本發(fā)明涉及集成電路設計領域，特別是涉及一種充電電容時分復用電路及開關恒流源電流控制方法。

背景技術：

開關恒流源是通過開關的控制使輸出電流不因負載或輸出電壓變化而變化，輸出電流基本保持不變的電流源。峰值電流模式開關恒流源轉換器是現(xiàn)有技術中比較常見的開關恒流源，其系統(tǒng)結構如圖1所示，峰值電流模式開關恒流源轉換器1包括輸出電容C_OUT，所述輸出電容C_OUT的上極板作為正向電壓輸出端V_OUT+、下極板作為反向電壓輸出端V_OUT-，所述輸出電容C_OUT的上極板連接輸入電壓V_IN、下極板連接電感L；所述電感L的另一端連接續(xù)流二極管D1的陽極，所述續(xù)流二極管D1的陰極連接所述輸入電壓V_IN；功率開關管M0的漏端連接于所述電感L及所述續(xù)流二極管D1之間，所述功率開關管M0的源端經過采樣電阻R3后連接到系統(tǒng)的參考地；檢測電路11的輸入端連接于所述功率開關管M0及所述采樣電阻R3之間，所述檢測電路11的輸出端連接控制電路12的輸入端，所述控制電路12進一步包括最小續(xù)流時間定時電路121及開關關斷時間定時電路122，所述控制電路12的輸出端連接所述功率開關管M0的柵端；所述功率開關管M0、所述檢測電路11以及所述控制電路12形成與芯片內；分壓電阻R1的一端連接于所述輸入電壓VIN，另一端連接儲能電容C1后接地，所述芯片連接于所述分壓電阻R1與所述儲能電容C1之間以獲取電源電壓VCC；所述輸入電壓V_IN的兩端還并聯(lián)有穩(wěn)壓電容C_IN。

所述峰值電流模式開關恒流源轉換器1工作在電感電流斷續(xù)模式下，所述功率開關管M0的漏極電壓波形和所述電感L的電流波形如圖2所示。在所述電感L的電流斷續(xù)的開關工作模式下，所述功率開關管M0導通后，所述電感L的電流IL不斷增大，當所述電感L的電流增大到限定值Ilim時，所述功率開關管M0關斷，所述電感L的電流通過所述續(xù)流二極管D1續(xù)流，所述電感L的電流不斷減小，當所述電感L的電流減小到零時所述功率開關管M0仍保持關斷，當開關關斷時間到達時所述功率開關管M0重新導通。此時所述峰值電流模式開關恒流源轉換器1的平均輸出電流與電感電流峰值和開關頻率相關。因此，我們需要通過所述開關關斷時間定時電路122來控制所述功率開關管M0的關斷時間，從而調整平均輸出電流。

另一方面，當所述功率開關管M0關斷后，所述續(xù)流二極管D1的導通時間(即續(xù)流時間 Trfy)與開關恒流源的負載電壓相關。所述峰值電流模式開關恒流源轉換器1通過檢測所述電感L的電流減小到零，得到續(xù)流時間Trfy。所述峰值電流模式開關恒流源轉換器1中設定了最小續(xù)流時間，在實際續(xù)流時間小于所述最小續(xù)流時間后，所述功率開關管M0停止動作，從而進行負載過壓保護。這就需要所述最小續(xù)流時間定時電路121來設定最小續(xù)流時間限制，進而控制負載過壓保護。

上述兩個定時電路定時功能，在集成電路中通常都是采用電流對集成電容充電至設定電壓值的定時方法來實現(xiàn)，而集成電路中大容值電容通常會占用較大的芯片面積，增加集成電路的成本。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種充電電容時分復用電路及開關恒流源電流控制方法，用于解決現(xiàn)有技術中開關恒流源集成多個定時電路時，用于定時的充電電容占用較大的芯片面積，增加集成電路成本的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種充電電容時分復用電路，所述充電電容時分復用電路至少包括：

充電電容、至少一個電流源、至少一個定時比較器、定時器邏輯電路；

所述充電電容具有上極板和下極板，所述下極板接地；

所述電流源的輸入端連接電源電壓、輸出端經由開關連接至所述上極板，藉由所述電流源向所述上極板充電實現(xiàn)定時；

所述定時比較器的正向輸入端連接所述上極板，所述定時比較器的反向輸入端分別連接多個電源，所述電源的值為設定的閾值電壓，當所述充電電容上的電壓達到各閾值電壓時，相應的定時比較器翻轉；

所述定時器邏輯電路連接于所述定時比較器的輸出端，根據(jù)各定時比較器的輸出結果依次產生定時時間到達信號。

優(yōu)選地，各電流源為可調電流源。

優(yōu)選地，各閾值電壓可以是固定值也可以是變化值。

優(yōu)選地，所述充電電容的上極板連接至開關后接地，在兩次定時之間對所述充電電容泄放。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種開關恒流源電流控制方法，所述開關恒流源電流控制方法包括：在電感的電流達到峰值時，功率開關管關斷，所述電感的電流減 小，充電電容開始充電，所述充電電容對預設的最小續(xù)流時間定時，所述最小續(xù)流時間定時結束后，若所述電感的實際續(xù)流時間小于所述最小續(xù)流時間，則啟動負載過壓保護；若所述電感的實際續(xù)流時間大于所述最小續(xù)流時間，則對所述充電電容泄放，泄放結束后再次對所述充電電容充電，所述充電電容對預設的開關關斷時間定時，所述開關關斷時間定時結束后，所述功率開關管導通，所述電感的電流增大，進入下一開關周期。

優(yōu)選地，當所述充電電容中的電壓達到第一閾值電壓時，所述最小續(xù)流時間定時結束。

優(yōu)選地，當所述充電電容中的電壓達到第二閾值電壓時，所述開關關斷時間定時結束。

優(yōu)選地，所述第二閾值電壓可實時動態(tài)調整，以此實時調整所述開關關斷時間，進而調整平均輸出電流。

優(yōu)選地，所述功率開關管的關斷與所述充電電容開始充電的操作同步，當所述功率開關管關斷時，所述充電電容開始充電。

優(yōu)選地，所述最小續(xù)流時間及所述開關關斷時間的定時通過不同的電流源對所述充電電容充電實現(xiàn)。

如上所述，本發(fā)明的充電電容時分復用電路及開關恒流源電流控制方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明的充電電容時分復用電路及開關恒流源電流控制方法在功率開關管關斷后，定時器復用同一個充電電容，依次以不同的定時充電電流和不同的充電時間到達閾值電壓，先后計算最小續(xù)流時間限定值和開關關斷時間調節(jié)值，合并實現(xiàn)了開關恒流源負載過壓保護和平均輸出電流調整的功能。本發(fā)明減少了峰值電流模式開關恒流源集成電路中所需片上集成電容的個數(shù)，從而有效減小了集成電路芯片面積，降低了成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中的峰值電流模式開關恒流源轉換器結構示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術中的峰值電流模式開關恒流源轉換器的波形示意圖。

圖3為本發(fā)明的充電電容時分復用電路結構示意圖。

圖4為本發(fā)明的開關恒流源電流控制方法的波形示意圖。

元件標號說明

1 峰值電流模式開關恒流源轉換器

11 檢測電路

12 控制電路

121 最小續(xù)流時間定時電路

122 開關關斷時間定時電路

2 充電電容時分復用電路

21 第一定時比較器

22 第二定時比較器

23 定時器邏輯電路

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖3～圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

如圖3所示，本發(fā)明提供一種充電電容時分復用電路2，所述充電電容時分復用電路2包括：

充電電容C、至少一個電流源、至少一個定時比較器、定時器邏輯電路23。

如圖3所示，所述充電電容C的下極板接地、上極板經由開關連接至電流源的輸出端，所述電流源的輸入端連接電源電壓，通過所述電流源對所述充電電容的充電獲取所需的定時時間。

所述充電電容C充電的電流源數(shù)量可以是一路，直接由一路電流源對所述充電電容C多次充電實現(xiàn)不同功能的時間定時；所述充電電容C充電的電流源數(shù)量也可以根據(jù)要復用的定時功能數(shù)量進行設定，增加變量，以便于實現(xiàn)多個時間相差較大的定時。

在本實施例中，所述充電電容C的上極板連接兩路電流源，通過第一開關連接至第一電流源Ichg1的輸出端，通過第二開關連接至第二電流源Ichg2的輸出端，所述第一電流源Ichg1以及所述第二電流源Ichg2的另一端連接電源電壓Vdd。在本實施例中，所述充電電容時分復用電路2用于對開關電流源中的最小續(xù)流時間Trfymin和開關關斷時間Toffcont定時，由 于所述最小續(xù)流時間Trfymin和所述開關關斷時間Toffcont相差的時間比較長，為了增加變量，所述第一電流源Ichg1以及所述第二電流源Ichg2為可調電流源，所述第一電流源Ichg1可通過第一控制信號Ctrl_minoff實現(xiàn)所述最小續(xù)流時間Trfymin定時的時候充電電流大小的控制，所述第二電流源Ichg2可通過第二控制信號Ctrl_contoff實現(xiàn)所述開關關斷時間Toffcont定時的時候充電電流大小的控制。

如圖3所示，各定時比較器的第一輸入端連接所述充電電容C的上極板，各定時比較器的第二輸入端分別連接多個閾值電壓，當所述充電電容C上的電壓VC1達到各閾值電壓時，相應的定時比較器翻轉。

在本實施例中，所述定時比較器的數(shù)量設定為2個，分別用于所述最小續(xù)流時間Trfymin和所述開關關斷時間Toffcont的定時比較。如圖3所示，第一定時比較器21的正向輸入端連接于所述充電電容C的上極板，所述第一定時比較器21的反向輸入端連接第一閾值電壓Vth1，當充電電壓VC1達到所述第一閾值電壓Vth1時，所述第一定時比較器21的輸出電平翻轉；所述第一定時比較器21用于所述最小續(xù)流時間Trfymin的定時，所述第一閾值電壓Vth1與所述最小續(xù)流時間Trfymin有關，所述第一開關K1閉合，所述第一電流源Ichg1向所述充電電容C充電，所述充電電壓VC1慢慢增大，經過一段時間后，所述充電電壓VC1達到所述第一閾值電壓Vth1，所述第一定時比較器21的輸出電平翻轉，定時結束，此時所述充電電容C的充電時間即為所述最小續(xù)流時間Trfymin。第二定時比較器22的正向輸入端連接于所述充電電容C的上極板，所述第二定時比較器22的反向輸入端連接第二閾值電壓Vth2，當所述充電電壓VC1達到所述第二閾值電壓Vth2時，所述第二定時比較器22的輸出電平翻轉；所述第二定時比較器22用于所述開關關斷時間Toffcont的定時，所述第二閾值電壓Vth2與所述開關關斷時間Toffcont有關，所述第二開關K2閉合，所述第二電流源Ichg2向所述充電電容C充電，所述充電電壓VC1慢慢增大，經過一段時間后，所述充電電壓VC1達到所述第二閾值電壓Vth2，所述第二定時比較器22的輸出電平翻轉，定時結束，此時所述充電電容C的充電時間即為所述開關關斷時間Toffcont。

所述第一閾值電壓Vth1及所述第二閾值電壓Vth2可以是固定值也可以是變化值。在本實施例中，所述第一閾值電壓Vth1為設定的固定值，所述第二閾值電壓Vth2為變化值。通過檢測到的物理量(采樣電流)的變化實時調整所述第二閾值電壓Vth2，以此實時調整調整功率開關管的工作頻率，進而實時調整平均輸出電流，實現(xiàn)輸出電流的恒流控制。

如圖3所示，所述定時器邏輯電路23連接于各定時比較器的輸出端，根據(jù)各定時比較器的輸出結果依次產生定時時間到達信號。

在本實施例中，所述定時器邏輯電路23的輸入端連接所述第一定時比較器21及所述第一定時比較器22的輸出端，對所述第一定時比較器21及所述第一定時比較器22的輸出結果進行邏輯判斷并輸出相應的定時時間到達信號。當所述充電電容時分復用電路2開始工作時，首先對所述最小續(xù)流時間Trfymin進行定時，所述定時器邏輯電路23輸出第一開關控制信號Do_mintrfy閉合所述第一開關K1，所述定時器邏輯電路23輸出第二開關控制信號Do_contoff斷開所述第二開關K2，使所述第一電流源Ichg1對所述充電電容C充電，并在所述充電電壓VC1到達所述第一閾值電壓Vth1時，接收所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號，然后輸出所述最小續(xù)流時間Trfymin的定時時間到達信號Trfymin_out。然后所述充電電容時分復用電路2對所述開關關斷時間Toffcont進行定時，所述定時器邏輯電路23輸出第一開關控制信號Do_mintrfy斷開所述第一開關K1，所述定時器邏輯電路23輸出第二開關控制信號Do_contoff閉合所述第二開關K2，使所述第二電流源Ichg2對所述充電電容C充電，并在所述充電電壓VC1到達所述第一閾值電壓Vth1時，所述定時器邏輯電路23接收所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號，隨著所述充電電壓VC1不斷上升，在所述充電電壓VC1到達所述第二閾值電壓Vth2時，所述定時器邏輯電路23接收所述第二定時比較器22輸出的電平翻轉信號，由于本次是對所述開關關斷時間Toffcont定時，因此所述定時器邏輯電路23對所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號不響應，僅對所述第二定時比較器22輸出的電平翻轉信號相應，最后輸出所述開關關斷時間Toffcont的定時時間到達信號Toffcont_out。

如圖3所示，所述充電電容C的上極板還連接第三開關K3后接地，當所述最小續(xù)流時間Trfymin定時結束后，所述定時器邏輯電路23輸出第三開關控制信號Do_dischg閉合所述第三開關K3，所述充電電容C的上極板接地，所述充電電壓VC1快速降至零后，所述定時器邏輯電路23控制所述充電電容時分復用電路2進行所述開關關斷時間Toffcont的定時。

如圖3所示，所述充電電容C的上極板還連接第四開關K4后接地，所述第四開關K4受使能信號Do_on的控制，在本實施例中，當所述功率開關管導通時，所述使能信號Do_on控制所述第四開關K4閉合，所述充電電容C的上極板被拉低，無法進行充電；當所述功率開關管關斷時，所述使能信號Do_on控制所述第四開關K4斷開，所述充電電容C可進行正常充電。所述使能信號Do_on還連接于所述定時器邏輯電路23的使能端，當所述功率開關管導通時，所述使能信號Do_on控制所述定時器邏輯電路23停止工作；當所述功率開關管關斷時，所述使能信號Do_on控制所述第四開關K4斷開，所述定時器邏輯電路23可進行正常工作。

如圖3～圖4所示，本發(fā)明還提供一種開關恒流源電流控制方法，所述開關恒流源電流控 制方法包括：

在電感的電流達到峰值時，功率開關管關斷，所述電感的電流減小，充電電容C開始充電，所述充電電容C對預設的最小續(xù)流時間Trfymin定時。

具體地，如圖4所示，在功率開關管導通時間Ton內，電感處于充電狀態(tài)，所述電感的電流IL逐漸升高。如圖3所示，所述使能信號Do_on控制所述第四開關K4閉合，所述充電電容C無法充電，所述使能信號Do_on控制所述定時器邏輯電路23不工作。如圖4所示，當所述電感的電流IL達到峰值電流Ilim時，所述功率開關管關斷，所述功率開關管的漏端電壓Vsw被拉至高電平，所述電感的電流IL減小。如圖3所示，在所述功率開關管關斷的同時，所述使能信號Do_on控制所述第四開關K4關斷，所述充電電容C正常工作，所述使能信號Do_on控制所述定時器邏輯電路23正常工作。所述定時器邏輯電路23輸出第一開關控制信號Do_mintrfy閉合所述第一開關K1，所述定時器邏輯電路23輸出第二開關控制信號Do_contoff斷開所述第二開關K2，使所述第一電流源Ichg1對所述充電電容C充電，并在所述充電電壓VC1到達所述第一閾值電壓Vth1時，接收所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號，然后輸出所述最小續(xù)流時間Trfymin的定時時間到達信號Trfymin_out。

所述最小續(xù)流時間Trfymin定時結束后，若所述電感的實際續(xù)流時間Trfy小于所述最小續(xù)流時間Trfymin，則啟動負載過壓保護；若所述電感的實際續(xù)流時間Trfy大于所述最小續(xù)流時間Trfymin，則對所述充電電容C泄放，泄放結束后再次對所述充電電容C充電，所述充電電容C對預設的開關關斷時間Toffcont定時，所述開關關斷時間Toffcont定時結束后，所述功率開關管導通，所述電感的電流增大，進入下一開關周期。

具體地，判斷所述定時器邏輯電路23輸出所述最小續(xù)流時間Trfymin的定時時間到達信號Trfymin_out時，所述電感的電流是否已經降至零，若所述電感的電流已經降至零，則啟動負載過壓保護；反之，如圖3所示，則由所述定時器邏輯電路23輸出第三開關控制信號Do_dischg閉合所述第三開關K3，所述充電電容C的上極板接地，所述充電電容C快速泄放至零后，所述定時器邏輯電路23輸出第一開關控制信號Do_mintrfy斷開所述第一開關K1，所述定時器邏輯電路23輸出第二開關控制信號Do_contoff閉合所述第二開關K2，使所述第二電流源Ichg2對所述充電電容C充電，并在所述充電電壓VC1到達所述第一閾值電壓Vth1時，所述定時器邏輯電路23接收所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號，隨著所述充電電壓VC1不斷上升，在所述充電電壓VC1到達所述第二閾值電壓Vth2時，所述定時器邏輯電路23接收所述第二定時比較器22輸出的電平翻轉信號，所述第二閾值電壓Vth2可實時動態(tài)調整，以此實時調整所述開關關斷時間，進而調整平均輸出電流。由于本次是對所述開 關關斷時間Toffcont定時，因此所述定時器邏輯電路23對所述第一定時比較器21輸出的電平翻轉信號不響應，僅對所述第二定時比較器22輸出的電平翻轉信號相應，最后輸出所述開關關斷時間Toffcont的定時時間到達信號Toffcont_out。所述定時器邏輯電路23輸出所述開關關斷時間Toffcont的定時時間到達信號Toffcont_out后所述功率開關管重新導通，進入下一開關周期。

本發(fā)明的開關恒流源電流控制方法的保護范圍不限于本實施例列舉的步驟執(zhí)行順序及電路結構部，凡是本領域技術人員利用現(xiàn)有技術對本發(fā)明所述方案的變形都包括在本發(fā)明的保護范圍內。

本發(fā)明的充電電容時分復用電路及開關恒流源電流控制方法在功率開關管關斷后，定時器復用同一個充電電容，依次以不同的定時充電電流和不同的充電時間到達閾值電壓，先后計算最小續(xù)流時間限定值和開關關斷時間調節(jié)值，合并實現(xiàn)了開關恒流源負載過壓保護和平均輸出電流調整的功能。本發(fā)明減少了峰值電流模式開關恒流源集成電路中所需片上集成電容的個數(shù)，從而有效減小了集成電路芯片面積，降低了成本。

綜上所述，本發(fā)明提供一種充電電容時分復用電路，包括：通過充電實現(xiàn)定時的充電電容；向充電電容充電的電流源；用于判斷定時結束的定時比較器以及根據(jù)各定時比較器的輸出結果依次產生定時時間到達信號的定時器邏輯電路。本發(fā)明還提供一種開關恒流源電流控制方法，包括：在電感的電流達到峰值時，功率開關管關斷，電感的電流減小，充電電容開始充電，充電電容對預設的最小續(xù)流時間定時，最小續(xù)流時間定時結束后，若電感的實際續(xù)流時間小于最小續(xù)流時間，則啟動負載過壓保護；若電感的實際續(xù)流時間大于最小續(xù)流時間，則對充電電容泄放，泄放結束后再次對充電電容充電，充電電容對預設的開關關斷時間定時，開關關斷時間定時結束后，功率開關管導通，電感的電流增大，進入下一開關周期。本發(fā)明在功率開關管關斷后，定時器復用同一個充電電容，依次以不同的定時充電電流和不同的充電時間到達閾值電壓，先后計算最小續(xù)流時間限定值和開關關斷時間調節(jié)值，合并實現(xiàn)了開關恒流源負載過壓保護和平均輸出電流調整的功能。本發(fā)明減少了峰值電流模式開關恒流源集成電路中所需片上集成電容的個數(shù)，從而有效減小了集成電路芯片面積，降低了成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。