一种恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法与流程

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法。

背景技术：

非隔离降压电路取代rc降压电路，已成为降压电路最常用的一种结构。通常情况下，非隔离降压电路为了减低成本，会采用三端器件做恒流降压应用。如图1所示，现有技术中的一种非隔离降压电路包括保险丝f1、整流模块11、输入电容cin、二极管d、电感l、输出电容cout、led灯串、第一电阻r1、第二电阻r2、恒流控制芯片12及供电滤波电容cvdd；所述恒流控制芯片12包括功率开关管q(三端器件)和恒流控制电路121。所述保险丝f1连接于所述整流模块11的输入端；所述输入电容cin并联于所述整流模块11的两端；所述二极管d的负极连接所述整流模块11的输出端、正极连接所述功率开关管q的漏端；所述输出电容cout的一端连接所述整流模块11的输出端、另一端通过所述电感l连接所述功率开关管q的漏端；所述led灯串并联于所述输出电容cout的两端；所述第一电阻r1连接于所述功率开关管q的源端和地之间；所述第二电阻r2并联于所述led灯串的两端；所述供电滤波电容cvdd连接于所述恒流控制芯片12及地之间。该电路包括一个控制芯片及九个外围元件(不包括led灯串)，外围元件的数量相对较多。

为了减少外围元件，现有技术中提出一种新的非隔离降压电路。所述非隔离降压电路包括整流模块11、输入电容cin、二极管d、电感l、led灯串、第一电阻r1、恒流控制芯片12及供电滤波电容cvdd；所述恒流控制芯片12包括功率开关管q(三端器件)和恒流控制电路121。所述输入电容cin并联于所述整流模块11的两端；所述二极管d的负极连接所述整流模块11的输出端、正极连接所述功率开关管q的漏端；所述led灯串的一端连接所述整流模块11的输出端、另一端通过所述电感l连接所述功率开关管q的漏端；所述第一电阻r1连接于所述功率开关管q的源端和地之间；所述供电滤波电容cvdd连接于所述恒流控制芯片12及地之间。该电路具有一个控制芯片及六个外围元件(不包括led灯串)，外围元件的数量相对较多有所减少，但是仍不能满足成本需求。

因此，如何进一步减小外围元件的数量，降低成本，简化外围电路的组装难度，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至少一个缺点，本发明的目的在于提供一种恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法，用于解决现有技术中非隔离降压电路的外围元件数量多，成本高，外围电路组装难度高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种恒流控制模块，所述恒流控制模块至少包括：

工作电压产生单元，第一开关管，续流二极管及开关控制单元；

所述工作电压产生单元连接输入电压，用于将所述输入电压转换为工作电压，为所述恒流控制模块中的各单元供电；

所述第一开关管的漏端接收负载的输出电流、源端连接电流采样信号、栅端连接所述开关控制单元的输出端，根据所述开关控制单元的输出信号控制所述第一开关管的导通和截止，进而控制所述输出电流恒流；

所述续流二极管的正极连接所述第一开关管的漏端、负端连接所述输入电压，用于提供续流通路；

所述开关控制单元连接所述第一开关管的漏端以获取电感的过零检测信号，并连接所述第一开关管的源端以获取所述电流采样信号，根据所述过零检测信号及所述电流采样信号产生所述第一开关管的开关控制信号。

优选地，所述第一开关管的漏端与所述续流二极管的正极之间还连接一检测电阻，所述检测电阻与所述续流二极管的连接节点与所述开关控制单元连接；所述检测电阻对流过所述续流二极管的电流进行检测。

更优选地，所述恒流控制模块采用桥堆封装。

更优选地，所述续流二极管采用第二开关管替换；所述开关控制单元连接所述第二开关管的控制端，控制所述第二开关管的导通和关断。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种非隔离降压电路，所述非隔离降压电路至少包括：

整流模块，负载，电感，采样电阻及上述恒流控制模块；

所述整流模块将交流信号转化为直流的输入电压；

所述负载连接于所述整流模块的输出端；

所述电感连接于所述负载的输出端及所述恒流控制模块中第一开关管的漏端，用于储能或续流；

所述采样电阻的一端连接所述第一开关管的源端、另一端接地，用于提供电流采样信号；

所述恒流控制模块连接所述整流模块及所述电感的输出端，并连接所述采样电阻，用于根据所述电感的过零检测信号及所述电流采样信号对所述负载进行恒流控制。

优选地，所述整流模块的两端还并联一输入电容。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种恒流控制方法，所述恒流控制方法至少包括：

初始阶段，第一开关管处于导通状态，电感处于储能状态，随着输入电压升高，电流采样信号不断增大，当所述电流采样信号达到预设值时关断第一开关管，所述第一开关管的导通时间确定；

所述电感开始放电，通过准谐振模式确定所述电感的去磁时间及所述准谐振模式的过零检测时间，完成一个工作周期，各工作周期内输出电流恒定。

优选地，采用高压供电技术将输入电压转换为工作电压以对内部进行供电。

优选地，通过续流二极管建立续流通路，当所述第一开关管导通时，所述续流二极管的负极电压高于正极电压，所述续流二极管截止，续流通路不存在；当所述第一开关管关断，且所述续流二极管的负极电压低于正极电压时，所述续流二极管导通，续流通路建立。

优选地，通过第二开关管建立续流通路，当所述第一开关管导通时，所述第二开关管关断，续流通路不存在；当所述第一开关管关断时，所述第二开关管导通，续流通路建立。

更优选地，所述恒流控制方法进一步包括：检测流过续流通路的电流，当流过续流通路的电流为零时，确定所述电感的去磁时间，直接导通所述第一开关管，所述电感开始储能，避免所述准谐振模式的过零检测时间对所述输出电流的影响。

更优选地，设定开路保护电压，当所述第一开关管的漏端电压大于所述开路保护电压，则关断所述第一开关管；所述开路保护电压满足以下关系：vovp＝l*il_pk/toff_min，其中，vovp为所述开路保护电压，l为所述电感，il_pk为所述电感的峰值电流，toff_min为所述电感的最小去磁时间。

优选地，当所述电流采样信号为零时，关断所述第一开关管，以对负载进行开路保护，预设时间之后重新开启开路保护检测。

如上所述，本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法，具有以下有益效果：

1.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法采用高压供电技术节省芯片工作电压的供电滤波电容。

2.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法将续流二极管集成到芯片内部，减少系统外围元件，降低系统成本。

3.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法检测二极管的电流来实现电感电流的过零检测并直接确定电感去磁时间以提高输出电流的精度。

4.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法以开关mosfet来替代二极管，以实现同步整流并提高系统效率。

5.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法采用桥堆封装方式封装恒流控制芯片，降低成本，同时保证散热及利于pcb走线。

6.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法检测电流采样信号或者用电感去磁时间实现led开路保护。

附图说明

图1显示为现有技术中的非隔离降压电路的一种结构示意图。

图2显示为现有技术中的非隔离降压电路的另一种结构示意图。

图3显示为本发明的非隔离降压电路的一实施例的结构示意图。

图4显示为本发明的非隔离降压电路的另一实施例的结构示意图。

图5显示为本发明的非隔离降压电路的另一实施例的结构示意图。

元件标号说明

11整流模块

12恒流控制芯片

121恒流控制电路

2非隔离降压电路

21整流模块

22恒流控制模块

221工作电压产生单元

222开关控制单元

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3～图5。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。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种非隔离降压电路2，所述非隔离降压电路2至少包括：

整流模块21，输入电容cin，负载，电感l，采样电阻rcs及恒流控制模块22。

如图3所示，所述整流模块21将交流信号ac转化为直流的输入电压vin。

具体地，所述整流模块21为整流桥，包括并联的两组二极管组，各二极管组包括串联的两个二极管，所述交流信号ac的两极分别连接于各二极管组的两个二极管之间。

如图3所示，所述输入电容cin并联于所述整流模块21的两端，用于稳定所述输入电压vin。

具体地，所述输入电容cin的上极板连接所述输入电压vin、下极板接地。

如图3所示，所述负载连接于所述整流模块21的输出端。

具体地，在本实施例中，所述负载为led灯串，所述led灯串接收电能并发光。

如图3所示，所述电感l连接于所述负载的输出端及所述恒流控制模块22之间，用于储能或续流。

具体地，在本实施例中，所述电感l的一端连接所述负载的输出端，另一端连接所述恒流控制模块22的开关端sw。

如图3所示，所述采样电阻rcs的一端连接所述恒流控制模块22、另一端接地，用于提供电流采样信号vcs。

具体地，所述采样电阻rcs的一端连接所述恒流控制模块22的采样端cs、另一端接地，所述采样电阻rcs采集流过所述负载的电流isense，并将电流isense转化为电流采样信号vcs。

如图3所示，所述恒流控制模块22连接所述整流模块21及所述电感l的输出端，并连接所述采样电阻rcs，用于根据所述电感l的过零检测信号zcd及所述电流采样信号vcs对所述负载进行恒流控制。

具体地，所述恒流控制模块22的高压端hvin连接所述整流模块21的输出端，所述恒流控制模块22的开关端sw连接所述电感l的输出端，所述恒流控制模块22的采样端cs连接所述采样电阻rcs，所述恒流控制模块22的参考地端gnd接地。

具体地，所述恒流控制模块22包括工作电压产生单元221，第一开关管q1，续流二极管d及开关控制单元222。

更具体地，所述工作电压产生单元221连接所述输入电压vin，所述工作电压产生单元221采用高压供电技术将所述输入电压vin(高压)转换为工作电压vdd(低压)，为所述恒流控制模块22中的各单元供电，可节省现有技术中的供电滤波电容。

更具体地，在本实施例中，所述第一开关管q1为nmos管。所述第一开关管q1的漏端接收负载的输出电流iout、源端连接所述电流采样信号vcs、栅端连接所述开关控制单元222的输出端，根据所述开关控制单元222的输出信号控制所述第一开关管q1的导通和截止，进而控制所述输出电流iout恒流。

更具体地，所述续流二极管d的正极连接所述第一开关管q1的漏端、负端连接所述输入电压vin，用于提供续流通路。

更具体地，所述开关控制单元222连接所述第一开关管q1的漏端以获取所述电感l的过零检测信号zcd，并连接所述第一开关管q1的源端以获取所述电流采样信号vcs，根据所述过零检测信号zcd及所述电流采样信号vcs产生所述第一开关管q1的开关控制信号。同时，所述开关控制单元222根据所述电流采样信号vcs实现开路保护，当所述电流采样信号vcs为零时，所述开关控制单元222控制所述第一开关管q1关断。

更具体地，所述恒流控制模块222采用桥堆封装，与所述整流模块21的封装方式相同，可有效降低封装成本，同时保证散热及利于pcb走线。

本实施例的非隔离降压电路2通过所述电感l的过零检测信号zcd及所述电流采样信号vcs对所述第一开关管q1进行开关控制，以实现流过led灯串的电流的恒流。采用高压供电技术提供所述恒流控制模块222的工作电压vdd，可节省供电滤波电容；同时将所述续流二极管d内置于所述恒流控制模块222中，在不增加所述恒流控制模块222引脚的基础上减少外围器件的数量；外围器件的数量减少至4个(不包括led灯串)，大大降低系统成本。本实施例的非隔离降压电路2还利用所述电流采样信号vcs实现led灯串的开路保护，在不增加外围器件及检测信号的基础上实现更全面的功能。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种非隔离降压电路2，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例的所述第一开关管q1的漏端与所述续流二极管d的正极之间还连接一检测电阻r。

具体地，如图4所示，所述检测电阻r与所述续流二极管d的连接节点与所述开关控制单元222连接。所述检测电阻r对流过所述续流二极管d的电流进行检测，并将检测到的信号输出到所述开关控制单元222，当流过所述流二极管d的电流为零时，所述电感l上的电流刚好过零，所述开关控制单元222可据此直接获取所述电感l的去磁时间toff，以此避免准谐振模式下的过零检测时间tqr对输出电流iout的影响，进而提高输出电流iout的精度。本实施例的非隔离降压电路2的其他模块及器件的连接关系及原理与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

本实施例提供一种非隔离降压电路2，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例采用第二开关管q2替换实施例一中的所述续流二极管d。

具体地，所述第二开关管q2的漏端连接所述整流模块21的输出端，源端连接所述第一开关管q1的漏端，栅端连接所述开关控制单元222，通过所述开关控制单元222控制所述第二开关管q2，以实现同步整流，提高系统整体效率。本实施例的非隔离降压电路2的其他模块及器件的连接关系及原理与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种非隔离降压电路2，本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例采用第二开关管q2替换实施例二中的所述续流二极管d。

具体地，所述第二开关管q2的漏端连接所述整流模块21的输出端，源端连接所述检测电阻r，栅端连接所述开关控制单元222，所述开关控制单元222根据获取所述电感l的去磁时间toff直接控制所述第一开关管q1及所述第二开关管q2的开关，进一步提高系统整体效率。本实施例的非隔离降压电路2的其他模块及器件的连接关系及原理与实施例二相同，在此不一一赘述。

实施例五

本发明还提供一种恒流控制方法，在本实施例中基于所述非隔离降压电路2实现，如图3～图5所示，所述恒流控制方法包括：

初始阶段，所述第一开关管q1处于导通状态，所述整流模块21提供输入电压vin，所述电感l处于储能状态。随着所述输入电压vin的升高，所述电流采样信号vcs不断增大，当所述电流采样信号vcs达到预设值时，所述开关控制单元222控制所述第一开关管q1关断，进而确定所述第一开关管q1的导通时间ton及所述电感l的电流il。

所述第一开关管q1关断后，所述电感l开始放电，通过准谐振模式确定所述电感l的去磁时间toff及所述准谐振模式的过零检测时间tqr，所述开关控制单元222根据所述电感l的去磁时间toff及所述准谐振模式的过零检测时间tqr控制所述第一开关管q1导通，完成一个工作周期，各工作周期内所述输出电流iout恒定。

具体地，本实施例中采用高压供电技术将所述输入电压vin转换为所述恒流控制模块22的工作电压vdd，以为所述恒流控制模块22中的各单元供电。

具体地，作为本实施例的一种实施方式，通过续流二极管d建立续流通路，当所述第一开关管q1导通时，所述续流二极管d的负极电压高于正极电压，所述续流二极管d截止，续流通路不存在，所述整流模块21输出的输入电压vin供电；当所述第一开关管q1关断，且所述续流二极管d的负极电压低于正极电压时，所述续流二极管d导通，续流通路建立，所述电感l供电，形成led灯串-电感l-续流二极管d的回路。作为本实施例的另一种实施方式，可通过第二开关管q2建立续流通路，当所述第一开关管q1导通时，所述第二开关管q2关断，续流通路不存在，所述整流模块21输出的输入电压vin供电；当所述第一开关管q1关断时，所述第二开关管q2导通，续流通路建立，所述电感l供电，形成led灯串-电感l-第二开关管q2的回路。

具体地，所述恒流控制方法进一步包括：基于所述检测电阻r检测流过续流通路的电流(流过所述续流二极管d或所述第二开关管q2的电流)，当流过续流通路的电流为零时，确定所述电感l的去磁时间toff，直接导通所述第一开关管q1(关断所述第二开关管q2)，所述输入电压vin供电，所述电感l开始储能，避免所述准谐振模式的过零检测时间tqr对所述输出电流iout的影响。在现有技术中，所述电感l的去磁时间toff不能直接确定，只能通过准谐振模式获得所述电感l的去磁时间toff与所述准谐振模式的过零检测时间tqr的和，由于所述准谐振模式的过零检测时间tqr相对于所述电感l的去磁时间toff比较小，对所述准谐振模式的过零检测时间tqr忽略不计。因此，现有技术中的所述电感l的去磁时间toff以所述电感l的去磁时间toff与所述准谐振模式的过零检测时间tqr的和确定，输出电流iled＝il*(ton+toff)/(ton+toff+tqr)，认为led输出电流保持恒定，实际存在一定误差。本实施例中的可直接获取所述电感l的去磁时间toff，避免避免所述准谐振模式的过零检测时间tqr对所述输出电流iout的影响，所述输出电流iout的精度大大提高。

具体地，作为本实施例的一种实施方式，通过设定开路保护电压vovp实现led灯串的开路保护，当所述第一开关管q1的漏端电压大于所述开路保护电压vovp，则关断所述第一开关管q1；所述开路保护电压vovp满足以下关系：vovp＝l*il_pk/toff_min，其中，il_pk为所述电感的峰值电流，toff_min为所述电感的最小去磁时间。作为本实施例的一种实施方式，通过所述电流采样信号vcs实现led灯串的开路保护，当所述电流采样信号vcs为零时，所述恒流控制模块22控制所述第一开关管q1关断，以对led灯串进行开路保护，经过预设时间之后重新开启开路保护检测。

本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法，具有以下有益效果：

1.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法采用高压供电技术节省芯片工作电压的供电滤波电容。

2.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法将续流二极管集成到芯片内部，减少系统外围元件，降低系统成本。

3.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法检测二极管的电流来实现电感电流的过零检测并直接确定电感去磁时间以提高输出电流的精度。

4.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法以开关mosfet来替代二极管，以实现同步整流并提高系统效率。

5.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法采用桥堆封装方式封装恒流控制芯片，降低成本，同时保证散热及利于pcb走线。

6.本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法检测电流采样信号或者用电感去磁时间实现led开路保护。

综上所述，本发明提供一种恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法，包括：将交流信号转化为直流的输入电压的整流模块；负载；电感；提供电流采样信号的采样电阻；以及根据电感的过零检测信号及电流采样信号对负载进行恒流控制的恒流控制模块。初始阶段，第一开关管处于导通状态，电感处于储能状态，随着输入电压升高，电流采样信号不断增大，当所述电流采样信号达到预设值时关断第一开关管，所述第一开关管的导通时间确定；所述电感开始放电，通过准谐振模式确定所述电感的去磁时间及所述准谐振模式的过零检测时间，完成一个工作周期，各工作周期内输出电流恒定。本发明的恒流控制模块、非隔离降压电路及恒流控制方法采用高压供电技术节省芯片工作电压的供电滤波电容；将续流二极管集成到芯片内部，减少系统外围元件，降低系统成本；检测二极管的电流来实现电感电流的过零检测并直接确定电感去磁时间以提高输出电流的精度；以开关mosfet来替代二极管，以实现同步整流并提高系统效率；采用桥堆封装方式封装恒流控制芯片，降低成本，同时保证散热及利于pcb走线；检测电流采样信号或者用电感去磁时间实现led开路保护。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。