用于开关转换器的控制模块、开关转换器、照明系统和估计器级的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种用于开关转换器的控制模块，该控制模块包括输入电学量的 估计器。
【背景技术】
[0002] 众所周知，存在多种类型的开关转换器，例如，其中可W包括回扫转换器、升压转 换器和降压转换器。
[0003] 通常，在开关转换器的领域中，特别需要提供其特征在于高的功率因数W及低的 总谐波失真(THD)和低的无载功率耗散的转换器。为了获得上述特性，例如，开关转换器被 公知地采用如图1中所示的电路布局。
[0004] 具体而言，图1示出了回扫型开关电源1，W下称"回扫电源r。
[0005] 更详细地说，该回扫电源1包括:桥式整流器2,该桥式整流器具有两个输入端子， 运两个输入端子被设计成从电源线接收交流电压；W及第一输出端子和第二输出端子，该 第一输出端子和第二输出端子分别连接到第一接地W及滤波电容器Cin的第一端子，该滤波 电容器Cin的第二端子连接到第一接地。桥式整流器2独自向第二输出端子供应电压Vin(0)， 该电压W下称"输入电压Vin(0y'，其中0是电源线上存在的交流电压的相位。
[0006] 回扫电源1还包括回扫转换器3,该回扫转换器3在初级侧上除了滤波电容器Cin之 外还包括:变压器4,该变压器包括第一电感器Lp和第二电感器Ls,该第一电感器和第二电感 器分别作为初级绕组Lp和次级绕组Ls,并且共用同一磁忍，该磁忍在W下称为"变压器4的 忍"。此外，变压器4包括辅助绕组Laux。初级绕组Lp的第一端子连接到滤波电容器Cin的第一 端子。
[0007] 回扫转换器3还包括:控制模块15;电阻分压器16,该电阻分压器包括第一电阻器 Ra和第二电阻器化；W及晶体管M，例如，该晶体管M由功率MOSFET构成。
[000引第一电阻器Ra具有第一端子和第二端子，该第一端子和第二端子分别连接到滤波 电容器Cin的第一端子W及第二电阻器化的第一端子，该第二电阻器化的第二端子连接到第 一接地。在实践中，第一电阻器Ra的第二端子W及第二电阻器化的第一端子形成与控制模块 15的第一输入端子MULT电相同的节点。
[0009] 回扫转换器3进一步包括第S电阻器化CD和第四电阻器Rs。第S电阻器Rzcd的第一 端子和第二端子分别连接到:辅助绕组Laux的第一端子，该辅助绕组Laux的第二端子连接到 第一接地；W及控制模块15的第二输入端子ZCD。第四电阻器Rs的第一端子和第二端子分别 连接到晶体管M的源极端子W及第一接地。此外，第四电阻器Rs的第一端子连接到控制模块 15的第S输入端子CS。再次参照晶体管M，漏极端子连接到初级绕组Lp的第二端子，而栅极 端子连接到控制模块15的输出端子GD,该控制模块还包括反馈端子FB，如下所述，W及第四 输入端子GND，该第四输入端子GND连接到第一接地。
[0010] 在实践中，第四电阻器Rs使得能够检测，当晶体管M导通时在初级绕组Lp中流动的 电流。在图I中，在第四电阻器Rs中流动的电流用Ip (t, 0)表不。
[0011]回扫转换器3还包括巧位电路20,该巧位电路布置在初级绕组Lp的第一端子与第 二端子之间，W限制晶体管M的漏极端子上存在的由例如寄生电感引起的的电压的尖峰。 [001^ 在其自身的次级侧上，回扫转换器3包括:反馈电路22;二极管D，W下称"输出二极 管护；W及另一个电容器Cout, W下称"输出电容器Cout";通常，该输出电容器Cout是电解型电 容器。
[0013] 输出二极管D的阳极连接到次级绕组Ls的第一端子，而阴极连接到输出电容器 Cnut的第一端子，该输出电容器Cnut的第二端子连接到第二接地，另一方面，次级绕组Ls的第 二端子也连接到第二接地。通常，跨输出电容器Cnut的电压在下文中称为"输出电压Vnut"。此 夕h输出电压Vnut在本文中表示由回扫转换器3调节的电压。在图1中，在输出二极管D中流动 的电流用ls(t，0)表示。
[0014] 反馈电路22连接到输出电容器Cout的第一端子W及控制模块15的反馈端子FB。此 夕h反馈电路22被配置成生成与输出电压Vnut与参考电压之间的差值成比例的误差信号、并 且被配置成通常通过使用光禪合器而在回扫转换器3的初级侧上传输误差信号。该传输必 然伴有:在初级侧上，特别是控制模块15的反馈端子FB上，产生控制电压V。。就此而论，控制 模块15在自身的节点上产生内部电压Vint,并且还具有第五电阻器Re,该第五电阻器Rc布置 在控制模块15的上述节点与反馈端子FB之间。此外，控制模块15和反馈电路22 W运样的方 式禪合，使得在控制模块15的反馈端子FB的输出处存在取决于上述误差信号的电流Ifb。电 流Ifb致使在第五电阻器R。上存在电压降。准确地说，上述控制电压V。是存在于控制模块15 的反馈端子FB上的电压，并且W运样的方式取决于误差信号，W便调节输出电压VDUt。对于 第一级近似，控制电压V。可W视作恒定，运是因为控制环路的频带远小于输入电压Vin(0)的 频率。
[0015] 控制模块15还包括乘法器24、比较器26、置位复位型触发器28、驱动器30、启动电 路32、0R型第一逻辑口 34、W及电路36,该电路36在下文中称为"零电流检测电路36"。
[0016] 具体而言，乘法器24具有：第一输入，该第一输入连接到控制模块15的反馈端子 FB，W接收控制电压V。； W及第二输入，该第二输入连接到第一输入端子fflJLT，W接收其上 存在的电压，该电压通过由电阻分压器16引入的分压比R2/(Ri+R2)与输入电压Vin(0)成比 例，其中Ri和R2是第一电阻器Ra和第二电阻器化的电阻值。乘法器24在其自身的输出上产生 电压VCSREF(0)，该输出连接到比较器26的负输入端子。电压VCSREF(0)具有经整流的正弦波 形式，其幅度取决于电源线上存在的有效电压和控制电压V。。
[0017] 比较器26的正输入端子连接到控制模块15的第=输入端子CS, W接收第四电阻器 Rs上存在的电压（用Vcs(t，0)表示）。当晶体管M处于导通状态时，即，在初级绕组Lp本身的磁 化过程中，电压Vcs(t，0)与初级绕组Lp上存在的电流成正比。
[0018] 比较器26的输出连接到触发器28的复位输入，该触发器的输出（用Q表示)连接到 驱动器30的输入，该驱动器的输出形成控制模块15的输出端子GD。触发器28的输出进一步 通过启动电路32的插入而连接到触发器28本身的设定输入。具体而言，启动电路32的输入 连接到触发器28的输出Q，而启动电路32的输出连接到第一逻辑口 34的第一输入。第一逻辑 口34的第二输入和输出分别连接到:零电流检测电路36的输出，该零电流检测电路的输入 连接到控制模块15的第二输入端子ZCD; W及触发器28的设定输入。
[0019]在使用中，假设晶体管M导通，则初级绕组Lp中的电流lp(t，0)发生线性增长，并且 因此电压Vcs(t，0)发生线性增长。当电压Vcs(t，0)变得与电压VCSREF(0)相等时，比较器26 对触发器28的输出进行复位，并且晶体管M关断。因此，电阻分压器16提供的、具有经整流的 正弦波的形式的电压，决定了初级绕组Lp中的电流的峰值，该峰值因此而由经整流的正弦 波而包络地形成。
[0020] 当晶体管M关断时，储存在初级绕组Lp中的能量通过磁禪合传输到次级绕组Ls,从 而传输到输出电容器Cout中，直到次级绕组Ls去磁。此外，只要电流在次级绕组Ls中流动，那 么晶体管M的漏极端子的电压就等于Vin(0)+VR，其中Vr是所谓的反射电压，等于n ? Vout,其 中n是变压器4的初级绕组Lp的应数与次级绕组Ls的应数之间的比率。
[0021] 紧接在次级绕组Ls去磁之后，输出二极管D断开，并且晶体管M的漏极端子成为浮 置的，并且该漏极端子趋向于通过由与初级绕组Lp-起的寄生电容谐振的影响而引起的阻 尼振荡，来承担等于输入电压Vin( 0)的电压。但是，紧跟着变压器4去磁的、在晶体管M的漏极 端子上发生的快速电压下降，通过辅助绕组Laux和第S电阻器化CD禪合到控制模块15的第二 输入端子ZCD。此外，只要零电流检测电路36检测到其自身的输入上存在的电压的下降沿降 低到阔值W下，零电流检测电路36就会产生脉冲。该脉冲致使触发器28的输出发生相应改 变，并且因此而导致晶体管M导通并且开始新的切换循环。
[0022] 启动电路32在回扫转换器3开启之后（即，当在控制模块15的第二输入端子ZCD上 尚不存在信号时）允许第一切换循环的开始，并且进一步地避免在控制模块15的第二输入 端子ZCD上的信号出于任何原因丢失的情况下扫转换器3保持阻断。
[0023] 在使用过程中在回扫转换器3内产生的信号示例如图2中所示，除了上述的量Ip (t,目）、Is(t,目）、VcS(t,目）、VCSREF(目）之外，图2中还示出了：
[0024] -晶体管M的漏极端子与源极端子之间的电压Vds;
[002引-电压Vin, PkSin目，其中Vin, Pk是输入电压Vin的峰值；
[0026] -辅助绕组Laux上存在的电压Vaux;
[0027] -控制模块15的第二输入端子ZCD上存在的电压Vzcd ;
[00巧]-电压Vzcd的阔值VzCDarm和VzCDtrig，在运两个阔值下，零电流检测电路36分别被激活 待命W及产生脉冲；
[0029] -零电流检测电路36的状态ARM;
[0030] -触发器28的设定输入上存在的信号sS(逻辑型），W及因此零电流检测电路36产 生的脉冲TRIGG邸；
[0031] -触发器28的复位输入上存在的信号sR(逻辑型）；
[0032] -触发器28的输出Q上存在的信号sGD(逻辑型），该信号控制晶体管M的导通(假设 驱动器30不引入任何延迟），W及
[0033] -所谓的"续流"状态FW，对应于在其期间发生变压器4的去磁的时段。
[0034] -般而言，应注意，在对量进行指示时，参数(在适当的情况下，相位0或者时间t) 之间未呈现任何明显的相关性运一事实，并不暗示所述量必须恒定