一种具有独立控制的级联升压和反相降压转换器制造技术

一种包括级联升压转换器和反相降压转换器及控制器的转换器系统，用来将经整流的AC电压转换成DC输出电流。该系统使用电感器并被配置成使用共同基准电压。控制器被配置成以独立方式控制转换器的切换以使操作彼此间没有联系。例如，升压转换器的控制脉冲可比降压转换器的脉冲更宽。控制器可基于恒定导通时间控制来控制升压转换器，并基于峰值电流控制来控制反相降压转换器。经整流的AC电压可以是经AC导电角调制的电压，其中控制器可基于经AC导电角调制的电压在具有一占空比的调光频率下抑制所述反相降压转换器的切换。

【技术实现步骤摘要】
一种具有独立控制的级联升压和反相降压转换器相关申请的交叉引用本申请要求2011年6月17日提交的美国临时申请S/N61/498，126的权益，该申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。附图简述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点，在附图中图I是根据一个实施例实现的级联升压和反相降压转换器的示意方框图；图2是根据示例性实施例实现的图I的控制器的简化方框图； 图3是示出根据一个实施例使用图2所示控制器在每个CLK循环期间图I的转换器的示例性波形的时序图；图4是示出在没有调光的AC输入电压的一个周期上的示例性操作波形的时序图；图5是示出在具有调光的AC输入电压的一个周期上的示例性操作波形的时序图；图6-9示出使用图I转换器的各种电子器件；附图说明图10是以类似于图8所示方式配置的电子器件的方框图，该电子器件包括图I的转换器以及向一个或多个LED提供电流的传统调光器；以及图11和图12分别为示出栅极驱动信号Gl、G2和用来控制升压和降压操作的升压、降压脉冲之间的关系的时序图。详细描述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点。给出以下描述以使本领域技术人员能在特定应用及其需求的背景下实施和利用所提供的本专利技术。然而，优选实施例的多种修改对本领域技术人员将会是明显的，而且可将本文所限定的一般原理应用于其它实施例。因此，本专利技术不旨在局限于本文中示出和描述的特定实施例，而应给予与本文中披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。用现有AC(交流)基础设施对用于照明的发光二极管(LED)供电意味着转换器应当能满足关于功率因数和输入谐波电流的严格功率质量标准，调整LED电流而没有闪烁，并当工作在已有调光器(例如白炽或三端双向可控硅(TRIAC)调光器)时顺畅地控制照明。能量存储允许从AC源对LED无闪烁地供电，尤其是当调光延长了 AC输入电压为零的时间时。然而，当从三端双向可控硅调光器的安装底座调光时，能量存储也是有问题的。一旦触发，涌入电流对转换器的能量存储电容重新充电并能造成高Q输入滤波器在三端双向可控硅保持电流以下谐振，在这种情形下三端双向可控硅截止并在线路频率的二分之一循环内再触发。这造成混乱调光操作和闪烁。一种类型的传统解决方案调节LED电流并在AC整流后使用单级转换器以获取高功率因数。用这种方法传递的能量随着AC输入而变化。然而，在转换器的输出和LED负载两侧需要大型能量存储电容以使经整流的线路频率波纹变得平滑。由于漏电感，经常需要缓冲器网络来限制诸如场效应管(FET)等电子开关器件的峰值电压。另一类型的传统转换器，已知为回扫LED驱动器，消除了输出上的经整流AC输入频率波纹以帮助最小化能量存储。然而，回扫转换器具有脉动的(非连续的)输出电流和高输出电容。由于漏电感，可能需要缓冲器网络来限制电子开关器件的峰值电压。另一类型的传统转换器，已知为Cuk转换器，提供了连续输出电流并减小了输出电容。然而，Cuk型转换器不解决离线AC调光问题，例如调光角提取、维持三端双向可控硅保持电流以及衰减输入滤波器的减幅振荡能量。Cuk转换器配置采用外部信号，该外部信号对脉宽调制(PWM)引脚作调制以对LED调光。为了获得低成本，功率转换器拓朴应当避免使用变压器而采用单端组件和信号或以共同电压为基准的组件和信号。单端信号和组件或以共同电压为基准的信号和组件比需要电平平移或隔离的浮置节点更为廉价。本文描述的是使用电感器而不是变压器并配置成使用单端或共同基准的控制信 号的转换器。所披露的转换器满足关于功率因数和输入谐波电流的严格功率质量标准，以最小波纹调节输出电流，并当用作具有调光器的LED驱动器时，当配合已有调光器工作时，平滑地控制照度。尽管转换器尤为有利于用作离线LED驱动器，然而转换器可用来驱动其它类型DC负载，如本文中进一步描述的那样。规章标准的示例可包括与功率因数和使用寿命关联的能源之星标准(例如能源之星LM-80-08)、例如IEC(国际电子科技委员会)6100-3-2类C限令的谐波含量标准、例如CFR(联邦规章条例(CFR))标题47部15类B限令的电磁干扰(EMI)标准，例如UL(保险商实验室)8750和IEC61347等安全标准。 本文描述了一种具有独立控制的新颖级联升压和反相降压转换器。级联转换器利益经整流的AC源工作并控制输出电流。转换器控制信号分享共同电压基准，该共同电压基准为反馈信号和驱动电子开关器件提供共同的基准。另外，对于LED驱动器配置，新颖的控制方法通过禁用反相降压转换器而使用升压转换器以抑制输入滤波器上的减幅振荡并为调光器的漏电流和保持电流提供一路径来实现PWM调光控制。图I是根据一个实施例实现的级联升压转换器和反相降压转换器100的示意方框图。将一输入AC电压VAC提供给图示为桥式整流器BR的整流器网络，该整流器网络耦合在节点102和基准节点REF之间。基准节点具有基准电压电平，该基准电压电平可以是正的、负的或接地的并充当组件和信号的共同电压基准。在图示实施例中，BR如本领域内技术人员已知地包括电桥配置中的四个二极管以在节点102上形成经整流的电压。节点102耦合于电感器LI的一端，电感器LI的另一端耦合于节点104。节点104耦合于二极管Dl的阳极并耦合于图示为N沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的电子开关Ql的漏极。Dl的阴极稱合于节点106，该节点106进一步稱合于电容器Cl的一端并稱合于另一电子开关Q2的漏极，该另一电子开关Q2也配置为N沟道MOSFET。Cl的另一端耦合于节点108，该节点108进一步耦合至另一二极管D2的阳极和另一电感器L2的一端。D2的阴极以及Q1、Q2的源极耦合至REF。节点108形成相对于REF的电压VD2 (D2两侧的电压)，并在Cl两侧形成电压VC1。电压VC形成在节点106上并可确定为VC1+VD2。L2的另一端耦合至输出节点110，该输出节点110形成输出电压V0。输出电容器C2的一端耦合至输出节点110而另一端耦合至节点112。感测电阻器R2耦合在节点112和REF之间，且节点112形成电流感测电压VR2。开关Ql、Q2图示为使用MOSFET实现，尽管也可考虑其它类型的开关器件，例如其它类似形式(例如FET、MOS器件等)、双极结型晶体管(BJT)等、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)等。负载(LD) 111耦合在节点110和112之间。控制器101耦合至REF(以REF为基准)，耦合至节点102、106和112，并分别将栅极驱动信号Gl、G2提供给Ql、Q2的栅极。通过LI从节点102流至节点104的电流图示为电流ILl，而通过L2从节点110流至节点108的电流图示为电流IL2。通过负载111从节点112流至节点110的电流图示为ILD。R2的电阻足够低以使电压VR2非常低以至于相对VO可忽略但却足够高以获得IL2的精确测量。转换器100包括级联配置的升压转换器103 (包括LI、Ql、Dl、Cl)，其具有反相降压转换器105 (包括L2、Q2、D2、C2)，其中电容器Cl是耦合在转换器之间的中间电容器而电容器C2是输出电容器。控制器101控制升压转换器103和降压转换器105，其中这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器系统，包括：级联升压转换器和反相降压转换器，用来将经整流的AC电压转换成DC输出电流；以及控制器，所述控制器具有以共同电压为基准的输入和输出控制信号，其中所述控制器被配置成以独立方式控制所述升压转换器的切换和所述反相降压转换器的切换，以使所述反相降压转换器的操作与所述升压转换器的操作断绝联系。

【技术特征摘要】
2011.06.17 US 61/498,126;2011.11.08 US 13/291,3771.一种转换器系统，包括 级联升压转换器和反相降压转换器，用来将经整流的AC电压转换成DC输出电流；以及控制器，所述控制器具有以共同电压为基准的输入和输出控制信号，其中所述控制器被配置成以独立方式控制所述升压转换器的切换和所述反相降压转换器的切换，以使所述反相降压转换器的操作与所述升压转换器的操作断绝联系。2.如权利要求I所述的转换器系统，其特征在于，所述控制器被配置成利用以所述共同电压为基准的升压脉冲信号上的多个升压脉冲来控制所述升压转换器，其中所述控制器被配置成利用以所述共同电压为基准的降压脉冲信号上的多个降压脉冲来控制所述反相降压转换器，并且其中所述多个升压脉冲中的每一个比所述多个降压脉冲中对应的每一个更宽。3.如权利要求2所述的转换器系统，其特征在于，所述升压转换器包括第一开关，其中所述反相降压转换器包括第二开关，并且其中所述控制器配置成通过使所述第一和第二开关中的任一个导通而发起所述多个升压脉冲中的每一个。4.如权利要求I所述的转换器系统，其特征在于，所述控制器配置成基于恒定导通时间控制来控制所述升压转换器并基于峰值电流控制来控制所述反相降压转换器。5.如权利要求I所述的转换器系统，其特征在于 所述控制器配置成基于使用固定时间周期的恒定导通时间控制来控制所述升压转换器； 其中所述升压转换器具有耦合至电容器的输出，所述电容器耦合至所述反相降压转换器的输入； 其中所述控制器包括电压感测器，所述电压感测器配置成确定所述电容器两侧的电压并提供以所述共同电压为基准的作为其指示的感测信号；以及 其中所述控制器基于所述感测信号周期地调整所述固定时间周期。6.如权利要求I所述的转换器系统，其特征在于 所述经整流的AC电压包括经AC导电角调制的电压；以及 其中所述控制器在调光频率的每个循环的一部分期间抑制所述反相降压转换器的切换，其中所述部分基于所述经AC导电角调制的电压的相位角。7.如权利要求I所述的转换器系统，其特征在于 所述升压转换器包括 第一电感器，所述第一电感器具有接收所述经整流的AC电压的第一端并具有第二端；第一开关，所述第一开关具有耦合于所述电感器的所述第二端的第一电流端子；耦合于所述共同电压的第二电流端子；以及从所述控制器接收以所述共同电压为基准的第一控制信号的控制端子； 第一二极管，所述第一二极管具有耦合于所述电感器的所述第二端的阳极以及阴极；以及 第一电容器，所述第一电容器具有耦合于所述第一二极管的所述阴极的第一端以及第~- ;并且 其中所述反相降压转换器包括 第二开关，所述第二开关具有耦合于所述第一二极管的所述阴极的第一电流端子；耦合于所述共同电压的第二电流端子；以及从所述控制器接收以所述共同电压为基准的第二控制信号的控制端子； 第二二极管，所述第二二极管具有耦合于所述第一电容器的所述第二端的阳极以及耦合于所述共同电压的阴极； 第二电感器，所述第二电感器具有耦合到所述第一电容器的所述第二端的第一端以及耦合到输出节点的第二端；以及 耦合在所述输出节点和所述共同电压之间的第二电容器。8.如权利要求7所述的转换器系统，其特征在于，所述控制器包括 恒定导通时间发生器，所述恒定导通时间发生器断言所述第一控制信号以在时钟信号的每个循环开始时导通所述第一开关，并在所述时钟信号的所述每个循环中的预定时间周期之后截止所述第一开关； 电流感测器，所述电流感测器感测流过所述第二电感器的电流；以及峰值电流控制器，所述峰值电流控制器断言所述第二控制信号以在所述时钟信号的每个循环开始时导通所述第二开关，并在所述时钟信号的所述每个循环期间当流过所述第二电感器的所述电流达到峰值时截止所述第二开关。9.如权利要求8所述的转换器系统，其特征在于，所述经整流的AC电压包括经AC导电角调制的电压，并且其中所述控制器还包括 相位角感测器，所述相位角感测器感测所述经AC导电角调制的电压的相位角并提供作为其指示的相位信号； 调光控制器，所述调光控制器产生抑制信号，所述抑制信号基于所述相位信号在一调光频率下并以一占空比在第一和第二电平之间变换；并且 其中所述峰值电流控制器在所述抑制信号处于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·瓦尔特斯，
申请(专利权)人：英特赛尔美国有限公司，
类型：发明
国别省市：