连接所述比较器与振荡器，产生用于控制所述功率开关NMOS的控制信号。
所述平均电流控制方法包括如下步骤：
步骤1：当功率开关NMOS导通时，平均电流检测模块检测流过功率开关的电流，将反映电流大小的电压检测信号发送给电流调节器输入端；
步骤2：当功率开关NMOS导通时，斜波发生器将流过功率开关的电流按比例积分，将斜波上升信号发送给比较器正输入端；
步骤3：当功率开关NMOS关断时，平均电流检测模块输入带隙基准源产生的参考电压信号，将参考电压信号发送给电流调节器输入端；
步骤4：当功率开关NMOS关断时，斜波发生器复位，将低电平信号发送给比较器正输入端；
步骤5：电流调节器将电流检测模块输入的电压信号与带隙基准源产生的参考电压信号做差后积分，产生控制信号，发送给比较器负输入端；
步骤6：比较器对输入正输入端和负输入端的信号进行比较，当斜波信号电压高于控制信号电压时，比较器翻转输出高电平，产生功率开关关断脉冲信号，发送给逻辑与驱动电路；
步骤7：每周期内振荡器输出高电平时，产生功率开关导通脉冲信号，发送给逻辑与驱动电路；
步骤8：逻辑与驱动电路接收功率开关关断信号，以及功率开关导通信号，控制功率开关的关断与导通。
接下来具体描述所述平均电流控制器所包含的电流检测模块，电流调节器，以及斜波发生器的具体结构以及相应的工作流程。
如图2所示，所述平均电流检测模块包括第一、第二开关S1、S2；
所述第一开关S1用于控制在功率开关NMOS导通期间将检测电阻上反映开关电流大小的电压检测信号传送给电流调节器，在开关NMOS关断时将上述信号隔离；
所述第二开关S2用于控制在功率开关NMOS关断期间将带隙基准源产生的参考电压信号传送给电流调节器，在开关NMOS导通时将上述信号隔离；
其中，所述第一开关S1一端连接所述检测电阻Rcs的非地端，另一端连接所述电流调节器，其控制端连接至逻辑与驱动电路；
所述第二开关S2一端连接所述带隙基准源产生的参考电压信号，另一端连接所述电流调节器，其控制端连接至逻辑与驱动电路；
所述平均电流检测模块的工作流程具体如下：
当功率开关NMOS导通时，第一开关S1导通，平均电流检测模块输入为检测电阻Rcs检测到的流过NMOS电流所转化的电压检测信号；
当功率开关NMOS关断时，第二开关S2导通，平均电流检测模块输入为带隙基准源产生的参考电压信号；
另外，关于所述电流调节器，包括电阻R1、积分电容C1、运算放大器；
所述电阻R1用于控制积分电流的大小；
所述积分电容C1用于对电流积分产生控制电压；
所述运算放大器用于通过负反馈控制使正、负输入端电压一致；
其中，所述电阻R1一端连接所述平均电流检测模块输出端，另一端连接运算放大器负输入端，以及积分电容C1；
所述积分电容C1一端连接电阻R1和运算放大器负输入端，另一端连接运算放大器输出端，以及所述比较器负输入端；
所述运算放大器正输入端连接所述带隙基准源产生的参考电压信号，负输入端连接积分电容C1，以及电阻R1，输出端连接积分电容C1另一端，以及所述比较器的负输入端。
所述电流调节器工作流程具体如下：
当功率开关NMOS导通时，若平均电流检测模块输出的电压传输信号小于参考电压信号，则调节器输出的控制信号电压增大，使斜波信号达到积分器输出的控制信号的时刻推迟，增大占空比，使负载电流信号增大；若平均电流检测模块输出的电压传输信号大于参考电压信号，则调节器输出的控制信号电压减小，使斜波信号达到调节器输出的控制信号电压的时刻提前，减小占空比，使负载电流减小；若平均电流检测模块输出的电压传输信号在开关导通时间内先小于参考电压信号，再大于参考电压信号，且调节器向下积分量和向上积分量相等，则调节器输出电压达到动态平衡，系统进入稳定状态，也即流过负载的电流平均值等于参考电压信号除以检测电阻Rcs。
当功率开关NMOS关断时，平均电流检测模块输出出的电压传输信号等于参考电压信号，调节器输出的控制信号电压不变；
关于所述斜波发生器，包括运算放大器、反馈晶体管NMOS1、限流电阻R2、PMOS1与PMOS2构成的电流镜、积分电容C2、以及复位开关S3；
所述运算放大器OP2用于通过负反馈作用保持正输入端和负输入端电压相等；
所述反馈晶体管NMOS1用于调节流过电流镜的电流；
所述限流电阻R2用于将输入电压检测信号转化为电流；
所述电流镜用于将流过R2的电流按比例复制；
所述积分电容C2用于对电流积分，产生斜波上升信号；
所述复位开关S3用于在功率NMOS开关关断期间对斜波信号进行复位；
其中，所述运算放大器正输入端连接检测电阻Rcs非地端，负输入端连接限流电阻R2非地端，以及反馈晶体管NMOS1源端，输出端连接反馈晶体管NMOS1栅端；
所述反馈晶体管NMOS1源端连接运算放大器OP2负输入端，以及限流电阻R2非地端，漏端连接电流镜输入端，栅端连接运算放大器OP2输出端；
所述限流电阻R2一端连接运算放大器OP2负输入端，以及反馈晶体管NMOS1源端，另一端连接地GND；
所述电流镜一端连接反馈晶体管NMOS1漏端，另一端连接积分电容C2非地端，以及复位开关S3非地端；
所述积分电容C2一端连接复位开关S3非地端，以及电流镜输出端，另一端连接地GND；
所述复位开关S3一端连接地，另一端连接积分电容C2非地端；
所述斜波发生器的工作流程具体如下：
当功率开关NMOS导通时，检测电阻Rcs上的电压检测信号输入，通过运算放大器的负反馈作用，运算放大器的负输入端的电压等于电压检测信号，通过电阻R2，转化为电流，电流大小为电压检测信号除以电阻R2，因为电流镜中PMOS2与PMOS1的宽长比(W2/L2)/(W1/L1)＝n，故镜像电流为n倍的电压检测信号除以电阻R2，此电流正比于电压检测信号，对负载电容C2进行充电，电压检测信号越大，斜波斜率越大，使斜波信号达到电流调节器输出的控制信号电压的时刻提前，减小占空比，使负载电流信号减小；电压检测信号越小，斜波斜率越小，使斜波信号达到电流调节器输出的控制信号电压的时刻滞后，增大占空比，使负载电流信号增大，直至负载电流信号的平均值稳定在参考电压信号除以检测电阻Rcs，系统稳定工作；
当功率开关NMOS关断时，复位开关S3导通，则斜波信号复位，输出低电平；
如图3所示，本发明所设计的平均电流控制电路稳定时的波形示意图：
逻辑与驱动电路输出信号控制功率NMOS管的开关，NMOS导通时，检测电阻Rcs流过的电流为电感电流，由于电感对电压的积分作用，电流不断上升，电压检测信号不断增大；NMOS关断时，流过检测电阻Rcs的电流为0，电压检测信号为0；平均电流检测模块输出的电压传输信号为检测电阻Rcs采样的电压电测信号与参考电压信号的切换；比较器的输入信号为电流调节器输出的控制信号与斜波发生器产生的斜波信号Ramp，其相等的时刻，功率开关NMOS管关断；负载电流信号为流过负载的电流，在稳定工作时，负载电流信号在平均电流参考电压信号除以检测电阻Rcs上下小范围波动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。