專利名稱：功率轉換反饋控制電路的制作方法
技術領域：
本實用新型大體來說涉及電子器件，且更特定來說，涉及功率轉換電路。
背景技術：
常規功率轉換器將輸入電壓Vin轉變成不同輸出電壓Vout。電壓Vout由反饋電路控制。所述反饋電路檢測耦合到輸出的反饋電壓Vfb且將信號提供到功率轉換器以進行調整從而使得反饋電壓Vfb更接近于參考電壓Vref。所述功率轉換器通過增加或減小Vout進行調整。將輸出電壓Vout施加到負載。在一些應用中，可用于取決于各種條件而將不同電壓Vout施加到所述負載。舉例來說，如果負載的溫度改變，那么調整輸出電壓可增加負載的功率效率。
實用新型內容本實用新型揭示一種具有兩個反饋環路的功率轉換電路，其包含用于使負載(例如，LED)的命令電壓斜升或斜降的反饋控制電路。第二反饋環路饋送到第一反饋環路中，且所述第二反饋環路以低于所述第一反饋環路的帶寬操作。當使所述命令電壓斜升或斜降時，由于系統中的延遲而導致電壓過沖。可通過對所述命令電壓的最終調整來補償所述過沖。用于使命令電壓斜升或斜降的反饋控制電路的特定實施方案可提供以下優點中的一者或一者以上:1)可在較短時間量內使負載處的電壓達到目標電壓；2)可在短時間量內給負載通電；3)可通過迅速降低負載處的電壓來保護電子組件免受過量電壓的損害；4)可通過使負載處的電壓保持接近于目標電壓來降低功率消耗；5)可在使命令電壓斜升或斜降的同時降低電壓過沖；及6)可實現良好功率因數校正。在一個實施例中， 本申請涉及一種功率轉換反饋控制電路。所述功率轉換反饋控制電路包括功率轉換器，其包括耦合到電源的功率輸入、耦合到負載的輸出及控制輸入，其中所述功率轉換器經配置以基于所述控制輸入而將所述功率輸入上的輸入電壓轉換成所述輸出上的輸出電壓；第一反饋電路，其耦合于所述功率轉換器的所述輸出與所述功率轉換器的所述控制輸入之間，其中所述第一反饋電路經配置而以第一帶寬操作；第二反饋電路，其耦合于所述負載與所述第一反饋電路之間，其中所述第二反饋電路經配置而以慢于所述第一帶寬的第二帶寬操作，且其中所述第二反饋電路經配置而以斜變速率改變所述第一反饋電路的命令電壓直到在所述負載處檢測到目標電壓。在附圖及下文說明中陳述一個或一個以上所揭示實施方案的細節。依據所述說明、圖式及權利要求書，其它特征、方面及優點將變得顯而易見。
圖1A是實例性功率轉換電路的框圖。圖1B是實例性功率轉換電路的框圖，其展示兩個反饋環路:環路I及環路2。[0009]圖2是在正常操作期間由反饋控制電路執行的實例性過程的流程圖。圖3是反饋控制電路的斜升模式的實例性電壓圖。圖4是在斜升模式期間由反饋控制電路執行的實例性過程的流程圖。圖5是反饋控制電路的斜降模式的實例性電壓圖。圖6是在斜降模式期間由反饋控制電路執行的實例性過程的流程圖。
具體實施方式
實例性功率轉換電路圖1A是實例性功率轉換電路100的框圖。功率轉換電路100包含功率轉換器102以將功率提供到成串一個或一個以上發光二極管(LED) 104。盡管圖解說明LED104，但功率轉換電路100可用以將功率提供到任何適當電負載。功率轉換器102包含耦合到電源的功率輸入及耦合到成串LED104的輸出。功率轉換器102經配置以將所述功率輸入上的輸入電壓Vin轉換成所述輸出上的輸出電壓Vout。所述轉換是基于控制輸入處的所接收信號，其可指定(舉例來說)應相對于Vin增加還是減小Vout0圖1B是實例性功率轉換電路100的框圖，其展示兩個反饋環路:環路I及環路2。第一反饋環路(環路I)實施成第一反饋電路，其耦合于功率轉換器102的輸出與所述功率轉換器的控制輸入之間。所述第一反饋電路包含耦合到功率轉換器102的輸出的一個或一個以上電阻器(例如，如所圖解說明的電阻器Ra及Rb)的電阻器網絡。所述第一反饋電路還包含比較器106。比較器106具有兩個輸入及一輸出。比較器的輸入中的一者耦合到功率轉換器102的輸出。舉例來說，所述輸入可經由所述電阻器網絡在反饋節點Vfb處(例如，在兩個電阻器Ra及Rb與接地節點之間)耦合到所述輸出。比較器的輸入中的另一者耦合到參考電壓Vrefl。比較器的輸出耦合到功率轉換器102的控制輸入。在操作中，第一反饋電路比較反饋節點Vfb處的電壓與參考電壓Vrefl。第一反饋電路將控制信號提供到功率轉換器102以在Vfb小于Vrefl的情況下增加Vout且在Vfb大于Vrefl的情況下減小Vout。反饋電壓Vfb為如通過電阻器網絡及第二反饋環路(環路2)修改的輸出電壓Vout。第二反饋環路(環路2)實施成第二反饋電路，其耦合于負載(LED104)與第一反饋電路之間。所述第二反饋電路包含反饋控制電路108。反饋控制電路108包含耦合到成串LED104的檢測輸入及耦合到第一反饋電路的反饋節點Vfb的控制輸出。舉例來說，反饋控制電路108可實施為數字邏輯電路。第二反饋電路還包含在成串LED104與接地節點之間的電流源電路。可在功率轉換電路中使用任何適當電流源電路。圖1B中所圖解說明的電流源電路包含場效應晶體管(FET) 110。FETllO包含柵極、源極及漏極。所述電流源電路還包含比較器112。比較器112包含第一及第二輸入以及輸出。比較器112的第一輸入I禹合到FETl 10的源極。比較器112的第二輸入耦 合到參考電壓Vref2。比較器輸出耦合到FETllO的柵極。FETllO的漏極耦合到LED104。電阻器Rs耦合于FETllO的源極與接地節點之間。電流源使流動穿過LED104的電流保持恒定且等于Vref2/Rs。[0022]反饋控制電路108的檢測輸入可直接或間接耦合到LED104。舉例來說，如圖1B中所圖解說明，反饋控制電路108的檢測輸入直接連接到FETllO的漏極。另一選擇為，反饋控制電路108的檢測輸入可直接連接到FETllO的柵極。在操作中，第二反饋電路將額外反饋提供到功率轉換器102以調整Vout。額外反饋用以調節FETllO的漏極或柵極處的電壓且因此用以調節流動穿過LED104的電流。舉例來說，第二反饋電路可經配置以將FETllO的漏極處電壓Vd調節到某一電壓Vdoptimal。Vdoptimal可經選擇以恰好足夠高以使FETllO保持在其飽和區中工作。當電路的溫度改變時，LED的正向電壓改變，此將使得Vd高于或低于Vdoptimal。當Vd低于Vdoptimal時，FETl 10可在其三極管區中操作，因此流動穿過FET110及借此LED104的電流可減小，而非保持恒定。在此情況下，第二反饋電路可(例如，在反饋節點Vfb處)從第一反饋電路吸收電流以增加Vout直到Vd等于或約為Vdoptimal。當Vd高于Vdoptimal時,大于所需的電壓可在FET110上下降,此可損耗功率且由于高功率耗散而可能損害FET110。在此情況下，第二反饋電路可(例如，在反饋節點Vfb處)將電流供到第一反饋電路中以減小Vout直到Vd等于或約為Vdoptimal。第一反饋電路經配置而以第一帶寬操作，且第二反饋電路經配置而以第二帶寬操作。反饋電路的帶寬是對其可使信號傳播穿過所述電路的速度的度量且可以(舉例來說)Hertz為單位進行測量。在實例性功率轉換電路100中，第二帶寬慢于第一帶寬。為實現功率轉換電路100的穩定，第二帶寬可為大致慢于第一帶寬。舉例來說，在一些應用中，第一反饋電路的帶寬是基于電源的帶寬，所述電源為公用電網。所述功率轉換器可具有慢帶寬以實現良好功率因數校正。具有功率因數校正的單級離線功率轉換器可具有慢帶寬(例如，約IOHz到20Hz)以實現良好功率因數。在具有此功率轉換器的應用中，第二反饋電路可以顯著慢于第一反饋電路的帶寬的帶寬操作。通常，第二反·饋電路的帶寬是基于反饋控制電路108的操作。舉例來說，反饋控制電路108可以小增量將其控制輸出上的電壓改變到反饋節點Vfb且在再次調整所述電壓之前等待較長(相對于第一反饋電路的帶寬較長)時間。反饋控制電路108可以各種模式操作，包含(舉例來說)正常模式、斜升模式及斜降模式。圖2描述反饋控制電路108以正常模式的操作。圖3到4描述斜升模式。圖5到6描述斜降模式。正常模式流程圖圖2是在正常操作期間由反饋控制電路108執行的實例性過程200的流程圖。所述反饋控制電路檢測其檢測輸入上的電壓(步驟202)。舉例來說，所檢測電壓可為圖1的FETllO的漏極或柵極上的電壓。所述反饋控制電路比較所檢測電壓與目標電壓(步驟204)。舉例來說，所述目標電壓可為如上文所描述而選擇的Vdoptimal。如果所檢測電壓大于目標電壓，那么反饋控制電路減小其控制輸出上的命令電壓(步驟206)。如果所檢測電壓小于目標電壓，那么反饋控制電路增加其控制輸出上的命令電壓(步驟208)。反饋控制電路等待某一時間量(步驟210)。舉例來說，所述時間量可經選擇以允許第一反饋環路穩定以使得功率轉換電路100是穩定的。在一些實施方案中，舉例來說在功率轉換器102具有大于或等于IOHz的單位增益帶寬的情況下，所述某一時間量為 IOOms0[0034]在正常模式中，由于所述反饋控制電路在進行調整之間等待某一時間量，因此所述反饋控制電路無法很迅速地調整命令電壓。在一些情況下，比正常模式中可能更迅速地調整命令電壓為有用的。舉例來說，在給系統通電時迅速增加命令電壓可為有用的，且在FETllO處于由于過量功率耗散而被燒壞的風險中時迅速減小命令電壓可為有用的。在這些情況下，所述反饋控制電路可以斜升模式或斜降模式操作。斜升電壓圖圖3是反饋控制電路108的斜升模式的實例性電壓圖。電壓在垂直軸上且時間在水平軸上。舉例來說，在給功率轉換電路通電時，所述斜升模式可為有用的。第一曲線302表示反饋控制電路108的控制輸出上的命令電壓Vdc。第二曲線304表示反饋控制電路108的檢測輸入上的所檢測電壓。在此實例中，所檢測電壓為FETllO的漏極上的電壓Vd ;然而，所檢測電壓可為不同電壓，舉例來說，FETllO的柵極上的電壓。如由第一曲線302所指示，反饋控制電路108將命令電壓Vdc從初始低命令電壓斜變到高電壓直到所檢測電壓V d等于目標電壓。在此實例中，目標電壓為上文所描述的Vdoptimal。在所檢測電壓Vd等于或約等于Vdoptimal之后,停止所述斜變。由于在第一反饋電路中存在延遲，因此所檢測電壓Vd不緊密遵循命令電壓Vdc。如由第二曲線304所指示，所檢測電壓Vd在一些延遲之后遵循命令電壓Vdc。因此，盡管反饋控制電路108在Vd等于或約等于Vdoptimal時停止斜變，但Vd繼續增加直到其穩定到最終值。最終值與Vdoptimal之間的差為過沖電壓Vovershoot。此過沖電壓可造成(例如)FETllO中的額外功率消耗，因此通常可用于使Vovershoot最小化。Vovershoot基于第一反饋電路的斜變速率及帶寬而變化。如果第一反饋電路模型化為具有單位增益帶寬Fugbw(以Hz為單位給出)的第一階環路，且反饋控制電路108的
斜變速率為常數K (以每秒伏(V/s)為單位給出)，那么
權利要求1.一種功率轉換反饋控制電路，其包括: 功率轉換器，其包括耦合到電源的功率輸入、耦合到負載的輸出及控制輸入，其中所述功率轉換器經配置以基于所述控制輸入而將所述功率輸入上的輸入電壓轉換成所述輸出上的輸出電壓； 第一反饋電路，其耦合于所述功率轉換器的所述輸出與所述功率轉換器的所述控制輸入之間，其中所述第一反饋電路經配置而以第一帶寬操作； 第二反饋電路，其耦合于所述負載與所述第一反饋電路之間，其中所述第二反饋電路經配置而以慢于所述第一帶寬的第二帶寬操作，且其中所述第二反饋電路經配置而以斜變速率改變所述第一反饋電路的命令電壓直到在所述負載處檢測到目標電壓。
2.根據權利要求1所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述第一反饋電路包括: 電阻器網絡，其耦合到所述功率轉換器的所述輸出 '及 比較器，其包括第一及第二輸入以及比較器輸出； 其中所述比較器的所述第一輸入耦合到參考電壓，所述比較器的所述第二輸入耦合到所述電阻器網絡，且所述比較器耦合到所述功率轉換器的所述控制輸入。
3.根據權利要求1所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述第二反饋電路包括: 反饋控制電路，其耦合于所述負載與所述第一反饋電路之間 '及 電流源電路，其耦合到所述負載及所述反饋控制電路。
4.根據權利要求3所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述電流源電路包括: 場效應晶體管，其包括柵極、源極及漏極 '及 比較器，其包括第一及第二輸入以及比較器輸出；且 其中所述比較器的所述第一輸入耦合到參考電壓，所述比較器的所述第二輸入耦合到所述場效應晶體管的所述源極，所述比較器輸出耦合到所述場效應晶體管的所述柵極，且所述漏極耦合到所述負載。
5.根據權利要求4所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述反饋控制電路直接連接到所述場效應晶體管的所述漏極或所述場效應晶體管的所述柵極。
6.根據權利要求1所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述第二反饋電路進一步經配置以在于所述負載處檢測到所述目標電壓之后施加對所述命令電壓的最終調整。
7.根據權利要求1所述的功率轉換反饋控制電路，其中所述第二反饋電路進一步經配置以在于所述負載處檢測到所述目標電壓之后以正常模式操作，包含執行包括以下各項的操作:將所述所檢測電壓與所述目標電壓進行比較、調整所述命令電壓及等待某一時間量以允許所述所檢測電壓在再次調整所述命令電壓之前穩定。
專利摘要本申請案涉及一種功率轉換反饋控制電路。在一個實施例中，所述功率轉換反饋控制電路包括功率轉換器，其包括耦合到電源的功率輸入、耦合到負載的輸出及控制輸入，其中所述功率轉換器經配置以基于所述控制輸入而將所述功率輸入上的輸入電壓轉換成所述輸出上的輸出電壓；第一反饋電路，其耦合于所述功率轉換器的所述輸出與所述功率轉換器的所述控制輸入之間，其中所述第一反饋電路經配置而以第一帶寬操作；第二反饋電路，其耦合于所述負載與所述第一反饋電路之間，其中所述第二反饋電路經配置而以慢于所述第一帶寬的第二帶寬操作，且其中所述第二反饋電路經配置而以斜變速率改變所述第一反饋電路的命令電壓直到在所述負載處檢測到目標電壓。
文檔編號H05B37/02GK203151378SQ201220399800
公開日2013年8月21日 申請日期2012年8月13日 優先權日2011年11月4日
發明者查爾斯·蔡, 杰夫·科托夫斯基, 科恩·維 申請人:愛特梅爾公司