本发明涉及一种电感电流平均值检测系统及其电感电流平均值检测系统的检测方法。
背景技术：
随着led驱动电源的大量普及和应用，各种led驱动芯片的发展也呈现出蓬勃上升的趋势。led驱动的发展经历了恒压驱动模式，线性恒流驱动模式，开关电源恒流驱动模式，以及准线性恒流驱动模式等。而其中以开关电源恒流驱动模式最受市场的青睐，其具有良好的恒流特性和各种开关架构的多样性，以及良好的可靠度等特性。低端开关结构尤其具有稳定性以及良好的可调性受到广大设计者及客户的普及和使用。
图1所示为传统的低端开关电路架构图。传统的固定关断时间的峰值检测控制系统，由于其电路结构简单，系统环路稳定性较好，便于设计，因此其更易于客户接收。其电感峰值电流可通过峰值电流检测电路固定，如图1所示，但由于其为固定关断时间，因此当输入电压变化时，在稳定状态时其输出电压无变化的情况下，根据伏秒平衡原理，则电感的峰值电流并无变化，于是其输出电流无变化；但当输出电压变化时，在外围无变化的情况下，电感的峰峰值电流则随之呈线性变化，因此输出电流亦随之而改变，因此该控制环路系统的负载调整率较低；且对于不同的输入电压时，由于其内置比较器的输出逻辑翻转延时，会导致峰值控制并不精准，因此该控制环路系统的线性调整率亦不高。从以上的描述中可以看出，对于传统的固定关断时间的峰值检测控制系统，其负载调整率和线性调整率均相对较低，无法有效检测控制电感上的平均电流。
传统技术的芯片通过峰值电流电测控制电感峰值电流，通过固定关断时间来稳定输出电流，其控制原理简单，稳定性较好，便于设计，其不足之处在于：芯片对于固定输出负载情况下，其输出电流是一个稳定值；但当系统输入或输出变化时，则输出电流变化明显，其负载调整率和线性调整率不高导致芯片应用在宽范围输入输出时受限，不能满足客户需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种在传统的在led恒流控制系统中，通过开关信号控制基础引入中间电流检测电路和平均电流评估电路，实现对电感中间电流的检测控制，从而实现了精准的输出电流控制，具有较好的线性调整率和负载调整率，有效提高了系统的线性调整率和负载调整率，使得新型led恒流控制系统更加可靠稳定的工作的应用于开关电源的电感电流平均值检测系统。本发明的另一目的是提供一种精准对开关电源中电感电流平均值进行评估、实现中间电流的检测控制，从而达到对输出led恒流控制系统提供具有较好线性调整率和负载调整率的检测方法。
本发明的技术解决方案是所述电感电流平均值检测系统，应用于开关电源中，其特殊之处在于，包括主控芯片电路、功率开关管、复数个串联的发光二极管、电感和外围电路，所述主控芯片电路通过外围电路与复数个串联的发光二极管的正极连接，且复数个串联的发光二极管的负极与电感的一端连接，所述电感的另一端与功率开关管的漏极连接，所述功率开关管的源板和栅极均与主控芯片电路连接；主控芯片电路启动后，控制功率开关管q1导通，同时检测cs引脚上电压，此时电感电流逐渐上升，电流通过取样电阻rcs形成cs引脚电压，进入中间电流比较电路控制模块，当cs电压达到某一基准电压后，芯片会记录此时的导通时间ton1，使功率开关管q1再继续导通ton1时间，总导通时间ton＝2*ton1；之后，主控芯片电路关断功率开关管q1，系统进入到续流阶段，此时电感通过续流二极管和负载进行续流，释放电感上能量，当其达到芯片内设的关断时间后，便控制功率开关管q1再次导通，进入到下一个周期；
当系统稳定后，且工作在电感电流连续模式时，此时输入输出电压处于稳定状态，根据公式
则此时的电感电流处于线性变化；同时由于
ton＝2*ton1
因此用于判断得到ton1时间的基准电压则为电感电流经过电流取样电阻rcs后在功率管导通时间段的中间值，由于电感电流线性变化，因此其中间值即为平均值，即
vref＝il_avg*rcs＝il_ton1*rcs
io＝il_avg
而对于该降压型恒流控制系统，其电感上平均电流值il_avg即为输出电流值io；主控芯片通过一个精准的基准参考电压vref来精确控制该中间时间点的电流值，即可准确稳定控制输出电流。
作为优选：所述主控芯片电路包括主控芯片、中间电流检测电路、平均电流评估电路和内部控制电路，且所述主控芯片通过中间电流检测电路和平均电流评估电路评估在功率开关管开启时的平均电流。
作为优选：所述主控芯片电路还包括关断时间设定电路、逻辑控制电路和驱动控制电路，所述逻辑控制电路分别连接关断时间设定电路、驱动控制电路、中间电流检测电路、平均电流评估电路。
作为优选：所述外围电路包括复数个电阻、复数个电容。
本发明的另一技术解决方案是所述电感电流平均值检测系统，应用于开关电源中，其特殊之处在于，包括主控芯片电路、高压功率开关管q1和低压功率开关管q2、交流电压输入接口acin、复数个串联的发光二极管、电感和外围电路，所述主控芯片电路包括主控芯片、逻辑控制模块、中间电流检测电路、平均电流评估电路、pwm频率控制及emi控制电路和内部控制电路，且所述主控芯片通过一个低压功率开关管q2来驱动一个高压功率开关管q1，通过驱动低压功率开关管q2使高压功率开关管q1导通或者关闭；pwm控制模式用来固定芯片的工作频率；所述主控芯片电路通过外围电路与复数个串联的发光二极管的正极连接，且复数个串联的发光二极管的负极与电感的一端连接，所述电感的另一端与高压功率开关管q1的漏极连接，所述高压功率开关管q1的栅极接供电电压vdd，所述高压功率开关管q1的源板接入所述低压功率开关管q2的漏极，所述低压功率开关管q2的栅极经驱动脉冲drv接入驱动控制电路，所述低压功率开关管q2的源极经场效应管cs分别接入主控芯片电路的中间电流检测电路和平均电流评估电路；当系统处于正常且稳定工作时，则电感上平均电流值il_avg即为输出电流值io，
vref＝io*rcs＝il_avg*rcs＝il_ton1*rcs
主控芯片通过一个精准的基准参考电压vref来精确控制此中间时间点的电流值，即可准确稳定控制输出电流。
作为优选：所述主控芯片电路还包括分别与逻辑控制电路连接的驱动控制电路，中间电流检测电路、平均电流评估电路和pwm频率控制及emi控制电路。
作为优选：所述外围电路包括复数个电阻、复数个电容和交流电压输入接口acin。
本发明的再一技术解决方案是所述应用于开关电源的电感电流平均值检测系统的检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、主控芯片启动，且功率开关管导通；
步骤2、主控芯片检测到平均电流评估电路与功率开关管相连的源极上电压，且电感电流逐渐上升；
步骤3、电感电流通过取样电阻形成第一引脚电压，且进入中间电流检测电路，当第一引脚电压达到第一基准电压后，则执行步骤4；当第一引脚电压未达到第一基准电压，则返回执行步骤3；
步骤4、主控芯片记录此时的导通时间ton1，并使得功率开关管再继续导通ton1时间；
步骤5、主控芯片关断功率开关管，且系统进入续流阶段；
步骤6、电感通过续流二极管和负载进行续流，释放电感上能量，若电感达到主控芯片内设的关断时间，则执行步骤7；若电感未达到主控芯片内设的关断时间，则返回执行步骤5；
步骤7、主控芯片控制功率开关管再次导通，且返回执行步骤1；
步骤8、检测系统稳定，直至控制结束。
作为优选：所述步骤4中，功率开关管再继续导通ton1时间后得到总导通时间为2*ton1。
作为优选：当检测系统处于正常且稳定工作时，则电感上平均电流值，即为输出电流值。
与现有技术相比，本发明的有益效果:
⑴在led恒流控制系统中，通过引入中间电流比较电路以及平均电流评估电路有效的控制芯片在功率管开启时的平均电流，达到了对输出电流的稳定控制，实现了良好的线性调整率和负载调整率。
⑵本发明的电感电流的平均值检测方法，极大的提高了传统的led恒流控制系统的线性调整率和负载调整率，有效的提高系统稳定性、可靠性以及系统兼容性。
⑶当系统处于连续工作模式时，其输出电流为导通时间段的中间点电流值，通过平均电流评估电路来对输出电流进行检测评估，中间电流比较电路实现对中间电流的比较控制并逻辑输出，从而可更好的实现对电感电流平均值的检测控制，进而实现了良好的线性调整率和负载调整率
⑷本发明通过芯片平均电流评估电路和中间电流比较电路实现对电感电流的检测控制，只要电感电流可近似为线性电流变化，那么中间电流即为电感平均电流，通过控制中间电流即可有效控制输出电流，达到稳定输出。
⑸在led恒流控制系统中，通过在传统的开关信号控制基础上，引入平均电流评估电路和中间电流检测电路，实现对电感中间电流的检测控制，从而实现了精准的输出电流控制，具有较好的线性调整率和负载调整率。
附图说明
图1是传统的固定关断时间的峰值检测控制低端开关电路架构图；
图2是本发明固定关断时间的led恒流控制系统的电路框图；
图3是本发明驱动时间信号与电感电流信号波形图；
图4是本发明另一具体实施例ac/dc恒流控制框图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
图2、图3示出了本发明的第一实施例。
请参阅图2所示，芯片启动后，控制高压功率开关管q1导通，同时检测cs引脚上电压，此时电感电流逐渐上升，电流通过取样电阻rcs形成cs引脚电压，进入中间电流比较电路控制模块，于是当cs电压达到某一基准电压后，芯片会记录此时的导通时间ton1，并使得功率管q1再继续导通ton1时间，因此总导通时间ton＝2*ton1；之后，芯片关断高压功率开关管q1，系统进入到续流阶段，此时电感通过续流二极管和负载进行续流，释放电感上能量，当其达到芯片内设的关断时间后，便控制高压功率开关管q1再次导通，进入到下一个周期。
因此当系统稳定后，且工作在电感电流连续模式时，此时输入输出电压处于稳定状态，根据公式
则此时的电感电流处于线性变化；同时由于
ton＝2*ton1
因此用于判断得到ton1时间的基准电压则为电感电流经过电流取样电阻rcs后在功率管导通时间段的中间值，由于电感电流线性变化，因此其中间值即为平均值，即
vref＝il_avg*rcs＝il_ton1*rcs
io＝il_avg
而对于此降压型恒流控制系统来说，其电感上平均电流值il_avg即为输出电流值io；芯片通过一个精准的基准参考电压vref来精确控制此中间时间点的电流值，即可准确稳定控制输出电流。
请参阅图3所示，驱动时间信号与电感电流信号波形图；其中ton为系统导通时间，io为系统输出电流。当系统电感电流稳定且处于连续模式时，芯片在ton1即1/2*ton时间点所测试到的电感电流值即为电感平均电流值，而对于降压恒流buck控制系统来说，电感电流会全部流经输出，因此输出电流平均值等于电感平均电流值，芯片通过中间电流比较电路来控制1/2*ton时间点电感电流达到所需要的参考电流值，则稳定时，输出电流就达到了稳定的参考电流值，而无需考虑芯片是处于pwm控制模式，还是pfm控制模式。
本实施例中，所述电感电流平均值检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、主控芯片启动，且功率开关管导通；
步骤2、主控芯片检测到平均电流评估电路与功率开关管相连的源极上电压，且电感电流逐渐上升；
步骤3、电感电流通过取样电阻形成第一引脚电压，且进入中间电流检测电路，当第一引脚电压达到第一基准电压后，则执行步骤4；当第一引脚电压未达到第一基准电压，则返回执行步骤3；
步骤4、主控芯片记录此时的导通时间ton1，并使得功率开关管再继续导通ton1时间；所述功率开关管再继续导通ton1时间后得到总导通时间为2*ton1；
步骤5、主控芯片关断功率开关管，且系统进入续流阶段；
步骤6、电感通过续流二极管和负载进行续流，释放电感上能量，若电感达到主控芯片内设的关断时间，则执行步骤7；若电感未达到主控芯片内设的关断时间，则返回执行步骤5；
步骤7、主控芯片控制功率开关管再次导通，且返回执行步骤1；
步骤8、检测系统稳定，直至控制结束。
本实施例中，当检测系统处于正常且稳定工作时，则电感上平均电流值，即为输出电流值。
图4示出了本发明的第二实施例。
请参阅图4所示，本实施例亦可应用于ac/dc类降压恒流控制系统，与图2中实施例不同的是，本实施例使用的是源极驱动，即通过一个低压mos来驱动一个高压mos-q1，这样子就可以通过驱动低压mos来使得高压mos导通或者关闭；另外，本实施例使用的是pwm控制模式，即固定芯片工作频率。
因此无论芯片的驱动模式不同，还是芯片的工作模式不同，芯片都可以通过中间电流比较电路以及平均电流评估电路有效的控制芯片在功率管开启时的平均电流，而当系统处于正常且稳定工作时，则电感上平均电流值il_avg即为输出电流值io，
vref＝io*rcs＝il_avg*rcs＝il_ton1*rcs
芯片通过一个精准的基准参考电压vref来精确控制此中间时间点的电流值，即可准确稳定控制输出电流。
本实施例中，所述电感电流平均值检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、主控芯片启动，且功率开关管导通；
步骤2、主控芯片检测到平均电流评估电路与功率开关管相连的源极上电压，且电感电流逐渐上升；
步骤3、电感电流通过取样电阻形成第一引脚电压，且进入中间电流检测电路，当第一引脚电压达到第一基准电压后，则执行步骤4；当第一引脚电压未达到第一基准电压，则返回执行步骤3；
步骤4、主控芯片记录此时的导通时间ton1，并使得功率开关管再继续导通ton1时间；所述功率开关管再继续导通ton1时间后得到总导通时间为2*ton1；
步骤5、主控芯片关断功率开关管，且系统进入续流阶段；
步骤6、电感通过续流二极管和负载进行续流，释放电感上能量，若电感达到主控芯片内设的关断时间，则执行步骤7；若电感未达到主控芯片内设的关断时间，则返回执行步骤5；
步骤7、主控芯片控制功率开关管再次导通，且返回执行步骤1；
步骤8、检测系统稳定，直至控制结束。
本实施例中，当检测系统处于正常且稳定工作时，则电感上平均电流值，即为输出电流值。
不难发现，图2中的实施例与图4中的实施例，均是通过中间电流比较电路以及平均电流评估电路有效的控制芯片在功率管开启时的平均电流，利用降压型buck控制系统输出电流即为电感平均电流的特点，有效且精确的控制输出电流，且具有良好的线性调整率和负载调整率。其相关技术细节不尽相同，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。