开关控制器、开关控制方法和包括开关控制器的电源与流程

本发明涉及开关控制器、开关控制方法和包括开关控制器的电源。

背景技术：
转换器可根据由全波整流的AC（交流）输入所生成的输入电压控制电源开关的开关操作。转换器生成取决于输入电压的内部基准信号，并且通过比较内部基准信号与流入电源开关的电流来控制电源开关的开关操作。更详细地，内部基准信号具有由输入电压同步的相位。然而，可控硅调光器可以用来控制供给负载的AC输入的量。可控硅调光器根据预设的调光器角度仅使AC输入的一部分通过。调光器角度表示通过调光器的AC输入的相位。图1示出根据调光器角度通过可控硅调光器的AC输入的结果。图1示例性地示出可控硅调光器角度包括在0度到90度的范围内的情况以及可控硅调光器角度包括在90度到180度的范围内的情况。如图1所示，当可控硅调光器角度包括在0度到90度的范围内时，如AC_1中所示，AC输入的一个周期中的0度到90度之间的相位和180度到270度之间的相位可通过调光器。不同地，当可控硅调光器角度包括在90度到180度的范围内时，如AC_2中所示，AC输入的一个周期中的90度到180度的相位和270度到360度的相位可通过调光器。然而，当使用全波整流如AC_1和AC_2中所示的通过可控硅调光器的AC输入而生成的输入电压生成内部基准信号时，输入电压和内部基准信号可以不同步。在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因此其可以包含不构成在该国中对本领域的普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

技术实现要素：
本发明已努力提供与输入电压同步的基准信号。本发明的示例性实施方式涉及一种用于控制电源开关的开关操作的装置，通过调光器的AC输入经整流而生成的输入电压被传送至该电源开关。开关控制器包括：电流源，该电流源使用取决于输入电压的电压生成充电电流；以及基准信号发生器，该基准信号发生器使用从电流源输出的检测电压检测输入电压变为零电压的过零点，并且生成与所检测的过零点同步的基准信号。电源开关的输入端电压取决于输入电压，以及电流源生成取决于电源开关的输入端电压的充电电流。电流源包括结型场效应晶体管（JFET），以及检测电压为电源开关的输入端电压通过JFET后的电压。基准信号发生器包括：过零检测电路，该过零检测电路接收检测电压并且感测检测电压达到零电压的时间点；数字正弦波发生器，该数字正弦波发生器生成基准时钟信号，该基准时钟信号控制在输入电压的一个周期期间所述基准信号的增大的时间点或减小的时间点，所述一个周期是根据所感测的零电压达到时间点而确定的，并且该数字正弦波发生器生成在所述一个周期期间根据所述基准时钟信号增大并且随后减小的数字信号；数字模拟转换器，该数字模拟转换器通过将所述数字信号转换为模拟信号来生成基准信号。基准时钟信号在所述一个周期期间包括预定数目的边沿，以及数字正弦波发生器在一个周期中从生成所述基准时钟信号的第一个边沿的时间点到所述基准时钟信号的第n个边沿的时段期间与生成所述基准时钟信号边沿的时间点同步地来增大所述数字信号；并且，所述数字正弦波发生器在从第n+1个边沿到预定数目的边沿的时段期间与生成所述基准时钟信号边沿的时间点同步地减小所述数字信号。过零检测电路生成零电压检测信号，当检测电压高于零电压时，该零电压检测信号具有第一电平，当检测电压低于零电压时，该零电压检测信号具有第二电平。数字正弦波发生器将零电压检测信号的上升沿或下降沿感测为过零点，并且将两个相邻的上升沿之间的时段或两个相邻的下降沿之间的时段确定为输入电压的一个周期。该开关控制器还包括脉冲宽度调制（PWM）控制器，该PWM控制器通过比较流入电源开关中的电流和基准信号来控制电源开关的开关操作。此外，本发明的示例性实施方式涉及用于控制电源开关的开关操作的开关控制方法，通过调光器的AC输入经整流而生成的输入电压被传送到该电源开关。开关控制方法包括：使用取决于输入电压的电压生成充电电流；根据充电电流的生成将取决于输入电压的电压生成为检测电压；使用所述检测电压检测输入电压变成零电压的过零点；以及生成与所检测的过零点同步的基准信号。取决于所述输入电压的电压为所述电源开关的输入端电压，并且生成所述充电电流的步骤包括，生成取决于所述电源开关的输入端电压的充电电流。根据充电电流的生成将取决于输入电压的电压生成为检测电压的步骤包括以下步骤：取决于所述输入电压的电压通过用以生成充电电流的JFET。检测过零点的步骤包括接收检测电压并且感测检测电压达到零电压的时间点。检测过零点的步骤包括生成零电压检测信号，当检测电压高于零电压时，该零电压检测信号具有第一电平，当检测电压低于零电压时，该零电压检测信号具有第二电平。生成基准信号的步骤包括将零电压检测信号的上升沿或下降沿感测为过零点并且将在两个相邻的上升沿之间的时段或两个相邻的下降沿之间的时段确定为所述输入电压的一个周期。生成基准信号的步骤包括：生成基准时钟信号，该基准时钟信号控制在所述输入电压的一个周期期间所述基准信号增大的时间点或减小的时间点，并且生成在所述一个周期期间根据所述基准时钟信号增大且随后减小的数字信号，所述一个周期是根据所确定的过零点而确定的；以及通过将所述数字信号转换为模拟信号来生成所述基准信号。所述基准时钟信号在所述一个周期期间包括预定数目的边沿，以及生成所述数字信号的步骤在一个周期中从生成所述基准时钟信号的第一个边沿的时间点到所述基准时钟信号的第n个边沿的时段期间与生成所述基准时钟信号边沿的时间点同步地增大所述数字信号；并且，生成所述数字信号的步骤在从第n+1个边沿到预定数目的边沿的时段期间与生成所述基准时钟信号边沿的时间点同步地减小所述数字信号。开关控制方法还包括通过比较流入所述电源开关的电流和所述基准信号来控制所述电源开关的开关操作。此外，根据本发明的示例性实施方式的电源包括：调光器，该调光器根据预定的调光器角度使AC输入通过；电源开关，通过调光器的AC输入经整流而生成的输入电压被传送到电源开关；以及开光控制器，该开光控制器用于控制电源开关的开关操作。所述开关控制器包括：电流源，所述电流源使用取决于所述输入电压的电压生成充电电流；基准信号发生器，所述基准信号发生器使用从所述电流源输出的检测电压检测所述输入电压变为零电压的过零点，并且所述基准信号发生器生成与所检测的过零点同步的基准信号；和PWM控制器，所述PWM控制器通过比较流入所述电源开关的电流与所述基准信号来控制所述电源开关的开关操作。所述基准信号发生器包括：过零检测电路，所述过零检测电路接收检测电压并且感测检测电压达到零电压的时间点；数字正弦波发生器，所述数字正弦波发生器生成基准时钟信号，所述基准时钟信号控制在所述输入电压的一个周期期间所述基准信号增大的时间点或减小的时间点，所述一个周期是根据所感测的零电压到达时间点而确定的，并且所述数字正弦波发生器生成在所述一个周期期间根据所述基准时钟信号增大并且随后减小的数字信号；和数字模拟转换器，所述数字模拟转换器通过将所述数字信号转换为模拟信号来生成所述基准信号。所述过零检测电路生成零电压检测信号，当所述检测电压高于零电压时，所述零电压检测信号具有第一电平，当所述检测电压低于零电压时，所述零电压检测信号具有第二电平，以及数字正弦波发生器将所述零电压检测信号的上升沿或下降沿感测为过零点，并且将两个相邻的上升沿之间的时段或两个相邻的下降沿之间的时段确定为所述输入电压的一个周期。根据本发明的示例性实施方式，提供了与输入电压同步的基准信号。附图说明图1示出根据调光器角度通过可控硅调光器的AC输入的结果。图2示出根据本发明的示例性实施方式的开关控制器和包括该开关控制器的电源。图3为根据本发明的示例性实施方式的输入电压、电源电压、检测电压、过零检测信号、基准时钟信号和基准信号的波形图。图4为根据本发明的另一示例性实施方式的输入电压、电源电压、检测电压、过零检测信号、基准时钟信号和基准信号的波形图。具体实施方式在以下详细描述中，仅简单地以例证的方式示出和描述了本发明的某些示例性实施方式。本领域的技术人员可以理解，所描述的实施方式可以以多种不同的方式修改，所有这些修改都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和说明书在本质上应被视为说明性的而非限制性的。在整个说明书中类似的附图标记表示类似的元件。在整个说明书和所附权利要求书中，当描述一个元件“联接”到另一元件时，该元件可以“直接联接”到另一元件或者通过第三个元件“电联接”到另一元件。此外，除非明确地另有描述，词语“包括”及其变型应理解为表示包括所描述的元件但不排除任何其他的元件。图2示出根据本发明的示例性实施方式的开关控制器和包括该开关控制器的电源。根据本发明的示例性实施方式的电源40以降压转换器来实现，但是本发明不限于此。根据本发明的示例性实施方式的电源40设定成向由串联连接的多个LED元件形成的LED串20供电。电源40包括可控硅调光器50。可控硅调光器50连接在AC输入和整流电路10之间。在AC输入的一个周期中，可控硅调光器50根据设定值使一部分输入通过该可控硅调光器。根据本发明的示例性实施方式的可控硅调光器50使如在图1的AC_2中所示的AC输入通过。然而，本发明不限于此，并且AC_1或其他相位可以通过可控硅调光器50。根据本发明的示例性实施方式的整流电路10以桥式整流器来实现，并且对LED串20提供输入电压Vin，输入电压Vin是对通过可控硅调光器50的AC输入进行全波整流而生成的。整流电路10包括四个整流二极管11到14。电源40还包括电源开关M、二极管FRD（FastRecoveryDiode，快速恢复二极管）、电感器L和开关控制器30。开关控制器30和电源开关M分别提供为芯片并且可形成一个封装体。如图2所示，电源开关M根据从开关控制器30传送的栅极信号VG而运行。电源开关M以n-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（NMOSFET）来实现。然而，本发明不限于此，根据需要可以应用另一类型的晶体管元件。LED串20的第一端连接到整流电路10并且LED串20的第二端连接到电感器L的第一端。二极管FRD为快速恢复二极管，并且连接到电源开关M的漏极和LED串20的第一端。当电源开关M为断开状态时，二极管FRD形成流向电感器L的电流流入LED串20的路径。电源开关M的漏极连接到电感器L的第二端，电源开关M的源极连接到感测电阻器RS的第一端，以及电源开关M的栅极被施加从开关控制器30传送的栅极信号VG。电源开关M由栅极信号VG开关。当电源开关M接通时，根据输入电压Vin增大的电感电流IL流过LED串20和电源开关M，并且通过电感电流IL将能量储存在电感器L中。在该情况下，流入电源开关M的电流（在下文中，称为漏极电流Ids）流向电阻RS使得生成感测电压VS。当电源开关M断开时，电感电流IL减小，而在接通期间储存在电感器L中的能量仍然存在。在该情况下，减小的电感电流IL通过二极管FRD被供给到LED串20。根据本发明的示例性实施方式的漏极电压Vd的峰流（envelop）的相位和频率与输入电压Vin的相位和频率相同。更详细地，在电源开关M断开期间生成漏极电压Vd的峰值，并且在断开期间漏极电压Vd遵循输入电压Vin的波形。在电源开关M接通期间，通过漏极电流Ids和感测电压RS来确定漏极电压Vd，因此漏电压Vd为低电压。开关控制器30使用电源开关M的输入端（即，在本示例性实施方式中的电源开关M的漏极电压Vd）生成电源电压VCC，并且使用电源电压VCC检测输入电压Vin的过零点。然而，本发明不限于此，并且可以使用输入电压Vin而不使用漏极电压Vd。开关控制器30使用所检测的过零点生成与输入电压Vin同步的基准信号REF，并且使用基准信号REF和感测电压VS控制电源开关M的开关操作。开关控制器30包括自电源电压（VCC）偏置电路（在下文中称为SVBC）300、基准信号发生器100、PWM控制器200和栅极驱动器400。在下文中，将结合图2和图3更详细地描述开关控制器30的构成元件。图3为根据本发明的示例性实施方式的输入电压、电源电压、检测电压、过零点信号、基准时钟信号和基准信号的波形图。SVBC300使用充电电流ICH生成电源电压VCC，充电电流ICH使用漏极电压Vd使电容器C1充电。电源电压VCC为用于操作开关控制器30的电源电压。SVBC300包括电流源310和二极管320。电流源310生成取决于漏极电压Vd的充电电流ICH。二极管320的阳极包括与电流源310的输出端连接的阳极和连接到电容器C1的第一端的阴极。电流源310包括结型场效应晶体管（JFET）311。JFET311的漏极连接到电源开关M的漏极并且JFET311的源极连接到二极管320的阳极。JFET311的栅极被施加预定电平的栅极电压G。从根据本发明的示例性实施方式的电流源310输出的电压（在下文中，称为检测电压）VZC为用于输入电压Vin的过零电压检测的电压，并且为漏电压Vd传送通过JFET311时的电压。由于JFET311的特性，检测电压VZC被钳位到低于预设电压的电压。检测电压VZC在输入电压Vin的过零点（图3的T0处）附近随着输入电压Vin而减小。根据输入电压Vin的减小，充电电流ICH也减小。从时间点T0到时间点T1的时段期间，不存在输入电压Vin，并且因此没有生成充电电流ICH。于是，电源电压VCC从时间点T0处减小并且随后变为零电压。输入电压Vin在时间点T1处增大，并且电流源310根据漏极电压Vd生成充电电流ICH。在时间点T1处，检测电压VZC迅速增大，随后在时间点T1之后被保持在钳位电压VC。通过充电电流ICH来使电容器C1充电，从而电源电压从时间点T1处迅速增大。当输入电压Vin在时间点T2处达到零电压时，重复在时间点T0处执行的操作。在该情况下，T0到T2的时段对应于输入电压Vin的一个周期。基准信号发生器100检测输入电压Vin的过零点并且生成与输入电压Vin同步的基准信号REF。基准信号REF被传送到PWM控制器200。基准信号发生器100包括过零检测电路（ZCDC）110、数字正弦波发生器（DSG）120和数字模拟转换器（DAC）130。ZCDC110使用检测电压VZC检测过零点，并且生成指示所检测的过零点的过零检测信号ZCD。例如，ZCDC110生成过零检测信号ZCD，当检测电压VZC高于零电压时，该过零检测信号ZCD具有高电平，当检测电压VZC低于零电压时，该过零检测信号ZCD具有低电平。然后，如图3所示，过零检测信号ZCD变成脉冲信号，该脉冲信号在过零点T0和过零点T2处具有下降沿并且在生成输入电压Vin的时间点处具有上升沿。也就是说，根据本发明的示例性实施方式的过零检测信号VCD变成零电压的下降沿时间点与输入电压Vin变成零电压的时间点同步。然而，本发明不限于此，并且过零检测信号VCD增大的上升沿时间点可以与输入电压Vin变成零电压的时间点同步。这将在下文描述。DSG120使用过零检测信号ZCD感测输入电压Vin的一个周期，并且生成在输入电压Vin的一个周期期间增大或减小的数字信号DS。DSG120使用过零检测信号ZCD将连续的过零点之间的间隔设定为输入电压Vin的一个周期。此外，DSG120生成数字信号DS，该数字信号DS在输入电压Vin的一个周期期间增大，并且随后减小。DAC130将输入数字信号DS实时转换成模拟电压信号以生成基准信号REF并且输出基准信号REF。于是，生成了与输入电压Vin同步地增大或减小的基准信号REF。DSG120在输入电压的一个周期期间生成以基准次数增大或减小的数字信号DS。当基准次数为12时，数字信号DS增大12次并且减小12次。DSG120生成基准时钟信号RCLK以控制数字信号DS的增大时间点或减小时间点。更具体地，DSG120生成基准时钟信号RCLK，通过分配预定的时钟信号CLK1，该基准时钟信号RCLK的频率可以在输入电压Vin的一个周期内以基准次数增大或减小数字信号DS。根据本发明的示例性实施方式的数字信号DS为n-位数字信号。DSG120与基准时钟信号RCLK的边沿同步以便以基准次数增大数字信号DS并且随后以基准次数减小数字信号DS。在该情况下，DSG120使数字信号DS与基准时钟信号RCLK的边沿同步，并且随后将该同步的信号传送到DAC130。例如，基准次数设定为12，相应地将描述基准信号REF的增大和减小。首先，在基准时钟信号RCLK的下降沿时间点T11处增大的数字信号DS被传送到DAC130，并且DAC130转换所传送的信号以生成基准信号REF。其次，在基准时钟信号RCLK的上升沿时间点T12处增大的数字信号DS被传送到DAC130，并且DAC130转换所传送的信号以生成基准信号REF。通过这样的方法，基准信号REF持续增大至时间点T13，在该时间点T13处生成基准数目的边沿，也就是说，生成了12个边沿。然后，数字信号DS从基准时钟信号RCLK的下降沿时间点T14开始减小，并且DAC130转换减小的数字信号DS以生成基准信号REF。数字信号DS的减小持续到生成第12个边沿的时间点T15，并且基准信号REF减小。根据本发明的示例性实施方式的DSG120与基准时钟信号RCLK的上升沿和下降沿同步以增大或减小数字信号DS，但是本发明不限于此。DSG120可以通过仅与基准时钟信号RCLK的上升沿或下降沿同步来增大或减小数字信号DS。在下文中，将说明过零检测信号ZCD的上升沿与输入电压Vin变为零电压的时间点同步的情况。当可控硅调光器角度在如图1的AC_2中所示的90度和180度之间时，过零检测信号ZCD的上升沿与输入电压Vin变为零电压的时间同步。图4示出根据本发明的另一示例性实施方式的输入电压、电源电压、检测电压、过零检测信号、基准时钟信号和基准信号的波形图。如图4中所示，在时间点T2处，生成输入电压Vin并且输入电压Vin开始增大。在时间点T2处，生成检测电压VZC并且检测电压VZC开始增大。然后，从时间点T2开始生成充电电流ICH并且开始使电容器C1充电，以及电源电压VCC从时间点T2开始增大。在时间点T3处，输入电压Vin消失，检测电压VZC减小到零电压。由于从时间点T3开始没有生成充电电流ICH，因此电源电压VCC开始减小。在时间点T4处，输入电压Vin再次生成并且开始增大。在此之后，输入电压Vin的波形、检测电压VZC的波形和电源电压的波形重复在时段T2到T3期间的波形。除了使用零电压检测信号ZCD的上升沿感测输入电压Vin的过零点电压之外，根据本发明的示例性实施方式的基准信号发生器与上述示例性实施方式的基准信号发生器100相同。因此，如图4所示，在过零检测信号ZCD增大的时间点T2与时间点T4之间的时段（T3到T4）被感测为输入电压Vin的一个周期。此外，在所感测的一个周期期间，生成了与基准时钟信号RCLK的上升沿和下降沿同步而增大（或减小）的基准信号REF。所生成的基准信号具有与输入电压Vin同步的全波整流波形。再次参照图2，PWM控制器200包括PWM比较器220、振荡器210、SR锁存器230和栅极驱动器400。PWM比较器220包括输入感测电压VS的非反相端（+）和输入基准信号REF的反相端（-）。当输入到非反相端（+）的信号高于输入到反相端（-）的信号时，PWM比较器220输出高电平的比较信号CS。否则，PWM比较器220输出低电平的比较信号CS。振荡器210生成确定电源开关M的开关频率的时钟信号CLK。SR锁存器230根据时钟信号CLK生成栅极控制信号VC。SR锁存器230包括输入时钟信号CLK的置位端S、输入比较信号CS的复位端R、和输出端Q。SR锁存器230通过与输入到置位端S的信号的上升沿同步来输出高电平信号，并且通过与输入到复位端R的信号的上升沿同步来输出低电平信号。因此，SR锁存器230通过与时钟信号CLK的上升沿同步来生成高电平栅极控制信号VC，并且通过与比较信号CS的上升沿同步来生成低电平栅极控制信号。栅极驱动器400生成根据栅极控制信号VC而控制电源开关的开关操作的栅极信号VG。当栅极信号VG为高电平时，电源开关M接通，并且当栅极信号VG为低电平时，电源开关M断开。栅极驱动器400根据高电平栅极控制信号VC生成高电平栅极信号VG，并且根据低电平栅极控制信号VC生成低电平栅极信号VG。如上所述，根据本发明的示例性实施方式，虽然输入电压Vin由于可控硅调光器而不具有全波整流波形，但是生成了具有与输入电压Vin变为零电压的时间点处同步的全波整流波形的基准信号。根据生成的基准信号，控制电源开关的开关操作并且控制流向负载的电流。尽管已经结合目前被认为是可行的示例性实施方式描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是与此相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求书的实质和范围内的各种修改和等同布置。<附图标记说明>电源40可控硅调光器50整流电路10整流二极管11到14电源开关M快速恢复二极管（FRD）电感器L开关控制器30自电源电压偏置电路（SVBC）300基准信号发生器100脉冲宽度调制(PWM)控制器200栅极驱动器400电流源310二极管320过零检测电路（ZCDC）110数字正弦波发生器（DSG）120数字模拟转换器（DAC）130脉冲宽度调制(PWM)比较器220振荡器210SR锁存器230栅极驱动器400结型场效应晶体管（JFET）311