諧振網絡的電路和方法
【技術領域】
[0001]本發明公開的實施方式涉及用來擴大功率變換電路功率調整范圍的電路和方法，尤其涉及在功率變換電路的諧振網絡中使用可控容性裝置的電路和方法。
【背景技術】
[0002]功率變換電路廣泛應用于各種領域，例如通信、照明、汽車、軍工等，用來提供合適的功率。為滿足低功耗和節能的要求，一些諧振網絡常用于功率變換電路中。例如LC諧振網絡、LLC諧振網絡或LCC諧振網絡等有助于使功率變化電路工作效率更高并且擁有較大的功率調整范圍。
[0003]就發光二極管(Light Emitting D1de,LED)而言，利用較寬的功率調整范圍可實現調光功能。由于LED陣列不能直接被交流電或固定的直流電驅動，因此采用功率變換電路以將一種交流電或直流電轉換成一種輸出直流電。當向LED陣列提供一種可控電流時，功率變換電路應該表現出高電能轉換效率(例如達到90% )。當采用交流電源時，功率因數修正電路被用于產生直流電。直流電源或功率因數修正電路可輸出恒定電壓(例如380V到450V)。諧振電路的合理設計很容易實現寬功率調整范圍。
[0004]LCC諧振網絡是一種串并聯諧振結構，LCC諧振網絡包括電感、電容和分流電容。LCC諧振網絡常用于功率變換電路中。在包括兩個串聯的半導體開關的半橋電路中采用變頻控制可實現負載功率調節。LCC諧振網絡連接在這兩個串聯的半導體開關中點。分流電容可通過LCC諧振網絡分流通過該中點的大部分電流。
[0005]然而，固定的LCC諧振網絡并不適合所有種類的LED陣列。某些情況下，當LED陣列調光時，開關信號頻率過高，從而導致較大的開關損耗。某些情況下，盡管開關信號的頻率在一個較大的范圍，但是功率調整的范圍很窄。
[0006]所以，需要提供一種改進的電路或方法來解決上述至少一個技術問題。
【發明內容】
[0007]鑒于上面提及的技術問題，本發明的一個方面在于提供一種功率變換電路。該功率變換電路包括方波發生器、諧振網絡、變壓器和控制器。方波發生器用來產生方波功率。諧振網絡用來接收方波功率并輸出第一諧振功率。諧振網絡包括電容、電感和可控容性裝置。將變壓器與可控容性裝置相連，用來接收第一諧振功率并輸出第二諧振功率。整流后的第二諧振功率提供給負載。基于閥值信號和根據至少一個負載的檢測信號計算得到的一信號的比較結果，控制器用來生成開關信號并提供給可控容性裝置。
[0008]本發明的另一方面在于提供一種控制功率變換電路和諧振網絡的方法。該方法包括:接收負載的至少一個檢測信號。根據該至少一個檢測信號計算得到一信號。將該信號和閥值信號進行比較。及基于該信號與閥值信號的比較結果生成開關信號并提供給可控容性裝置。
[0009]本發明的又一方面在于提供一種諧振網絡。該諧振網絡包括第一支路和第二支路。第一支路包括串聯的電容和電感。第二支路與第一支路相連，且第二支路包括可控容性裝置，用以分流通過所述第一支路的部分電流。
[0010]本方法通過將可控容性裝置應用于LCC諧振網絡中，當負載功率需要調節時，通過調節可控容性裝置的電容值，一方面可通過降低輸出給半橋功率變換電路的開關信號的頻率來實現較寬的功率調節范圍，從而降低了開關損耗和導通損耗。另一方面，當半橋功率變換電路的開關信號頻率在一個較窄范圍內調節時，負載的電流可在一個較寬的范圍內調節，從而可實現較寬的功率調節范圍。
【附圖說明】
[0011]通過結合附圖對于本發明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中表示相同的部件，其中:
[0012]圖1所示為本發明功率變換電路的一種實施方式的示意圖；
[0013]圖2所示為本發明功率變換電路的另一實施方式的示意圖；
[0014]圖3所示為本發明功率變換電路的又一實施方式的示意圖；
[0015]圖4所示為本發明功率變換電路的再一實施方式的示意圖；
[0016]圖5所示為本發明具有可變頻率和可變電容的一種實施方式的電流波形圖；
[0017]圖6所示為本發明具有可變頻率和可變電容的另一實施方式的電流波形圖；及
[0018]圖7所示為本發明控制功率變換電路方法的一種實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]除非另作定義，在本說明書和權利要求書中使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬技術領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數量限制，而是表示存在至少一個，除非另行說明，僅用以方便表述，并不限于任何位置或空間取向。
[0020]請參照圖1，為本發明功率變換電路10的一種實施方式的示意圖。該功率變化電路10包括方波發生器103、諧振網絡105、變壓器107、整流器109和控制器150。
[0021]方波發生器103用來接收直流輸入源101通過高電壓端子102和低電壓端子104產生的直流功率并輸出方波功率。在某些實施方式中，當輸入源101為交流電源時，直流功率由功率因數修正電路產生。
[0022]如圖1所示，方波發生器103包括半橋電路，該半橋電路又包括串聯的第一開關111和第二開關113。第一開關111與直流輸入源101的高電壓端子102相連，第二開關113與直流輸入源101的低電壓端子104相連。在第一開關111和第二開關113的中點0，輸入的直流功率被轉換成方波功率。
[0023]第一開關111和第二開關113可包括任何形式的半導體開關，如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。本實施方式中，半橋電路103還包括與第一開關111相連的第一反向并聯二極管115及與第二開關113相連的第二反向并聯二極管117。在某些實施例中，方波發生器103可包括其他形式的電路，例如H橋型電路。
[0024]諧振網絡105用來接收方波功率并輸出第一諧振功率。諧振網絡包括彼此相連的第一支路和第二支路。第一支路連接于方波發生器103和第二支路之間，更具體而言，在半橋103的中點O和節點A之間。第一支路包括串聯的電容121和電感123。第二支路包括可控容性裝置123，用來分流通過第一支路的部分電流。本實施方式中，諧振網絡105被稱為LCC諧振網絡。
[0025]如圖1所示的實施方式中，可控容性裝置124包括第一電容125、第二電容127和開關129。第二電容127與第一電容125并聯，開關129與第二電容127串聯。當開關129被關斷時，第二電容127與第一電容125斷開連接。當開關129被導通時，第二電容127與第一電容125連接。因此，在控制該功率變換電路10時，該可控容性裝置124的電容是可變的。
[0026]如圖2所示的另一實施方式中，可控容性裝置224包括第一電容225、第二電容227和開關229。第二電容227與第一電容225串聯，開關229與電容227并聯。當開關229被導通時，第二電容227短路。當開關229被斷開時，第二電容227與第一電容225連接。因此，在控制該功率變換電路20時，該可控容性裝置224的電容是可變的。其他實施方式中，可控容性裝置可包括多于兩個的相互串并聯的電容。
[0027]在圖3所示的另一實施方式中，相比于圖1所示實施方式，諧振網絡105還包括兩個二極管148和149組成的限幅器147。限幅器147與可控容性裝置124和方波發生器103相連。二極管149的陰極與直流輸出源101的高電壓端子102相連，二極管149的陽極連接于節點A。二極管148的陰極與節點A相連，二極管148的陽極與低電壓端子104相連。限幅器147將可控容性裝置124的交流電壓限制在直流輸入源101輸出的直流電壓范圍內。限幅器147可防止高壓諧振電壓損毀諧振網絡105中的元件。相類似地，在圖4所示的另一實施方式中，相比于圖2中的實施方式，其還包括限幅器147，其已經在以上實施方式中進行說明，因此這里不再贅述。
[0028]請再次參照圖1，變壓器107包括一次繞組135和二次繞組137。電感131與電容133串聯并與可控容性裝置124并聯。一次繞組135與電感131并聯。經可控容性裝置124分流后，其余部分電流通過一次繞組135并作為第一諧振功率。二次繞組137與一次繞組135電磁耦合連接，在二次繞組137中產生第二諧振功率。
[0029]整流器109與二次繞組137相連。整流器109用來接收第二諧振功率并輸出整流后的第二諧振功率給負載143。負載143包括LED陣列或其它形式的直流負載。對LED陣列143而言，為實現調光功能，LED陣列143必須具有較大的功率調整范圍和較低的功耗。某些實施方式中，控制器150使用的第一開關111和第二開關113提供控制頻率可變的開關信號。
[0030]在某些實施方式中，LED陣列143作為電流控制元件，所以控制器150使用了電流閉環控制算法。當通過LED陣列143的電流變化時，LED陣列143的功率調節范圍較寬。驅動器165、163產生變頻開關信號175、173，來分別驅動第一開關111和第二開關113。功率變換電路10通常使用變頻控制方式來調節負載電流反饋信號，以跟蹤參考電流信號。
[0031]本實施方式可使用傳感器，如電流傳感器與/或電壓傳感器(未圖示)來檢測LED陣列143的電流、電壓與/或功率并產生至