一种消除电流过冲的方法及开关电路与流程

本发明属于开关电源领域，更具体地说，是涉及一种消除电流过冲的方法及开关电路。

背景技术：

在开关型电源电路设计与实现中，积分环路是常见的电路(如图1、图2)。参考图1，市电经过整流桥后，输出直流信号vm(母线电压)，给开关型电源提供能量。开关型电源由误差放大器(ea)，驱动器，开关网络，反馈电路等组成。反馈电路对输出的电压或电流等电参数进行采样，得到一个反馈信号vfb，然后反馈到误差放大器的一个输入端(如反相输入端)，与设定的参考电位vref进行比较、放大，在ea的输出端输出一个误差信号vcomp。当反馈信号vfb低于vref时，误差信号vcomp升高；反之，当反馈信号vfb大于vref时，误差信号vcomp降低。误差信号vcomp在驱动器与一个锯齿波(或三角波)信号进行比较，得到一个占空比可变的pwm(pulse-width-modulation)信号vpwm。vpwm驱动开关网络中的功率开关管m1的导通与截止，m1的开关动动控制储能器件，如电感l，进行储能及释放，进而控制输出的电压或电流达到预设的值。

在图1和图2的开关型积分环路电源电路中，如果输入市电掉电(墙壁开关关断)，则输出的电压及电流下降直至降低为零，则反馈的电参数vfb信号也会逐渐减小，造成的结果就是在掉电过程中，误差信号vcomp逐渐升高，直至远远高于稳定状态下的vcomp值。参考图4，如果系统重新上电，由于误差信号已经远远大于正常稳态下的vcomp值，经过驱动器产生的pwm信号的占空比就比较大，造成输出电流il也远远大于稳态下的电流，即造成电流过冲，对系统的可靠性造成损害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种消除电流过冲的方法及开关电路，旨在解决现有的开关型电源系统由掉电过程重新上电时，容易造成电流过冲，对系统的可靠性造成损害的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种消除电流过冲的方法及开关电路，包括：

判断系统是否进入掉电状态；

当系统进入掉电状态，启动掉电保护装置；

掉电时间达到预设时间，并且所述预设时间大于所述母线电压vm周期时间，积分器反向积分。

进一步地，所述判断系统是否进入掉电状态包括：

获取掉电参数，根据掉电参数变化状态判断系统是否进入掉电状态。

进一步地，获取掉电参数，根据掉电参数变化状态判断系统是否进入掉电状态包括：

获取母线电压vm，所述母线电压vm低于掉电阈值电压，并且所述母线电压vm持续下降；判断系统进入掉电状态。

进一步地，获取掉电参数，根据掉电参数变化状态判断系统是否进入掉电状态包括：

获取采样电阻电流或电压，所述采样电阻电流或电压低于阈值，并且持续下降时，判断系统进入掉电状态。

进一步地，还包括获取掉电参数，判断是否结束掉电状态。

进一步地，所述获取掉电参数，判断是否结束掉电状态包括：

获取母线电压vm，所述母线电压vm高于上电阈值，系统结束掉电状态，积分器恢复原始状态。

进一步地，所述获取掉电参数，判断是否结束掉电状态包括：

获取采样电阻参数，所述采样电阻参数高于上电阈值，系统结束掉电状态，积分器恢复原始状态。

进一步地，所述采样电阻参数包括采样电阻电压或采样电阻电流

进一步地，所述反向积分时间为0-之间。

进一步地，所述反向积分时间为。

进一步地，所述反向积分时间大于。

本发明还提供了一种开关电路，其特征在于，包括掉电保护装置，所述掉电保护装置根据上文所述的方法控制积分器

进一步地，所述掉电保护装置包括掉电检测装置和掉电计时器，所述掉电检测装置检测母线电压vm，根据所述掉电计时器计时，控制积分器工作。

进一步地，所述掉电保护装置包括掉电检测装置和掉电计时器，所述掉电检测装置检测采样电阻电参数，根据所述掉电计时器计时，控制所述积分器工作。

进一步地，所述积分器包括误差放大器ea和与所述误差放大器ea串联的积分电容ccomp。

进一步地，所述积分器为数字积分器。

本发明提供的一种消除电流过冲的方法及开关电路的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的一种消除电流过冲的方法，按该方法，积分器达到时，对称地反向积分时段，此时误差信号vcomp信号为0，重新上电后，没有过冲现象。在另一种情况中，只要积分器反向积分，误差信号vcomp就会变小，也可以降低过冲影响。本发明提供的一种开关电路，由掉电过程重新上电时，电流过冲现象减轻或消除，对该开关电路损害较小，提高了该开关电路的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种积分环路电路图；

图2为现有技术提供的另一种积分环路电路图；

图3为现有技术提供的环路系统稳定后，误差信号、母线电压、输出电流的相对关系示意图。

图4为现有技术提供的环路系统重新上电，误差信号、母线电压、输出电流的相对关系示意图。

图5为本发明实施例一中消除电流过冲的方法框图；

图6为本发明停对称积分波形图；

图7为本发明实施例二中母线采样消除电流过冲的方法框图；

图8为本发明实施例三中采样电阻采样消除电流过冲的方法框图；

图9为本发明四实施例中结束掉电状态示意图；

图10为本发明实施例四母线采样电路示意图；

图11为本发明实施例五采样电阻采样电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中开关降压型led恒流驱动电路，包括积分器，其中积分器由误差放大器ea和积分电容ccomp组成，积分器将采样电阻的电信号经过积分处理传递给驱动器；驱动器根据积分器输出的误差信号vcomp和锯齿波或三角波相比较产生的pwm信号vpwm，vpwm驱动功率开关管m1的导通和截止。

当m1导通时，电流流经led灯串，电感l，m1和电阻rcs。

当m1截止时，电流流经led灯串，电感l和续流二极管d。

以在现有技术中的技术方案，当母线掉电时，就会产生误差信号vcomp升高的情况。如果此时迅速上电，就会导致pwm信号增加，输出电流il增大超出稳态电流，形成过冲。

为了解决上述技术问题，本申请给出如下实施例：

实施例1

如图5，本发明提供的一种消除电流过冲的方法包括以下步骤：

判断系统是否进入掉电状态；

当系统进入掉电状态，启动掉电保护装置，掉电计时器开始记录掉电时间；

当掉电时间达到预设时间，积分器开始反向积分，其中预设时间大于母线电压vm周期时间。

由于掉电导致了母线电压下降，使得采样电阻电压下降，进而导致vref和vfb的差值增加，积分器产生的误差信号vcomp就会增加，导致驱动器产生pwm信号超出稳态值，输出电流il增大超出稳态电流，形成过冲。

故此在本实施例中，通过控制积分器，防止由于长时间的积分导致误差信号vcomp持续增加。通过设置一个合理的预设时间，使得积分器在一个合理范围就停止，防止vcomp持续增高时，在此基础上将积分器反向积分向相反的方向进行积分，进一步减小了误差信号vcomp，在母线重新上电时降低了电流过冲现象。

为了保证积分器正常工作，本实施例中的预设时间需要大于母线电压的周期时间。即对于50hz市电来说，大于等于10ms。

如图6波形图所示，当母线电压低于掉电阈值电压，并持续下降时，进入掉电状态，开始记录掉电时间，此时由于母线电压开始降低，积分器输出的误差信号vcomp增加，当掉电时间达到预设时间，积分器开始反向积分，防止误差信号vcomp持续增加导致过冲现象。

实施例1.1

在实施例1的基础上本实施例做出进一步优化。如图5，本发明提供的一种消除电流过冲的方法包括以下步骤：

判断系统是否进入掉电状态；

当系统进入掉电状态，启动掉电保护装置，掉电计时器开始记录掉电时间；

当掉电时间达到预设时间，积分器开始反向积分，其中预设时间大于母线电压vm周期时间。

由于掉电导致了母线电压下降，使得采样电阻电压下降，进而导致vref和vfb的差值增加，积分器产生的误差信号vcomp就会增加，导致驱动器产生pwm信号超出稳态值，输出电流il增大超出稳态电流，形成过冲。

从图6中可以看出，在时刻积分误差vcomp达到最大值，此刻反向积分，积分误差vcomp将会减小，在从到2之间的任一时刻积分误差vcomp都会小于误差峰值，可见从到2中任一时刻的积分误差vcomp都可以起到降低电流过冲的作用。

特别的在2时刻，此时积分误差vcomp为零，此时停止积分，等待系统重新上电，系统内不会存在过冲现象。

当反向积分时间超过时间，即超过2时刻时，积分误差vcomp都依旧小于误差峰值，此时重新上电，也可以抑制过冲现象。

需要说明的是，掉电阈值电压可由使用人员根据实际情况自行设定。

需要说明的是，当母线掉电后，在本发明中积分器向上积分，误差信号vcomp处于上升状态，这和积分器正负端接法相关，但均反映了误差信号vcomp偏离初始值的变化，不偏离本申请实质所反映的问题。

实施例2

如图7所示，一种消除电流过冲的方法，包括以下步骤：

获取母线电压参数，当母线电压小于掉电阈值电压vpl，并且母线电压持续下降(如图6所示)，此时判定系统进入了掉电状态。

启动掉电保护装置，掉电计时器开始记录掉电时间；

当掉电时间达到预设时间，积分器反向积分，其中预设时间大于母线电压vm周期时间。

当积分器反向积分时间达到，即反向积分达到2时刻时，积分器停止积分，直到系统下一次上电。同样的反向积分时间可以为实施例1中到2任一时刻，也可以大于2。

由于掉电导致了母线电压下降，使得采样电阻电压下降，进而导致vref和vfb的差值增加，积分器产生的误差信号vcomp就会增加，导致驱动器产生pwm信号超出稳态值，输出电流il增大超出稳态电流，形成过冲。

从图6中可以看出，在时刻积分误差vcomp达到最大值，此刻反向积分，积分误差vcomp将会减小，在从到2之间的任一时刻积分误差vcomp都会小于误差峰值，可见从到2中任一时刻的积分误差vcomp都可以起到降低电流过冲的作用。

特别的在2时刻，此时积分误差vcomp为零，此时停止积分，等待系统重新上电，系统内不会存在过冲现象。

当反向积分时间超过时间，即超过2时刻时，积分误差vcomp都依旧小于误差峰值，此时重新上电，也可以抑制过冲现象。

在上述实施例一的基础上，本实施例对其作出进一步限定。通过获取母线电压，判断母线的工况，推定系统是否处于掉电状态。此种方式较其他的采样方式更为直接，电路实现较为简单。

实施例3

如图8所示，一种消除电流过冲的方法，包括以下步骤：

获取采样电阻电参数，当采样电阻电参数小于阈值，并且持续下降，此时判定系统进入了掉电状态。其中采样电阻电参数包括采样电阻电流或者电压。

启动掉电保护装置，掉电计时器开始记录掉电时间；

当掉电时间达到预设时间，积分器反向积分至2时刻，其中预设时间大于母线电压vm周期时间。

由于掉电导致了母线电压下降，使得采样电阻电压下降，进而导致vref和vfb的差值增加，积分器产生的误差信号vcomp就会增加，导致驱动器产生pwm信号超出稳态值，输出电流il增大超出稳态电流，形成过冲。

故此在本实施例中，通过控制积分器的积分时间，防止由于长时间的积分导致误差信号持续增加。当掉电持续时间达到时，积分器开始反向积分至2时刻，此时误差误差信号vcomp为0，没有过冲现象。

为了保证积分器正常工作，本实施例中的预设时间需要大于母线电压的周期时间。即对于50hz市电来说，大于等于10ms。

在上述实施例一的基础上，本实施例对其作出进一步限定。本实施例中通过获取采样电阻的电参数来确定系统是否进入掉电状态。在系统上电和系统掉电这两个状态之间，采样电阻的电参数差异十分明显，故此不需要过于精密的检测手段，即可实现对是否掉电的判断。

在上述实施例一到三的基础上，本发明还包括获取掉电参数，判断是否结束掉电状态。

实施例4

通过实施例一到三中任一方法或者组合判断系统是否掉电进入掉电状态。

一种消除电流过冲的方法包括：

获取母线电压参数，当母线电压小于掉电阈值电压，并且母线电压持续下降(如图6所示)，此时判定系统进入了掉电状态。

和/或

获取采样电阻电参数，当采样电阻电参数小于阈值，并且持续下降，此时判定系统进入了掉电状态。其中采样电阻电参数包括采样电阻电流或者电压。

启动掉电保护装置，掉电计时器开始记录掉电时间；

当掉电时间达到预设时间，积分器停止积分，其中预设时间大于母线电压vm周期时间。

在完成上述步骤后，系统进入掉电状态，此时积分器反向积分。

如图9所示，实时获取掉电参数，当电参数大于阈值时，系统结束掉电状态，积分器恢复积分。其中电参数包括母线电压或者采样电阻的电压或者电流中的一种或者组合。

母线采样具有如下优点：通过母线电压状态判断是否进入掉电状态此种方式更为直接明显，电路实现较为简单。

采样电阻采样具有如下优点：采样电阻的电参数在系统上电和系统掉电这两个状态下差异很大，不需要过于精密的检测手段即可实现对掉电状态的判断。

在上述实施例一到四的基础上，本申请还提供了一种开关电路，用于实现上述实施例中的方法。

实施例5

如图10所示，本发明提供了一种开关电路，具有掉电保护功能，包括整流桥用于将交流电压转换为直流电压，相互并联的二极管d、led灯串以及滤波电容，二极管d与led灯串之间串联有电感l，二极管d与电感l之间连接有相互串联的功率管m1与采样电阻rcs，其中采样电阻rcs接地；

包括积分器，驱动级根据积分器输出的误差信号vcomp和锯齿波相比较产生pwm信号vpwm，vpwm驱动功率开关管m1的导通和截止。

当m1导通时，电流流经led灯串，电感l，m1和电阻rcs。

当m1截止时，电流流经led灯串，电感l和续流二极管d。

还包括掉电保护装置，掉电保护装置包括掉电检测装置和掉电计时器，如在本实施例中掉电检测装置从母线采样。通过获取母线电压，判断母线的工况，推定系统是否处于掉电状态。此种方式较其他的采样方式更为直接，电路实现较为简单。

实施例6

如图11所示，本发明提供了一种开关电路，具有掉电保护功能，包括整流桥用于将交流电压转换为直流电压，相互并联的二极管d、led灯串以及滤波电容，二极管d与led灯串之间串联有电感l，二极管d与电感l之间连接有相互串联的功率管m1与采样电阻rcs，其中采样电阻rcs接地；

包括积分器，驱动级根据积分器输出的误差信号vcomp和锯齿波相比较产生pwm信号vpwm，vpwm驱动功率开关管m1的导通和截止。

当m1导通时，电流流经led灯串，电感l，m1和电阻rcs。

当m1截止时，电流流经led灯串，电感l和续流二极管d。

还包括掉电保护装置，掉电保护装置包括掉电检测装置和掉电计时器，如在本实施例中掉电检测装置从采样电阻采样。采样电阻的电参数在系统上电时和系统掉电时的差异十分明显，故此不需要过于精密的检测手段，即可实现对是否掉电的判断。其中采样电阻电参数包括采样电阻的电流或者电压。

本实施例中将采样电阻设置在接地位置，在不偏离本申请主旨的前提下，采样电阻可以位于电路中任一可以实现的位置。

需要说明的是，在上述实施例中积分器包括误差放大器ea和与所述误差放大器ea串联的积分电容ccomp。或者积分器为数字积分器。

在上述实施例中，掉电检测装置内置预设参数vref2，用于与采样电参数比较判断掉电状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。