[实用新型]连续导通电流模式恒流驱动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及开关电源系统，尤其涉及一种用于恒流驱动的开关电源系统，更具体地说，是一种连续导通电流模式恒流驱动控制系统。

背景技术

开关电源是一种电压转换电路，主要用于升压和降压，并广泛应用于现代电子产品中。例如发光二极管(LED)光源普遍使用开关电源作为其供电电源。

降压(Buck)恒流驱动是目前主流的LED驱动方式。这种驱动方式具有结构简单，生产成本低，易于加工等优点。图1示例传统的降压型临界导通模式(Boundary Conduction Mode,BCM)LED恒流驱动系统的原理图。如图1所示，恒流驱动系统100由一个输入整流器110、一个降压恒流驱动级120及输出负载130三部分构成。输入整流器110由二极管D1、D2、D3和D4组成。降压恒流驱动级120由一个输入电容Cin、一个恒流控制器121、一个供电电阻R1、一个供电电容Cc、一个电流采样电阻Rs、一个功率开关M1、一个续流二极管Dx、一个功率电感L以及一个输出电容Co构成。恒流控制器121包括电源发生器1211、基准源1212、限流比较器1213、过零检测器1214和PWM逻辑1215。

如图1所示，交流(AC)输入电压首先通过输入整流器110整流，并经过输入电容Cin滤波后形成降压型恒流驱动级120的输入电压。恒流控制器121通过控制功率开关M1实现能量向输出负载传递。电流采样电阻Rs采样流过功率电感L的峰值电流，来控制功率开关M1的关断，从而控制流过功率电感L的峰值电流；而功率开关管M1的漏(Drain)端电压，被其自身的栅漏寄生电容Cgd所采样，并通过过零检测器1214检测出电感电流的过零点来控制功率开关M1的导通。因此，这种控制方式导致降压恒流驱动级120工作在BCM模式，即电感电流(也是流过输出负载130的电流)从一个预先设定的峰值和零之间周期性变化，从而实现恒流输出的目的。

图2示例了上述恒流控制方式的时序图。如图2所示，当PWM信号变为高电平，功率开关M1导通，功率电感L开始励磁，其电流逐渐升高。当电流采样电阻Rs上的采样电压Vcs达到限流比较器1213的阈值Vth时，限流比较器1213输出峰值检测信号OCP到PWM逻辑1215，控制PWM信号变低，功率开关M1截止。功率开关M1截止后，功率电感L开始退磁，其电流逐渐减小。当退磁结束时，功率电感L的电流减小到零，功率开关M1的漏端电压开始谐振。如图2所示，在电感电流的过零点，漏端电压出现斜率突变，该电压信号被图1中功率开关M1的栅漏寄生电容Cgd所采样，该电压采样信号通过恒流控制器121的GATE引脚输入恒流控制器121内部的过零检测器1214。过零检测器1214检测到电感电流过零点，并输出一个过零检测信号ZCS到PWM逻辑1215，控制功率开关M1导通。综上所述，在这种控制方式下，电感电流在峰值Ip和零之间周期变化，系统工作在BCM模式，输出平均电流等于峰值电流Ip的1/2，其中峰值电流Ip等于限流比较器1213的阈值电压Vth除以电流采样电阻的阻值Rs。

如上控制方式是目前主流的恒流驱动控制方式，例如上海莱狮半导体科技有限公司的恒流驱动芯片LIS8411B，LIS8411C即采用了上述的控制方式实现LED的恒流驱动。

在LED照明系统中，以上这种驱动方式也存在有一些固有的不足之处，主要包括：1、峰值电流比较大，导致功率开关导通损耗比较高；2、电感的纹波电流大，因此LED负载需要并联滤波电容，以降低电流纹波，因此增加了额外的成本；3、恒流控制器需要专门的供电电容，也增加了系统成本。

除了上述BCM模式的恒流驱动系统外，也有一些采用连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)的恒流驱动系统，例如，MICROCHIP公司的芯片HV9921/2/3，华润矽微科技(上海)有限公司的芯片PT4207都可以用于控制CCM的恒流驱动系统。

以HV9921/2/3芯片为例，如图3所示，其采用的控制方式是功率开关M1的关断时间被限定为恒定值，功率电感L的峰值电流被限定为恒定值。在这种控制方式下，适当选取功率电感L的感量，并且在恒定输出电压下可以使电路工作在CCM模式下，且得到一个固定的输出电流。其输出电流为：