共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法与流程

本发明涉及开关型降压集成电路驱动及转换技术，特别是涉及一种共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法。

背景技术：

多年来，各种降压电源的控制ic(集成电路)已经得到发展和应用，以实现恒流或者恒压输出的控制，其应用包括led驱动器、充电器和移动设备的备用电源。

现有技术通过对输出端进行分压采样获得输出端的电压信息，对输出端串联了电流采样电阻并根据电流采样电阻两端的压差获得输出端电流的信息，通过放大两路信号各自与校准点的误差并控制开关的占空比，利用电感的续流特性来实现恒流恒压输出的控制。两路信号形成的环路控制中，为了使环路稳定，两个环路各自都进行了环路补偿，使得用于补偿网络的元器件较多，电路整体体积大，不利于集成化。

综上所述，电流环路信号及电压环路信号分别采用一路补偿网络，使得补偿网络的元器件多、电路结构繁琐、体积大等问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法，用于解决现有技术中补偿网络的元器件多，电路结构繁琐，体积大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种共用补偿的恒流恒压控制模块，所述恒流恒压控制模块至少包括：

电压转换单元、信号选择单元、电压转电流放大单元、脉宽调制单元、第一开关及第二开关；

所述电压转换单元接收降压电路的输出电流采样信号，将所述输出电流采样信号放大或缩小为输出电流转换信号，所述输出电流转换信号的工作电压与所述降压电路的输出电压反馈信号的工作电压保持一致；

所述信号选择单元连接所述电压转换单元的输出端并接收所述输出电压反馈信号，以选出所述输出电流转换信号及所述输出电压反馈信号中较大的一个作为输出信号；

所述电压转电流放大单元的输入端分别连接所述信号选择单元及一参考信号，将所述信号选择单元的输出信号与所述参考信号进行比较，并将比较结果转化为电流信号后输出补偿电流，所述补偿电流连接外置环路补偿模块并转化为补偿电压；

所述脉宽调制单元连接于所述电压转电流放大单元的输出端，根据所述补偿电压调节所述第一开关或所述第二开关的控制信号的占空比；

所述第一开关连接于所述降压电路的输入电压及所述降压电路的电感之间，用于控制所述电感的存储及释放电能，进而控制所述降压电路的输出电流及输出电压的恒定；

所述第二开关的一端连接所述第一开关与所述电感的连接节点、另一端接地，用于控制由地到所述电感的续流通道以降低压降减少损耗。

优选地，所述电压转换单元与所述输出电流采样信号之间还连接一滤波单元，所述滤波单元为rc滤波单元。

优选地，所述电压转换单元包括运算放大器、nmos管、电流源、第一电阻及第二电阻；所述运算放大器的正相输入端连接前级输出信号、输出端连接所述nmos管的栅端，所述电流源与所述第一电阻及所述第二电阻依次串联后接地，所述nmos管的漏端连接所述电流源的输出端并输出所述输出电流转换信号、源端接地；所述第一电阻及所述第二电阻的连接节点连接所述运算放大器的反相输入端。

优选地，所述信号选择单元包括比较器、第一传输门、第二传输门，所述比较器的正相输入端连接所述输出电流转换信号、反相输入端连接所述输出电压反馈信号；所述第一传输门的输入端连接所述输出电流转换信号、输出端连接所述第二传输门的输出端并作为所述信号选择单元的输出端、正相控制信号连接所述比较器的输出信号、反相控制信号连接所述比较器输出信号的反信号；所述第二传输门的输入端连接所述输出电压反馈信号、输出端连接所述第一传输门的输出端、正相控制信号连接所述比较器输出信号的反信号、反相控制信号连接所述比较器的输出信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种共用补偿的降压电路，所述共用补偿的降压电路至少包括：

电压输入模块、上述恒流恒压控制模块、环路补偿模块、电感、输出电压反馈模块、负载及输出电流采样模块；

所述电压输入模块提供输入电压；

所述电感的一端连接于所述恒流恒压控制模块、另一端作为电压输出端，用于输出稳定的输出电压及输出电流；

所述负载的一端连接输出电压、另一端经过所述输出电流采样模块后接地，所述输出电流采样模块产生输出电流采样信号；

所述输出电压反馈模块连接于所述输出电压与地之间，用于产生输出电压反馈信号；

所述恒流恒压控制模块连接于所述电压输入模块、所述输出电压反馈模块及所述输出电流采样模块的输出端，根据所述输出电流采样信号及所述输出电压反馈信号产生补偿电流，并受所述环路补偿模块的控制对所述输出电压及所述输出电流进行恒定控制；

所述环路补偿模块连接于所述恒流恒压控制模块，用于根据所述补偿电流产生相应的补偿电压。

优选地，所述输出电压反馈模块包括串联的第一采样电阻及第二采样电阻，所述第一采样电阻及所述第二采样电阻对所述输出电压进行分压进而得到所述输出电压反馈信号。

优选地，所述环路补偿模块包括补偿电阻及第一补偿电容，所述补偿电阻的一端连接所述恒流恒压控制模块、另一端与所述第一补偿电容连接，所述第一补偿电容的另一端接地。

优选地，所述环路补偿模块还包括第二补偿电容，所述第二补偿电容的一端连接所述恒流恒压控制模块、另一端接地。

优选地，所述共用补偿的降压电路还包括一输出电容，所述输出电容的一端连接所述电压输出端、另一端接地。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降压电路的共用补偿方法，所述降压电路的共用补偿方法至少包括：

对输出电流及输出电压采样，获取输出电压反馈信号及输出电流采样信号，将所述输出电压反馈信号与所述输出电流采样信号在同一工作电压下的较大者与一参考电压进行比较，根据比较结果得到相应的共用补偿电压，以所述补偿电压对开关控制信号进行脉宽调制，进而控制输出恒压及恒流。

优选地，对所述输出电流采样信号进行电压转换得到输出电流转换信号，以使所述输出电压反馈信号与所述输出电流转换信号位于同一工作电压下，满足如下公式：senbf＝k·sen；其中，senbf为输出电流转换信号；k为固定常数，且vfb为恒压输出时反馈电压校准点，vcs为恒流输出时采样电压校准点。

优选地，通过所述补偿电压的控制调整输出电流恒流，满足如下关系式：其中，iout为输出电流，vcs为恒流输出时采样电压校准点，r16为所述输出电流的采样电阻。

优选地，通过所述补偿电压的控制调整输出电压恒流，满足如下关系式：其中，vout为输出电压，vfb为恒压输出时反馈电压校准点，为所述输出电压的分压电阻比值。

优选地，恒流或恒压控制进一步包括：

当所述输出电压反馈信号与所述输出电流采样信号在同一工作电压下的较大者大于所述参考电压时，所述补偿电压减小；当所述输出电压反馈信号与所述输出电流采样信号在同一工作电压下的较大者小于所述参考电压时，所述补偿电压增大。

如上所述，本发明的共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法，具有以下有益效果：

本发明的共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法通过对电流环路信号及电压环路信号进行处理，而后共用一路补偿网络，实现具有恒流恒压输出特性的降压转换，使得作为外围补偿网络的元器件数量减半，若补偿网络是内置于芯片内的则能较多的缩减芯片面积，从而节省应用成本。

附图说明

图1显示为本发明的共用补偿的降压电路的结构示意图。

图2显示为本发明的滤波单元的结构示意图。

图3显示为本发明的电压转换单元的结构示意图。

图4显示为本发明的信号选择单元的结构示意图。

元件标号说明

1共用补偿的降压电路

11电压输入模块

12恒流恒压控制模块

121滤波单元

1211滤波电阻

1212滤波电容

122电压转换单元

1221运算放大器

1222nmos管

1223电流源

1224第一电阻

1225第二电阻

123信号选择单元

1231比较器

1232第一传输门

1233第二传输门

1234反相器

124电压转电流放大单元

125脉宽调制单元

126第一开关

127第二开关

13电感

14输出电压反馈模块

141第一采样电阻

142第二采样电阻

15负载

16输出电流采样模块

17输出电容

18环路补偿模块

181补偿电阻

182第一补偿电容

183第二补偿电容

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种共用补偿的降压电路1，所述共用补偿的降压电路1包括：

电压输入模块11、恒流恒压控制模块12、电感13、输出电压反馈模块14、负载15、输出电流采样模块16、输出电容17及环路补偿模块18。

如图1所示，所述电压输入模块11连接所述恒流恒压控制模块12的输入端，用于提供输入电压vin。

具体地，在本实施例中，所述电压输入模块11为电压源。所述电压输入模块11也可采用整流电路将交流电源转换得到所述输入电压vin，不以本实施例为限。

如图1所示，所述电感13的一端连接于所述恒流恒压控制模块12、另一端输出稳定的输出电压vout及输出电流iout。

如图1所示，所述输出电压反馈模块14连接于所述输出电压vout与地之间，用于产生输出电压反馈信号vfb。

具体地，所述输出电压反馈模块14包括第一采样电阻141及第二采样电阻142，所述第一采样电阻141及所述第二采样电阻142对所述输出电压vout进行分压，进而得到所述输出电压反馈信号vfb。

如图1所示，所述负载15的一端连接所述输出电压vout、另一端经过所述输出电流采样模块16后接地。

具体地，所述输出电流采样模块16与所述负载15串联，将流过所述负载15的电流转换为输出电流采样信号vcs，所述输出电流采样信号vcs为电压信号。在本实施例中，所述输出电流采样模块16为第三采样电阻。

如图1所示，所述输出电容17的一端连接所述输出电压vout、另一端接地。

如图1所示，所述恒流恒压控制模块12连接于所述电压输入模块11、所述输出电压反馈模块14及所述输出电流采样模块16的输出端，根据所述输出电压反馈信号vfb及所述输出电流采样信号vcs产生补偿电流，并受所述环路补偿模块18的控制对所述输出电压vout或所述输出电流iout进行恒定控制。

具体地，所述恒流恒压控制模块12包括滤波单元121、电压转换单元122、信号选择单元123、电压转电流放大单元124、脉宽调制单元125、第一开关126及第二开关127。

更具体地，如图2所示，所述滤波单元121接收所述输出电流采样信号vcs，对所述输出电流采样信号vcs进行滤波。所述滤波单元121包括但不限于rc滤波单元。在本实施例中，所述滤波单元121包括滤波电阻1211及滤波电容1212；所述滤波电阻1211的一端连接所述输出电流采样信号vcs，另一端作为所述滤波单元121的输出端；所述滤波电容1212的一端连接所述滤波单元121的输出端，另一端接地。

更具体地，如图3所示，所述电压转换单元122接收所述滤波单元121的输出电压sen，将所述滤波单元121的输出电压sen(相当于所述输出电流采样信号vcs)放大或缩小为输出电流转换信号senbf，所述输出电流转换信号senbf的工作电压与所述输出电压反馈信号vfb的工作电压保持一致。在本实施例中，所述电压转换单元122包括运算放大器1221、nmos管1222、电流源1223、第一电阻1224及第二电阻1225。所述运算放大器1221的正相输入端连接所述滤波单元121的输出电压sen、输出端连接所述nmos管1222的栅端；所述电流源1223与所述第一电阻1224及所述第二电阻1225依次串联后接地；所述nmos管1222的漏端连接所述电流源1223的输出端并输出所述输出电流转换信号senbf、源端接地；所述第一电阻1224及所述第二电阻1225的连接节点连接所述运算放大器1221的反相输入端。所述输出电流转换信号senbf满足如下关系：senbf＝k·sen；其中，k为固定常数，且vfb为恒压输出时反馈电压校准点，vcs为恒流输出时采样电压校准点；sen为输出电流采样信号。在本实施例中，根据虚短虚断的原理，所述第一电阻1224及所述第二电阻1225的连接节点被强制等于所述滤波单元121的输出电压sen，则通过设定所述第一电阻1224及所述第二电阻1225，使即可得到需要的输出电流转换信号senbf。

更具体地，如图4所示，所述信号选择单元123连接所述电压转换单元122的输出端并接收所述输出电压反馈信号vfb，以选出所述输出电流转换信号senbf及所述输出电压反馈信号vfb中较大的一个作为输出信号ds。所述信号选择单元123可通过任意结构的二选一电路实现，不限于本实施例中列举的具体结构。在本实施例中，所述信号选择单元123包括比较器1231、第一传输门1232、第二传输门1233及反相器1234。所述比较器1231的正相输入端连接所述输出电流转换信号senbf、反相输入端连接所述输出电压反馈信号vfb、输出端连接所述反相器1234。所述第一传输门1232的输入端连接所述输出电流转换信号senbf、输出端连接所述第二传输门1233的输出端并作为所述信号选择单元123的输出端、正相控制信号连接所述比较器1231的输出信号、反相控制信号连接所述反相器1234的输出端；所述第二传输门1233的输入端连接所述输出电压反馈信号vfb、输出端连接所述第一传输门1232的输出端、正相控制信号连接所述反相器1234的输出端、反相控制信号连接所述比较器1231的输出信号。

更具体地，所述电压转电流放大单元124的输入端分别连接所述信号选择单元123及一参考信号vref，将所述信号选择单元123的输出信号ds与所述参考信号vref进行比较，并将比较结果转化为电流信号后输出补偿电流，所述补偿电流连接外置环路补偿模块并转化为补偿电压vcomp。在本实施例中，所述电压转电流放大单元124的反相输入端连接所述信号选择单元123的输出端，正相输入端连接所述参考电压vref。在实际应用中，所述电压转电流放大单元124的输入端极性可通过增加反相器而调换，不以本实施例为限。

更具体地，所述脉宽调制单元125连接于所述电压转电流放大单元124的输出端，根据所述补偿电压vcomp调节所述第一开关126或所述第二开关127的控制信号的占空比。

更具体地，所述第一开关126连接于所述输入电压vin及所述电感13之间，用于控制所述电感13的存储及释放电能，进而控制所述降压电路1的输出电流iout及输出电压vout的恒定。当所述第一开关126导通时，所述输入电压vin为所述电感13充电；当所述第一开关126关断时，所述电感13放电。所述第一开关126可采用mos开关实现，包括但不限于nmos及pmos。

更具体地，所述第二开关127的一端连接所述第一开关126与所述电感13的连接节点、另一端接地，用于控制由地到所述电感13的续流通道以降低压降减少损耗。所述第二开关127可采用mos开关实现，包括但不限于nmos及pmos，在本实施例中，所述第二开关127为nmos管。

如图1所示，所述环路补偿模块18连接于所述恒流恒压控制模块12，用于根据所述补偿电流产生相应的补偿电压vcom。

具体地，所述环路补偿模块18包括补偿电阻181、第一补偿电容182及第二补偿电容183，所述补偿电阻181的一端连接所述恒流恒压控制模块12、另一端与所述第一补偿电容182连接，所述第一补偿电容182的另一端接地；所述第二补偿电容183的一端连接所述恒流恒压控制模块12，另一端接地。在某些实际应用中，所述第二补偿电容183可省略。

本发明还提供一种降压电路的共用补偿方法，所述降压电路的共用补偿方法包括：

对输出电流及输出电压采样，获取输出电压反馈信号及输出电流采样信号，将所述输出电压反馈信号与所述输出电流采样信号在同一工作电压下的较大者与一参考电压进行比较，根据比较结果得到相应的共用补偿电压，以所述补偿电压对开关控制信号进行脉宽调制，进而控制输出恒压及恒流。

在本实施例中，基于所述共用补偿的降压电路1实现共用补偿方法。

具体地，基于所述输出电压反馈模块14及所述输出电流采样模块16分别获取所述输出电压反馈信号vfb及输出电流采样信号vcs。

具体地，基于所述滤波单元121对所述输出电流采样信号vcs进行滤波，得到所述输出电流采样信号vcs滤波后的信号sen。

具体地，基于所述电压转换单元122将所述输出电流采样信号vcs滤波后的信号sen(或所述输出电流采样信号vcs)放大或缩小为输出电流转换信号senbf，所述输出电流转换信号senbf的工作电压与所述输出电压反馈信号vfb的工作电压保持一致，以便于后续电路的比较。在本实施例中，根据虚短虚断的原理，所述第一电阻1224及所述第二电阻1225的连接节点被强制等于所述滤波单元121的输出电压sen，则通过设定所述第一电阻1224及所述第二电阻1225，使即可得到需要的输出电流转换信号senbf，进而使所述信号选择单元123的两路输入信号位于同一级别。需要的所述输出电流转换信号senbf满足如下关系：senbf＝k·sen；其中，k为固定常数，且vfb为恒压输出时反馈电压校准点，vcs为恒流输出时采样电压校准点。

具体地，基于所述信号选择单元123将所述输出电流转换信号senbf及所述输出电压反馈信号vfb中较大的一个选出，并作为输出信号ds。

具体地，基于所述电压转电流放大单元124将所述信号选择单元123的输出信号ds与参考信号vref比较，并将比较结果转化为电流信号后输出补偿电流。

具体地，基于所述环路补偿模块18接收所述补偿电流并转化为补偿电压vcomp。当所述输出电压反馈信号vfb与所述输出电流转换信号senbf的较大者大于所述参考电压vref时，所述补偿电压vcomp减小；当所述输出电压反馈信号vfb与所述输出电流转换信号senbf的较大者小于所述参考电压vref时，所述补偿电压vcomp增大。

具体地，所述脉宽调制单元125受所述补偿电压vcomp的控制调整所述第一开关126及所述第二开关127的导通时间，以实现所述共用补偿的降压电路1的输出电压vout的恒定及通过所述负载15的输出电流iout的恒定。在本实施例中，所述输出电压vout满足如下关系式：其中，vout为输出电压，vfb为恒压输出时反馈电压校准点，为所述输出电压的分压电阻比值；输出电流iout满足如下关系式：其中，iout为输出电流，vcs为恒流输出时采样电压校准点，r16为所述输出电流的采样电阻。

更具体地，所述脉宽调制单元125的第一开关控制信号hs控制所述第一开关126，在每个周期内，根据所述补偿电压vcomp值的不同，所述第一开关控制信号hs会调整所述第一开关126的导通时间，两者存在正关系。所述脉宽调制单元125的第二开关控制信号ls控制所述第二开关127，所述第二开关控制信号ls与所述第一开关126及所述电感13的工作状态有关。所述第一开关126及所述第二开关127会形成两种电流回路：第一种回路，所述第一开关控制信号hs控制所述第一开关126导通且所述第二开关控制信号ls控制所述第二开关127断开时，所述电压输入模块11经所述第一开关126加压到所述电感13，lx端为高电平，vou所述第一开关126及所述电感13，然后再流经所述负载15及所述输出电流采样模块16，又回到所述电压输入模块11的地端；第二种回路，所述第一开关控制信号hs控制所述第一开关126关断后，因为所述电感13的续流特性，使得所述电感13两端的电压反转，vout端为高电平，lx端为低电平，电流逐渐减小，电流从地通过所述第二开关127到lx端并流入所述电感13，再经所述负载15及所述输出电流采样模块16回到地，当电流减小到零也就是lx端的电压与地相同时，所述第二开关控制信号ls控制所述第二开关127断关闭。即所述第一开关控制信号hs与所述第二开关控制信号ls控制所述第一开关126及所述第二开关127的特征为：所述第一开关126导通时，所述第二开关127关断；所述第二开关127仅在所述第一开关126关断而且lx电压低于地时才导通。

本发明的共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法通过对电流环路信号及电压环路信号进行处理，共用一路补偿网络，实现具有恒流恒压输出特性的降压转换，使得用外围补偿网络的元器件数量减半，当补偿网络内置于芯片内时能较多的缩减芯片面积。

综上所述，本发明提供一种共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法，包括：提供输入电压的电压输入模块；输出稳定电能的电感；负载；产生输出电流采样信号的输出电流采样模块；产生输出电压反馈信号的输出电压反馈模块；根据输出电流采样信号及输出电压反馈信号产生补偿电流，并受环路补偿模块的控制进行恒流恒压控制的恒流恒压控制模块；根据补偿电流产生相应的补偿电压的环路补偿模块。对输出电流及输出电压采样，获取输出电压反馈信号及输出电流采样信号，将所述输出电压反馈信号与所述输出电流采样信号在同一工作电压下的较大者与一参考电压进行比较，根据比较结果得到相应的共用补偿电压，以所述补偿电压对开关控制信号进行脉宽调制，进而控制输出恒压或恒流。本发明的共用补偿的恒流恒压控制模块、降压电路及补偿方法通过对电流环路信号及电压环路信号进行处理，共用一路补偿网络，实现具有恒流恒压输出特性的降压转换，使得作为外围补偿网络的元器件数量减半，当补偿网络内置于芯片内时能较多的缩减芯片面积。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。