具有前馈延迟补偿的开关功率变换器的一次侧控制的制作方法
【专利摘要】电子系统包括控制器以控制开关功率变换器将功率提供给负载。在至少一个实施方式中，为了控制提供至负载的功率的量，控制器感应表示开关功率变换器中电流的电流值并检测电流值何时达到目标峰值。然而，由于控制器和/或开关功率变换器中的延迟，所检测的目标峰值将不会是开关功率变换器生成的实际电流峰值。在至少一个实施方式中，控制器用检测后延迟补偿因数调整所检测的目标峰值以生成更准确地表示与开关功率变换器中电流相关联的实际电流峰值的延迟补偿电流值。
【专利说明】具有前馈延迟补偿的开关功率变换器的一次侧控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119(e)要求于2011年6月3日提交的题为“Peak CurrentCompensation for Better Line Regulation”的美国临时申请第61/493，104号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。本申请根据35U.S.C.§ 120和37C.F.R.§ 1.78还要求于2012 年 6 月 I 日提交的题为 “Primary-Side Control Of A Switching Power ConverterWith Feed Forward Delay Compensation” 的美国申请第 13/486,947 号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及电子领域，并且更具体地，涉及一种用前馈延迟补偿行使开关功率变换器的一次侧控制的方法和系统。
【背景技术】
[0004]许多电子系统使用开关功率变换器以将来自一个源的功率变换为装置(在本文中称作“负载”)可用的功率。例如，电力公司常提供在特定频率范围内的特定电压的交流(AC)电。然而，许多负载利用在与所供应的功率不同的电压和/或频率处的功率。例如，诸如基于发光二极管的灯的许多负载根据直流(DC)操作。“DC电流”也称为“恒定电流”。“恒定”电流不是指电流不能随时间改变。恒定电流的DC值可改变成另一 DC值。此外，恒定电流可具有噪声或使电流的DC值浮动的其它轻微浮动。“恒定电流装置”具有取决于提供至装置的电流的DC值的稳定状态输出。
[0005]LED作为部分主流光源越来越引人注目，部分原因是通过高效光输出的节能、使用期限长、以及诸如减少汞的环境动机等。LED是半导体器件，并且最好由直流驱动。LED的亮度变化与供应至LED的DC 电流成正比。因此，增大供应至LED的电流增大LED的亮度并且减少供应至LED的电流使LED变暗。
[0006]图1示出了将来自电压源的功率102变换为负载104可用的功率的电子系统100。负载104是包括例如一个或多个LED的恒定电流负载。控制器106控制功率变换过程。电压源102可以是任何类型的电压源，如在欧洲或中华人民共和国供应的60Hz/110V输入电压Vin或50Hz/220V输入电压Vin的公共设施，或由电池或另一开关功率变换器供应的DC电压源。
[0007]控制器106向反激式开关功率变换器110中的电流控制开关108提供脉冲宽度调制(PWM)控制信号CStl以控制输入电压Vin至一次侧电压Vp和二次侧电压Vs的变换。开关108是例如场效应晶体管(FET)。当控制信号CStl使开关108导通时，一次侧电流iPKI_流至变压器116的一次线圈114以使一次线圈114通电。当控制信号CStl断开开关112时，一次线圈114断电。使一次线圈114通电和断电诱发在变压器116的二次线圈118两端的二次电压Vs。一次电压Vp是二次电压Vs的N倍，即Vp=N.Vs,并且“N”是一次线圈114中线圈匝数与二次线圈118中线圈匝数的比。二次侧电流iSEa)NDAI?是二次电压Vs与二极管120、电容器122、以及负载104的电阻抗的正函数。二极管120允许二次侧电流iSEa)NDAKY在一个方向上流动。二次侧电流iSEaM)AKY对电容器120进行充电，并且电容器120维持负载104两端的大致DC电压VMAD。因此，二次侧电流
?SECONDARY
是DC电流。
[0008] 负载104具有特定功率需求，并且控制器106生成开关信号CStl以试图使开关功率变换器110满足负载104的功率需求。理想地，由开关功率变换器110的一次侧提供的功率Pm*?等于提供至负载104的功率1\_。然而，由于电子系统100中的不理想的功率损耗导致由一次侧提供的功率Ppkimaky大于传递至负载104的功率P_，即
Ppeimaey^Pload。为
了满足负载104的功率需求，控制器106使用反馈来确定实际上传递至负载104的功率的量。控制器106试图生成控制信号CStl以控制一次侧电流iPKIMKY以便功率Ppkimky满足负载104的功率需求。
[0009]控制器106利用反馈控制环路来控制被传递至负载104的功率PWAD。为了控制功率P_，控制器106控制控制信号CStl并且从而控制一次侧电流iPKIMKY。控制一次侧电流ipEXMEY控制由开关功率变换器110的一次侧提供的一次侧功率PPKIMAKY。控制器106调整一次侧电流iPKI_以便一次侧功率Ppkimaky足以将足够的功率？_传递至负载104以满足负载104的功率需求。
[0010]为了生成一次侧功率Ppkimaky，控制器106利用经由二次侧反馈路径124的基于二次侧反馈的控制或经由感应电阻器126的一次侧控制。用‘虚’线示出二次侧反馈路径124表示替代一次侧反馈的使用。对于基于二次侧反馈的控制，控制器106经由信号is SENSE感应二次电流iSEaM)AKY。二次侧反馈路径124通常包括在控制器106和变压器110的二次侧之间提供电隔离的部件，诸如光隔离器或光耦合器。因为控制器106已知一次侧电压Vp和匝数比N，所以控制器106也已知二次侧电压Vs并从反馈信号is—SENSE已知二次侧电流iSEa)NDAKY。因此，控制器106可直接确定传递至负载104的功率1\_。控制器106生成控制信号CStl以生成一次侧电流iPmMY以满足负载104的功率需求以便负载的功率需求等于提供至负载104的功率。
[0011]一次侧电流iPmMY的实际峰值与传递至负载104的功率的量成正比。因此，对于一次侧控制，确定一次侧电流iPKIMKY的实际峰值iPK决定确定传递至负载104的功率的量的准确度。上述说明尤其适用于从一次侧电流iPmMY的范围降低开始的低功率应用期间的情况。在控制器106检测到一次侧电流iPKI_的目标峰值iPK时，开关108不立即关断。一旦控制器106感应到一次侧最大值电流iPK SENSE等于目标峰值iPK并且关断开关108，实际一次
侧电流 ?PRIMARY
已经超出感应的最大值电流
ipK_SENSE°
[0012]为了补偿关断开关108的延迟，电子系统100引进前馈的比例缩放的电压因数
-sff?:: X i以增加由感应电阻器126传导的电流。Rsense是感应电阻器126的阻抗
值，R128是电阻器128的阻抗值，R130是电阻器130的阻抗值。在控制器106感应到一次侧电流之前增加感应电阻器126两端的电流致使控制器106确定能够补偿在关断开关108时的延迟的更高的峰值电流iPK—SENSE。等式[I]用固定的前馈补偿因数表示估计的最大值电流
ipK_EST 的值:
[0013]I PM-^EST = 1職-SEMm + S匿—.夏 B1 =X t D￡LAr [I];以及
mMmm 黑纖?[0014]
【权利要求】
1.一种方法，包括: Ca)在开关功率变换器的开关周期期间感应在所述开关功率变换器中的电流的值； (b)检测电流值的目标峰值； (C)用检测后延迟补偿因数调整所检测的所述电流值的目标峰值以生成延迟补偿电流值； (d)基于所述延迟补偿电流值确定提供至耦接至所述开关功率变换器的负载的电流的量；以及 (e)产生开关控制信号以控制所述开关功率变换器中的电流的值以根据所述延迟补偿电流值向所述负载提供能量。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括: 如果传递至所述负载的能量的量不是满足所述负载的功率需求的能量的量，则调整所述目标峰值以允许所述开关功率变换器达到满足所述负载的功率需求的能量的量；并且重复(a)至(e)。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括: 从由以下项组成的组中的项确定所述负载的功率需求:可编程负载功率需求数据、不可编程负载功率需求数据以及调光 信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定提供至负载的电流的量包括确定在所述开关控制信号的时段期间传递至所述负载的平均电荷的量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关功率变换器包括包含变压器的反激式开关功率变换器，所述变压器具有(i)传导一次侧电流的一次侧和(ii) 二次侧，并且在所述开关功率变换器的开关周期期间感应在开关功率变换器中的电流的值包括: 在所述开关功率变换器的开关周期期间感应所述开关功率变换器中的一次侧电流的值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关功率变换器包括包含变压器的反激式开关功率变换器，所述变压器含有具有电感值的一次侧线圈，并且所述检测后延迟补偿因数与所述一次侧线圈的电感值不相关。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，用检测后延迟补偿因数调整所述电流值的大致峰值以生成延迟补偿电流值包括: 用模拟由于在检测所述电流值的大致峰值和中断所述电流之间的延迟而改变的所述电流的值的外推的检测后延迟补偿因数来调整所述电流值的所述大致峰值。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括: 动态确定在所检测的所述电流的峰值和所述电流的实际峰值之间的大致延迟。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测后延迟补偿因数表示在检测所述电流值的大致峰值和中断所述电流之间的来自所述控制器中的多级的延迟。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负载包括一个或多个灯，所述一个或多个灯各自具有一个或多个发光二极管。
11.一种设备，包括: 控制器，具有在开关功率变换器的开关周期期间感应在所述开关功率变换器中的电流的值的输入端，其中，所述控制器能够:(a)检测电流值的目标峰值； (b)用检测后延迟补偿因数调整所检测的所述电流值的目标峰值以生成延迟补偿电流值； (C)基于所述延迟补偿电流值确定提供至耦接至所述开关功率变换器的负载的电流的量；并且 Cd)生成开关控制信号以控制在所述开关功率变换器中的电流的值以根据所述延迟补偿电流值向所述负载提供能量。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器还能够: 如果传递至所述负载的能量的量不是满足所述负载的功率需求的能量的量，则调整所述目标峰值以允许所述开关功率变换器实现满足所述负载的所述功率需求的能量的量；并且 重复(a)至(d)。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述控制器还能够: 从由以下项组成的组中的项确定所述负载的功率需求:可编程负载功率需求数据、不可编程负载功率需求数据以及调光信号。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，为了确定提供至负载的电流的量，所述控制器还能够包括确定在所述开关控制信号的时段期间传递至所述负载的平均电荷量。
15.根据权利要求1·1所述的设备，其中，所述开关功率变换器包括包含变压器的反激式开关功率变换器，所述变压器具有(i )传导一次侧电流的一次侧和(ii ) 二次侧，并且为了在所述开关功率变换器的开关周期期间感应开关功率变换器中电流的值，所述控制器还能够: 感应所述开关功率变换器的开关周期期间在所述开关功率变换器中的一次侧电流的值。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述开关功率变换器包括包含变压器的反激式开关功率变换器，所述变压器含有具有电感值的一次侧线圈，并且所述检测后延迟补偿因数与所述一次侧线圈的电感值不相关。
17.根据权利要求11所述的设备，其中，为了用检测后延迟补偿因数调整所述电流值的大致峰值以生成延迟补偿电流值，所述控制器还能够: 用模拟由于在检测所述电流值的大致峰值和中断所述电流之间的延迟而改变的所述电流的值的外推的检测后延迟补偿因数来调整所述电流值的所述大致峰值。
18.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制器还能够: 动态确定所检测的所述电流的峰值和所述电流的实际峰值之间的大致延迟。
19.根据权利要求11所述的设备，其中，所述检测后延迟补偿因数表示在检测所述电流值的大致峰值和中断所述电流之间的来自所述控制器中的多级的延迟。
20.根据权利要求11所述的设备，其中，所述负载包括一个或多个灯，所述一个或多个灯各自具有一个或多个发光二极管。
21.—种设备,包括: 开关功率变换器，其中，所述开关功率变换器包含具有一次侧和二次侧的变压器； 控制器，具有在开关功率变换器的开关周期期间感应在所述开关功率变换器中的电流的值的输入端，其中，所述控制器能够: (a)检测电流值的目标峰值； (b)用检测后延迟补偿因数调整所检测的所述电流值的目标峰值以生成延迟补偿电流值； (C)基于所述延迟补偿电流值确定提供至耦接至所述开关功率变换器的负载的电流的量；并且 Cd)生成开关控制信号以控制在所述开关功率变换器中的电流的值以根据所述延迟补偿电流值向所述负载提供能量； 以及 负载，耦接至所述开关功率变换器的变压器的二次侧。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述负载包括一个或多个灯，所述一个或多个灯各自具有一个或多个发光二极管。
【文档编号】H05B33/08GK103583082SQ201280026959
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年6月1日 优先权日:2011年6月3日
【发明者】何朝辉, 罗伯特·T·格丽桑莫, 迈克尔·A·科斯特 申请人:塞瑞斯逻辑公司