DC/DC谐振转换器和使用谐振转换器的功率因数校正以及对应的控制方法技术

技术编号:19248092 阅读:66 留言:0更新日期:2018-10-24 09:46
提供了对谐振DC/DC和AC/DC转换器电路的各种改进。这些改进对LLC电路特别有意义。一些示例涉及自激振荡电路,而其他示例涉及具有由振荡器驱动的频率控制例如以用于功率因数校正的转换器电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC/DC谐振转换器和使用谐振转换器的功率因数校正以及对应的控制方法
本专利技术涉及使用谐振功率转换器来提供具有功率因数校正的AC/DC转换,或者提供DC/DC转换。本专利技术特别涉及LLC转换器的使用。
技术介绍
以所谓的谐振转换器形式的转换器具有谐振电路,谐振电路可以是串联或并联谐振电路。在配置转换器时,一个目标是保持低损耗。包括具有两个电感和一个电容的LLC谐振电路的谐振转换器是公知的。这种转换器的优点是,具有相对较低的开关损耗的能量高效操作是可能的。谐振LLC转换器以在LED驱动器中使用而公知。转换器可以被配置或操作为恒流源或恒压源。可以使用恒流源直接驱动LED布置,从而实现单级驱动器。恒压源例如可以用于具有另外的驱动器电子元件的LED模块,以便利用来自由恒压源提供的输出电压的预定电流来确保到LED的对应功率供应。LLC转换器包括用于控制转换操作的开关布置(称为反相器开关),并且开关使用反馈或前馈控制来控制,以便生成所需要的输出。在由市电(或其他AC)电源供电的功率转换器内实现的另一功能是功率因数校正(PFC)。AC电力系统的功率因数被定义为流向负载的有功功率与电路中的视在功率的比值。小于1的功率因数意味着电压和电流波形不同相,减少了两个波形的瞬时乘积。有功功率是电路在特定时间执行工作的能力。视在功率是电路的电流和电压的乘积。由于存储在负载中并且返回到源的能量,或者由于使从源汲取的电流的波形失真的非线性负载,视在功率将大于有功功率。如果电源以低功率因数操作,对于传送相同数量的有用功率负载将比在较高功率因数下汲取更多电流。使用功率因数校正可以提高功率因数。对于线性负载,这可以涉及使用电容器或电感器的无源网络。非线性负载通常需要有源功率因数校正来抵消失真并且提高功率因数。功率因数校正通过提供符号相反的无功功率、添加用于消除负载的电感性或电容性效应的电容器或电感器来使AC功率电路的功率因数更接近1。有源PFC利用电力电子技术来改变由负载汲取的电流的波形,以改善功率因数。有源PFC电路可以例如基于降压、升压或降压升压开关模式转换器拓扑。有源功率因数校正可以是单级或多级的。在开关模式电源的情况下,PFC升压转换器例如插入在桥式整流器与市电存储电容器之间。升压转换器试图在其输出上维持恒定的DC母线电压,同时汲取与线路电压始终同相并且处于相同频率的电流。电源内部的另一开关模式转换器从DC母线产生期望的输出电压或电流。由于其输入电压范围非常宽,具有有源PFC的很多电源可以自动调节,以对例如从约110V至277V的AC电源操作。功率因数校正可以在例如被置于(市电)电源与开关模式功率转换器之间的专用功率因数校正电路(称为预调节器)中实现,开关模式功率转换器然后驱动负载。这形成了双级系统,并且这是高功率LED应用(例如,大于25W)的典型配置。功率因数校正可以替代地被集成到开关模式功率转换器中,开关模式功率转换器然后形成单级系统。在这种情况下,存在单个谐振槽和开关布置,其然后实现功率因数校正以及输入与输出之间的转换比的控制两者,以便维持递送给负载的期望的输出(在LED驱动器的情况下为电流)。有源功率因数校正通常涉及向控制器提供输入电流和电压波形,使得它们的相对相位角可以通过调节负载来控制。在US2014/0091718中已经提出使用LLCDC/DC转换器作为PFC电路,在LLCDC/DC转换器之前是整流器。LLC谐振转换器是频率控制的,为此使用振荡器。反馈控制系统的控制值是反相器的开关频率。利用内部部件来形成谐振槽的自激振荡谐振转换器电路也是已知的,并且信号值(例如,电路中出现的电压水平)用于实现开关操作。例如,US8729830公开了通过使用谐振槽中的状态的阈值检测以便确定反相器开关时间而不是采用振荡器和频率控制来以自激振荡方式控制谐振DC/DC转换器。LLCDC/DC转换器要么以DC电源电压(例如,在电信或数据中心应用中为48V)操作,要么用作市电电源或两级LED驱动器的第二级,其中前端级(功率因数校正预调节器)提供功率因数校正并且还生成形成用于LLC的DC输入电压的稳定的母线电压。具有中等和低输出功率的标准功率因数预调节器通过以边界导通模式(或“临界导通模式”)操作的降压、升压、降压升压或反激式转换器来实现。如果转换器必须与市电隔离,则通常使用反激式转换器。这种操作模式广泛应用于必须满足市电谐波规定的各种商用产品。通常,为了控制这些转换器,使用两个概念:(i)峰值电流模式控制与市电输入电压的乘法器相组合以用于提供市电输入电流的设定点。这里,输入电流是闭环控制的,并且必须借助于电流传感器进行测量。(ii)反相器开关的恒定导通时间操作。这种方法不控制闭环中的市电输入电流,并且控制系统的实现非常简单。这种方法既不需要乘法器来计算设定点也不需要电流传感器。这种方法基于恒定导通时间,并且市电输入电流大致与市电电压成比例(在特定的设计和操作条件下)。本专利技术在一些方面涉及DC/DC谐振转换器架构,并且在其他方面涉及用作实现功率因数校正(PFC)的AC/DC转换器的谐振LLC转换器。图1中示出了谐振AC/DC转换器的示例。LLC谐振电路形成PFC级,并且因此可以通过具有受控输出电压而用作PFC预调节器。它也可以通过具有受控输出电流而用作单级LED驱动器。该电路包括市电输入10,市电输入10之后是在输出处具有平滑电容器14的整流桥12。转换器包括初级侧电路16和次级侧18。在初级侧电路16与次级侧18之间存在电隔离。提供包括初级线圈20和次级线圈22的变压器以用于隔离。变压器具有还充当串联LLC谐振电路的电感之一的磁化电感20。LLC谐振电路具有第二电感24和电容(在这个示例中被形成为两个电容器26和27)。在LLC电路中,电感和电容器可以按任何串联顺序。电感器可以包括分立部件,或者可以被实现为变压器的漏感。初级侧电路16包括具有第一功率开关28和第二功率开关30的半桥。第一开关和第二开关可以是相同的,并且半桥可以是以对称半桥的形式。这些开关可以是以场效应晶体管的形式。谐振LLC电路连接到两个开关之间的节点。每个开关的操作定时由其栅极电压(示意性地示出为电压源)来控制。反馈用于确定开关28、30的控制的定时。在转换器的操作期间,控制器以特定频率和互补方式控制开关。图1所示的电路因此是AC/DCPFC单级转换器,其包括AC输入10、整流器12、包括高侧开关(第一功率开关28)和低侧开关(第二功率开关30)的半桥反相器,其中输出从开关之间的节点限定。自激振荡LLC电路20、24、26、27耦合到输出。控制电路(未示出)用于生成用于控制高侧开关和低侧开关的切换的栅极驱动信号。高栅极驱动信号接通一个开关并且关断另一开关,而低栅极驱动信号关断上述一个开关并且接通上述另一开关。在一种已知方法中,初级侧电路16例如通过第一或第二开关来检测指示在电路中流动的电流随着时间的平均值的变量。关于负载的信息是基于初级侧电路中所测量的电流而得到的。所测量的电流可以与负载具有直接关系。次级侧18具有整流器,整流器连接在次级线圈22的下游并且例如可以由(二极管32a和32b的)第一二极管布置32和(二极管34a和34b的)第二二极管布置34形成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转换器,包括:半桥反相器,包括第一开关(28)和第二开关(30),其中第一输出被限定来自从所述开关之间的节点;LLC电路(20、24、26、27),包括用于提供输出电压和输出电流的第二输出,并且被耦合到所述第一输出,其中电反馈参数由所述LLC电路提供;控制电路,用于根据所述电反馈参数来生成用于控制所述第一开关(28)和所述第二开关(30)的切换的栅极驱动信号,其中高栅极驱动信号接通一个开关并且关断另一开关(30),并且低栅极驱动信号关断所述一个开关(28)并且接通所述另一开关(30),其中所述控制电路包括:外控制回路(64),用于至少与转换器输出电压或电流成比例地设置阈值水平;平均电路,用于提供平均阈值水平;以及内控制回路(62),包括用于生成所述栅极驱动信号的振荡器(198)和用于比较所述平均阈值水平与所述电反馈参数以控制所述振荡器(198)的频率的比较器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 EP 16155541.21.一种转换器,包括:半桥反相器,包括第一开关(28)和第二开关(30),其中第一输出被限定来自从所述开关之间的节点;LLC电路(20、24、26、27),包括用于提供输出电压和输出电流的第二输出,并且被耦合到所述第一输出,其中电反馈参数由所述LLC电路提供;控制电路,用于根据所述电反馈参数来生成用于控制所述第一开关(28)和所述第二开关(30)的切换的栅极驱动信号,其中高栅极驱动信号接通一个开关并且关断另一开关(30),并且低栅极驱动信号关断所述一个开关(28)并且接通所述另一开关(30),其中所述控制电路包括:外控制回路(64),用于至少与转换器输出电压或电流成比例地设置阈值水平;平均电路,用于提供平均阈值水平;以及内控制回路(62),包括用于生成所述栅极驱动信号的振荡器(198)和用于比较所述平均阈值水平与所述电反馈参数以控制所述振荡器(198)的频率的比较器。2.根据权利要求1所述的转换器,其中所述电反馈参数对应于所述LLC电路的电容器两端的电压。3.根据权利要求1或2所述的转换器,其中所述阈值水平是:输入电流阈值水平,并且所述内部控制回路包括被布置为对输入电流误差进行积分的积分器(196),其中所述振荡器(198)根据积分的所述输入电流误差和所述电反馈参数被控制。4.根据权利要求1或2所述的转换器,其中所述阈值水平是:所述电反馈参数的阈值水平,并且所述内部控制回路包括用于检测具有取决于所述阈值水平的定时的信号(Q_FF)与所述电反馈参数之间的相位差的相位检测器(322)。5.根据权利要求4所述的转换器,其中所述内部控制回路包括用于对相位误差进行积分的积分器(196),其中所述振荡器(198)根据积分的所述相位误差被控制。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·埃尔弗里奇D·L·约翰W·P·M·M·简斯J·H·G·奥普赫特维尔德
申请(专利权)人:飞利浦照明控股有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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