功率因數(shù)校正電路的控制方法，功率因數(shù)校正電路和照明機(jī)構(gòu)的操作裝置制造方法
【專利摘要】為了進(jìn)行功率因數(shù)校正，電感器（21)被供應(yīng)輸入電壓（Vin)，其中對耦合至電感器的可控開關(guān)裝置（24)進(jìn)行控制，以便對電感器（21)選擇性地進(jìn)行充電和放電。用于起動開關(guān)裝置（24)的控制裝置（14)被設(shè)計(jì)成，使得該控制裝置根據(jù)多種操作模式中的一種操作模式對開關(guān)裝置（24)有選擇地進(jìn)行控制。在第一操作模式中，開關(guān)裝置(24)的接通時間點(diǎn)根據(jù)最短等待時間，并且根據(jù)經(jīng)由開關(guān)裝置（24)降低的電壓來確定。
【專利說明】功率因數(shù)校正電路的控制方法，功率因數(shù)校正電路和照明 機(jī)構(gòu)的操作裝置
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于功率因數(shù)校正的方法和電路。本發(fā)明尤其涉及用于操作裝置 或者電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)校正【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002] 功率因數(shù)校正（"功率因數(shù)校正"，PFC)布置用于消除或者至少減少輸入電流中的 諧波電流。諧波電流尤其可能在非線性用電器中出現(xiàn)，該非線性用電器例如是具有電源件 中的濾波的整流器，這是因?yàn)樵谶@種類型的用戶情況下，盡管輸入電壓為正弦形式，但輸入 電流的相位發(fā)生偏移并且發(fā)生非正弦形式的扭曲?？梢酝ㄟ^在各個裝置前方接通的有源或 者時鐘控制的功率因數(shù)校正電路對此時出現(xiàn)的高頻諧波振蕩施加反向作用。
[0003] 功率因數(shù)校正電路還可以用于照明機(jī)構(gòu)的操作裝置，例如熒光照明機(jī)構(gòu)的電子鎮(zhèn) 流器或者LED變換器。這種電路在用于操作照明機(jī)構(gòu)的裝置是有意義的，這是因?yàn)橐?guī)范限 制了允許被回送到供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波。
[0004] 針對功率因數(shù)校正電路經(jīng)常使用基于也被稱為升壓型轉(zhuǎn)換器或者升壓式轉(zhuǎn)換器 的升壓變換器的電路拓?fù)?。此時被供以整流后的交流電壓的電感器或者線圈通過可控開關(guān) 的接通/切斷以輸入電流充電或放電。電感器的放電電流流經(jīng)二極管流向與輸出端電容器 相耦合的變換器的輸出端，從而可以在輸出端處獲得相對于輸入電壓提高的直流電壓。同 樣可以使用其他變換器。
[0005] 可以以不同的操作模式操作功率因數(shù)校正電路。尤其已知利用連續(xù)流過之前所 述的電感器的操作（所謂的"連續(xù)通電模式"，CCM)、利用非連續(xù)電感器或線圈電流的操作 ("非連續(xù)通電模式"，DCM)或者處于流經(jīng)電感器的連續(xù)電流與非連續(xù)電流之間的臨界區(qū)域 內(nèi)的操作（"界限通電模式"或者"臨界通電模式"，BCM)。在BCM操作時，在線圈放電期間 線圈電流降低為零，開始新的切換周期，并且再次接通開關(guān)，以使線圈重新充電。根據(jù)時間 (期間開關(guān)分別被接通），可以對功率因數(shù)校正電路進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。在DCM操作中，相對地 在當(dāng)放電過程中線圈電流過零之后，首先等待預(yù)定的額外等待時間，直至開關(guān)重新被接通。
[0006] DE102004025597A1描述了一種功率因數(shù)校正電路，其中在開關(guān)切斷的時間段中推 導(dǎo)出輸出端的直流電壓。
[0007] 在以DCM模式操作功率因數(shù)校正電路時，重新接通轉(zhuǎn)換器之前的等待時間根據(jù)負(fù) 載，即根據(jù)功率因數(shù)校正電路的輸出功率進(jìn)行選擇，以便保持預(yù)定的總線電壓。如果在結(jié)束 該時間之后直接再次接通開關(guān)，則這可能會導(dǎo)致線圈電流的不規(guī)則。如果僅根據(jù)預(yù)定的等 待時間而不是根據(jù)功率因數(shù)校正電路的關(guān)系來選擇接通時間點(diǎn)，則會提高散熱以及因此出 現(xiàn)開關(guān)裝置變熱。
[0008] 任務(wù)在于提供方法和裝置，其在所述問題方面得以改善。任務(wù)在于提供用于功率 因數(shù)校正的方法和裝置，其中可以對更大范圍的負(fù)載進(jìn)行操作。任務(wù)還在于，提供方法和裝 置，其中可以在確定接通時間點(diǎn)時考慮功率因數(shù)校正電路在開關(guān)處于切斷狀態(tài)時的時間段 中的動態(tài)關(guān)系。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提供具有在獨(dú)立權(quán)利要求中給出的特征的方法、功率因數(shù)校正電路以 及照明機(jī)構(gòu)的操作裝置。從屬權(quán)利要求限定本發(fā)明的有利和優(yōu)選的實(shí)施方式。
[0010] 根據(jù)實(shí)施例的方法和裝置可以使得用于照明機(jī)構(gòu)的功率因數(shù)校正電路以多種操 作模式進(jìn)行操作。根據(jù)例如可以通過輸出功率進(jìn)行檢測的負(fù)載可以從多種操作模式中選擇 一種操作模式。在可以是DCM操作模式的第一操作模式中，確定開關(guān)裝置的切斷和重新接 通開關(guān)裝置之間的最短等待時間。開關(guān)裝置的接通時間點(diǎn)不僅根據(jù)最短等待時間來確定， 還根據(jù)經(jīng)由開關(guān)裝置降低的電壓來確定。這允許對功率因數(shù)校正電路在開關(guān)裝置切斷時的 動態(tài)關(guān)系加以考慮，以確定接通時間點(diǎn)。在根據(jù)實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路中可以設(shè)計(jì)控 制裝置，以實(shí)施相應(yīng)的方法。
[0011] 開關(guān)裝置可以是功率開關(guān)，尤其是FET或者M(jìn)0SFET開關(guān)，并且當(dāng)功率開關(guān)被切換 到切斷狀態(tài)時，經(jīng)由開關(guān)裝置降低的電壓可以是功率開關(guān)的漏源電壓。
[0012] 功率因數(shù)校正電路的控制裝置可以根據(jù)經(jīng)由漏源電路而降低的電壓的隨時間變 化的關(guān)系來確定接通時間點(diǎn)。功率因數(shù)校正電路的控制裝置可以限定時間間隔，該時間間 隔對應(yīng)于容許的接通時間，并且該時間位于一時間處，此時通過功率因數(shù)校正電路的漏源 電路降低的電壓靠近局部最小值或者經(jīng)過該最小值。也就是說，只有當(dāng)不僅完成了最短等 待時間，而且開關(guān)裝置處的電壓處于"波谷"時，才接通開關(guān)。這種方法也被稱為"波谷切 換"。
[0013] 功率因數(shù)校正電路的控制裝置可以獲得關(guān)于開關(guān)裝置的漏源電路處的電壓或者 其不同方式的變化的信息。在一種設(shè)計(jì)中，可以檢測到流經(jīng)功率因數(shù)校正電路的電感器的 電流，并且根據(jù)流經(jīng)線圈的電流與參考值的比較來確定開關(guān)裝置的漏源電路處的電壓具有 極值時所處的時間點(diǎn)?？刂蒲b置可以輸送相應(yīng)的測量信號，該信號指示線圈中的電流或者 該電流的過零。測量信號可以如此產(chǎn)生，即該信號指示線圈電流過零及其方向。開關(guān)裝置 處的局部最小值或者電壓的波谷可以根據(jù)沿規(guī)定方向的線圈電流的過零來識別。
[0014] 為了檢測電流的過零，可以設(shè)置相應(yīng)的檢測電路，借助該檢測電路例如可以通過 線圈電流的變化以及與參考值進(jìn)行比較。
[0015] 功率因數(shù)校正電路的控制裝置可以根據(jù)功率因數(shù)校正電路的負(fù)載或者輸出功率 來規(guī)定第一操作模式和第二操作模式之間的過渡。第二操作模式可以是CCM操作或者BCM 操作。在第二操作模式中，功率因數(shù)校正電路可以通過調(diào)節(jié)接通時間（在該接通時間中，開 關(guān)裝置總是被接通）來進(jìn)行控制或者調(diào)節(jié)。在第一操作模式中，可以通過調(diào)節(jié)最短等待時 間來控制或者調(diào)節(jié)功率因數(shù)校正電路。在第一操作模式中，接通時間（在該接通時間中，開 關(guān)裝置總是被接通）可以選擇相同的值，該值對應(yīng)于在第二操作模式中容許的接通時間的 最小值。該最短等待時間可以只在第一操作模式中被限定和使用，用于控制功率因數(shù)校正 電路。
[0016] 當(dāng)功率因數(shù)校正電路的控制裝置識別到負(fù)載或輸出功率降低到輸出功率以下時， 控制裝置可以自動從第二操作模式變換到第一操作模式中。
[0017] 根據(jù)實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路尤其可以用于針對交流電壓/直流電壓轉(zhuǎn)換器 的功率因數(shù)校正，從而使得在這種情況下，輸入電壓是整流后的交流電壓，輸出電壓時交流 電壓。根據(jù)實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路可以根據(jù)升壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來構(gòu)成，使得電感 器的充電電流經(jīng)由二極管被輸送給與輸出電容f禹合的輸出連接部。已描述的方法和實(shí)施方 式也可以用于其他轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0018] 在每個實(shí)施例中，在第一操作模式中，例如在DCM操作模式中如此選擇接通時間 點(diǎn)，即累計(jì)滿足下述三個條件：已經(jīng)完成最短等待時間；流經(jīng)電感器的電流處于過零處；開 關(guān)裝置的漏源電壓降低至局部最小值。
[0019] 控制裝置可以實(shí)施為集成電路形式，尤其是特定應(yīng)用的特定電路（ASIC，"專用集 成電路")。控制裝置可以具有用于檢測對應(yīng)于線圈電流或者該電流過零的測量參數(shù)的共同 的測量輸入信息，該測量參數(shù)還用于確定時間間隔，這種確定對應(yīng)于局部最小值或者通過 開關(guān)裝置降低的電壓。
[0020] 方法和功率因數(shù)校正電路可以在用于照明機(jī)構(gòu)的操作裝置中使用，例如用于熒光 照明機(jī)構(gòu)的電子鎮(zhèn)流器或者LED變換器。在該應(yīng)用情況下，本發(fā)明的實(shí)施例允許在較廣范 圍內(nèi)匹配不同的功率區(qū)間或者所使用的操作裝置的組件，其中也在DCM操作模式中實(shí)現(xiàn)節(jié) 能切換。
[0021] 下面將參照附圖借助優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0022] 圖1示出了根據(jù)一種實(shí)施例的具有功率因數(shù)校正電路的照明系統(tǒng)。
[0023] 圖2示出了根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路的電路圖。
[0024] 圖3示出了用于說明根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路的工作方式的電流和 電壓，該電路處于第二操作模式（可以是BCM操作）中。
[0025] 圖4示出了用于說明根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路的工作方式的電流和 電壓，該電路處于第一操作模式（是DCM操作）中。
[0026] 圖5示出了用于說明根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路的工作方式的電流和 電壓，該電路處于第一操作模式中。
[0027] 圖6示意性示出了當(dāng)開關(guān)裝置直接在固定的等待時間之后再次被接通時流經(jīng)線 圈的電流。
[0028] 圖7描述了根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路在第一操作模式中的工作方式。
[0029] 圖8描述了根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路在第一操作模式中的工作方式。
[0030] 圖9和圖10描述了由根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路的控制裝置所進(jìn)行的 參數(shù)調(diào)整。
[0031] 圖1示出了照明系統(tǒng)1的框圖，該照明系統(tǒng)包括用于照明機(jī)構(gòu)3的操作裝置2,例 如用于LED的操作裝置。該操作裝置2可以與總線4或者無線通信系統(tǒng)相連，以便接收調(diào) 光指令和/或輸出狀態(tài)信息。
[0032] 操作裝置2例如可以被設(shè)計(jì)為用于氣體放電燈、熒光燈或者其他熒光照明機(jī)構(gòu)的 電子鎮(zhèn)流器（EVG)或者被設(shè)計(jì)為LED變換器。操作裝置2包括用于對供電電壓（例如電源 電壓）進(jìn)行整流的整流器10。操作裝置2具有用于具有配屬的控制裝置14的功率因數(shù)校 正11的電路。功率因數(shù)校正電路提供了用于接通在操作裝置2后面的組件的輸出電壓，該 電壓也被稱為總線電壓Vbus。其他的電壓轉(zhuǎn)換和/或調(diào)光功能例如可以通過DC/DC轉(zhuǎn)換器 12 (可以被設(shè)計(jì)為LLC諧振轉(zhuǎn)換器）和/或輸出端驅(qū)動器13來實(shí)現(xiàn)。
[0033] 功率因數(shù)校正電路和其控制裝置14的工作方式將參照圖2至圖10來具體描述。 控制裝置14通?？梢砸远喾N操作模式來控制功率因數(shù)校正電路，這些操作模式至少包括 一個DCM("非連續(xù)通電模式"）操作模式作為第一操作模式，以及一種第二操作模式。該第 二操作模式可以從CCM( "連續(xù)通電模式"）操作模式和BCM( "界限通電模式"或者"臨界 通電模式"）操作模式中選擇。在第一操作模式中，可以如此來實(shí)現(xiàn)對不同的負(fù)載或者不同 的輸出功率的匹配，即在開關(guān)裝置的切斷和重新接通之間必須經(jīng)歷的最短等待時間進(jìn)行調(diào) 節(jié)。控制裝置14此時控制開關(guān)裝置，使得不僅將最短等待時間的完成考慮進(jìn)開關(guān)裝置的接 通標(biāo)準(zhǔn)中，還額外考慮功率因數(shù)校正電路的與時間相關(guān)的關(guān)系。開關(guān)裝置的再次接通取決 于是否完成了最短等待時間并且開關(guān)裝置的漏源電壓是否滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可以包 括，開關(guān)裝置的漏源電壓作為時間函數(shù)實(shí)現(xiàn)局部最小值。該標(biāo)準(zhǔn)可以被檢驗(yàn)，其中控制裝置 14提供參數(shù)，該參數(shù)包含關(guān)于功率因數(shù)校正電路的線圈中的電流過零信息。
[0034] 圖2是根據(jù)一種實(shí)施例的功率因數(shù)校正電路20的電路圖。供電交流電壓，例如電 源電壓，由（圖2中未示出的）整流器轉(zhuǎn)換成整流后的交流電壓，該電壓作為輸入交流電壓 Vin位于功率因數(shù)校正電路20的輸入連接部和地之間。輸入交流電壓Vin供應(yīng)給電感器或 者線圈21。電感器21與二極管22在功率因數(shù)校正電路20的輸入連接部和輸出連接部27 之間串聯(lián)接通。在與充電電容器23耦合的輸出連接部27處提供輸出整流電壓Vout。在電 容21和地之間可以接通另一個電容器25,該電容器與由開關(guān)24和電阻26組成的串聯(lián)電路 并聯(lián)接通。電容器25可以與二極管22的連接部（同樣與電容21連接）連接。
[0035] 輸出整流電壓Vout用于對接通在功率因數(shù)校正電路20前方的負(fù)載供電。該負(fù)載 例如可以是用于照明機(jī)構(gòu)的操作裝置的組件，例如熒光燈、鹵素?zé)簟l(fā)光二極管裝置等。該 負(fù)載可以包括具有電位隔離的LLC諧振轉(zhuǎn)換器。
[0036] 可控開關(guān)24 (該開關(guān)是功率開關(guān)，并且例如可以被設(shè)計(jì)為場效應(yīng)管（FET)，尤其是 M0SFET)被連接至電感器21和二極管22之間的連接部處。開關(guān)24可以經(jīng)由電阻26與地 連接，其中電阻26可以被用作分流電阻。開關(guān)24由功率因數(shù)校正電路20的控制裝置14 被切換到接通狀態(tài)和切斷狀態(tài)。控制裝置14具有相應(yīng)的輸出端41，用于控制控制信號，利 用該信號例如可以控制開關(guān)24的柵極電壓。
[0037] 在開關(guān)24的接通狀態(tài)中，電感器21經(jīng)由開關(guān)24與地連接，其中阻斷二極管8,從 而使得電感器21充電，并且電能被存儲在電感器21中。如果相反地切斷開關(guān)24,即打開開 關(guān)24,則二極管22被導(dǎo)通，從而使得電感器21可以經(jīng)由二極管22向充電電容器23放電， 并且存儲在電感器21中的電能被傳輸給充電電容器23。
[0038] 開關(guān)24由控制裝置14進(jìn)行控制，該控制裝置可以被設(shè)計(jì)為集成電路的形式，尤其 設(shè)計(jì)成ASIC。功率因數(shù)校正通過重復(fù)進(jìn)行的開關(guān)24的接通和切斷來實(shí)現(xiàn)，其中開關(guān)24的 切換頻率大大高于整流后的輸入交流電壓Vin的頻率。功率因數(shù)校正電路20可以作為升 壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行工作。
[0039] 控制裝置14可以被供應(yīng)不同的測量參數(shù)，這些測量參數(shù)可以被評估用于控制或 調(diào)節(jié)功率因數(shù)校正電路20或者操作裝置的其他組件。例如控制裝置14可以通過具有電阻 36, 37的分壓器來檢測輸出電壓。
[0040] 控制裝置14還可以被供應(yīng)這樣的測量參數(shù)，即指明電感器21中的電流込何時具 有過零，或者以哪種預(yù)兆來實(shí)現(xiàn)過零。相應(yīng)的檢測電路可以具有與電感器21以電感器方式 耦合的繞組31或者小線圈31。繞組31通過二極管32和電阻33與開關(guān)24和電阻26之間 的節(jié)點(diǎn)相連?？刂蒲b置14的輸入端42處的信號表明電感器21中的電流k的過零，尤其 是在開關(guān)24被切換到切斷狀態(tài)中的時間段中。
[0041] 控制裝置14產(chǎn)生控制信號，以便將開關(guān)24切換到接通狀態(tài)或者切斷狀態(tài)中。這 可以以各種方式出現(xiàn)，尤其是根據(jù)負(fù)載或者輸出功率。當(dāng)負(fù)載或者輸出功率較高時，使用第 二操作模式，該操作模式可以是BCM操作或者CCM操作。此時可以調(diào)節(jié)開關(guān)24分別被接通 時所處的時間段，以便將輸出電壓保持為額定值。開關(guān)24分別被接通時所處的時間段可以 根據(jù)輸出端27處的負(fù)載或輸出功率來選擇。只要負(fù)載或輸出功率大于閾值，則可以通過減 少接通時間，即減少開關(guān)24分別被接通所用的時間段來對操作進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)負(fù)載或輸出功 率達(dá)到閾值時，可以激活第一操作模式，該操作模式是DCM操作。此時，在將開關(guān)24切換到 切斷狀態(tài)中之后，當(dāng)電感器21中的電流IJ拳低為零時，并不直接再次接通開關(guān)24,而是設(shè) 置一個規(guī)定的最短等待時間。接通時間可以在DCM操作中被保持為預(yù)定的固定值，該值可 以是在BCM操作中針對接通時間可選的最小值。在第一種操作模式，即在DCM操作中，可以 通過調(diào)整最短等待時間來實(shí)現(xiàn)對不同負(fù)載或輸出功率的匹配。
[0042] 如將參照圖4、圖5、圖7和圖8詳細(xì)描述的那樣，在第一操作模式中，也就是說DCM 操作中，開關(guān)的接通時間點(diǎn)不僅對應(yīng)于最短等待時間來確定，而且也根據(jù)流經(jīng)電感器21的 電流L的與時間相關(guān)的關(guān)系，并且根據(jù)在漏極端子和源端子之間降低的電壓的與時間相關(guān) 的關(guān)系來確定。
[0043] 圖3在第二操作模式中通過控制裝置14對功率因數(shù)校正電路20的控制，該第二 操作模式以BCM操作示例性示出。通過開關(guān)24處的柵極電壓Vg來將開關(guān)切換到接通狀態(tài) 和切斷狀態(tài)中。當(dāng)開關(guān)被切換到切斷狀態(tài)中時，電感器21放電，并且線圈電流51降低。在 BCM操作中，可以如此開啟新的接通過程，使得電流51在54中下降為零或者具有過零。通 過相應(yīng)的控制信號52,開關(guān)24則再次被接通，以便使得電感器21重新充電。在BCM操作 中，可以調(diào)整接通時間55,以便使得用于不同負(fù)載和/或輸出功率的總線電壓保持穩(wěn)定。圖 3中示出的是電壓53,該電壓在BCM操作中在開關(guān)24的漏極端子和源端子之間降低。
[0044] 雖然圖3中舉例示出了 BCM操作，當(dāng)負(fù)載和/或輸出功率較大時可以被激活的第 二操作模式也可以是CCM操作。在CCM操作中，當(dāng)流經(jīng)電感器21的電流L達(dá)到非零的參 考值時，可以啟動對開關(guān)24的接通過程。
[0045] 圖4示出了從第二操作模式至第一操作模式，也就是說至DCM操作的過渡。通過 適當(dāng)選擇接通時間點(diǎn)68 (在該時間點(diǎn)處開關(guān)24再次被切換到接通狀態(tài)中），可以減少或者 消除線圈電流k的不規(guī)則性，并且開關(guān)24中的散熱以及因此開關(guān)24的變熱可以保持減少。
[0046] 在第一操作模式中，也就是說在DCM操作中，控制裝置14可以確定在將開關(guān)24重 新切換到接通狀態(tài)中之前的最短等待時間69。接通時間點(diǎn)68 (在該時間點(diǎn)處開關(guān)24再次 被切換到接通狀態(tài)中）不需要直接與最短等待時間69的終點(diǎn)一致。接通時間點(diǎn)68被如此 確定，即完成最短等待時間69,并且滿足附加的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)取決于功率因數(shù)校正電路20 的與時間相關(guān)的關(guān)系。為了確定接通時間點(diǎn)68而使用的附加的標(biāo)準(zhǔn)可以包括，流經(jīng)電感器 的電流61具有過零，并且在第一操作模式中在開關(guān)24的漏極端子和源端子之間降低的電 壓66達(dá)到局部最小值67。
[0047] 涉及到流經(jīng)電感器21的電流61以及開關(guān)24處的電壓66的標(biāo)準(zhǔn)的存在可以在圖 2的功率因數(shù)校正電路20中，根據(jù)控制裝置的輸入端42處的信號進(jìn)行檢測。該信號提供了 關(guān)于流經(jīng)電感器21的電流61的過零的信息以及過零的符號的信息，從而可以導(dǎo)出是否開 關(guān)24處的漏源電壓恰好處于局部最大值或者局部最小值處。
[0048] 使用這種標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致在切斷開關(guān)之后，不是在電流61的第一次過零62時再次接通 開關(guān)。功率因數(shù)校正電路20的電感器21和電容25構(gòu)成諧振電路，從而使得只要開關(guān)24 保持在切斷狀態(tài)中，在電流61降低之后，線圈電流61顯示出振蕩。在所示示例中，開關(guān)24 再次切換到接通狀態(tài)中也不在電流61的第二次過零時進(jìn)行，這是因?yàn)樽疃痰却龝r間69尚 未用盡。在示出的示例中，開關(guān)24再次切換到接通狀態(tài)中也不在電流61的第二次過零時 進(jìn)行，這是因?yàn)楸M管用盡了最短等待時間69,但過零的方向?qū)?yīng)于開關(guān)處的電壓的局部最 大值。接通時間點(diǎn)68通過過零63來確定，其中在漏極端子和源端子之間降低的電壓具有 局部最小值。
[0049] 通過所述的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)更多的效果。當(dāng)通過減少接通時間55或者65不再可能或 者只能困難進(jìn)行時，通過調(diào)節(jié)最短等待時間69可以針對不同的負(fù)載和/或輸出功率進(jìn)行匹 配?？梢员苊獬^流經(jīng)電感器21的電流L的所期望的峰值，并且在每次接通開關(guān)時所實(shí) 現(xiàn)的流經(jīng)電感器21的電流L峰值可以被保持為一致的額定值。通過在局部最小值處或者 在開關(guān)24的漏極端子和源端子之間降低的電壓的波谷處進(jìn)行切換，與總是直接在完成固 定等待時間時進(jìn)行接通相比，減少了散熱和由此引起的開關(guān)24的變熱。
[0050] 圖5示出了這種效果。功率因數(shù)校正電路20的電感器21和電容25構(gòu)成諧振電 路，從而使得在切斷開關(guān)之后，流經(jīng)電感器21的線圈電流69和在開關(guān)24處的電壓70顯示 出振蕩，這些振蕩彼此具有相位偏移。
[0051] 如果開關(guān)24在一個時間點(diǎn)被再次接通，其中開關(guān)24處的漏源電壓70不是極值， 并且例如對應(yīng)于輸入電壓79,則流經(jīng)電感器21的電流L在接通開關(guān)時具有朝向零值線偏 移一定值的值。在該時間點(diǎn)將開關(guān)24切換到接通狀態(tài)中將導(dǎo)致，在后續(xù)的電感器21充電 時引起電流的峰值74或者峰值75,其未達(dá)到或者超出峰值電流的額定值77。
[0052] 如果開關(guān)24在一個時間點(diǎn)被再次接通（其中開關(guān)24處的漏源電壓70具有局部 最大值71，并且此處電壓例如等于總線電壓78,則將始終達(dá)到流經(jīng)電感器21的電流的一致 的峰值。但該局部電壓最大值將在接通開關(guān)24時導(dǎo)致提高的散熱以及由此導(dǎo)致更高的熱 量。
[0053] 通過在局部最小值處或者開關(guān)24的漏源電壓70的"波谷"67處的切換，將會實(shí)現(xiàn) 流經(jīng)電感器的電流峰值達(dá)到額定值77,并且切換時的散熱比在點(diǎn)71至73中的一點(diǎn)處進(jìn)行 切換時的散熱要少。
[0054] 圖6進(jìn)一步具體說明了功率因數(shù)校正電路的效果，用于比較流經(jīng)電感器的電流込， 當(dāng)例如在DCM操作中，在改變等待時間之后，不依賴于功率因數(shù)校正電路的與時間相關(guān)的 關(guān)系，開關(guān)在等待時間結(jié)束時立即再次被切換到接通狀態(tài)中。在示出的情況中，電流顯示出 峰值75,該峰值超出額定值77。電流的這種不規(guī)則關(guān)系可以在實(shí)施例中被減少或者消除， 其中除了最短等待時間之外還考慮接通時間點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)取決于功率因數(shù)校正電路 20的動態(tài)關(guān)系。
[0055] 在功率因數(shù)校正電路20中，在控制裝置的輸入端42處提供一個信號，該信號給出 如下信息：即，流經(jīng)線圈的電流k是否具有過零，以及開關(guān)24處的漏源電壓是否恰好具有 局部最大值或者局部最小值或者波谷。該信號由控制裝置14進(jìn)行評估?？刂蒲b置14可以 根據(jù)輸入端42處的信號來產(chǎn)生用于接通開關(guān)24的時間間隔。控制裝置14可以將該時間 間隔與關(guān)于是否已經(jīng)用盡最短等待時間69的檢測在邏輯上進(jìn)行結(jié)合，以便來確定何時應(yīng) 該將開關(guān)24切換到接通狀態(tài)中。時間間隔能夠分別如此產(chǎn)生，即該時間間隔從沿確定方向 的電流込的過零開始啟動。該時間間隔的持續(xù)時間愛你可以具有預(yù)定值。該值可以等于 開關(guān)24在第二操作模式中的可調(diào)節(jié)的最短接通時間。
[0056] 圖7和圖8示出了時間點(diǎn)的確定，在該時間點(diǎn)處，開關(guān)在第一操作模式中再次被切 換到接通狀態(tài)中。當(dāng)開關(guān)24處于切斷狀態(tài)中時，流經(jīng)電感器21的電流、圍繞零線發(fā)生振 蕩，該振蕩通過由電感器21和電容25構(gòu)成的諧振電路來決定。該振蕩可以相應(yīng)地在控制 裝置14的輸入端42處的信號82中進(jìn)行識別。其中流經(jīng)電感器21的電流k =總是具有 過零時所處的時間點(diǎn)可以通過將信號82與參考值81進(jìn)行比較來識別?？刂蒲b置14例如 可以具有比較器，在輸入端側(cè)被提供信號82和參考值81。比較器的輸出信號中的波動顯示 流經(jīng)電感器21的電流L的過零的時間點(diǎn)和方向。
[0057] 根據(jù)識別到的流經(jīng)電感器21的電流k的過零（具有在預(yù)定方向上符號的改變）， 分別產(chǎn)生時間間隔，其中只示出了時間間隔84至86。該時間間隔對應(yīng)于一個時間，針對該 時間，根據(jù)流經(jīng)電感器21的電流的與時間相關(guān)的關(guān)系以及開關(guān)24處的漏源電壓來實(shí)現(xiàn)開 關(guān)24的接通。該時間間隔根據(jù)如下情況進(jìn)行選擇，即開關(guān)24處的漏源電壓接近局部最小 值，以及流經(jīng)電感器21的電流接近過零。
[0058] 作為額外的標(biāo)準(zhǔn)還將考慮，必須完成最短等待時間69。因?yàn)樵谧疃痰却龝r間69的 終點(diǎn)89之前存在時間間隔84、85,因此開關(guān)24還尚未被重新切換到接通狀態(tài)中。開關(guān)24 可以在第一時間間隔86(在最短時間間隔的終點(diǎn)89之后）中被再次切換到接通狀態(tài)中。該 接通時間點(diǎn)根據(jù)以下情況來確定，即當(dāng)在時間點(diǎn)87時控制裝置14的輸入端42處的信號達(dá) 到參考值81時，是否已經(jīng)經(jīng)過最短等待時間的終點(diǎn)89。
[0059] 在功率因數(shù)校正電路中以及在根據(jù)實(shí)施例的方法中，在第一操作模式中，控制裝 置可以如此調(diào)整等待時間，即該等待時間最少等于預(yù)定的最短等待時間，并且此外還取決 于開關(guān)24處的與時間相關(guān)的漏源電壓，該電壓通過控制裝置的輸入端被檢測到，向該輸入 端輸送表明線圈電流的過零的信號。
[0060] 根據(jù)控制裝置14在第一操作模式還是在第二操作模式中操作的情況，控制裝置 14可以自動地采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，以便對功率因數(shù)校正電路20的關(guān)系進(jìn)行控制。例如可以進(jìn) 行這種調(diào)整，以便將輸出電壓Vout調(diào)整為額定值。還可以進(jìn)行調(diào)整，以便根據(jù)負(fù)載或者輸 出功率如此來調(diào)整對功率因數(shù)校正電路20的控制，使得很好地抑制諧波。如果在負(fù)載基礎(chǔ) 上實(shí)現(xiàn)控制，控制裝置14可以例如在紋波基礎(chǔ)上，也就是說在輸出電壓Vout的電壓紋波基 礎(chǔ)上來識別負(fù)載。為此可以對輸出電壓Vout進(jìn)行檢測并且提供給控制裝置14。
[0061] 第二操作模式，例如可以是BCM操作或者CCM操作，可以在負(fù)載或者輸出功率大于 閾值時激活。在BCM操作或者CCM操作中可以通過開關(guān)的接通時間，也就是說通過開關(guān)24 總是被切換到接通狀態(tài)中時的持續(xù)時間，可以實(shí)現(xiàn)對不同負(fù)載或者不同輸出功率的匹配。 對于較小的負(fù)載或者較小的輸出功率來說，接通時間相應(yīng)減小，直到其達(dá)到容許的最小值。 如果不再能夠繼續(xù)減少接通時間，則可以實(shí)現(xiàn)向DCM操作的過渡。
[0062] 在第一操作模式中，例如在DCM操作中，接通時間可以被保持為固定值。這可以對 應(yīng)于容許的接通時間最小值，該最小值可以在兩種操作模式中進(jìn)行調(diào)節(jié)。在第一操作模式 中，可以通過改變最短等待時間來調(diào)整功率因數(shù)校正電路的操作。
[0063] 圖9和圖10示出了通過改變參數(shù)來調(diào)整功率因數(shù)校正電路的操作，其中這些參數(shù) 對開關(guān)24的控制具有影響。調(diào)整例如可以作為功率因數(shù)校正電路的輸出功率或者負(fù)載的 函數(shù)來進(jìn)行。
[0064] 圖9示出了開關(guān)的接通時間，即當(dāng)開關(guān)24始終被切換到接通狀態(tài)中時的持續(xù)時 間。當(dāng)輸出功率從較高值（其中功率因數(shù)校正電路以BCM或CCM操作模式進(jìn)行操作）降低 時，開關(guān)的接通時間與之相應(yīng)地減少至容許的最小值。當(dāng)功率繼續(xù)減小時，可以過渡到DCM 操作模式中。此時接通時間被保持為恒定值91，該值對應(yīng)于針對第二操作模式由控制裝置 調(diào)節(jié)的接通時間的最小可調(diào)值。在第二操作模式中，可以實(shí)現(xiàn)與負(fù)載相關(guān)的最短等待時間 的調(diào)節(jié)。圖10示例性示出了特征曲線的走向，該特征曲線可以用于DCM操作中的最短等待 時間的調(diào)整。特征曲線如圖9和圖10中示出的一樣，例如可以在控制裝置14的數(shù)字化設(shè) 計(jì)中以對應(yīng)的表格形式存儲在控制裝置14中。
[0065] 雖然已經(jīng)參照附圖對實(shí)施例進(jìn)行了描述，但也可以在其他實(shí)施例中進(jìn)行改動。雖 然距離描述了從BCM操作至DCM操作的過渡，但可以在其他實(shí)施例中，將控制裝置設(shè)計(jì)用于 對CCM操作模式進(jìn)行控制?？梢韵鄳?yīng)地實(shí)現(xiàn)從CCM操作至DCM操作的過渡。
[0066] 雖然已經(jīng)描述了其中流經(jīng)電感器的電流在使用線圈或繞組的情況下被檢測的實(shí) 施例，但也可以設(shè)置其他電路，以便識別電流的過零和/或可控開關(guān)的漏源電壓的局部極 值。雖然已經(jīng)描述了其中根據(jù)控制裝置的輸入信號（該信號指示電感器中的電流的過零） 來檢測可控開關(guān)的局部最小值或者漏源電壓的波谷的實(shí)施例，但也可以使用其他布置方 式，其允許控制裝置識別可控開關(guān)的漏源電壓的局部極值。
[0067] 根據(jù)實(shí)施例的方法和裝置可以在用于照明機(jī)構(gòu)的操作裝置中，例如在電子鎮(zhèn)流器 或者LED變換器中使用。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制照明機(jī)構(gòu)（3)的功率因數(shù)校正電路（11，14 ;20)的方法，其中所述功 率因數(shù)校正電路（11，14 ;20)具有與輸入端耦合的電感器（21)和與所述電感器（21)耦合 的可控開關(guān)裝置（24)，以便通過關(guān)閉和打開所述開關(guān)裝置（24)來使所述電感器（21)有選 擇地進(jìn)行充電和放電，其中所述方法包括： -從多種操作模式中選擇一種操作模式來控制所述開關(guān)裝置（24)，以及 -根據(jù)所選擇的操作模式來控制所述開關(guān)裝置（24)，其中在第一操作模式中， -確定在切斷所述開關(guān)裝置（24)和重新接通所述開關(guān)裝置（24)之間的最短等待時間 細(xì))，以及 -根據(jù)所述最短等待時間（69)，以及根據(jù)通過所述開關(guān)裝置（24)降低的電壓（66, 70) 來確定所述開關(guān)裝置（24)的接通時間點(diǎn)（68)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述第一操作模式中，根據(jù)通過所述開關(guān)裝置 (24)降低的電壓（66 ;70)的時間曲線來確定接通時間點(diǎn)（68)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一操作模式中，根據(jù)一時間點(diǎn)來確 定至少一個時間間隔（84,85,86)，在該時間點(diǎn)中，通過所述開關(guān)裝置（24)降低的電壓（66 ; 70)具有局部極值，尤其是局部最小值（67)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，將用于指示流經(jīng)所述電感器（21)的電流 (66, 76)或者指示流經(jīng)所述電感器（21)的電流（66, 76)的過零的參數(shù)（66, 76, 81)與參考 值（82)進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果來確定通過所述開關(guān)裝置（24)降低的電壓（66, 70) 是否具有局部極值，尤其是具有局部最小值（67)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，根據(jù)一時間點(diǎn)來確定至少一個時間間隔（84,85， 86)，在該時間點(diǎn)中，所述測量參數(shù)（81)和所述參考值（82)之間的差具有在預(yù)定方向上的 符號改變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，選擇所述參考值（82)，使得該參考值指示流 經(jīng)所述電感器（21)的電流（66, 76)的過零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的方法，如此確定至少一個用于接通所述開關(guān)裝 置（24)的時間間隔（84,85,86)，即當(dāng)通過所述開關(guān)裝置（24)的漏源電路降低的電壓（66 ; 70)達(dá)到局部最小值（67)時，再次接通所述開關(guān)裝置（24)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，根據(jù)所述功率因數(shù)校正電路 (11，14 ;20)的輸出端（22)處的負(fù)載或者根據(jù)輸出功率來確定所述最短等待時間（69)。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在第二操作模式中，接通所述開關(guān)裝 置（24)所處的接通時間點(diǎn)（68)不依賴于所述最短等待時間（69)來確定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一操作模式是DCM操作模式，所述第二操 作模式是CCM操作模式或者BCM操作模式。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一操作模式只有當(dāng)所述負(fù)載 或者所述輸出功率小于閾值（92)時被激活。
12. -種用于照明機(jī)構(gòu)（3)的功率因數(shù)校正電路（11，14 ;20)，該功率因數(shù)校正電路 (11，14 ;20)包括： 電感器（21)，該電感器與所述功率因數(shù)校正電路（11，14 ;20)的輸入端耦合， 可控開關(guān)裝置（24)，該開關(guān)裝置與所述電感器（21)耦合，以及 控制裝置（14)，用于控制所述開關(guān)裝置（24)，以便通過控制所述開關(guān)裝置（24)來使所 述電感器（21)有選擇地進(jìn)行充電和放電，其中所述控制裝置（14)被設(shè)置成從多個操作模 式中選擇一個操作模式，并且根據(jù)所選擇的操作模式來控制所述開關(guān)裝置（24)， 其中，所述控制裝置（14)被設(shè)置成在第一操作模式中確定在切斷所述開關(guān)裝置（24) 和重新接通所述開關(guān)裝置（24)之間的最短等待時間（69)，以及根據(jù)所述最短等待時間 (69)以及根據(jù)通過所述開關(guān)裝置（24)降低的電壓（66 ;70)來確定所述開關(guān)裝置（24)的 接通時間點(diǎn)（68)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率因數(shù)校正電路（11，14 ;20)，該功率因數(shù)校正電路被設(shè) 置成用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法。
14. 一種用于照明機(jī)構(gòu)（3)的操作裝置（2)，其包括根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的功率 因數(shù)校正電路（11，14 ;20)。
【文檔編號】H02M1/42GK104221473SQ201380019733
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】H·奧爾, P·蘭佩特 申請人:赤多尼科兩合股份有限公司