用于控制具有低回路帶寬的功率轉換器的方法和設備技術

公開了一種功率轉換器控制器。示例性的功率轉換器控制器包括反饋傳感器電路，其被連接以接收代表功率轉換器的輸出的反饋信號。該控制器還包括反饋采樣信號發生器，其被連接以產生反饋采樣信號，該信號被連接以被反饋傳感器電路接收。反饋傳感器電路被連接以響應于反饋采樣信號對反饋信號采樣。該控制器還包括狀態機，其連接至反饋傳感器電路以根據響應于反饋傳感器電路的多個運行狀況狀態中的一個控制功率轉換器的開關的切換。該控制器同樣包括反饋時間周期信號發生器，其被連接以產生反饋時間周期信號，該信號被連接以被狀態機接收。其中反饋時間周期信號的周期基本大于反饋采樣信號的周期。狀態機被連接以響應于反饋時間周期信號而被更新。

Method and apparatus for controlling a power converter with low loop bandwidth

A power converter controller is disclosed. The exemplary power converter controller includes a feedback sensor circuit that is connected to receive a feedback signal representative of the output of the power converter. The controller also includes a feedback sampling signal generator that is connected to generate a feedback sampling signal that is connected to be received by the feedback sensor circuit. The feedback sensor circuit is connected to sample the feedback signal in response to the feedback sampling signal. The controller also includes a state machine that is connected to the feedback sensor circuit to control switching of the power converter in response to one of a plurality of operating status states in response to the feedback sensor circuit. The controller also includes a feedback time periodic signal generator that is connected to generate a feedback time periodic signal that is connected to be received by the state machine. The period of the feedback time periodic signal is basically larger than the period of the feedback sampling signal. The state machine is connected to be updated in response to the feedback time periodic signal.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般涉及電源，更具體而言，涉及具有低回路帶寬的電源。
技術介紹
通常使用電源以將插座提供的交流(“ac”)電轉換為直流(“dc”)，以提供給電 學裝置或負載。電源設計的一個重要考慮在于從交流功率源獲得的輸入電流相對于交流輸 入電壓波形的形狀和相位。干線ac源的電壓波形是標稱的正弦波形。但是，由于ac源上 存在的許多開關電源的非線性負載，所以由電源從ac源獲得的電流波形是非正弦的和/或 具有與ac源的電壓波形不同相位。這使得ac干線配電系統的損耗增加，以及，在當前的世 界上的許多地方，電廠確保由電源所獲得的電流為正弦且與ac電壓波形同相已成為法定 的或自發的要求的主題。以這種方式校正輸入電流波形被稱為功率因數校正(PFC)。如果輸入ac電流和電 壓波形是正弦的且完全同相，則電源的功率因素為1。換言之，功率因數校正后的輸入將使 ac源上存在的負載等價于將一個可變電阻連接在ac源的兩端。通過采用PFC校正后的電 源而作為ac源的負載存在的有效電阻的變化，是與PFC校正電源輸出負載獲得的功率相應 的、ac源的均方根(rms)電壓的函數。隨著相對于ac源電壓的輸入電流的諧波失真和/或 相位偏移的增加，功率因數減小至小于1。功率因素的要求通常需要大于0. 9的功率因素， 并可以具有對于輸入電流波形的諧波含量的要求。必須由開關電源提供PFC的應用包括發光二極管(LED)應用，由于LED相對于更 傳統的白熾燈改進了能量效率，因此它正變得日漸流行。因為由LED提供的光線的亮度是 流經它們的電流的函數，因此電源也調節提供給LED的dc電流，LED形成了電源的輸出負 載。因此，電源控制結合了 dc輸出電流調節的函數，并通過向連接至電源輸入的干線ac源 提供基本阻性負載而提供PFC。輸出電流調節通常由檢測流經LED的電流并向電源控制器——其調節從電源的輸 入到輸出的能量流動——提供作為LED電流的函數的反饋信號而實現。開關電源通常將十 分迅速地對電流反饋信息中的波動作出響應，以將LED電流調節至平滑的dc電平。不過，如上所述，為了實現PFC，電源必須使得對于ac干線存在一個基本呈阻性的 負載。用于調節LED電流的快速變化的能量流的快速變化將破壞PFC的性能，并產生非正 弦電源輸入電流波形和低功率因素。因此，為了實現PFC，電源必須被配置為緩慢地響應于 電流反饋信息中的波動，這通常被稱為低速電源控制回路或低帶寬回路。通常，這一低速回 路功能通過在電源控制回路中引入大電容來實現。所述的電容可以例如在電源的輸出處被 引入以在電源的輸出處維持十分穩定的dc輸出電壓，這將往往能減少LED負載中的任何電 流波動。在另一實例中，允許LED中的電流波動，但將大濾波器——通常包括大電容和電 阻——引入LED電流路徑和電源控制器之間的反饋路徑中。這一配置接著對反饋信號濾 波，以使電源控制器響應于電源輸出電流的重度濾波形式，這有助于防止控制器對來自ac干線輸入源的或多或少的能量流產生突然的需求。上述兩種用于實現PFC的技術均具有不利之處，它們需要電源中的大型物理部件 以減緩電源控制回路的響應。LED燈的典型應用需要電源電路盡可能緊湊，因為它們通常需 要安裝在很小的燈泡殼之內(有時稱為泡內(in-bulb)應用)。此外，大電容在這樣的泡內 LED照明應用中存在可靠性和成本上的顧慮，因為泡內的溫度很高，從而需要昂貴的高溫電 容器。
技術實現思路
根據本專利技術的一個方面，提供一種用于功率轉換器的控制器，包括反饋傳感器電 路，其被連接以接收代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號；反饋采樣信號發生器，其被連 接以產生反饋采樣信號，該反饋采樣信號被連接以被所述反饋傳感器電路接收，其中所述 反饋傳感器電路被連接以響應于所述反饋采樣信號而對所述反饋信號采樣；狀態機，其被 連接至所述反饋傳感器電路以根據響應于所述反饋傳感器電路的多個運行狀況狀態中的 一個來控制所述功率轉換器的開關的切換；以及反饋時間周期信號發生器，其被連接以產 生反饋時間周期信號，該反饋時間周期信號被連接以被所述狀態機接收，其中所述反饋時 間周期信號的周期基本大于所述反饋采樣信號的周期，其中所述狀態機被連接以響應于所 述反饋時間周期信號而被更新。在一個優選的實施方案中，所述反饋采樣信號的頻率基本等于所述開關的切換頻率。在一個優選的實施方案中，所述開關的切換被連接以控制從所述功率轉換器的輸 入到所述功率轉換器的輸出的能量傳遞。在一個優選的實施方案中，所述開關的切換被連接以控制能量的傳遞，以使流入 所述功率轉換器的輸入的輸入電流基本與所述功率轉換器的輸入的電壓同相及成比例。在一個優選的實施方案中，所述代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號代表了流 過所述功率轉換器的輸出的電流。在一個優選的實施方案中，所述代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號代表了所 述功率轉換器的輸出的電壓。在一個優選的實施方案中，所述多個運行狀況狀態中的每一個均包括基本固定的 接通時間。在一個優選的實施方案中，所述多個運行狀況狀態中的每一個均包括基本固定的 切換頻率。在一個優選的實施方案中，所述反饋時間周期信號的周期是至少比所述反饋采樣 信號的周期長320倍。在一個優選的實施方案中，所述反饋時間周期信號的每一周期基本等于連接至所 述功率轉換器的輸入的ac電壓源的每一零電壓狀況之間的時間周期。在一個優選的實施方案中，所述反饋傳感器電路包括連接至具有第一閾電平的第 一閾電平檢測電路的計時器，所述第一閾電平檢測電路被連接以接收所述反饋信號。在一個優選的實施方案中，所述反饋時間周期信號的每一周期基本等于其間所述 反饋信號每兩次跨越所述第一閾電平的時間周期。7在一個優選的實施方案中，所述計數器被連接以響應于處于反饋采樣頻率的反饋 采樣信號時鐘而被計時。在一個優選的實施方案中，所述計數器被連接以響應于所述反饋信號和第一狀態 的第一閾電平的比較的輸出，而被所述第一閾電平檢測電路增量遞增。在一個優選的實施方案中，所述計數器被連接以響應于所述反饋信號和第二狀態 的第一閾電平的比較的輸出，而被所述第一閾電平檢測電路增量遞減。在一個優選的實施方案中，所述狀態機被連接以響應于所述計數器的輸出值而設 定運行狀況狀態，以控制所述功率轉換器的開關的切換。在一個優選的實施方案中，所述狀態機被連接以響應于所述計數器的輸出值而在 所述反饋時間周期信號的每一周期的結尾設定下一運行狀況狀態。在一個優選的實施方案中，所述狀態機被連接以維持一個運行狀況狀態直到所述 反饋時間周期信號的每一周期的結尾。在一個優選的實施方案中，所述計數器被連接以在所述反饋時間周期信號的每一 周期的結尾被重置。在一個優選的實施方案中，所述反饋傳感器電路還包括具有第二閾電平的第二閾 電平檢測電路，所述第二閾電平檢測電路被連接以接收所述反饋信號。在一個優選的實施方案中，所述控制器還包括邏輯，該邏輯被連接至所述狀態機 以響應于所述反饋信號與所述第二閾電平的比較，而中止所述狀態機切換功率轉換器電路 的開關。根據本專利技術的又一方面，提供一種功率轉換器，包括能量傳遞元件，其連接在所 述功率轉換器的輸入和所述功率轉換器的輸出之間，其中所述功率轉換器的輸入被連接至 ac電壓源以及其中所述功率轉換器的輸出被連接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種用于功率轉換器的控制器，包括：反饋傳感器電路，其被連接以接收代表所述功率轉換器的輸出的反饋信號；反饋采樣信號發生器，其被連接以產生反饋采樣信號，該反饋采樣信號被連接以被所述反饋傳感器電路接收，其中所述反饋傳感器電路被連接以響應于所述反饋采樣信號而對所述反饋信號采樣；狀態機，其被連接至所述反饋傳感器電路以根據響應于所述反饋傳感器電路的多個運行狀況狀態中的一個來控制所述功率轉換器的開關的切換；以及反饋時間周期信號發生器，其被連接以產生反饋時間周期信號，該反饋時間周期信號被連接以被所述狀態機接收，其中所述反饋時間周期信號的周期基本大于所述反饋采樣信號的周期，其中所述狀態機被連接以響應于所述反饋時間周期信號而被更新。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：Y·迦諾基，M·毛，D·M·H·馬修斯，T·帕斯通，
申請(專利權)人：電力集成公司，
類型：發明
國別省市：US