技术领域
[0001] 本
发明属于迟滞控制技术领域，尤其涉及一种固定频率的迟滞控制装置及控制方法。
背景技术
[0002] 在
开关电源和LED驱动等
电路中，迟滞控制是一种常见的控制技术，具有控制电路简单，响应速度快等优点。然而传统的迟滞控制是变频控制，频率会随输入
电压、
输出电压、电感等外围参数而变化。这在某些对电磁兼容性要求较高的应用场合中（例如
汽车电子）是一个缺点。
[0003]
申请号为201110115574.X的发明
专利中公布了一种具有自适应滞环控制电路的LED
驱动器及其控制方法，能够实现对固定频率的控制。其实现方法是采用前向反馈，需同时取样输入电压与输出电压，通过（Vin-Vo）*Vo/Vin的运算来产生迟滞窗口，但这种运算用标准的CMOS电路难以实现，通常需要双极性
三极管来实现乘法操作。此外，这种控制方法只是一种准定频控制方式，其频率与电感及输出
电流参数相关。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种固定频率的迟滞控制装置及控制方法，以解决
现有技术中采用电路复杂的问题。
[0005] 本发明
实施例提供一种固定频率的迟滞控制装置，包括：振荡电路、电荷
泵电路、迟滞窗口生成电路和迟滞控制电路；
[0006] 所述振荡电路的输出端连接所述
电荷泵电路的输入端，所述振荡电路用于向所述电荷泵电路输出基准频率；
[0007] 所述电荷泵电路的输入端连接所述迟滞控制电路的输出端，输出端连接所述迟滞窗口生成电路的输入端，所述电荷泵电路接收所述迟滞控制电路输出的工作频率，所述电荷泵电路根据接收到的所述工作频率和所述基准频率生成误差电压
信号并发送给所述迟滞窗口生成电路；
[0008] 所述迟滞窗口生成电路的输出端连接所述迟滞控制电路的输入端，所述迟滞窗口生成电路将所述误差电压信号转换成迟滞窗口电压并发送给所述迟滞控制电路；
[0009] 所述迟滞控制电路根据所述迟滞窗口电压调节所述工作频率的大小。
[0010] 所述迟滞控制装置还包括电压采集电路和第一可控开关；
[0011] 所述电压采集电路的输入端连接输入电压源，所述电压采集电路的输出端连接所述迟滞控制电路的输入端和所述第一可控开关的输入端，所述电压采集电路向所述电压比较器提供第一基准电压；
[0012] 所述迟滞控制电路的输出端连接所述第一可控开关的控制端，所述第一可控开关的输出端接地，所述迟滞控制电路通过控制所述第一可控开关的闭合和断开调节所述电压采集电路输出的第一基准电压，并将所述第一基准电压和所述迟滞窗口电压调节进行比较以调节所述工作频率的大小。
[0013] 所述迟滞窗口生成电路包括电压减半电路，运放加法器以及运放减法器，所述电压减半电路的输入端为所述迟滞窗口生成电路的输入端，所述电压减半电路的输出端连接所述运放加法器的第一输入端和所述运放减发器的第一输入端，所述运放加法器的第二输入端和所述运放减发器的第二输入端连接第二基准电压，所述运放加法器的输出端构成所述迟滞窗口生成电路的第一输出端，所述运放减法器的输出端构成所述迟滞窗口生成电路的第二输出端。
[0014] 所述迟滞控制电路包括电压比较器、第二可控开关、第三可控开关以及反向器，所述第二可控开关的输入端连接所述迟滞窗口生成电路的第一输出端，所述第二可控开关的输出端连接所述电压比较器的同相输入端，所述第二可控开关的控制端连接所述反向器的输出端，所述反向器的输入端连接所述电压比较器的输出端，所述第三可控开关的输入端连接所述迟滞窗口生成电路的第二输出端，所述第三可控开关的输出端连接所述电压比较器的同相输入端，所述第三可控开关的控制端连接所述电压比较器的输出端，所述电压比较器的
反相输入端连接所述第一基准电压，所述电压比较器的输出端为所述迟滞控制电路的输出端。
[0015] 所述电压采集电路包括第一
电阻、第二电阻、第三电阻、第一
运算放大器以及第一场效应管，所述输入电压源连接所述第一电阻的第一端和第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第一
运算放大器的同相输入端，所述第一电阻的第二端连接所述第一可控开关的输入端，所述第二电阻的第二端连接所述第一运算放大器的反相输入端和所述第一场效应管的源极，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的漏极连接所述第三电阻的第一端和所述电压比较器的反相输入端，所述第三电阻的第二端接地。
[0016] 本发明另一实施例还提供一种固定频率的迟滞控制方法，包括以下步骤：
[0017] 电荷泵电路根据基准频率和工作频率生成误差电压信号；
[0018] 迟滞窗口生成电路将所述误差电压信号转换成迟滞窗口电压；
[0019] 迟滞控制电路根据所述迟滞窗口电压调节所述工作频率的大小。
[0020] 所述电荷泵电路根据基准频率和工作频率生成误差电压信号的步骤具体为：将基准频率和工作频率进行比较后得到频率差，将所述频率差进行积分后转换成误差电压信号。
[0021] 所述迟滞窗口生成电路将所述误差电压信号转换成迟滞窗口电压的步骤具体为：
[0022] 将所述误差电压进行分压后得到分压电压；
[0023] 将第二基准电压与所述分压电压相加后得到所述迟滞窗口电压的上边带电压；
[0024] 将第二基准电压与所述分压电压相减后得到所述迟滞窗口电压的下边带电压。
[0025] 所述迟滞控制电路根据所述迟滞窗口电压调节所述工作频率的大小的步骤具体为：
[0026] 通过采集输入电压得到第一基准电压；
[0027] 将所述第一基准电压与所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压进行比较，并根据比较结果调节所述工作频率的大小。
[0028] 所述将所述第二基准电压与所述迟滞窗口电压进行比较，并根据比较结果调节所述工作频率的大小的步骤具体为：
[0029] 当所述第一基准电压小于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压时，控制所述第一基准电压增大，使所述第一基准电压大于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压；
[0030] 当所述第一基准电压大于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压时，控制所述第一基准电压减小，使所述第一基准电压小于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压。
[0031] 本发明实施例一种固定频率的迟滞控制装置及控制方法实现电路简单，可方便的使用标准CMOS工艺实现，同时实现了真正的固定频率控制，在对频率控制的过程中对系统外围元件参数变化不敏感，并且本发明实施例适用范围广，可应用于所有拓扑形式的
开关电源或LED驱动，也可应用于其它滞环控制系统，并不仅限于电源领域。
附图说明
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033] 图1是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置的实施例结构示意图；
[0034] 图2是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置的迟滞控制原理示意图；
[0035] 图3是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置的频率
负反馈原理示意图；
[0036] 图4是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置的另一实施例结构示意图；
[0037] 图5是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置中的电荷泵电路电路图；
[0038] 图6是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制装置的另一实施例电路图。
[0039] 图7是本发明实施例提供的一种固定频率的迟滞控制方法的实施例
流程图。
具体实施方式
[0040] 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。
[0041] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0042] 本发明实施例一种固定频率的迟滞控制装置，请参阅图1，包括：振荡电路101、电荷泵电路102、迟滞窗口生成电路103和迟滞控制电路104；
[0043] 振荡电路101的输出端连接电荷泵电路102的输入端，振荡电路101用于向电荷泵电路102输出基准频率；
[0044] 电荷泵电路102的输入端连接迟滞控制电路104的输出端，输出端连接迟滞窗口生成电路103的输入端，电荷泵电路102接收迟滞控制电路104输出的工作频率，电荷泵电路102根据接收到的工作频率和基准频率生成误差电压信号并发送给迟滞窗口生成电路103；
[0045] 迟滞窗口生成电路103的输出端连接迟滞控制电路104的输入端，迟滞窗口生成电路103将误差电压信号转换成迟滞窗口电压并发送给迟滞控制电路104；
[0046] 迟滞控制电路104根据迟滞窗口电压调节工作频率的大小。
[0047] 下面解释迟滞控制装置的工作原理：
[0048] 滞环控制系统的工作频率与迟滞窗口电压有关，迟滞窗口电压越大则工作频率越低，迟滞窗口电压越小则工作频率越高。所以通过控制迟滞窗口大小可以实现对系统工作频率的调节。
[0049] 振荡电路101可以采用
振荡器，用于产生基准频率Fs。
[0050] 将系统的工作频率Fs与振荡器生成的基准频率F_REF进行比较，可以通过电荷泵电路102来实现，电荷泵电路102优选为电容式电荷泵电路102，电荷泵电路102对输入频率进行处理后输出为一误差电压信号，反映了Fs与F_REF的相对大小。例如，当Fs小于F_REF时则电荷泵电路102输出电压减小，当Fs大于F_REF时则电荷泵电路102输出电压增大。
[0051] 电荷泵电路102输出的误差电压送至迟滞窗口生成电路103。迟滞窗口生成电路103采用以下方式工作：当误差电压增大则迟滞窗口电压增大，当误差电压减小则迟滞窗口电压减小。
[0052] 迟滞控制电路104按照迟滞窗口生成电路103所产生的迟滞窗口电压进行迟滞控制，通过控制迟滞窗口生成电路103输出迟滞窗口电压的变化，生成相应的工作频率。
[0053] 本发明迟滞控制装置涉及频率、电压、迟滞窗口之间的相互转换，请参见图2所示，电荷泵电路102将Fs与F_REF的频率误差转换为误差电压信号VE，迟滞窗口生成电路103将误差电压信号VE转换成系统的迟滞窗口电压参数ΔW，系统按照ΔW所限定的迟滞窗口工作并自然对应一个系统工作频率Fs。
[0054] 本发明迟滞控制装置对频率的负反馈控制，请参见图3，例如由于某种原因，系统工作频率Fs超过设定的基准频率F_REF，则误差电压VE增大，VE增大则导致迟滞窗口ΔW增大，迟滞窗口ΔW增大则会导致系统的工作频率Fs降低。因此，最终在稳态条件下系统的工作频率Fs与基准频率F_REF基本一致。
[0055] 本发明实施例迟滞控制装置及控制方法的优点是：适用范围广，可应用于所有拓扑形式的开关电源或LED驱动，也可应用于其它滞环控制系统，并不仅限于电源领域。本发明实施例实现电路简单，可方便的使用标准CMOS工艺实现。本发明实施例实现了真正的固定频率控制，在对频率控制的过程中对系统外围元件参数变化不敏感。
[0056] 本发明一种固定频率的迟滞控制装置的另一种实施例，请参见图4，所述迟滞控制装置还包括电压采集电路105和第一可控开关S1；电压采集电路105的输入端连接输入电压源，电压采集电路105的输出端连接迟滞控制电路104的输入端和第一可控开关S1的输入端，电压采集电路105向电压比较器提供第一基准电压；迟滞控制电路104的输出端连接第一可控开关S1的控制端，第一可控开关S1的输出端接地，迟滞控制电路104通过控制第一可控开关S1的闭合和断开调节电压采集电路105输出的第一基准电压，并将第一基准电压和迟滞窗口电压调节进行比较以调节工作频率的大小。
[0057] 电压采集电路105可以采用分压电阻或电阻与运算放大器的组合，用于采集输入电压源并得出第一基准电压并发送给迟滞控制电路104，迟滞控制电路104根据第一基准电压与迟滞窗口电压进行比较以控制工作频率的输出。
[0058] 迟滞控制装置的输出端连接第一可控开关S1的控制端，迟滞控制装置通过控制第一可控开关S1的导通和关断控制输出系统的工作频率。
[0059] 本发明一种固定频率的迟滞控制装置的另一种实施例，迟滞窗口生成电路103包括电压减半电路106，运放加法器以及运放减法器，电压减半电路106的输入端为迟滞窗口生成电路103的输入端，电压减半电路的输出端连接运放加法器的第一输入端和运放减发器的第一输入端，运放加法器的第二输入端和运放减发器的第二输入端连接第二基准电压，运放加法器的输出端构成迟滞窗口生成电路103的第一输出端，运放减法器的输出端构成迟滞窗口生成电路103的第二输出端。
[0060] 迟滞控制电路104包括电压比较器CMP、第二可控开关S2、第三可控开关S3以及反向器INV，第二可控开关S2的输入端连接迟滞窗口生成电路103的第一输出端，第二可控开关S2的输出端连接电压比较器CMP的同相输入端，第二可控开关S2的控制端连接反向器INV的输出端，反向器INV的输入端连接电压比较器CMP的输出端，第三可控开关S3的输入端连接迟滞窗口生成电路103的第二输出端，第三可控开关S3的输出端连接电压比较器CMP的同相输入端，第三可控开关S3的控制端连接电压比较器CMP的输出端，电压比较器CMP的反相输入端连接第一基准电压，电压比较器CMP的输出端为迟滞控制电路104的输出端。
[0061] 电压采集电路105包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器OPA以及第一场效应管M1，输入电压源连接第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端，第一电阻R1的第二端连接第一运算放大器OPA的同相输入端，第一电阻R1的第二端连接第一可控开关S1的输入端，第二电阻R2的第二端连接第一运算放大器OPA的反相输入端和第一场效应管M1的源极，第一运算放大器OPA的输出端连接第一场效应管M1的栅极，第一场效应管M1的漏极连接第三电阻R3的第一端和电压比较器CMP的反相输入端，第三电阻R3的第二端接地。
[0062] 电荷泵电路102的一具体实施例，请参见图5，上面的恒流源按照系统频率Fs的频率通过控制第四可控开关S4在每个周期Ts内以固定脉冲宽度对电容C1充电，下面的恒流源按照基准频率F_REF的频率通过控制第五可控开关S5在每个周期T_REF内以固定脉冲宽度对电容C1放电。其中，Ts=1/Fs，T_REF=1/F_REF。因此，图6所示电荷泵电路102可以实现对两个输入频率信号的频率差进行积分，并转换为误差电压信号。
[0063] 上述电路是可以构成一种迟滞控制的降压式LED驱动电路。其中，还包括负载
LED灯，电感L以及续流
二极管D1，LED的
阳极连接第一电阻R1的第二端，
阴极连接电感L的第一端，电感L的第二端连接所述第一可控开关的第一端和
续流二极管D1的阳极，续流二极管D1的阴极连接第一电阻R1的第一端，不难证明，系统的工作频率表达式如下：
[0064]
[0065] 上面的表达式反映了系统工作频率Fs与迟滞窗口ΔW的对应关系。迟滞窗口越大则系统工作频率越低，迟滞窗口越小则系统工作频率越高。
[0066] 如图6所示，第一运算放大器OPA、第一场效应管M1、第一电阻R1以及第二电阻R2等构成的电流检测电路检测电感电流，并经由电阻R3转换成电压第一基准电压VSEN，将第一基准电压VSEN送到电压比较器CMP的反向输入端。电压比较器CMP的正向输入端接迟滞窗口生成电路103所生成的电压。当电压比较器CMP输出为高电平时，电压比较器CMP正向输入端接迟滞窗口电压的上边带电压VREF+1/2ΔV，电压比较器CMP输出的高电平使第一可控开关S1导通，由于第一可控开关S1的导通使流过第一电阻R1的电流增加，进一步使电压采集电路105输出的第一基准电压VSEN升高，由于第一基准电压VSEN连接电压比较器CMP的反相输入端，因此使电压比较器CMP输出低电平，当电压比较器CMP输出为低电平时，电压比较器CMP正向输入端接电压VREF-1/2ΔV，此时电压比较器CMP输出的低电平使第一可控开关S1断开，使流过第一电阻R1的电流减小，进一步使电压采集电路105输出的第一基准电压VSEN降低，因此使电压比较器CMP输出高电平。
[0067] 电压比较器CMP
输出信号送到第一可控开关S1用以控制系统的导通与关断，同时电压比较器输出信号的频率即系统的工作频率Fs，将Fs与基准频率F_REF同时送至电荷泵电路102比较，生成误差电压ΔV，误差电压ΔV用来设定系统的迟滞窗口。
[0068] 当Fs高于F_REF时，电荷泵电路102输出电压ΔV增大，因此迟滞窗口ΔW增大，根据频率表达式，ΔW增大将导致FS降低。反之，当Fs低于F_REF时，电荷泵电路102输出电压ΔV减小，因此迟滞窗口ΔW减小，根据频率表达式，ΔW减小将导致FS增大，最终稳态下系统的工作频率稳定在F_REF。
[0069] 本发明一种固定频率的迟滞控制方法的一种实施例，请参阅图7，包括以下步骤：
[0070] S201、电荷泵电路根据基准频率和工作频率生成误差电压信号；
[0071] S202、迟滞窗口生成电路将所述误差电压信号转换成迟滞窗口电压；
[0072] S203、迟滞控制电路根据所述迟滞窗口电压调节所述工作频率的大小。
[0073] 所述S201的步骤具体为：将基准频率和工作频率进行比较后得到频率差，将所述频率差进行积分后转换成误差电压信号。
[0074] 所述S202的步骤具体为：
[0075] 将所述误差电压△V进行分压后得到分压电压1/2ΔV；
[0076] 将第一基准电压VREF与所述分压电压1/2ΔV相加后得到所述迟滞窗口电压的上边带电压VREF+1/2ΔV；
[0077] 将第一基准电压VREF与所述分压电压1/2ΔV相减后得到所述迟滞窗口电压的下边带电压VREF－1/2ΔV。
[0078] 所述S203的步骤具体为：
[0079] 通过采集输入电压得到第二基准电压；
[0080] 将所述第二基准电压与所述迟滞窗口电压进行比较，并根据比较结果调节所述工作频率的大小。
[0081] 所述将所述第二基准电压与所述迟滞窗口电压进行比较，并根据比较结果调节所述工作频率的大小的步骤具体为：
[0082] 当所述第一基准电压小于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压时，控制所述第一基准电压增大，使所述第一基准电压大于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压；
[0083] 当所述第一基准电压大于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压时，控制所述第一基准电压减小，使所述第一基准电压小于所述迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压。
[0084] 通过第一基准电压与迟滞窗口电压的上边带电压或下边带电压的比较调整工作频率FS的输出大小。
[0085] 当工作频率FS高于基准频率F_REF时，电荷泵电路102输出误差电压ΔV增大，因此迟滞窗口ΔW增大，根据频率表达式，ΔW增大将导致工作频率FS降低。反之，当Fs低于F_REF时，电荷泵电路102输出电压ΔV减小，因此迟滞窗口ΔW减小，根据频率表达式，ΔW减小将导致FS增大，最终稳态下系统的工作频率FS稳定在F_REF。
[0086] 本发明实施例迟滞控制方法的优点是：适用范围广，可应用于所有拓扑形式的开关电源或LED驱动，也可应用于其它滞环控制系统，并不仅限于电源领域，实现了真正的固定频率控制，在对频率控制的过程中对系统外围元件参数变化不敏感。
[0087] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的
权利要求书确定的专利保护范围。
