用于控制具有低回路带宽的功率转换器的方法和设备技术

公开了一种功率转换器控制器。示例性的功率转换器控制器包括反馈传感器电路，其被连接以接收代表功率转换器的输出的反馈信号。该控制器还包括反馈采样信号发生器，其被连接以产生反馈采样信号，该信号被连接以被反馈传感器电路接收。反馈传感器电路被连接以响应于反馈采样信号对反馈信号采样。该控制器还包括状态机，其连接至反馈传感器电路以根据响应于反馈传感器电路的多个运行状况状态中的一个控制功率转换器的开关的切换。该控制器同样包括反馈时间周期信号发生器，其被连接以产生反馈时间周期信号，该信号被连接以被状态机接收。其中反馈时间周期信号的周期基本大于反馈采样信号的周期。状态机被连接以响应于反馈时间周期信号而被更新。

Method and apparatus for controlling a power converter with low loop bandwidth

A power converter controller is disclosed. The exemplary power converter controller includes a feedback sensor circuit that is connected to receive a feedback signal representative of the output of the power converter. The controller also includes a feedback sampling signal generator that is connected to generate a feedback sampling signal that is connected to be received by the feedback sensor circuit. The feedback sensor circuit is connected to sample the feedback signal in response to the feedback sampling signal. The controller also includes a state machine that is connected to the feedback sensor circuit to control switching of the power converter in response to one of a plurality of operating status states in response to the feedback sensor circuit. The controller also includes a feedback time periodic signal generator that is connected to generate a feedback time periodic signal that is connected to be received by the state machine. The period of the feedback time periodic signal is basically larger than the period of the feedback sampling signal. The state machine is connected to be updated in response to the feedback time periodic signal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及电源，更具体而言，涉及具有低回路带宽的电源。
技术介绍
通常使用电源以将插座提供的交流(“ac”)电转换为直流(“dc”)，以提供给电 学装置或负载。电源设计的一个重要考虑在于从交流功率源获得的输入电流相对于交流输 入电压波形的形状和相位。干线ac源的电压波形是标称的正弦波形。但是，由于ac源上 存在的许多开关电源的非线性负载，所以由电源从ac源获得的电流波形是非正弦的和/或 具有与ac源的电压波形不同相位。这使得ac干线配电系统的损耗增加，以及，在当前的世 界上的许多地方，电厂确保由电源所获得的电流为正弦且与ac电压波形同相已成为法定 的或自发的要求的主题。以这种方式校正输入电流波形被称为功率因数校正(PFC)。如果输入ac电流和电 压波形是正弦的且完全同相，则电源的功率因素为1。换言之，功率因数校正后的输入将使 ac源上存在的负载等价于将一个可变电阻连接在ac源的两端。通过采用PFC校正后的电 源而作为ac源的负载存在的有效电阻的变化，是与PFC校正电源输出负载获得的功率相应 的、ac源的均方根(rms)电压的函数。随着相对于ac源电压的输入电流的谐波失真和/或 相位偏移的增加，功率因数减小至小于1。功率因素的要求通常需要大于0. 9的功率因素， 并可以具有对于输入电流波形的谐波含量的要求。必须由开关电源提供PFC的应用包括发光二极管(LED)应用，由于LED相对于更 传统的白炽灯改进了能量效率，因此它正变得日渐流行。因为由LED提供的光线的亮度是 流经它们的电流的函数，因此电源也调节提供给LED的dc电流，LED形成了电源的输出负 载。因此，电源控制结合了 dc输出电流调节的函数，并通过向连接至电源输入的干线ac源 提供基本阻性负载而提供PFC。输出电流调节通常由检测流经LED的电流并向电源控制器——其调节从电源的输 入到输出的能量流动——提供作为LED电流的函数的反馈信号而实现。开关电源通常将十 分迅速地对电流反馈信息中的波动作出响应，以将LED电流调节至平滑的dc电平。不过，如上所述，为了实现PFC，电源必须使得对于ac干线存在一个基本呈阻性的 负载。用于调节LED电流的快速变化的能量流的快速变化将破坏PFC的性能，并产生非正 弦电源输入电流波形和低功率因素。因此，为了实现PFC，电源必须被配置为缓慢地响应于 电流反馈信息中的波动，这通常被称为低速电源控制回路或低带宽回路。通常，这一低速回 路功能通过在电源控制回路中引入大电容来实现。所述的电容可以例如在电源的输出处被 引入以在电源的输出处维持十分稳定的dc输出电压，这将往往能减少LED负载中的任何电 流波动。在另一实例中，允许LED中的电流波动，但将大滤波器——通常包括大电容和电 阻——引入LED电流路径和电源控制器之间的反馈路径中。这一配置接着对反馈信号滤 波，以使电源控制器响应于电源输出电流的重度滤波形式，这有助于防止控制器对来自ac干线输入源的或多或少的能量流产生突然的需求。上述两种用于实现PFC的技术均具有不利之处，它们需要电源中的大型物理部件 以减缓电源控制回路的响应。LED灯的典型应用需要电源电路尽可能紧凑，因为它们通常需 要安装在很小的灯泡壳之内(有时称为泡内(in-bulb)应用)。此外，大电容在这样的泡内 LED照明应用中存在可靠性和成本上的顾虑，因为泡内的温度很高，从而需要昂贵的高温电 容器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于功率转换器的控制器，包括反馈传感器电 路，其被连接以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号；反馈采样信号发生器，其被连 接以产生反馈采样信号，该反馈采样信号被连接以被所述反馈传感器电路接收，其中所述 反馈传感器电路被连接以响应于所述反馈采样信号而对所述反馈信号采样；状态机，其被 连接至所述反馈传感器电路以根据响应于所述反馈传感器电路的多个运行状况状态中的 一个来控制所述功率转换器的开关的切换；以及反馈时间周期信号发生器，其被连接以产 生反馈时间周期信号，该反馈时间周期信号被连接以被所述状态机接收，其中所述反馈时 间周期信号的周期基本大于所述反馈采样信号的周期，其中所述状态机被连接以响应于所 述反馈时间周期信号而被更新。在一个优选的实施方案中，所述反馈采样信号的频率基本等于所述开关的切换频率。在一个优选的实施方案中，所述开关的切换被连接以控制从所述功率转换器的输 入到所述功率转换器的输出的能量传递。在一个优选的实施方案中，所述开关的切换被连接以控制能量的传递，以使流入 所述功率转换器的输入的输入电流基本与所述功率转换器的输入的电压同相及成比例。在一个优选的实施方案中，所述代表所述功率转换器的输出的反馈信号代表了流 过所述功率转换器的输出的电流。在一个优选的实施方案中，所述代表所述功率转换器的输出的反馈信号代表了所 述功率转换器的输出的电压。在一个优选的实施方案中，所述多个运行状况状态中的每一个均包括基本固定的 接通时间。在一个优选的实施方案中，所述多个运行状况状态中的每一个均包括基本固定的 切换频率。在一个优选的实施方案中，所述反馈时间周期信号的周期是至少比所述反馈采样 信号的周期长320倍。在一个优选的实施方案中，所述反馈时间周期信号的每一周期基本等于连接至所 述功率转换器的输入的ac电压源的每一零电压状况之间的时间周期。在一个优选的实施方案中，所述反馈传感器电路包括连接至具有第一阈电平的第 一阈电平检测电路的计时器，所述第一阈电平检测电路被连接以接收所述反馈信号。在一个优选的实施方案中，所述反馈时间周期信号的每一周期基本等于其间所述 反馈信号每两次跨越所述第一阈电平的时间周期。7在一个优选的实施方案中，所述计数器被连接以响应于处于反馈采样频率的反馈 采样信号时钟而被计时。在一个优选的实施方案中，所述计数器被连接以响应于所述反馈信号和第一状态 的第一阈电平的比较的输出，而被所述第一阈电平检测电路增量递增。在一个优选的实施方案中，所述计数器被连接以响应于所述反馈信号和第二状态 的第一阈电平的比较的输出，而被所述第一阈电平检测电路增量递减。在一个优选的实施方案中，所述状态机被连接以响应于所述计数器的输出值而设 定运行状况状态，以控制所述功率转换器的开关的切换。在一个优选的实施方案中，所述状态机被连接以响应于所述计数器的输出值而在 所述反馈时间周期信号的每一周期的结尾设定下一运行状况状态。在一个优选的实施方案中，所述状态机被连接以维持一个运行状况状态直到所述 反馈时间周期信号的每一周期的结尾。在一个优选的实施方案中，所述计数器被连接以在所述反馈时间周期信号的每一 周期的结尾被重置。在一个优选的实施方案中，所述反馈传感器电路还包括具有第二阈电平的第二阈 电平检测电路，所述第二阈电平检测电路被连接以接收所述反馈信号。在一个优选的实施方案中，所述控制器还包括逻辑，该逻辑被连接至所述状态机 以响应于所述反馈信号与所述第二阈电平的比较，而中止所述状态机切换功率转换器电路 的开关。根据本专利技术的又一方面，提供一种功率转换器，包括能量传递元件，其连接在所 述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间，其中所述功率转换器的输入被连接至 ac电压源以及其中所述功率转换器的输出被连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于功率转换器的控制器，包括：反馈传感器电路，其被连接以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号；反馈采样信号发生器，其被连接以产生反馈采样信号，该反馈采样信号被连接以被所述反馈传感器电路接收，其中所述反馈传感器电路被连接以响应于所述反馈采样信号而对所述反馈信号采样；状态机，其被连接至所述反馈传感器电路以根据响应于所述反馈传感器电路的多个运行状况状态中的一个来控制所述功率转换器的开关的切换；以及反馈时间周期信号发生器，其被连接以产生反馈时间周期信号，该反馈时间周期信号被连接以被所述状态机接收，其中所述反馈时间周期信号的周期基本大于所述反馈采样信号的周期，其中所述状态机被连接以响应于所述反馈时间周期信号而被更新。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：Y·迦诺基，M·毛，D·M·H·马修斯，T·帕斯通，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：US