[发明专利]平均电流模式控制的恒流源系统及其控制方法

权利要求书

1.一种平均电流模式控制的恒流源系统，其特征在于，所述恒流源系统包括与外接负载串接的电感(L1)和采样电阻(RCS)，与负载、电感(L1)和采样电阻(RCS)并联的续流二极管(D1)，以及用来控制电感充电和放电状态的功率开关；

所述恒流源系统还包括误差放大器，环路补偿单元，第一电压电流转换器，振荡器，PWM调制单元，锁存触发单元，驱动单元，以及与误差放大器正向输入端和基准源(VREF)相连的第一电阻(R1)、与误差放大器反向输入端和采样电阻一端相连的第二电阻(R2)；

所述PWM调制单元包括第二电压电流转换器，开关(K1)，电容(C1)，第二基准源(VREF1)，以及PWM比较器；

所述第一电压电流转换器的输出端分别与误差放大器的正向输入端和反向输入端相连；误差放大器的正向输入端通过第一电阻(R1)连接到基准源(VREF)，误差放大器的反向输入端通过第二电阻(R2)与采样电阻的一端相连；

所述误差放大器的输出端与环路补偿单元输入端相连，环路补偿单元输出端与第一电压电流转换器输入端相连，同时还与PWM调制单元中第二电压电流转换器的输入端相连，PWM调制单元输出端与锁存触发单元的一个输入端相连，锁存触发单元的另一个输入端与振荡器相连，锁存触发单元的输出端与驱动单元的输入端相连，驱动单元输出端与功率开关的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的平均电流模式控制的恒流源系统，其特征在于：

所述第一电压电流转换器用以将环路补偿单元输出的电压信号按照设定函数关系转换为电流信号；

所述PWM调制单元用以产生PWM调制信号，和振荡器、锁存触发单元一起控制功率开关开通和关断的占空比。

3.根据权利要求1所述的平均电流模式控制的恒流源系统，其特征在于：

所述环路补偿单元为电容，或为串接的电容和电阻，或为电容和电阻组成的网络，或为集成运算放大器和电阻电容组成的网络；

所述锁存触发单元为锁存触发单元或D触发器或JK触发器；所述功率开关为场效应管或双极晶体管。

4.根据权利要求1所述的平均电流模式控制的恒流源系统，其特征在于：

所述PWM调制单元的PWM比较器正向输入端与其负向输入端之间并联有开关(K1)及电容(C1)，开关(K1)及电容(C1)并联后与第二基准源(VREF1)串联；

功率开关(M1)导通时间T_on内，电感(L1)中的电流开始上升，功率开关(M1)关闭时间T_off内，电感(L1)中的电流通过负载和二极管(D1)、采样电阻(RCS)续流，电感电流(IL)下降；采样电阻(RCS)和电感(L1)串联，采样电阻(RCS)上的电流等于电感(L1)上的电流；

第二电压电流转换器将环路补偿单元输出电压信号按照设定函数关系转换成电容(C1)的充电电流(IRAMP)，开功率开关(M1)关闭时，开关(K1)断开，充电电流(IRAMP)开始对电容(C1)充电，在充电电流(IRAMP)的作用下，电容(C1)上面产生一个斜坡电压信号(VRAMP)，当电容(C1)上的斜坡电压信号(VRAMP)高于第二基准源(VREF1)的电压时，PWM调制单元输出高电平，锁存触发单元输出高电平，功率开关(M1)控制端信号VDRV变为高电平，功率开关(M1)导通，输入电压(VIN)开始对电感(L1)充电，电感电流(IL)开始上升，同时开关(K1)导通，电容(C1)通过开关(K1)放电到接地端；

振荡器输出脉冲信号(CLK)，当振荡器脉冲信号发生时，锁存触发单元输出低电平，功率开关(M1)控制端信号(VDRV)变为低电平，功率开关(M1)关闭；电感(L1)上的电流下降；同时开关(K1)断开，充电电流(IRAMP)又开始对电容(C1)充电，当斜坡电压信号(VRAMP)高于第二基准源(VREF1)的电压时，PWM调制单元输出高电平，功率开关(M1)开启，直到振荡器输出下一个脉冲信号，功率开关(M1)再次关闭，如此循环，振荡器发出的脉冲频率决定系统的工作频率；同时充电电流(IRAMP)决定了功率开关(M1)导通和关断的占空比，即决定了电感(L1)中流过的电流的上升时间和下降时间；

采样电阻(RCS)和电感(L1)串接，采样电阻(RCS)流过电感(L1)中的电流，并将电流转换成电压信号(VCS)；电压信号(VCS)通过第二电阻(R2)输入到误差放大器的反向输入端，基准源(VREF)通过第一电阻(R1)输入到误差放大器的正向输入端，误差放大器的输出信号经过环路补偿单元产生误差信号(VEA)，误差信号(VEA)通过第一电压电流转换器产生二个电流信号，分别是第一电流信号(IF1)和第二电流信号(IF2)；第一电流信号(IF1)流入到误差放大器的正向输入端与第一电阻(R1)一端相连接的抽头，第二电流信号(IF2)流入到误差放大器的反向输入端与第二电阻(R2)一端相连接的抽头；

第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、误差放大器、环路补偿单元和第一电压电流转换器形成第一负反馈环路(F1)；第二电阻(R2)、误差放大器、环路补偿单元和PWM调制单元、锁存触发单元、驱动单元、功率开关(M1)、采样电阻形成第二负反馈环路(F2)，两个负反馈环路共同产生作用，使得误差放大器的正向输入端电压(VP)的平均值无限接近于误差放大器反向输入端电压(VN)，通过反向输入端电压(VP)信号平均值表征采样电阻RCS上面电压VCS的平均，用以实现平均电流模式控制。