主側感應輸出電流調節的制作方法
【專利摘要】這里所公開的實施例描述了一種控制器在開關功率轉換器的輸出保持基本上恒定的平均輸出電流的方法。在一個實施例中，該控制器使用與主峰值電流調節水平相對應的調節電壓以對平均輸出電流進行調節。
【專利說明】主側感應輸出電流調節
【技術領域】
[0001]這里所公開的實施例涉及開關功率轉換器。更具體地，這里所公開的實施例涉及用于發光二極管(LED)驅動器的開關功率轉換器。
【背景技術】
[0002]LED在例如建筑照明、汽車前燈和尾燈、包括個人計算機和高清晰度電視的液晶顯示設備的背光燈、閃光燈之類的各種電子應用中得以被采用。與諸如白熾燈和熒光燈之類的常規光源相比，LED具有明顯的優勢，包括高效率、良好的指向性、顏色穩定性、高可靠性、長壽命、小尺寸和環境安全性。
[0003]LED是電流驅動的設備，并且因此對通過LED的電流進行調節是重要的控制技術。LED驅動器通常要求向LED負載提供恒定的直流(DC)電流。常規技術使用開關功率轉換器中的主反饋來通過開關周期輸出調節提供開關周期。由于LED負載電壓相對恒定，所以逐個周期的恒定電流控制生成近似恒定的功率輸出。
[0004]然而，要求LED驅動器向輸入交變電流(AC)源提供高功率因數。開關功率轉換器中的功率因數被定義為輸送至負載的實際功率與電源所提供的表觀功率之比。公用事業公司或政府部門要求開關功率轉換器中的功率因數通過調節而超過某個最低水平。因此，開關功率轉換器應當利用高功率因數從電源向負載輸送電力。通常，高功率因數要求輸入電流遵循輸入電壓，從而得到正弦功率流而不是通過逐個周期的恒定電流控制所產生的、與近似恒定的功率輸出相反的恒定功率流。
[0005]為了提供高功率因數，常規開關功率轉換器的控制器使用主反饋對使用模數轉換器(ADC)的功率轉換器的主側電流感應進行采樣。該控制器基于主側電流感應估計輸出電流。基于主側電流感應的反饋，常規開關功率轉換器能夠對平均輸出電流進行調節以提供高功率因數。然而，使用常規開關功率轉換器中的ADC增加了系統復雜度。此外，由于常規開關功率轉換器的主電流的高速度，ADC必須是高速ADC以便準確采樣主電流，因此進一步增加了系統成本。
【發明內容】
[0006]這里所公開的實施例提供了一種LED驅動器的開關功率轉換器對該開關功率轉換器的輸出處基本上恒定的平均輸出進行調節的方法。在一個實施例中，控制器允許輸出電流逐個開關周期地進行變化，但是對平均輸出電流進行調節以便基本上是恒定的。
[0007]為了對平均輸出電流進行調節，該控制器基于來自之前開關周期的調節電壓而針對功率轉換器的每個開關周期估計輸出電流。該調節電壓對應于峰值主側電流。該調節電壓基于參考輸出電流和針對每個開關周期的平均估計輸出電流的比較進行修正以對平均輸出電流進行調節。
[0008]說明書中所描述的特征和優勢并非是無所不包的，特別地，鑒于附圖和說明書，許多附加的特征和優勢對于本領域技術人員而言將是顯而易見的。此外，應當注意的是，說明書中所使用的語言原則上已經出于可讀性和指示性的目的進行了選擇，而并未被選擇用來對發明主題加以勾畫或限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]通過結合附圖考慮以下詳細描述，能夠輕易理解這里所公開的實施例的教導。
[0010]圖1是根據一個實施例的開關功率轉換器的電路圖。
[0011]圖2是開關功率轉換器的示例的逐個周期的波形圖。
[0012]圖3是開關功率轉換器的示例的長時間段波形。
【具體實施方式】
[0013]附圖和以下描述通過說明僅涉及優選實施例。應當注意的是，通過以下討論，這里所公開的結構和方法的可替換實施例將被輕易認可作為可以在不背離這里所討論的原則的情況下而被采用的可靠替換形式。
[0014]現在將詳細參考若干實施例，其示例在附圖中予以圖示。所要注意的是，在任何可行之處都可以在附圖中使用相似或相同附圖標記并且其指示相似或相同的功能。附圖僅出于說明的目的對實施例進行描繪。本領域技術人員將從以下描述輕易認識到，可以采用這里所圖示的結構和方法的可替換實施例而并不背離這里所描述的原則。
[0015]這里所公開的實施例描述了一種LED驅動器的AC/DC回掃(flyback)開關功率轉換器的控制器基于主側感應技術將平均輸出電流調節為參考電流的方法。在一個實施例中，該控制器允許輸出電流逐個開關周期地發生變化，但是在長的時間段內保持相對恒定的平均輸出電流，由此提供高的功率因數。在一個實施例中，不同于使用ADC來對主電流進行采樣，該控制器使用對應于峰值主側電流的調節電壓Vipk_d來對功率轉換器的平均輸出電流進行調節。
[0016]圖1圖示了根據一個實施例的AC至DC的回掃開關功率轉換器100。開關功率轉換器100包括功率級和次輸出級。功率級包括開關Ql (被示為雙極結晶體管(BJT))和功率變壓器Tl。功率變壓器Tl包括主繞組Np、次繞組Ns和輔助繞組Na。次輸出級包括二極管D1和輸出電容器Cp控制器101使用輸出驅動信號103來控制開關Ql的ON狀態和OFF狀態，該輸出驅動信號103為具有開啟時間(Tm)和關閉時間(Ttw)的脈沖的形式。換句話說，控制器101生成對開關Ql進行驅動的輸出驅動信號103。
[0017]AC功率從AC電源(未示出)接收并且被整流以提供未經調節的輸出電壓VIN。由于二極管D1在開關Ql開啟時變為反向偏壓，所以輸入功率在開關Ql開啟時被存儲在變壓器Tl中。經整流的輸入功率隨后在開關Ql關閉時被傳輸至跨接電容器C1的LED串105而作為次電流Isec流過Dp 二極管D1用作輸出整流器而電容器C1則用作輸出濾波器。所產生的經調節的輸出電壓Vot和經調節的輸出電流Itj被輸送至LED串105。
[0018]如之前所提到的，控制器101生成適當開關驅動脈沖103以對開關Ql的開啟時間和關閉時間進行控制，由此對輸出電流Itj進行調節。對于每個開關周期，控制器101基于從開關功率轉換器100之前的開關周期所感應的輸出電壓Vsense和所感應的主側電流Iph使用反饋回路，以諸如脈寬調制PWM模式之類的各種操作模式來控制開關Ql。Isense被用于通過主繞組Np和開關Ql來感應以跨感應電阻器Ris的感應電壓為形式的主電流1_。輸出電壓Vott跨變壓器Tl的輔助繞組Na而得到反映，其作為電壓Vsense而經由電阻器R1和R2所構成的電阻分壓器輸入至控制器101。
[0019]如圖1所示，在一個實施例中，控制器101包括多個不同電路。在其它實施例中可以使用與圖1所示以外的其它電路。
[0020]TR傳感器107接收電壓VSENSE。在一個實施例中，TR傳感器107在每個開關周期內檢測Vsense信號中的膝處電壓(knee voltage) (即，下降沿)。在一個實施例中，膝處電壓Vknee被TR計數器109用來基于膝處電壓Vknee計算變壓器Tl的次繞組Ns的重置時間Τκ。重置時間Tk是電流脈沖在次繞組Ns上的持續時間，例如次繞組的磁場坍塌的時間。
[0021]電流估計器111針對功率轉換器100的每個開關周期估計輸出電流。在一個實施例中，電流估計器111基于來自之前開關周期的調節電壓Vipk_d、來自之前開關周期的重置時間τκ、變壓器Tl的繞組數量N、感應電阻器Ris的電阻以及之前開關周期的周期Tp而針對功率轉換器100的每個開關周期計算估計輸出電流Isec_est。在一個實施例中,估計輸出電流Isec_est被定義為:
【權利要求】
1.一種開關功率轉換器，包括: 變壓器，包括耦合至輸入電壓的主繞組和耦合至所述開關功率轉換器的輸出的次繞組； 開關，耦合至所述變壓器的所述主繞組，通過所述主繞組的電流在所述開關開啟時被生成而在所述開關關閉時并不被生成； 控制器，被配置為生成控制信號以在所述開關的每個開關周期開啟或關閉所述開關以在所述開關功率轉換器的所述輸出保持基本上恒定的平均輸出電流； 其中所述控制器被配置為通過基于從來自之前開關周期的感應的輸出電壓所計算的所述變壓器的重置時間和與所述之前開關周期中通過所述主繞組的所述電流的峰值相對應的調節電壓，針對所述開關的每個開關周期估計平均輸出電流而生成所述控制信號。
2.根據權利要求1所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為針對所述開關的每個開關周期估計所述平均輸出電流。
3.根據權利要求1所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為基于所述平均輸出電流和參考輸出電流之間的比較而生成所述調節電壓。
4.根據權利要求3所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為通過對來自之前開關周期的之前計算的調節電壓進行修改而生成所述調節電壓。
5.根據權利要求 1所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為基于與通過所述主繞組的所述峰值電流相對應的感應的峰值主側電壓信號和所述調節電壓之間的比較而生成所述控制信號。
6.根據權利要求1所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為通過從所計算的估計輸出電流中去除高頻噪聲而估計所述平均輸出電流。
7.根據權利要求1所述的開關功率轉換器，其中所述控制器進一步被配置為基于所述感應的輸出電壓來計算所述變壓器的所述重置時間。
8.—種在控制器中對開關功率轉換器進行控制的方法，所述開關功率轉換器包括耦合在所述開關功率轉換器的輸入電壓和輸出之間的變壓器，所述變壓器包括耦合至所述輸入電壓的主繞組和耦合至所述開關功率轉換器的所述輸出的次繞組，以及耦合至所述變壓器的所述主繞組的開關，通過所述主繞組的電流在所述開關開啟時被生成而在所述開關關閉時并不被生成，所述方法包括: 基于從感應的輸出電壓所計算的、來自之前開關周期的所述變壓器的重置時間和與所述之前開關周期中通過所述主繞組的所述電流的峰值相對應的調節電壓，來針對所述開關的每個開關周期估計平均輸出電流；并且 基于所估計的平均輸出電流而生成用于在所述開關的每個開關周期開啟或關閉所述開關的控制信號，以在所述開關功率轉換器的所述輸出保持基本上恒定的平均輸出電流。
9.根據權利要求8所述的方法，其中基于所述之前開關周期的持續時間、所述變壓器的繞組數量和耦合至所述開關和接地端的感應電阻器的電阻，而針對所述開關的每個開關周期進一步估計所述平均輸出電流。
10.根據權利要求8所述的方法，進一步包括: 將所述平均輸出電流和參考輸出電流進行比較；并且 基于所述比較生成所述調節電壓。
11.根據權利要求10所述的方法，其中生成所述調節電壓包括: 對來自之前開關周期的之前計算的調節電壓進行修改以生成所述調節電壓。
12.根據權利要求8所述的方法，進一步包括: 將與通過所述主繞組的所述峰值電流相對應的感應的主側電壓信號與所述調節電壓進行比較；以及 基于所述比較生成所述控制信號。
13.根據權利要求8所述的方法，其中估計所述平均輸出電流包括: 計算估計輸出電流；以及 從所述估計輸出電流中去除高頻噪聲以生成所述平均輸出電流。
14.根據權利要求8所述的方法，進一步包括: 基于所述感應的 輸出電壓計算所述變壓器的所述重置時間。
【文檔編號】H02M7/217GK103904920SQ201310646725
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2012年12月5日
【發明者】嚴亮, J·W·克斯特森, 王曉艷, 馮光, C·普恩 申請人:戴樂格半導體公司