用于准谐振高功率因数反激式变换器的控制方法和设备技术

本公开涉及用于准谐振高功率因数反激式变换器的控制方法和设备。一种高功率因数准谐振变换器将AC电力线输入转换为DC输出以给负载(通常为LED串)供电。功率输入被馈送到由功率开关控制的变压器中。功率开关由具有成形电路的控制器来驱动。成形电路使用电流生成器、开关电阻器和电容器来产生正弦基准电压信号。控制器基于电压基准信号来驱动功率开关，从而导致变压器的初级绕组中的正弦输入电流，导致变换器的高功率因数和低总谐波失真。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及变换器，并且更具体地涉及用于准谐振AC/DC离线变换器的控制设备。
技术介绍
用于灯泡更换的基于LED的灯的变换器以及特别地离线驱动器常常期望具有大于0.9的功率因数、低总谐波失真(THD)并且提供安全隔离。同时，由于成本原因，期望在不闭合反馈回路的情况下调节针对适当LED驱动所需要的输出DC电流。高功率因数(hi-PF)反激式变换器能够使用简单且廉价的功率级满足功率因数和隔离规范。在hi-PF反激式变换器中，不存在直接连接在输入整流器桥的DC侧两端的储能电容器，使得向功率级施加的电压被正弦整流。为了实现高PF，输入电流必须跟踪输入电压，从而引发时间相关的输入至输出功率流。作为结果，输出电流包含主线的频率两倍的大AC分量。通常在适当延迟之后，准谐振反激式变换器具有与变压器去磁(即次级电流已经变为零)的时刻同步的功率开关导通。这允许导通发生在跟随去磁的漏极电压振铃的谷，常常称为“谷切换”。最常见地，使用峰电流模式控制，所以功率开关的关断通过电流感测信号达到由调节输出电压或电流的控制回路编程的值来确定。在反激式变换器中，输入电流是仅在功率开关的导通时间期间流动的初级电流的平均，从而导致由对应于功率开关的关断时间的空隙分开的一系列三角波。这种“斩波”使得初级电流的平均值低于峰值的一半，并且依赖于三角波的占空比。作为结果，输入电流不再与峰的包络成比例，并且不像正弦包络，输入电流不是正弦的。虽然保持
正弦状形状，但是输入电流失真。这一失真正弦输入电流导致未能实现低THD或单位一功率因数的反激式变换器。图1示出根据现有技术的高功率因数(Hi-PF)准谐振(QR)反激式变换器30的示意图。在初级侧，反激式变换器30包括桥式整流器34，桥式整流器34具有被配置为从AC电力线接收AC电压的输入32、连接到接地的第一输出、以及第二输出，整流器被配置为在第二输出处产生经整流电压Vin(θ)。变换器30还包括电容器Cin，其用作高频平滑滤波器，连接在桥式整流器34的输出端子两端，其中负端子连接到接地。变压器36的初级绕组Lp具有连接到电容器Cin的正端子的一端，并且变压器36还包括耦合到电阻器RZCD的辅助绕组Laux。初级绕组Lp的另一端连接到功率开关M的漏极。功率开关M具有经由感测电阻器RS连接到接地的源极端子，电阻器RS允许将流过M的电流(即当M导通时流过Lp的电流)读取为电阻器RS本身两端的正电压降。控制器38控制功率开关M。变换器的初级侧还包括电阻分压器和钳位电路39，电阻分压器由与电容器Cin并联连接的电阻器Ra和Rb构成，钳位电路39对由初级绕组Lp的漏电感产生的漏极电压上的尖峰进行钳位。在变换器的次级侧，变压器36的次级绕组Ls具有连接到次级接地的一端和连接到二极管D的正极的另一端，二极管D具有连接到电容器Cout的正极板的负极，电容器Cout具有其连接到次级接地的负极板。这一反激式变换器30在Cout两端的其输出端子处生成DC电压Vout，DC电压Vout将供应负载(未示出)。负载通常是高亮度LED串。要调节的量(输出电压Vout或者输出电流Iout)与基准值进行比较，并且生成依赖于它们的差异的误差信号IFB。这一信号通过隔离反馈块40传送到初级侧，隔离反馈块40通常由光耦合器(或者能够跨越符合IEC60950的安全要求的隔离屏障的其他装置)实现。在初级侧，这一误差信号是从控制器38中的专用引脚FB陷落的电流IFB，从而产生所述引脚FB上的控制电压Vc。如果由位于隔离反馈块40
内部的频率补偿网络确定的整体控制回路的开环带宽足够窄——通常低于20Hz——并且假定稳态操作，则至少对于一级近似，控制电压Vc可被视为DC电平。在控制器38内部，控制电压Vc内部地馈送到乘法器块42的一个输入中，乘法器块42具有经由引脚MULT和电阻分压器Ra/Rb的中点接收在Cin两端感测的瞬时经整流线电压Vin(θ)的一部分的另一输入。乘法器块42的输出是经整流正弦波与DC电平的乘积，于是仍然为经整流正弦波，其振幅依赖于均方根线电压Vin(θ)和控制电压Vc的振幅；这将是峰值初级电流的基准电压VcsREF(θ)。VcsREF(θ)信号被馈送到脉冲宽度调制比较器44的反相输入，脉冲宽度调制比较器44在其非反相输入处接收在感测电阻器RS两端感测的电压Vcs(t，θ)，电压Vcs(t，θ)是与流过变压器36的初级绕组Lp和功率开关M(当功率开关导通时)的瞬时电流Ip(t，θ)成比例的电压。假定功率开关M初始导通，通过初级绕组Lp的电流将倾斜升高，并且RS两端的电压也将倾斜升高。当Vcs(t，θ)等于VcsREF(θ)时，PWM比较器44重置SR触发器46，SR触发器46关断功率开关M。因此，乘法器42的输出(成形为经整流正弦波)确定了初级绕组LP中的电流的峰值，作为结果，该电流将由经整流正弦波包络。当功率开关M关断时，存储在初级绕组LP中的能量通过磁耦合被传送到次级绕组Ls，并且然后倾卸到输出电容器Cout和负载中，直到次级绕组Ls完全去磁。此时，二极管D打开，并且漏极节点变得浮动，在次级绕组LS和二极管D导通的情况下漏极节点固定在Vin(θ)+VR。由于其开始与初级绕组LP谐振的寄生电容，漏极节点电压将趋向于通过阻尼振铃最终达到瞬时线电压Vin(θ)。跟随变压器36去磁的迅速漏极电压跌落通过辅助绕组LAUX和电阻器RZCD耦合到控制器38的引脚ZCD。每次其检测到落至低于阈值的下降沿时，过零检测器(ZCD)块48释放脉冲，并且这一脉冲设置SR触发器46并且驱动功率开关M导通，从而开始新的开关周期。在ZCD块48和SR触发器46的设置输入之间的或门50允许启动器块52的输出发起开关周期。启动器块52在上电时当没有信号在引脚ZCD输入上可用时产生信号，并且在引脚ZCD输入上的信号因任何原因损耗的情况下，防止变换器30卡住。假定θ∈(0，π)，根据考虑中的控制方案，初级电流的峰包络由下式给出：Ipkp(θ)＝Ip(TON，θ)＝IPKp sinθ.值得注意的是，这一方案导致功率开关M的恒定导通时间TON： T O N = L P I PK p sin θ V P K sin θ = L p I PK p V 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制功率电路的功率晶体管的设备，包括：驱动器电路，具有被配置为接收电压基准信号的第一输入、和被配置为基于所述电压基准信号来驱动所述功率晶体管的输出；以及驱动器控制电路，被配置为向所述驱动器电路提供所述电压基准信号，所述驱动器控制电路包括：乘法器，具有被配置为接收基于来自所述功率电路的反馈信号的第一信号的第一输入、被配置为接收第二信号的第二输入、和输出，所述乘法器被配置为基于所述第一信号和所述第二信号的乘法来产生乘法器信号；电流生成器，被耦合到所述乘法器并且被配置为产生电流基准信号；第一电阻器，被耦合到第一电流生成器的输出；以及开关，被配置为当所述功率晶体管导通时将所述第一电阻器与电容器并联耦合，并且其中所述驱动器控制电路被配置为基于所述电流基准信号、和所述第一电阻器的电阻、和所述电容器的电容来提供所述电压基准信号。

【技术特征摘要】
2015.03.06 US 14/572,6381.一种用于控制功率电路的功率晶体管的设备，包括：驱动器电路，具有被配置为接收电压基准信号的第一输入、和被配置为基于所述电压基准信号来驱动所述功率晶体管的输出；以及驱动器控制电路，被配置为向所述驱动器电路提供所述电压基准信号，所述驱动器控制电路包括：乘法器，具有被配置为接收基于来自所述功率电路的反馈信号的第一信号的第一输入、被配置为接收第二信号的第二输入、和输出，所述乘法器被配置为基于所述第一信号和所述第二信号的乘法来产生乘法器信号；电流生成器，被耦合到所述乘法器并且被配置为产生电流基准信号；第一电阻器，被耦合到第一电流生成器的输出；以及开关，被配置为当所述功率晶体管导通时将所述第一电阻器与电容器并联耦合，并且其中所述驱动器控制电路被配置为基于所述电流基准信号、和所述第一电阻器的电阻、和所述电容器的电容来提供所述电压基准信号。2.根据权利要求1所述的设备，包括：所述电容器，其被耦合在所述第一电流生成器和电源电压端子之间，其中所述开关和所述第一电阻器被耦合在所述第一电流生成器和所述电源电压端子之间。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流生成器和所述第一电阻器被配置为向所述乘法器的所述第二输入提供所述第二信号，并且所述乘法器被配置为向所述驱动器电路输出所述电压基准信号。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述电流生成器包括被配置为从所述功率电路的输入电路接收控制电压的控制端子，所述控制电压基于所述功率电路的经整流输入电压。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述乘法器被配置为从所
\t述功率电路的输入电路接收所述第二信号，所述第二信号基于所述功率电路的经整流输入电压。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流生成器包括：第二电阻器，被耦合在整流器和所述乘法器的所述第二输入之间。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一电阻器被耦合在所述第二电阻器和所述开关之间。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流生成器包括被耦合到所述乘法器的所述输出的控制端子，并且被配置为向所述驱动器电路提供所述电压基准信号。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动器电路包括：比较器，具有到所述驱动器控制电路的输出的第一输入、被配置为接收指示通过所述功率开关的电流的感测信号的第二输入、和输出；触发器，具有被耦合到所述比较器的所述输出的重置输入、和输出；以及驱动器，具有被耦合到所述触发器的所述输出的输入、和被配置为控制所述功率开关的输出。10.一种用于控制功率电路的驱动器的设备，包括：乘法器，具有被配置为接收基于来自所述功率电路的反馈信号的第一信号的第一输入、被配置为接收基于来自所述功率电路的输入信号的第二信号的第二输入、和输出，所述乘法器被配置为基于所述第一信号和所述第二信号的乘法来产生乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·阿德拉格纳，G·格里蒂，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT