本发明属于电照明领域，特别涉及一种拓扑恒流控制装置和方法。
背景技术
开关电源拓扑中，一个很重要的拓扑结构为升压拓扑，此拓扑结构不仅广泛应用于高压ac/dc类应用，亦在中低压直流输入dc/dc类中得到大范围的使用，特别在中低压升压恒流方面(led驱动)得到广泛应用，比如在电池类输入时、或者灯串较多时，均需要使用到此种拓扑结构；且随着led市场的逐渐普及及广泛应用，中低压升压恒流控制也跟着出现迅猛增长的势头。
传统的升压恒流拓扑系统，采用通用的升压拓扑结构，系统外围所需元件较多，同时内部反馈设计较为复杂，且需要额外的补偿电容或补偿网络，不仅增加了设计难度(包括电路设计难度和外围补偿设计难度)，且增加系统成本，限制了此类应用的普及推广。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可在外围省掉一个电流取样电阻的一种拓扑恒流控制装置和方法。
本发明的另外一个目的则在于提供一种拓扑恒流控制装置和方法，该方法还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络，节约成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
本发明提供一种拓扑恒流控制装置，该装置包括有升压拓扑恒流控制系统，所述升压拓扑恒流控制系统包括有升压拓扑恒流控制部分和基础部分，所述基础部分包括有电感、续流二极管、旁路电容、输出电容、led输出负载、取样电阻、芯片电容和功率开关管；所述升压拓扑恒流控制部分包括有升压芯片、过压保护电阻和芯片电阻；所述升压芯片包括有vdd、ovp、drv、cs、adj和vss引脚；所述电感的一端接于输入电压源，所述电感的另一端接于所述功率开关管的漏极，所述功率开关管的栅极接所述升压芯片的drv引脚；所述芯片电阻一端接于输入电压源与所述电感之间，另一端接于所述升压芯片的vdd引脚；所述续流二极管的正极接于所述电感和所述功率开关管之间，所述续流二极管的负极接于所述输出电容的正极；所述芯片电容接于所述升压芯片的vdd引脚和vss引脚之间，所述升压芯片的vss引脚接地；所述旁路电容的正极接于所述输入电压源与所述芯片电阻之间，其负极接地；所述升压芯片的ovp引脚通过所述过压保护电阻接于输出电容的正极；所述led输出负载的阳极接于所述功率开关管的负极；所述输出电容的负极、所述led输出负载的阴极、所述功率开关管的源极和所述升压芯片的cs引脚均通过所述取样电阻接地。该装置不但可在外围省掉一个电流取样电阻，还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络；通过本装置的外围系统方案而设计的内部控制电路，具有结构简单，稳定性强，同时可省去外围补偿电容，节约系统成本。
当系统开始工作时，计算输出电流的公式为：
iout＝iin*(1-d)＝il1*(1-d)
其中iin:输入电流；d:系统开关占空比；il1:电感电流。
当系统工作稳定后，计算输出电流的公式为：
其中vcs:取样电压；rcs:取样电阻；vref:芯片内部基准参考电压。
所述装置还包括有升降压拓扑恒流控制系统，所述升降压拓扑恒流控制系统包括有升降压拓扑恒流控制部分和基础部分；所述基础部分包括有电感、续流二极管、旁路电容、输出电容、led输出负载、取样电阻、芯片电容和功率开关管；所述升降压拓扑恒流控制部分包括有升降压芯片；所述升降压芯片包括有vdd、vin、csn、drv、adj和vss引脚；所述芯片电容接于所述升降压芯片的vdd引脚和vss引脚之间；所述取样电阻接于所述升降压芯片的vin引脚和csn引脚之间；所述电感的一端接于所述升降压芯片的csn引脚，其另一端接于所述功率开关管的漏极，所述功率开关管接于所述升降压芯片的drv引脚，所述续流二极管的正极接于所述电感和功率开关管之间，所述续流二极管的负极接于所述输出电容的正极，所述led输出负载的阳极接于所述输出电容的正极，所述led输出负载的阴极接于所述输出电容的负极，所述旁路电容接于电源输入端的正极和负极之间，且所述旁路电容的正极还接于所述取样电阻与所述升降压芯片的vin引脚之间，所述输出电容的负极接于所述旁路电容和所述取样电阻之间，所述功率开关管的源极和所述升降压芯片的vss引脚接地。该系统的芯片内部均是通过检测电感电流的变化，进而通过评估运算得出输出电流，控制驱动开关使得系统稳定。
所述升降压恒流系统，当所述升降压恒流系统的升降压芯片得到信号后，计算输出电流的公式为：
其中:il1:电感电流；d:系统开关占空比；vcs:取样电压；rcs:取样电阻；vref:芯片内部基准参考电压。
一种拓扑恒流控制方法，所述方法包括有升压芯片内部控制逻辑，所述逻辑通过所述升压芯片cs引脚检测到电感电流的大小，对其进行比例放大，通过放大后的信号计算输出电流大小，以此进入输出电流评估控制模块，通过简单的补偿网络，即可进入比较器及其后面的控制逻辑部分，达到对输出电流的稳定控制。该逻辑通过检测本系统的外围方案，进而检测电感电流，控制输出电流，使得输出达到恒流的效果；起到了简化芯片设计的作用，同时提高了芯片及系统的稳定性，以及通过应用本方法提出的方案，简化了系统外围，节约了系统成本，提高了系统可靠性。
当系统开始工作时，输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
iout＝iin*(1-d)＝il1*(1-d)
其中iin:输入电流；d:系统开关占空比；il1:电感电流。
当系统工作稳定后，输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
其中vcs:取样电压；rcs:取样电阻；vref:芯片内部基准参考电压。
所述升降压恒流系统，当所述升降压芯片得到信号后，输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
通过应用本发明的拓扑恒流控制方法，可有效提高系统的稳定性及可靠性，同时简化了芯片方案及外围方案，节约了系统成本等，这些改进均具有重大意义。
本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明当中，拓扑恒流控制装置和方法不但可在外围省掉一个电流取样电阻，还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络；通过本装置的外围系统方案而设计的内部控制电路，具有结构简单，稳定性强，同时可省去外围补偿电容，节约系统成本。
附图说明
图1是现有技术传统的升压恒流拓扑架构图。
图2是本发明升压拓扑恒流控制系统电路图。
图3是本发明升降压拓扑恒流控制系统电路图。
图4是本发明芯片内部控制逻辑图。
图5是本发明输入驱动pwm波形及电感电流波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
参见图1所示，传统的dc/dc类升压恒流控制沿用了通用的升压拓扑结构改变而来，如下图所示。此拓扑结构通过电感l1、开关mos管q1以及续流二极管d1形成传统的升压拓扑架构，即可实现从输入到输出的升压形势；升压完成后，电压在输出电容cout上实现稳压，稳压后即可在输出负载led上形成直流电流，其电流流过电阻rfb后，便会获得fb引脚电压，此电压被芯片获得后，通过调节内部补偿电压值，进而控制cs引脚电压峰值，即输入电感电流能量值，如此输出电压便会随之改变；稳定后，fb引脚电压值便会达到预期值，而fb电压值即标志着输出电流达到预期值，从而形成了一条稳定的反馈环路。
传统技术的缺点在于：通用的升压恒流拓扑结构，外围元件较多，成本相对较高，且系统补偿设计及其他元件参数设计，具有一定的设计难度，限制了此类应用的普及推广。
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可在外围省掉一个电流取样电阻的拓扑恒流控制装置和方法。
本发明的另外一个目的则在于提供一种拓扑恒流控制装置和方法，该装置可以省掉至少一个电容的外部补偿网络，节约成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
参见图2所示，本发明提供一种拓扑恒流控制装置，该装置包括有升压拓扑恒流控制系统，升压拓扑恒流控制系统包括有升压拓扑恒流控制部分和基础部分，基础部分包括有电感l1、续流二极管d1、旁路电容cin、输出电容cout、led输出负载、取样电阻rcs、芯片电容cdd和功率开关管q1；升压拓扑恒流控制部分包括有升压芯片、过压保护电阻r1和芯片电阻rdd；升压芯片包括有vdd、ovp、drv、cs、adj和vss引脚；电感l1的一端接于输入电压源，电感l1的另一端接于功率开关管q1的漏极，功率开关管q1的栅极接升压芯片的drv引脚；芯片电阻rdd一端接于输入电压源与电感l1之间，另一端接于升压芯片的vdd引脚；续流二极管d1的正极接于电感l1和功率开关管q1之间，续流二极管d1的负极接于输出电容cout的正极；芯片电容cdd接于升压芯片的vdd引脚和vss引脚之间，升压芯片的vss引脚接地；旁路电容cin的正极接于输入电压源与芯片电阻rdd之间，其负极接地；升压芯片的ovp引脚通过过压保护电阻r1接于输出电容cout的正极；led输出负载的阳极接于功率开关管q1的负极；输出电容cout的负极、led输出负载的阴极、功率开关管q1的源极和升压芯片的cs引脚均通过取样电阻rcs接地。该装置不但可在外围省掉一个电流取样电阻rfb，还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络；通过本装置的外围系统方案而设计的内部控制电路，具有结构简单，稳定性强，同时可省去外围补偿电容，节约系统成本。
从图中可以看出，本装置在传统的升压拓扑架构基础上，即可在外围实现省掉一个电流取样电阻rfb；同时通过后面控制原理分析我们可以看到本实现装置无需外部补偿，因此又可以省掉至少一个电容外部补偿网络；通过对比图1和图2可以发现，图1中所示芯片至少需要8个引脚封装的sop8封装，而通过本专利可实现使用仅需6个引脚的sot23-6小封装，如此对于实际应用中布板具有特别重大意义，特别是小的布板pcb布局！
该装置不但可在外围省掉一个电流取样电阻rfb，还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络；通过本装置的外围系统方案而设计的内部控制电路，具有结构简单，稳定性强，同时可省去外围补偿电容，节约系统成本！
参见图3所示，本装置还包括有升降压拓扑恒流控制系统，升降压拓扑恒流控制系统包括有升降压拓扑恒流控制部分和基础部分；基础部分包括有电感l1、续流二极管d1、旁路电容cin、输出电容cout、led输出负载、取样电阻rcs、芯片电容cdd和功率开关管q1；升降压拓扑恒流控制部分包括有升降压芯片；升降压芯片包括有vdd、vin、csn、drv、adj和vss引脚；芯片电容cdd接于升降压芯片的vdd引脚和vss引脚之间；取样电阻rcs接于升降压芯片的vin引脚和csn引脚之间；电感l1的一端接于升降压芯片的csn引脚，其另一端接于功率开关管q1的漏极，功率开关管q1接于升降压芯片的drv引脚，续流二极管d1的正极接于电感l1和功率开关管q1之间，续流二极管d1的负极接于输出电容cout的正极，led输出负载的阳极接于输出电容cout的正极，led输出负载的阴极接于输出电容cout的负极，旁路电容cin接于电源输入端的正极和负极之间，且旁路电容cin的正极还接于取样电阻rcs与升降压芯片的vin引脚之间，输出电容cout的负极接于旁路电容cin和取样电阻rcs之间，功率开关管q1的源极和升降压芯片的vss引脚接地。
参见图4所示，一种拓扑恒流控制方法，方法包括有升压芯片内部控制逻辑，逻辑通过升压芯片cs引脚检测到电感电流的大小，对其进行比例放大，通过放大后的信号计算输出电流大小，以此进入输出电流评估控制模块，通过简单的补偿网络，即可进入比较器及其后面的控制逻辑部分，达到对输出电流的稳定控制。该逻辑通过检测本系统的外围方案，进而检测电感电流，控制输出电流，使得输出达到恒流的效果；起到了简化芯片设计的作用，同时提高了芯片及系统的稳定性，以及通过应用本方法提出的方案，简化了系统外围，节约了系统成本，提高了系统可靠性。
参见图2-5所示，芯片启动后，控制功率开关管q1导通，同时检测cs引脚上的电压，此时电感电流逐渐上升以储存能力，同时电流通过取样电阻rcs形成cs引脚电压，进入芯片经过信号放大后，通过芯片内部处理获得输出电流的信息，进而把此信息送入误差放大器，误差放大器的输出经过补偿网络后，得到一个控制电平；通过此控制电平与电流信号进行比较，得到逻辑信号，由此可控制功率开关管q1关断时间，使得输出达到平衡稳定。
当系统开始工作时，芯片通过cs引脚得到电感电流信号vcs；然后芯片通过其驱动drv引脚前级逻辑部分得到此开关电源系统的pwm信号；
根据升压控制系统电感l1的伏秒平衡原理
l*δi＝(vout-vin)*toff＝vin*ton
由此可以推导出
vout＝vin*(ton+toff)/toff
令d＝ton/(ton+toff)
则vout＝vin/(1-d)
其中vin为系统输入电压，vout为系统输出电压；
据能量守恒原理，可以得出：
输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
iout＝iin*(1-d)＝il1*(1-d)
其中iin:输入电流；d:系统开关占空比；il1:电感电流。
当系统工作稳定后，输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
其中vcs：取样电压；rcs：取样电阻；vref：芯片内部基准参考电压。
此公式亦可由电感电流波形以及输出电流波形直观得出，通过前面的分析，可以得到输入il1的取样信号vcs，芯片通过对此信号进行取样放大，并按照芯片的驱动信号得到的pwm信号取反，然后截取取样信号vcs，即可得到vcs*(1-d)的输入波形；如图4和图5所示，通过截取电感电流波形il1的阴影部分io，并取其平均值，即可得到输出电流值；且输出负载led部分有cout电容，对输出电流进行滤波，因此输出电流可以得到一个平滑的输出电流曲线。
芯片通过设计使得vcs*(1-d)的输入波形经过整形后送入误差放大器，并控制系统导通时间，通过新型升压恒流拓扑控制系统调整输出电流，稳定时，vcs*(1-d)值为恒定的内部设定值。
vcs*(1-d)＝vref
当系统工作稳定后，通过设置合适的电感电流取样电阻rcs，即可使得输出负载led上电流为所需的电流值。
其中vref：芯片内部基准参考电压并保持恒定不变；rcs：外部设定值。
在升降压恒流系统中，通过芯片vin引脚和csn引脚之间的压差取样，得到电感电流il1的取样信号：
vcs＝vvin-vcsn
当升降压芯片得到vcs信号后，即可送入芯片并对输出电流进行评估运算，亦如图3中所示，最终使得输出电流恒定，输出电流评估控制计算输出电流的公式为：
参照图2与图3，不难发现，芯片内部均是通过检测电感电流的变化，进而通过评估运算得出输出电流，控制驱动开关使得系统稳定；其相关技术细节不尽相同，此处不再赘述。
由以上分析可以得出，通过应用本发明的拓扑恒流控制方法，可有效提高系统的稳定性及可靠性，同时简化了芯片方案及外围方案，节约了系统成本等，这些改进均具有重大意义。
本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明当中，拓扑恒流控制装置和方法不但可在外围省掉一个电流取样电阻，还可以省掉至少一个电容的外部补偿网络；通过本装置的外围系统方案而设计的内部控制电路，具有结构简单，稳定性强，同时可省去外围补偿电容，节约系统成本。
以上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。