主侧感应输出电流调节的制作方法
【专利摘要】这里所公开的实施例描述了一种控制器在开关功率转换器的输出保持基本上恒定的平均输出电流的方法。在一个实施例中，该控制器使用与主峰值电流调节水平相对应的调节电压以对平均输出电流进行调节。
【专利说明】主侧感应输出电流调节
【技术领域】
[0001]这里所公开的实施例涉及开关功率转换器。更具体地，这里所公开的实施例涉及用于发光二极管(LED)驱动器的开关功率转换器。
【背景技术】
[0002]LED在例如建筑照明、汽车前灯和尾灯、包括个人计算机和高清晰度电视的液晶显示设备的背光灯、闪光灯之类的各种电子应用中得以被采用。与诸如白炽灯和荧光灯之类的常规光源相比，LED具有明显的优势，包括高效率、良好的指向性、颜色稳定性、高可靠性、长寿命、小尺寸和环境安全性。
[0003]LED是电流驱动的设备，并且因此对通过LED的电流进行调节是重要的控制技术。LED驱动器通常要求向LED负载提供恒定的直流(DC)电流。常规技术使用开关功率转换器中的主反馈来通过开关周期输出调节提供开关周期。由于LED负载电压相对恒定，所以逐个周期的恒定电流控制生成近似恒定的功率输出。
[0004]然而，要求LED驱动器向输入交变电流(AC)源提供高功率因数。开关功率转换器中的功率因数被定义为输送至负载的实际功率与电源所提供的表观功率之比。公用事业公司或政府部门要求开关功率转换器中的功率因数通过调节而超过某个最低水平。因此，开关功率转换器应当利用高功率因数从电源向负载输送电力。通常，高功率因数要求输入电流遵循输入电压，从而得到正弦功率流而不是通过逐个周期的恒定电流控制所产生的、与近似恒定的功率输出相反的恒定功率流。
[0005]为了提供高功率因数，常规开关功率转换器的控制器使用主反馈对使用模数转换器(ADC)的功率转换器的主侧电流感应进行采样。该控制器基于主侧电流感应估计输出电流。基于主侧电流感应的反馈，常规开关功率转换器能够对平均输出电流进行调节以提供高功率因数。然而，使用常规开关功率转换器中的ADC增加了系统复杂度。此外，由于常规开关功率转换器的主电流的高速度，ADC必须是高速ADC以便准确采样主电流，因此进一步增加了系统成本。
【发明内容】
[0006]这里所公开的实施例提供了一种LED驱动器的开关功率转换器对该开关功率转换器的输出处基本上恒定的平均输出进行调节的方法。在一个实施例中，控制器允许输出电流逐个开关周期地进行变化，但是对平均输出电流进行调节以便基本上是恒定的。
[0007]为了对平均输出电流进行调节，该控制器基于来自之前开关周期的调节电压而针对功率转换器的每个开关周期估计输出电流。该调节电压对应于峰值主侧电流。该调节电压基于参考输出电流和针对每个开关周期的平均估计输出电流的比较进行修正以对平均输出电流进行调节。
[0008]说明书中所描述的特征和优势并非是无所不包的，特别地，鉴于附图和说明书，许多附加的特征和优势对于本领域技术人员而言将是显而易见的。此外，应当注意的是，说明书中所使用的语言原则上已经出于可读性和指示性的目的进行了选择，而并未被选择用来对发明主题加以勾画或限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]通过结合附图考虑以下详细描述，能够轻易理解这里所公开的实施例的教导。
[0010]图1是根据一个实施例的开关功率转换器的电路图。
[0011]图2是开关功率转换器的示例的逐个周期的波形图。
[0012]图3是开关功率转换器的示例的长时间段波形。
【具体实施方式】
[0013]附图和以下描述通过说明仅涉及优选实施例。应当注意的是，通过以下讨论，这里所公开的结构和方法的可替换实施例将被轻易认可作为可以在不背离这里所讨论的原则的情况下而被采用的可靠替换形式。
[0014]现在将详细参考若干实施例，其示例在附图中予以图示。所要注意的是，在任何可行之处都可以在附图中使用相似或相同附图标记并且其指示相似或相同的功能。附图仅出于说明的目的对实施例进行描绘。本领域技术人员将从以下描述轻易认识到，可以采用这里所图示的结构和方法的可替换实施例而并不背离这里所描述的原则。
[0015]这里所公开的实施例描述了一种LED驱动器的AC/DC回扫(flyback)开关功率转换器的控制器基于主侧感应技术将平均输出电流调节为参考电流的方法。在一个实施例中，该控制器允许输出电流逐个开关周期地发生变化，但是在长的时间段内保持相对恒定的平均输出电流，由此提供高的功率因数。在一个实施例中，不同于使用ADC来对主电流进行采样，该控制器使用对应于峰值主侧电流的调节电压Vipk_d来对功率转换器的平均输出电流进行调节。
[0016]图1图示了根据一个实施例的AC至DC的回扫开关功率转换器100。开关功率转换器100包括功率级和次输出级。功率级包括开关Ql (被示为双极结晶体管(BJT))和功率变压器Tl。功率变压器Tl包括主绕组Np、次绕组Ns和辅助绕组Na。次输出级包括二极管D1和输出电容器Cp控制器101使用输出驱动信号103来控制开关Ql的ON状态和OFF状态，该输出驱动信号103为具有开启时间(Tm)和关闭时间(Ttw)的脉冲的形式。换句话说，控制器101生成对开关Ql进行驱动的输出驱动信号103。
[0017]AC功率从AC电源(未示出)接收并且被整流以提供未经调节的输出电压VIN。由于二极管D1在开关Ql开启时变为反向偏压，所以输入功率在开关Ql开启时被存储在变压器Tl中。经整流的输入功率随后在开关Ql关闭时被传输至跨接电容器C1的LED串105而作为次电流Isec流过Dp 二极管D1用作输出整流器而电容器C1则用作输出滤波器。所产生的经调节的输出电压Vot和经调节的输出电流Itj被输送至LED串105。
[0018]如之前所提到的，控制器101生成适当开关驱动脉冲103以对开关Ql的开启时间和关闭时间进行控制，由此对输出电流Itj进行调节。对于每个开关周期，控制器101基于从开关功率转换器100之前的开关周期所感应的输出电压Vsense和所感应的主侧电流Iph使用反馈回路，以诸如脉宽调制PWM模式之类的各种操作模式来控制开关Ql。Isense被用于通过主绕组Np和开关Ql来感应以跨感应电阻器Ris的感应电压为形式的主电流1_。输出电压Vott跨变压器Tl的辅助绕组Na而得到反映，其作为电压Vsense而经由电阻器R1和R2所构成的电阻分压器输入至控制器101。
[0019]如图1所示，在一个实施例中，控制器101包括多个不同电路。在其它实施例中可以使用与图1所示以外的其它电路。
[0020]TR传感器107接收电压VSENSE。在一个实施例中，TR传感器107在每个开关周期内检测Vsense信号中的膝处电压(knee voltage) (即，下降沿)。在一个实施例中，膝处电压Vknee被TR计数器109用来基于膝处电压Vknee计算变压器Tl的次绕组Ns的重置时间Τκ。重置时间Tk是电流脉冲在次绕组Ns上的持续时间，例如次绕组的磁场坍塌的时间。
[0021]电流估计器111针对功率转换器100的每个开关周期估计输出电流。在一个实施例中，电流估计器111基于来自之前开关周期的调节电压Vipk_d、来自之前开关周期的重置时间τκ、变压器Tl的绕组数量N、感应电阻器Ris的电阻以及之前开关周期的周期Tp而针对功率转换器100的每个开关周期计算估计输出电流Isec_est。在一个实施例中,估计输出电流Isec_est被定义为:
【权利要求】
1.一种开关功率转换器，包括: 变压器，包括耦合至输入电压的主绕组和耦合至所述开关功率转换器的输出的次绕组； 开关，耦合至所述变压器的所述主绕组，通过所述主绕组的电流在所述开关开启时被生成而在所述开关关闭时并不被生成； 控制器，被配置为生成控制信号以在所述开关的每个开关周期开启或关闭所述开关以在所述开关功率转换器的所述输出保持基本上恒定的平均输出电流； 其中所述控制器被配置为通过基于从来自之前开关周期的感应的输出电压所计算的所述变压器的重置时间和与所述之前开关周期中通过所述主绕组的所述电流的峰值相对应的调节电压，针对所述开关的每个开关周期估计平均输出电流而生成所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为针对所述开关的每个开关周期估计所述平均输出电流。
3.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为基于所述平均输出电流和参考输出电流之间的比较而生成所述调节电压。
4.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为通过对来自之前开关周期的之前计算的调节电压进行修改而生成所述调节电压。
5.根据权利要求 1所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为基于与通过所述主绕组的所述峰值电流相对应的感应的峰值主侧电压信号和所述调节电压之间的比较而生成所述控制信号。
6.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为通过从所计算的估计输出电流中去除高频噪声而估计所述平均输出电流。
7.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述控制器进一步被配置为基于所述感应的输出电压来计算所述变压器的所述重置时间。
8.—种在控制器中对开关功率转换器进行控制的方法，所述开关功率转换器包括耦合在所述开关功率转换器的输入电压和输出之间的变压器，所述变压器包括耦合至所述输入电压的主绕组和耦合至所述开关功率转换器的所述输出的次绕组，以及耦合至所述变压器的所述主绕组的开关，通过所述主绕组的电流在所述开关开启时被生成而在所述开关关闭时并不被生成，所述方法包括: 基于从感应的输出电压所计算的、来自之前开关周期的所述变压器的重置时间和与所述之前开关周期中通过所述主绕组的所述电流的峰值相对应的调节电压，来针对所述开关的每个开关周期估计平均输出电流；并且 基于所估计的平均输出电流而生成用于在所述开关的每个开关周期开启或关闭所述开关的控制信号，以在所述开关功率转换器的所述输出保持基本上恒定的平均输出电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中基于所述之前开关周期的持续时间、所述变压器的绕组数量和耦合至所述开关和接地端的感应电阻器的电阻，而针对所述开关的每个开关周期进一步估计所述平均输出电流。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括: 将所述平均输出电流和参考输出电流进行比较；并且 基于所述比较生成所述调节电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其中生成所述调节电压包括: 对来自之前开关周期的之前计算的调节电压进行修改以生成所述调节电压。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括: 将与通过所述主绕组的所述峰值电流相对应的感应的主侧电压信号与所述调节电压进行比较；以及 基于所述比较生成所述控制信号。
13.根据权利要求8所述的方法，其中估计所述平均输出电流包括: 计算估计输出电流；以及 从所述估计输出电流中去除高频噪声以生成所述平均输出电流。
14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括: 基于所述感应的 输出电压计算所述变压器的所述重置时间。
【文档编号】H02M7/217GK103904920SQ201310646725
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】严亮, J·W·克斯特森, 王晓艳, 冯光, C·普恩 申请人:戴乐格半导体公司