切换模式功率转换器及转换方法技术

一种切换模式功率转换器具有用于隔离输出的变压器和用于提供电压和电流反馈两者的光电隔离器。光电隔离器的光源在第一和第二调整信号之间串联，其中一个调整信号基于电流感测，并且另一调整信号基于电压感测。光电隔离器的光检测器提供用于控制转换器的经隔离的反馈信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】切换模式功率转换器及转换方法
本专利技术涉及切换模式功率转换器，它们可以用于例如在初始AC到DC整流之后提供DC到DC的转换，或者它们可以用于递送AC输出。
技术介绍
切换模式功率转换器广泛应用于LED驱动器电路。可控制的驱动器可以用于改变向负载提供的电压和/或电流供电。这种可控制的驱动器的一种已知的用途是可控制地对LED输出负载调光。在这种驱动器中，通常具有初级转换器，该初级转换器适于响应于来自控制电路的至少一个所需的供电信号而接收和转换输入供电。控制电路通常由至少一个输入控制信号生成至少一个所需供电信号。初级转换器和输出负载通常通过一对磁耦合的绕组彼此隔离。已知将生成至少一个所需的供电信号的控制电路与具有光电隔离器的初级转换器隔离。图1示出了已知的驱动器10的示例性现有技术的拓扑。示出了反激转换器拓扑，其已知用于AC/DC和DC/DC转换，输入和任意输出之间采用电流隔离。反激转换器是降压-升压转换器，起点干分裂形成变压器，因此结合了初级到输出电压可调的优点同时还实现了隔离。可控制的驱动器10包括初级转换器12、控制电路14和光电隔离器16。初级转换器12使用发电机13接收和转换输入供电Vsup以生成用于向负载18提供的供电信号Vload。初级转换器12和输出负载18通过第一绕组20和第二绕组22彼此隔离，第一绕组20和第二绕组22由共享磁芯24耦合在一起。供电信号(电压Vload和/或电流)的水平可以由发电机13响应调整信号Vad进行调整。控制电路14从感测信号Ifb或Vfb(图1中仅示意性示出)和参考信号生成误差信号，并且使用比较电路从该误差信号推导出调整信号Vad。在所示的示例中，调光接口26接收输入电压Vin并生成参考电压，该参考电压由控制电路14使用以生成误差信号以及调整信号Vad。调整信号Vad被控制电路14经由光电隔离器16提供给初级转换器12。因此，调整信号实现电流或电压反馈控制。在该示例中的感测信号Ifb或Vfb从第二绕组22(即，从向负载提供的经隔离的供电信号)直接连接到控制电路14，并且特别是控制电路的比较电路。因此，驱动器向负载递送可控制的输出供电信号(电压和/或电流)，同时确保负载与初级转换器隔离。用于控制输出供电的控制电路也与初级转换器隔离。由控制器14实现的反馈控制可以用于调节输出电压或电流。一些照明负载需要电流调节，并且其他照明负载需要电压调节。因此，电流感测和反馈控制或电压感测和反馈控制都是可能的。需要能够监测并控制电流和电压两者的照明驱动器。例如，驱动器可以仅提供单个LED负载，并向该负载递送控制电流。在一些情况下，驱动器可以在负载两端电压较低时递送大电流，但是在负载两端电压较高时只递送较低的电流，有效限制/最大化向负载递送的功率。如果(单个)LED负载可以变为与驱动器断开连接，那么启动器输出电压必须被限制在安全的电平(即对驱动器本身安全，并且对其应用环境安全)。在其他情况下，多个LED负载可以并联连接，每个LED负载具有其自己的本地DC-DC转换器。在那些情况下，可能需要向所有并联连接的负载递送固定的电压。因此，存在如下情况，其中能够实现电流调节控制回路或电压调节控制回路是优选的。存在不同的已知方式来实现两个反馈调节回路到一个整体控制器。基本上，需要递送电压调整信号的第一反馈路径和递送电流调整信号的第二反馈路径。在第一种方法中，这些信号可以通过在结节点处进行电流求和来组合，其中当一个反馈路径没有活动时，其关断以不向节点递送电流。在第二种方法中，这些信号可以通过一个控制作为另一个控制的参考输入来组合，从而提供级联电路。这些方法在电路对于模式间切换的响应速度和/或实现所需的频率响应方面存在困难。因此需要经隔离的切换模式功率转换器的设计，其能够以高效的方式在电流调节和电压调节之间切换。
技术实现思路
本专利技术由权利要求定义。根据本专利技术的一个方面的示例，提供了一种切换模式功率转换器，其包括：具有输入绕组和输出绕组的隔离变压器；用于控制通过输入绕组的电流流动的主控制开关；用于控制主控制开关的控制电路；连接到输出绕组的输出电路，该输出电路的输出被连接到负载，其中输出电路适于基于输出电压生成第一调整信号，并且基于输出电流生成第二调整信号；和包括光源和光检测器的光电隔离器，其中光源串联在第一和第二调整信号之间，并且其中光检测器为控制电路提供经隔离的反馈信号。该功率转换器设计具有通过共享的光电隔离器提供的电流和电压。光电隔离器的光源(将最终反馈信号转换为光学信号)连接在两个调整信号之间。电压控制和电流控制在任何时间都是活动的，并且另一反馈系统只递送饱和输出(即反馈回路中的放大器的供电电压)，其用作固定参考。以这种方式，在两种反馈控制方法之间进行平滑过渡是可能的。这两种控制模式有助于为(最大)电流和(最大)电压提供设定点。最终是连接的负载确定哪种控制模式是活动的。如果全驱动器电流可以流动，那么“高电阻”负载会导致过高的电压，因此电压控制是活动的。相反，如果可以施加全驱动器电压，那么“低电阻”负载将会导通过多的电流，因此电流控制是活动的。当断开负载时，如果第一(电压)调整信号缓慢增加，并且只有当它大于第二(电流)调整信号时才会变为“活动”，那么输出电压中会出现较大的超调。相反，当连接负载时，如果第二(电流)调整信号缓慢增加，并且只有当它大于第一(电压)信号时才会变为“活动”，那么会发生电流超调。因此，电流和电压的限制有助于在连接和断开负载期间提供安全性。当操作与电流和电压参考水平非常接近的负载时，非常小的变化(例如由100Hz纹波导致的供电电压变化或温度变化)会导致电压和电流反馈模式之间的连续或偶然的过渡，反之亦然。特别是如果负载是光源，那么在那些过渡期间的超调可能会导致可见的伪影或闪烁。例如，输出电路包括用于生成输出电压感测信号的电阻分压器。然后，可以提供第一误差放大器，以用于根据输出电压感测信号和第一参考输入生成第一(电压)调整信号。例如，可以生成表示输出电压与所需目标水平的偏差的误差信号，然后由第一误差放大器从误差信号生成调整信号。转换器优选地具有电流控制模式和电压控制模式，其中当处于电流控制模式时，第一误差放大器处于饱和状态。这意味着第一误差放大器能够通过脱离饱和状态而快速切换到操作状态。输出电路可以包括用于生成输出电流感测信号的电流感测电阻器。然后，可以提供第二误差放大器，以用于根据输出电流感测信号和第二参考输入生成第二(电流)调整信号。再次，可以生成表示输出电流与所需目标水平的偏差的误差信号，然后由第二误差放大器从误差信号生成调整信号。转换器优选地具有电流控制模式和电压控制模式，其中当处于电压控制模式时，第二误差放大器处于饱和状态。这意味着第二误差放大器能够在光电耦合器反馈信号立即响应的情况下切换到操作状态。然后，光电隔离器的光源串联在误差放大器的输出之间，该误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种切换模式功率转换器，包括：/n隔离变压器，具有输入绕组(20)和输出绕组(22)；/n主控制开关(M1)，所述主控制开关(M1)用于控制通过所述输入绕组的电流的流动；/n控制电路(14)，所述控制电路(14)用于控制所述主控制开关；/n输出电路(19)，被连接到所述输出绕组，所述输出电路具有用于连接到负载(18)的输出，其中所述输出电路适于基于输出电压生成第一电压调整信号(40)，并且基于输出电流生成第二电流调整信号(42)；以及/n光电隔离器(16)，包括光源(30)和光检测器(32)，其中所述光源(30)在所述第一调整信号和所述第二调整信号之间串联，并且其中所述光检测器向所述控制电路(14)提供经隔离的反馈信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180103 EP 18150143.8;20171115 CN PCT/CN2017/11111.一种切换模式功率转换器，包括：
隔离变压器，具有输入绕组(20)和输出绕组(22)；
主控制开关(M1)，所述主控制开关(M1)用于控制通过所述输入绕组的电流的流动；
控制电路(14)，所述控制电路(14)用于控制所述主控制开关；
输出电路(19)，被连接到所述输出绕组，所述输出电路具有用于连接到负载(18)的输出，其中所述输出电路适于基于输出电压生成第一电压调整信号(40)，并且基于输出电流生成第二电流调整信号(42)；以及
光电隔离器(16)，包括光源(30)和光检测器(32)，其中所述光源(30)在所述第一调整信号和所述第二调整信号之间串联，并且其中所述光检测器向所述控制电路(14)提供经隔离的反馈信号。


2.根据权利要求1所述的切换模式功率转换器，其中所述输出电路(19)包括电阻分压器(R1，R2)，所述电阻分压器(R1，R2)用于生成输出电压感测信号。


3.根据权利要求2所述的切换模式功率转换器，包括第一误差放大器(34)，所述第一误差放大器(34)用于根据所述输出电压感测信号和第一参考输入(Vref1)生成所述第一调整信号(40)。


4.根据权利要求3所述的切换模式功率转换器，其中所述转换器具有电流控制模式和电压控制模式，其中当处于所述电流控制模式时，所述第一误差放大器(34)处于饱和状态。


5.根据前述权利要求中任一项所述的切换模式功率转换器，其中所述输出电路(19)包括电流感测电阻器(Rsense)，所述电流感测电阻器(Rsense)用于生成输出电流感测信号。


6.根据权利要求5所述的切换模式功率转换器，包括第二误差放大器(36)，所述第二误差放大器(36)用于根据所述输出电流感测信号和第二参考输入(Vref1)生成所述第二调整信号(42)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·蒂特玛，P·R·维尔德曼，B·C·范迪杰克，
申请(专利权)人：昕诺飞控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL