具有控制回路的转换器的制作方法

本发明涉及一种用于将输入信号转换为输出信号的转换器。本发明还涉及一种设备、一种方法、一种计算机程序产品和一种介质。这种转换器的示例是升压转换器。

背景技术：

WO 2013/152374A2公开了一种包括转换器的功率因子校正电路，该转换器具有用于响应于控制信号控制输出信号的幅度的开关以及用于响应于输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路。另外，控制回路包括接收输出信号的幅度的精确模拟值或精确数字值并且作为响应产生控制信号的电路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改进的转换器。本发明的又一目的在于提供一种设备、一种改进的方法、一种计算机程序产品以及一种介质。

根据第一方面，提供一种转换器，用于将输入信号转换为输出信号，转换器包括用于响应于控制信号控制输出信号的幅度的开关，转换器还包括用于响应于输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路，该控制回路包括：

-第一电路，用于响应于输出信号的幅度的检测对输出信号的幅度高于或低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数，

-第二电路，用于将来自第一电路的计数结果转换为具有控制值的所述控制信号，以及

-第三电路，用于响应于第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目，否决第二电路并产生具有第一或第二限值的控制信号。

转换器将输入信号转换为输出信号。转换器包括用于响应于控制信号控制输出信号的幅度的一个或多个开关。控制信号可以是直接控制一个或多个开关的信号，或者可以是经由接口间接控制一个或多个开关的信号。输出信号的幅度的控制可以包括输出信号的幅度的更直接控制，或者可以包括经由输出信号提供的功率量或另一输出信号的幅度的控制，它们均导致输出信号的幅度的控制。转换器还包括用于响应于输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路。另外，控制回路包括用于第一电路，用于响应于输出信号的幅度的检测对输出信号的幅度高于(或低于)参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数。控制回路还包括第二电路，用于将来自第一电路的计数结果转换为具有控制值的控制信号。控制回路还包括第三电路，用于响应于第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目，否决第二电路并产生具有第一或第二限值的控制信号。

通过为控制回路引入对输出信号的幅度(例如，瞬时幅度)高于(或低于)参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数的第一电路，通过为控制回路提供将计数结果转换为具有(正则(regular))控制值的控制信号的第二电路，以及通过为控制回路提供在第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目的情况下否决第二电路并产生具有第一或第二(否决)限值的控制信号的第三电路，则不再需要将输出信号的幅度的精确模拟值或精确数字值用作控制回路的输入，这是非常大的改进。

第一、第二和第三电路形成控制回路的反馈部分，并且可以以分立电路的形式、较大电路的部分的形式或者在一个或多个电路中执行的功能的形式来实现。

转换器的一个实施例通过具有第一或第二限值的控制信号来限定，第一或第二限值使得输出信号的幅度分别变成最小值或最大值。在输出信号的幅度高于参考幅度的第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目的情况下，输出信号的幅度应该得到最小值。在输出信号的幅度低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目的情况下，输出信号的幅度应该得到最大值。

转换器的一个实施例通过参考数目来限定，参考数目包括第一时间间隔位于第二时间间隔内的总数。优选在每个包括至少十个第一时间间隔的第二时间间隔(更优选包括至少一百个第一时间间隔等)中执行计数、转换和否决。

转换器的一个实施例通过输出信号是DC电压信号，输入信号是包括预定点的DC电压信号或者包括预定点的AC电压信号，并且第二时间间隔是位于两个预定点之间的时间间隔来限定。预定点(例如，DC电压信号中的零值和AC电压信号中的零交叉)良好地适合于限定第二时间间隔。不排除诸如预定电平的其他预定点。

转换器的一个实施例通过与除法结果成比例的计数结果来限定，除法结果等于第一时间间隔的第一数目除以第一时间间隔的总数。随后，这种除法结果可以具有0和1(在第一时间间隔的第一数目至多等于参考数目的情况下)之间的值。

转换器的一个实施例通过将除法结果适配成误差结果来限定。这种误差结果可以通过从除法结果中减去1/2来得到，误差结果可具有-1/2和+1/2之间的值。

转换器的一个实施例通过第二电路被配置为执行对误差结果的控制并缩放误差结果来限定，经控制和缩放的误差结果表示具有控制值的控制信号。通常，对误差结果的控制，诸如比例和积分控制或者比例、积分和导数控制可以具有其自身的控制回路(诸如第二电路内的反馈回路)，并且可以经由另一控制回路(诸如第二电路内的另一反馈回路)来执行缩放。不排除被配置为对误差结果执行另一种类的控制、例如另一基于反馈的控制的其他种类的第二电路。

转换器的一个实施例通过第一电路、第二电路和第三电路是微控制器的部分并且第一时间间隔是微控制器的周期或者是在微控制器中、通过微控制器或经由微控制器生成的另一时间间隔来限定。微控制器的周期或者在微控制器中、通过微控制器或经由微控制器生成的另一时间间隔良好地适合于限定第一时间间隔。微控制器可以是另一种类的控制器以及任何种类的处理器。

转换器的一个实施例通过控制回路还包括第一检测器来限定，第一检测器用于检测输出信号的幅度并产生去往微控制器的第一二进制输入的第一二进制信号。第一检测器例如可以包括比较器或运算放大器等，并且形成控制回路的反馈部分的一部分。例如，在WO 02/058217 A2中公开了比较器形式的第一检测器。输出信号的幅度例如可以是瞬时幅度。

转换器的一个实施例通过控制回路还包括第二检测器来限定，第二检测器用于检测输入信号或其整流版本的幅度或相位，并且用于产生去往微控制器的第二二进制输入的第二二进制信号。第二检测器例如可以包括比较器或运算放大器或相位检测器等，并且形成控制回路的前馈部分的一部分。输入信号的幅度例如可以是瞬时幅度。

转换器的一个实施例通过转换器包括功率因子校正器来限定。例如在WO 2013/152374A2中公开了一种功率因子校正器。

根据第二方面，提供了一种设备，其包括上面限定的转换器，并且还包括用于接收来自转换器的输出信号的负载。这种设备的示例是灯、其他消费产品和专业产品。

根据第三方面，提供了一种用于控制转换器的方法，转换器用于将输入信号转换为输出信号，转换器包括用于响应于控制信号控制输出信号的幅度的开关，转换器还包括用于响应于输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路，在控制回路中，该方法包括：

-响应于输出信号的幅度的检测，对输出信号的幅度高于或低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数；

-将来自第一步骤的计数结果转换为具有控制值的控制信号，以及

-响应于第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目，否决第二步骤并产生具有第一或第二限值的控制信号。

根据第四方面，提供了一种计算机程序产品，用于执行上面限定的方法的步骤。

根据第五方面，提供了一种介质，用于存储和包括上面限定的计算机程序产品。

洞察力是需要避免控制回路中的模数转换器。基本想法是对于输出信号的幅度高于(或低于)参考幅度的第一时间间隔的第一数目应该进行计数并且计数结果应该被用作用于控制转换器的基础。

已经解决了提供改进转换器的问题。又一优势是控制回路简单、低成本且稳健。

本发明的这些和其他方面将从参考以下描述的实施例而变得显而易见并且得以阐述。

附图说明

在附图中：

图1示出了转换器的一个实施例，

图2示出了微控制器的一个实施例，

图3示出了第一电路的一个实施例，

图4示出了第一波形，

图5示出了第二波形，以及

图6示出了第三波形。

具体实施方式

在图1中，示出了转换器1的一个实施例。转换器1的输入耦合至源5(诸如市电)的输出。转换器1的第一和第二输出耦合至负载6。转换器1可以包括例如包括四个二极管的整流桥11。整流桥11的输入形成转换器1的输入。可替换地，整流桥11可以位于转换器1的外侧，在源5与转换器1之间。整流桥11的第一输出耦合至电感器12的第一侧。电感器12的第二侧耦合至二极管13的第一侧(阳极)和开关14(这里为晶体管的形式)的第一主接触。二极管13的第二侧(阴极)耦合至电容器16的第一侧并且形成转换器1的第一输出。整流桥11的第二输出耦合至开关14的第二主接触和电容器16的第二侧，并且形成转换器1的第二输出。

转换器1还包括控制回路2-4，其包括用于可能经由接口15控制开关14的微控制器2。微控制器2的第一输入耦合至第一检测器3(诸如比较器或运算放大器等)的输出。第一检测器3的第一输入耦合至转换器1的第一输出，并且第一检测器3的第二输入接收表示参考幅度的信号。微控制器2的第二输入耦合至第二检测器4(诸如比较器或运算放大器或相位检测器等)的输出。第二检测器4的第一输入耦合至整流桥11的第一输出，并且第二检测器4的第二输入接收表示另一参考幅度的信号。可替换地，第二检测器4的第一输入可以耦合至整流桥11的输入。

因此，转换器1将来自源5的输入信号转换为去往负载6的输出信号，并且包括用于响应于控制输出信号的幅度的控制信号的开关14。转换器1还包括用于响应于输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路。该控制回路例如可以包括微控制器2。

在图2中，示出了微控制器2的一个实施例。微控制器2包括第一电路21，其用于响应于例如由第一检测器3执行的输出信号的幅度的检测，对输出信号的幅度高于或低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数。微控制器2包括第二电路22，其用于将来自第一电路21的计数结果转换为具有控制值的控制信号。微控制器2包括第三电路23，用于响应于第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目，否决第二电路22并且产生具有第一或第二限值的控制信号。

在图3中，示出了第一电路21的一个实施例。第一电路21包括计数器71或计数功能，用于对输出信号的幅度高于或低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数。计数器71或计数功能知道多少第一时间间隔(第一时间间隔的总数)位于固定的第二时间间隔内(在这种情况下，可以不考虑第二检测器4)，或者从第二检测器4的输出中得到该信息。第一电路21包括比较器72或比较功能，用于将第一时间间隔的第一数目与参考数目(该参考数目例如包括第一时间间隔位于第二时间间隔内的总数)进行比较。来自比较器72或比较功能的比较结果被用于控制第三电路23。

第一电路21包括除法器73或除法功能，用于将第一时间间隔的第一数目除以位于第二时间间隔内的第一时间间隔的总数。然后，除法结果可具有0和1之间的值。第一电路21包括适配器74或适配功能，用于将除法结果适配成误差结果。这种误差结果可以通过从除法结果中减去1/2来得到。然后，误差结果可具有-1/2和+1/2之间的值。该误差结果被提供给第二电路22。

返回到图2，第二电路22包括乘法器81或乘法功能，用于将误差结果与来自放大器83或放大功能的输出信号相乘。第二电路22包括(比例、积分和可能的导数)控制器82或(比例、积分和可能的导数)控制功能，其接收来自乘法器81或乘法功能的输出信号并且将输入信号提供给放大器83或放大功能以及第三电路23。以这种方式，来自第一电路21的误差结果被控制(经由控制器82)和缩放(经由乘法器81和放大器83)，并且表示控制信号具有控制值的被控制和缩放的误差结果被提供给第三电路23。不排除其他种类(基于反馈的)的控制器82和其他种类的(基于反馈的)控制功能。第三电路23例如包括选择器或选择功能，其响应于来自第一电路21的比较结果，选择具有控制值并源于第二电路22的待被使用的控制信号(第三电路23的左中端)或者选择具有待被使用的第一或第二限值的控制信号。具有第一或第二限值的该控制信号可以使得输出信号的幅度为最小值或最大值，即最小幅度(得自第三电路23的左上端处的第一限值)或最大幅度(得自第三电路23的左下端处的第二限值)。

考虑到图1至图3，在输出信号的幅度高于参考幅度的第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目的情况下，输出信号的幅度应该得到最小值。在输出信号的幅度低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目等于或大于参考数目的情况下，输出信号的幅度应该得到最大值。

优选地，在每个包括至少十个第一时间间隔(更优选地，包括至少一百个第一时间间隔等)的第二时间间隔中执行计数、转换和否决。通常，输出信号可以是DC电压信号，输入信号可以是包括预定点(例如，零值)的DC电压信号或者包括预定点(例如零交叉)的AC电压信号，并且第二时间间隔可以是位于两个预定点(诸如两个零值或两个零交叉)之间的时间间隔。输入信号中的这些零值或零交叉良好地适合于限定第二时间间隔。第二时间间隔例如可以具有10毫秒的持续时间，并且第一时间间隔可具有1毫秒或者0.1毫秒等的持续时间。

在图4中，示出了第一波形(水平轴：以秒为单位的时间，垂直轴：以伏特为单位的电压)。该第一波形是转换器1的输出信号以及提供给第一检测器3的输入信号。进一步示出了400伏特的参考幅度。

在图5中，示出了第二波形(水平轴：以秒为单位的时间，垂直轴：以伏特为单位的电压)。该第二波形是第一检测器3的输出信号以及提供给微控制器2的输入信号。该第二波形对于转换器的输出信号大于参考幅度(如图4所示为400伏特)的情况下为“1”，否则为“0”。

在图6中，示出了第三波形(水平轴：图4的正弦波高于参考幅度的比例，垂直轴：正弦波高于参考幅度的时间的比例)。该第三波形表示第一电路21中存在的功能。

控制信号例如限定开关14的接通时间。然后，接通时间的控制值可以是用于将DC电压信号形式的输出信号的幅度增加或减小到相对较小程度的正则值。然后，接通时间的第一或第二限值可以是用于为DC电压信号形式的输出信号的幅度给予最小或最大值的极值。对于该特定的转换器1，最小接通时间将使得输出信号得到最大幅度，并且最大接通时间将使得输出信号得到最小幅度。可替换地，控制信号可以限定转换器1的频率或者输出电流的幅度或者输出功率的量等。其他种类的转换器也是可以的，并且不被排除。

优选地，第一电路21、第二电路22和第三电路23是微控制器2的部分，而不排除其他种类的实施例。第一时间间隔可以是微控制器2的周期或者在微控制器2中、通过微控制器2或经由微控制器2生成的另一时间间隔。有利地，当使用微控制器2时，检测输出信号的幅度的第一检测器3可以产生去往微控制器2的第一二进制输入的第一二进制信号，并且检测输入信号或其整流版本的幅度或相位的第二检测器4可以产生去往微控制器2的第二二进制输入的第二二进制信号。具有二进制输入的微控制器2可以相对低成本。第一和第二检测器3、4可以是相对简单且相对低成本的检测器。

第一和第二元件可以直接耦合而在它们之间没有第三元件，并且可以经由第三元件间接耦合。

总而言之，转换器1包括用于响应于控制信号控制转换器输出信号的幅度的开关14，并且包括用于响应于转换器输出信号的幅度的检测产生控制信号的控制回路。该控制回路包括电路21-23，用于响应于幅度的简单检测对幅度高于或低于参考幅度的第一时间间隔的第一数目进行计数，用于将计数结果转换为具有控制值的控制信号，以及用于响应于第一时间间隔的第一数目等于/大于参考值来否决控制值并产生具有第一或第二限值的控制信号。幅度的复杂检测不再是必须的。简单的检测器3、4可以检测输出信号的幅度以及输入信号或其整流版本的幅度或相位，并且产生去往包括电路21-23的微控制器2的二进制输入的二进制信号。

虽然在附图和前面的描述中示出并详细描述了本发明，但这些说明和描述是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员根据附图、公开和所附权利要求的研究在实践所要求发明的过程中可以理解和实现所公开实施例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用特定措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不可用于获利。权利要求中的任何参考符号不应解释为限制权利要求的范围。