具有多模式恒流控制的开关转换电路的制作方法

本发明涉及一种恒流控制电路，尤其涉及对恒流特性有较高要求的开关转换电路。

背景技术：

在开关电源电路中，控制电路往往只提供恒压控制。但是在为电池充电电路供电时往往会要求输出电源具有恒流功能。传统恒流控制主要通过功率电阻采样对输出电流进行采样，反馈回控制电路进行恒流控制，输出电流需要流过功率采样电阻，会在功率采样电阻上产生功率损失。而通过采样内部电感电流实现恒流控制，由于电感电流和实际输出电流之间存在一定偏差，同时电感电流采样时也存在一定偏差，使得通过采样电感电流实现恒流控制的方式，恒流精度往往不是很好。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种具有多模式恒流控制的开关转换电路，其可通过判断单一管脚的外部连接方式实现恒流值的设置和恒流控制模式切换；使得客户可根据需求通过外部设置选择合适的恒流控制方式。本发明采用的技术方案是：

一种具有多模式恒流控制的开关转换电路，包括：内部降压电路、基准电路、保持电路、电流采样电路、等效采样电阻r105、开关控制mos管q106、同步整理mos管q107、驱动电路、rs触发器、振荡器电路、pwm比较器、调整mos管q114、误差放大器、电流输入放大器、信号相加模块、高电压选择电路、外置恒流采样信号放大电路、恒流模式选择电路、恒流源i121、反馈管脚fb、ilimit管脚、电源管脚vin、输出管脚sw、接地管脚gnd；

内部降压电路的输入端接电源管脚vin，输出端接基准电路的输入端；基准电路为开关转换电路内部提供基准电压和各恒流源的基准电流，基准电路产生的基准电压vref接误差放大器的同相输入端；

等效采样电阻r105的一端接电源管脚vin，另一端接电流采样电路的输入端和开关控制mos管q106的源极，q106的漏极接输出管脚sw和q107的漏极；输出管脚sw用于连接输出管脚sw和输出负载正端之间串联的电感l123，q107的源极接接地管脚gnd，驱动电路分别连接并控制开关控制mos管q106和同步整理mos管q107的栅极；等效采样电阻r105采样电感l123电流；驱动电路实现保护逻辑和对q106和q107提供驱动和死区时间控制；rs触发器的输出端连接驱动电路的输入端；

电流采样电路的输出端连接保持电路的输入端，保持电路的输入端连接电流输入放大器的同相输入端；电流采样电路对电感l123电流进行采样，保持电路对采样的电感l123电流信号进行保持；

振荡器电路提供时钟信号和斜波补偿信号，时钟信号接rs触发器的s端；信号相加模块对电感l123电流采样信号和斜波补偿信号进行相加，并把相加后的信号接pwm比较器的同相输入端；pwm比较器的反向输入端接误差放大器的输出端；pwm比较器的输出端接rs触发器的r端；pwm比较器对电感l123电流采样信号和斜波补偿信号相加后信号与误差放大器输出信号进行比较，输出pwm信号控制功率管q106、q107开关；误差放大器的反向输入端接高电压选择电路的输出，对反馈信号和内部基准电压vref的误差信号进行放大；误差放大器的输出端输出comp信号；

电流输入放大器的反相输入端接恒流模式选择电路的电流输出端；电流输入放大器的输出端接调整mos管q114的栅极，调整mos管q114的漏极接误差放大器的输出端，源极接地；调整mos管q114作为内部恒流控制模式下的调整mos管，通过钳位误差放大器的输出实现恒流控制；

高电压选择电路的一个输入端接反馈管脚fb，另一个输入端接外置恒流采样信号放大电路的输出端；高电压选择电路的功能是选择两个输入电压中电压更高的输入信号传输到输出端；

恒流模式选择电路的输入端和外置恒流采样信号放大电路的输入端接恒流源i121的输出以及ilimit管脚；恒流模式选择电路根据ilimit管脚状态选择对应的恒流控制模式；ilimit管脚悬空或外接电阻，恒流源i121流过ilimit管脚上的电阻产生电压来设置恒流值和判断恒流控制模式；

恒流模式选择电路的控制端分别接外置恒流采样信号放大电路的低电平有效使能端和电流输入放大器的高电平有效使能端。

进一步地，恒流模式选择电路包括运算放大器u601、调整nmos管q602、电阻r613、pmos管q603、q604、q6041、q605、q606、q607、q608、q609；恒流源i610、i611、i612、反相器u614、与非门u615；

运算放大器u601的同相输入端作为恒流模式选择电路的输入端，连接pmos管q604、q606、q607、q608的栅极；供电正电压接pmos管q604、q606、q607、q608的源极以及恒流源i610的输入端；恒流源i610的输出端接pmos管q609的源极；pmos管q604的漏极接q603的源极，pmos管q603的栅极接自身漏极和q6041的栅极、q605的栅极；pmos管q603的漏极接nmos管q602的漏极，nmos管q602的栅极接运算放大器u601的输出端，nmos管q602的源极接运算放大器u601的反相输入端，并通过电阻r613接地；pmos管q606的漏极接q6041的源极，pmos管q6041的漏极接恒流源i611的输入端和反相器u614的输入端；恒流源i611的输出端接地；pmos管q607的漏极接恒流源i612的输入端、与非门u615的一个输入端以及q609的栅极；恒流源i612的输出端接地；反相器u614的输出端接与非门u615的另一输入端；与非门u615的输出端作为恒流模式选择电路的控制端；pmos管q608的漏极接q605的源极，pmos管q605的漏极接pmos管q609的漏极；pmos管q609的漏极作为恒流模式选择电路的电流输出端。

进一步地，高电压选择电路包括比较器u401、反相器u402、传输门u403和u404；比较器u401的同相输入端和反相输入端作为高电压选择电路的两个输入端；比较器u401的输出端接反相器u402的输入端、传输门u403的负控制端和传输门u404的正控制端；反相器u402的输出端接传输门u403的正控制端和传输门u404的负控制端；传输门u403的输入端接比较器u401的反相输入端；传输门u404的输入端接比较器u401的同相输入端；传输门u403和u404的输出端相连接并作为高电压选择电路的输出端。

进一步地，本发明还包括电阻r112和电容c113串联成的环路补偿电路；该环路补偿电路一端接误差放大器的输出端，另一端接地。

进一步地，开关控制mos管q106采用pmos管，同步整理mos管q107采用nmos管。

进一步地，调整mos管q114采用nmos管。

进一步地，本发明还包括过压保护电路和过温保护电路；过温保护电路连接驱动电路，为开关转换电路提供过温保护；过压保护电路连接驱动电路，为开关转换电路提供输入过压和输出过压保护。

进一步地，保持电路对采样的电感l123电流信号还进行滤波。

本发明的优点在于：本发明对恒流控制电路进行创新，提出了一种可通过判断单一管脚的外部连接方式实现恒流值的设置和恒流控制模式切换的恒流控制电路，使得使用本发明的集成电路具有更广泛的应用范围，使用者可在精度、效率、成本等要素约束下选择合适的控制模式。

附图说明

图1为本发明的恒流值为内部设定默认值的应用电路示意图。

图2为本发明的可设置恒流值的应用电路示意图。

图3为本发明的外部恒流控制模式下的应用电路示意图。

图4为本发明的高压选择电路一种实施例示意图。

图5为本发明的恒流模式选择电路一种实施例示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供一种具有多模式恒流控制的开关转换电路，如图1所示，包括：

内部降压电路101、基准电路102、保持电路103、电流采样电路104、等效采样电阻r105、开关控制mos管q106、同步整理mos管q107、驱动电路108、rs触发器109、振荡器电路110、pwm比较器111、电阻r112、电容c113、调整mos管q114、误差放大器115、电流输入放大器116、信号相加模块117、高电压选择电路118、外置恒流采样信号放大电路119、恒流模式选择电路120、恒流源i121、反馈管脚fb、ilimit管脚、电源管脚vin、输出管脚sw、接地管脚gnd，以及过压保护电路127和过温保护电路128；

内部降压电路101为开关转换电路内部提供电源，其输入端接电源管脚vin，输出端接基准电路102的输入端；基准电路102为开关转换电路内部提供基准电压(比如vref)和各恒流源的基准电流，基准电路产生的基准电压vref接误差放大器115的同相输入端；

等效采样电阻r105的一端接电源管脚vin，另一端接电流采样电路104的输入端和开关控制mos管q106的源极，开关控制mos管q106采用pmos管，同步整理mos管q107采用nmos管，q106的漏极接输出管脚sw和q107的漏极；输出管脚sw用于连接输出管脚sw和输出负载正端之间串联的电感l123，q107的源极接接地管脚gnd，驱动电路108分别连接并控制开关控制mos管q106和同步整理mos管q107的栅极；等效采样电阻r105采样电感l123电流用于电路恒压控制和内部恒流控制，q106在导通时为电感l123充电同时为负载(负载接在图1、图2、图3中的out+端和out-端)提供电流；q107在q106关闭后导通，为电感l123电流提供续流通路；驱动电路108实现保护逻辑和对功率管q106和q107提供驱动和死区时间控制；rs触发器109的输出端连接驱动电路108的输入端，其为开关转换电路提供逻辑控制；

电流采样电路104的输出端连接保持电路103的输入端，保持电路103的输入端连接电流输入放大器116的同相输入端；电流采样电路104对电感l123电流进行采样，保持电路103对采样的电感l123电流信号进行保持和滤波；

振荡器电路110提供时钟信号和斜波补偿信号，时钟信号接rs触发器的s端；信号相加模块117对电感l123电流采样信号和斜波补偿信号进行相加，并把相加后的信号接pwm比较器111的同相输入端；pwm比较器111的反向输入端接误差放大器115的输出端；pwm比较器111的输出端接rs触发器的r端；pwm比较器111对电感l123电流采样信号和斜波补偿信号相加后信号与误差放大器115输出信号进行比较，输出pwm信号控制功率管q106、q107开关；误差放大器115的反向输入端接高电压选择电路118的输出，对反馈信号和内部基准电压vref的误差信号进行放大；误差放大器115的输出端输出comp信号；

电阻r112和电容c113串联成环路补偿电路；该环路补偿电路一端接误差放大器115的输出端，一端接地；

电流输入放大器116的反相输入端接恒流模式选择电路120的电流输出端；电流输入放大器116的输出端接调整mos管q114的栅极，调整mos管q114采用nmos管，漏极接误差放大器115的输出端，源极接地；调整mos管q114作为内部恒流控制模式下的调整mos，通过钳位误差放大器115的输出实现恒流控制；电流输入放大器116工作在内部恒流控制模式；

高电压选择电路118的一个输入端接反馈管脚fb，另一个输入端接外置恒流采样信号放大电路119的输出端；高电压选择电路118的功能是选择两个输入电压中电压更高的输入信号传输到输出端；

恒流模式选择电路120的输入端和外置恒流采样信号放大电路119的输入端接恒流源i121的输出以及ilimit管脚；恒流模式选择电路120根据ilimit管脚状态选择对应的恒流控制模式；ilimit管脚悬空或外接电阻，恒流源i121流过ilimit管脚上的电阻产生电压来设置恒流值和判断恒流控制模式；恒流模式选择电路120的控制端分别接外置恒流采样信号放大电路119的低电平有效使能端和电流输入放大器116的高电平有效使能端；

过温保护电路128连接驱动电路108，为开关转换电路提供过温保护；过压保护电路127连接驱动电路108，为开关转换电路提供输入过压和输出过压保护；

在本发明的应用电路中，电感l123的一端接输出管脚sw，另一端接电阻r124一端和电容c126一端，电阻r124另一端接电阻r125一端和反馈管脚fb；电阻r125另一端和电容c126另一端接地；电感l123和电容c126组成lc输出滤波电路；电阻r125和r126组成反馈网络，可反馈电压信号；

本发明通过在集成电路设置管脚，实现多种模式的恒流控制；ilimit管脚悬空时，如图1所示，此时工作在内部恒流控制模式，且此时输出的恒流值为内部设定默认值；当ilimit管脚接一电阻(大于10kω)到地时，如图2所示，此时工作在内部恒流控制模式，但恒流值可由电阻r201的阻值r201决定，阻值越大恒流值越大；当ilimit管脚接入和输出负载负端串联的采样电阻r301压降信号时，如图3所示，此时电路工作在外部恒流控制模式，电路输出的恒流值由采样电阻r301决定阻值越小恒流值越大；

图1为本发明的第一个应用实施例；ilimit管脚悬空；输出负载的正端和负端分别接在电容c126两端；

误差放大器115放大反馈信号和内部基准电压vref的差异，输出comp信号，r112和c113构成内部环路补偿电路；等效采样电阻r105、电流采样电路104构成电感电流采样电路；在功率管q106开启时采样电感l123电流信号，其输出信号通过和振荡器电路110产生的斜波补偿信号相加后的信号和comp信号通过pwm比较器111进行比较；在每个周期开始时由振荡器电路110产生的时钟信号控制功率管q106导通，续流功率管q107关闭；当pwm比较器111输出信号为高时，rs触发器109输出信号控制功率管q106关闭，续流功率管q107打开；驱动电路108为功率管提供驱动信号，同时控制死区时间，防止q106和q107两个功率管同时导通形成穿通；功率管q106、q107、电感l123、输出电容c126一起构成功率级，当功率管q106导通时，续流功率管q107关闭，电感l123电流线性增加，电流一部分提供给输出负载，一部分给输出电容c126充电；当功率管q106关闭时，续流功率管q107开启，由于电感感应电动势的存在，电感l123电流不会瞬间变化，其保持原来的电流方向不变，电感电流线性减小；电阻r124和r125组成分压网络，采样输出电压反馈到电压控制环路，保持输出电压的稳定；

图1中，等效采样电阻r105、电流采样电路104、保持电路103、电流输入放大器116、调整mos管q114、高电压选择电路118、外置恒流采样信号放大电路119、恒流源i121以及恒流模式选择电路120组成恒流控制电路；其通过ilimit管脚的连接方式可工作不同的工作模式，当如图1所示，ilimit管脚悬空时，此时内部的恒流源i121将ilimit管脚拉高，恒流模式选择电路120输出cc_mode信号为高，工作在内部恒流控制模式；等效采样电阻r105、电流采样电路104、保持电路103、电流输入放大器116以及调整mos管q114组成内部采样恒流环路，通过采样保持，计算出电感平均电流；将电感平均电流和恒流模式选择电路120产生的默认基准电流(后文中的iref1，也就是内部设定默认的恒流值)通过电流输入放大器116和调整mos管q114控制误差放大器115的输出端(comp端)，输出负载电流较小时，此时对应的电感平均电流也较小，此时调整mos管q114关断，系统工作在恒压控制模式，随着输出负载电流增加，电感平均电流也相应增加，其采样电流也增加，当采样电流等于内部默认基准电流时电流输入放大器116将输出信号使调整mos管q114导通，改变pwm信号的占空比实现恒流控制。

图2为本发明的第二个应用实施例；ilimit管脚通过电阻r201接地；输出负载的正端和负端分别接在电容c126两端；

当ilimit管脚连接大于10kω的电阻r201到地时，系统工作在内部恒流控制模式；但恒流值可由电阻r201的阻值决定；

图3为本发明的第三个应用实施例；输出负载负端连接采样电阻r301到地，同时输出负载负端连接到ilimit管脚，电感l123的另一端接输出负载正端；输出负载电流会流过采样电阻r301，产生损耗，所以电阻r301越小越好；此时ilimit管脚电压低于内部判断阈值，恒流模式选择电路输出信号cc_mode为低，电流输入放大器116关闭；外置恒流采样信号放大电路119工作；本例中外置恒流采样信号放大电路119的放大倍数为10，电路工作在外部恒流控制模式；其工作原理是：采样电阻r301上流过负载电流，产生压降，因为内部电流源121为微安级电流，在采样电阻r301上的压降远远小于负载电流产生的压降；采样电阻r301上流过负载电流产生的压降信号通过外置恒流采样信号放大电路119放大10倍后和反馈管脚fb上的恒压反馈信号通过高电压选择模块118选择两者中最大者输出到误差放大器115；当采样电阻r301电压经放大10倍后大于反馈管脚fb上电压，系统进入外部恒流控制模式，此时输出恒流iout可计算得出：

iout·r301·10＝vref从而

r301为电阻r301的阻值；

由上述公式可以看出，此时输出恒流精度主要由内部基准电压vref、外部电流采样电阻r301以及放大系数的精度决定，在实际应用中内部基准电压和放大系数都可以通过烧写熔丝修调或者其他技术手段来保证精度，故此种恒流控制方式具有很好的恒流精度；

图4为高电压选择电路118的一种实施实例；包括比较器u401、反相器u402、传输门u403和u404；比较器u401的同相输入端和反相输入端作为高电压选择电路118的两个输入端；比较器u401的输出端接反相器u402的输入端、传输门u403的负控制端和传输门u404的正控制端；反相器u402的输出端接传输门u403的正控制端和传输门u404的负控制端；传输门u403的输入端接比较器u401的反相输入端；传输门u404的输入端接比较器u401的同相输入端；传输门u403和u404的输出端相连接并作为高电压选择电路118的输出端；其工作原理是当输入1大于输入2时，此时比较器u401输出为低，反相器u402输出为高，此时传输门u403选通，输入1去传输到输出；当输入1小于输入2时，此时比较器u401输出为高，反相器u402输出为低，此时传输门u404选通，输入2传输到输出。

图5为恒流模式选择电路120的一种实施实例；包括运算放大器u601、调整nmos管q602、电阻r613、pmos管q603、q604、q6041、q605、q606、q607、q608、q609；恒流源i610、i611、i612、反相器u614、与非门u615；其中恒流源i610的基准电流为iref1，恒流源i611的基准电流为iref2；

运算放大器u601的同相输入端作为恒流模式选择电路120的输入端，连接pmos管q604、q606、q607、q608的栅极；供电正电压接pmos管q604、q606、q607、q608的源极以及恒流源i610的输入端；恒流源i610的输出端接pmos管q609的源极；pmos管q604的漏极接q603的源极，pmos管q603的栅极接自身漏极和q6041的栅极、q605的栅极；pmos管q603的漏极接nmos管q602的漏极，nmos管q602的栅极接运算放大器u601的输出端，nmos管q602的源极接运算放大器u601的反相输入端，并通过电阻r613接地；pmos管q606的漏极接q6041的源极，pmos管q6041的漏极接恒流源i611的输入端和反相器u614的输入端；恒流源i611的输出端接地；pmos管q607的漏极接恒流源i612的输入端、与非门u615的一个输入端以及q609的栅极；恒流源i612的输出端接地；反相器u614的输出端接与非门u615的另一输入端；与非门u615的输出端作为恒流模式选择电路120的控制端；pmos管q608的漏极接q605的源极，pmos管q605的漏极接pmos管q609的漏极；pmos管q609的漏极作为恒流模式选择电路120的电流输出端；

其工作原理是：当ilimit管脚悬空时，此时恒流源i121将ilimit管脚电压拉高；pmos管q604、q606、q607、q608关闭，恒流模式选择电路120控制端输出cc_mode信号为高，选中内部采样恒流环路中的电流输入放大器116；而此时q609导通，恒流模式选择电路120输出的恒流基准电流iref等于内部设定的默认基准电流iref1；

当ilimit管脚连接电阻r201到地如图2所示，此时pmos管q604、q606、q607、q608导通，运算放大器u601、nmos管q602以及电阻r613组成电压电流转换电路，q603、q6041、q605组成电流镜；此时pmos管q609关闭；恒流模式选择电路120输出的恒流基准电流iref可计算出：其中i121为恒流源i121的基准电流，r201为电阻r201阻值，r613为电阻r613阻值；同时需要满足以保证cc_mode信号为高，开关转换电路工作在内部恒流控制模式；

当如图3所示，输出负载负端连接采样电阻r301到地，同时输出负载负端连接到ilimit管脚，此时ilimit管脚等效电阻满足cc_mode信号为低，此时选通外置恒流采样信号放大电路119，而屏蔽电流输入放大器116，开关转换电路工作在外部恒流控制模式。