功率轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】功率轉(zhuǎn)換器
[0001]相關(guān)申請的交叉參引
[0002]本申請要求享有于2013年10月15日提交的第61/891，295號美國臨時申請的權(quán)益。本申請還要求享有于2013年11月I日提交的第61/898，883號美國臨時申請的權(quán)益。第61/891，295號和第61/898，883號美國臨時申請通過引用的方式納入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及功率轉(zhuǎn)換器，且更具體地，涉及用三端雙向可控硅開關(guān)(Triac)調(diào)光電路系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)照明的功率轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0004]發(fā)光二極管(LED)照明在業(yè)內(nèi)已經(jīng)變得非常普及，這是由于與其他照明技術(shù)(諸如緊湊型熒光燈(CFL)或白熾照明技術(shù))相比，LED照明具有許多優(yōu)勢，包括較長的壽命、較少的危害以及增加的視覺吸引力。由LED照明提供的優(yōu)勢導(dǎo)致LED被引入到多種照明技術(shù)、電視、監(jiān)視器和也可能需要調(diào)光的其他應(yīng)用中。
[0005]一種已知的用于調(diào)光的技術(shù)是使用三端雙向可控硅開關(guān)或相角調(diào)光。三端雙向可控硅開關(guān)電路通過去除交流(ac)電的每個半周期的一些開始部分或末尾部分(分別已知為“前沿相控或后沿相控”)而運(yùn)行。通過消除每個半周期的一部分，遞送給燈的功率的量被減少并且在人眼看來光輸出變暗了。在大多數(shù)應(yīng)用中，因?yàn)橄嗫鼐€路電壓的變化和遞送給燈的功率的變化發(fā)生得如此迅速，所以人眼不會察覺到每個半周期丟失的部分。雖然三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路用于調(diào)光白熾燈泡時特別好地起作用，但是當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)電路用于調(diào)光LED燈時很可能產(chǎn)生不理想的結(jié)果，諸如閃爍、閃動、色移和輸入波形失真。
[0006]與LED燈一起使用三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路的一個困難來自于三端雙向可控硅開關(guān)自身的特性。三端雙向可控硅開關(guān)表現(xiàn)為受控的交流開關(guān)，該受控的交流開關(guān)是斷開的直到它在控制端子處接收到觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號導(dǎo)致開關(guān)閉合。只要通過該開關(guān)的電流在一個被稱為“保持電流”的值以上，該開關(guān)就保持閉合。大多數(shù)白熾燈從交流電源容易地汲取多于最小保持電流的電流，以使三端雙向可控硅開關(guān)能夠可靠地且一致地運(yùn)行。然而，由LED汲取的低的電流可能不足以維持三端雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通從而可靠運(yùn)行所需的最小保持電流。
[0007]盡管基于三端雙向可控硅開關(guān)的、前沿或后沿、相控調(diào)光器LED驅(qū)動器可以提供低成本的燈調(diào)光，但是由于LED燈串所汲取的電流可能容易地下降到三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路的保持電流以下，它可能導(dǎo)致不期望的行為，包括受限的調(diào)光范圍、閃爍和輸入波形失真。由于LED串所汲取的低的電流，三端雙向可控硅開關(guān)可能會不一致地發(fā)光。此外，由于給電路的輸入電容充電的涌入電流和由于LED串呈現(xiàn)給線路的相對大的阻抗，每當(dāng)三端雙向可控硅開關(guān)接通時都會發(fā)生顯著的振蕩。此振蕩可能會導(dǎo)致甚至更不期望的行為，比如三端雙向可控硅開關(guān)電流可降到零并且關(guān)斷LED串，導(dǎo)致閃爍。
[0008]因此，LED驅(qū)動器可包括補(bǔ)償電路(例如，泄放器、或假負(fù)載/預(yù)負(fù)載)或LED驅(qū)動器可依賴控制器本身以增加來自三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光器的電流需求。泄放器電路實(shí)際上是假負(fù)載，除了 LED之外該假負(fù)載由被添加在輸入或輸出處的無源或有源組件所組成，以獲取足夠多的額外電流從而在三端雙向可控硅開關(guān)被觸發(fā)之后保持它可靠地導(dǎo)通。低成本無源泄放器在LED驅(qū)動器電路中是常見且普及的，但它們具有相關(guān)聯(lián)的效率和性能方面的不利之處。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0010]為此，本實(shí)用新型提供一種功率轉(zhuǎn)換器，包括:能量轉(zhuǎn)移元件，被耦合在所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間；功率開關(guān)，被耦合到所述能量轉(zhuǎn)移元件以控制能量在所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間的轉(zhuǎn)移；控制器，被耦合以控制所述功率開關(guān)的切換以調(diào)節(jié)所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出；以及前沿調(diào)光檢測電路，被耦合以響應(yīng)于在所述功率轉(zhuǎn)換器的輸入處檢測前沿調(diào)光而生成控制信號。
[0011]本實(shí)用新型的功率轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有改進(jìn)的性能。
【附圖說明】
[0012]參考下列附圖描述本公開內(nèi)容的非限制性和非窮舉性實(shí)施方案，其中在各個視圖中，相似的參考數(shù)字指代相似的部分。
[0013]圖1A是根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有前沿補(bǔ)償電路的功率轉(zhuǎn)換器的一個示例示意圖，該前沿補(bǔ)償電路被耦合以檢測功率轉(zhuǎn)換器的返回電流中的前沿調(diào)光。
[0014]圖1B是根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的前沿補(bǔ)償電路的一個示例示意圖，該前沿補(bǔ)償電路被耦合以檢測功率轉(zhuǎn)換器的返回電流中的前沿調(diào)光并生成控制信號以接合有源補(bǔ)償器。
[0015]圖1C是根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的前沿補(bǔ)償電路的一個示例示意圖，該前沿補(bǔ)償電路被耦合以檢測功率轉(zhuǎn)換器的輸入電壓中的前沿調(diào)光并生成控制信號以接合有源補(bǔ)償器。
[0016]圖2A是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有電流吸收器或體電容器模塊的前沿補(bǔ)償電路的一個示例示意圖。
[0017]圖2B是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有電流吸收器的前沿補(bǔ)償電路的一個示例示意圖。
[0018]圖3A是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有尖峰能量回收電路的功率轉(zhuǎn)換器的一個示例示意圖。
[0019]圖3B是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的被耦合以提供有源泄放器電路的前沿調(diào)光接合的尖峰能量回收電路的一個示例示意圖。
[0020]圖4是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有前沿補(bǔ)償電路的功率轉(zhuǎn)換器的一個示例示意圖。
[0021]圖5A是例示了根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的功率轉(zhuǎn)換器和尖峰能量回收電路的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的一個示例示意圖。
[0022]圖5B是根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的在有反饋補(bǔ)償和沒有反饋補(bǔ)償?shù)那闆r下功率轉(zhuǎn)換器輸出電流相對于調(diào)光相角的變化的一個示例波形。
[0023]圖6A例示了圖2A和圖2B的前沿補(bǔ)償電路的接合操作的多種示例波形。
[0024]圖6B例示了圖2A和圖2B的前沿補(bǔ)償電路的脫離接合操作的多種示例波形。
[0025]圖7A例示了根據(jù)本公開內(nèi)容教導(dǎo)的當(dāng)調(diào)光相角Φ是大約30度(30° )時的三端雙向可控硅開關(guān)輸入電壓、平均電容器電壓、阻尼電阻器電壓和二極管電壓的示例波形。
[0026]圖7B例示了根據(jù)本公開內(nèi)容教導(dǎo)的當(dāng)調(diào)光相角Φ是大約60度(60° )時的三端雙向可控硅開關(guān)輸入電壓、平均電容器電壓、阻尼電阻器電壓和二極管電壓的示例波形。
[0027]在全部附圖中，相應(yīng)的參考字符可指示相應(yīng)的組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，圖中的元件出于簡化和清楚起見被示出并且未必按比例繪制。為了便于理解各個實(shí)施方案，通常沒有描述在商業(yè)可行的實(shí)施方案中有用的或必須的那些普遍公知的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下文的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明了，不必須采用所述具體細(xì)節(jié)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他情況下，為了避免使本發(fā)明模糊，沒有詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法。
[0029]在本說明書全文中提到的“一個實(shí)施方案”、“一實(shí)施方案”、“一個實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意指關(guān)于該實(shí)施方案或?qū)嵤├枋龅奶囟ㄌ卣鳌⒔Y(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案中。因此，在本說明書全文中多個地方出現(xiàn)的短語“在一個實(shí)施方案中”、“在一實(shí)施方案中”、“一個實(shí)施例”或“一實(shí)施例”未必全都指相同的實(shí)施方案或?qū)嵤├?。再者，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以通過任何合適的組合和/或子組合被結(jié)合在一個或多個實(shí)施方案或?qū)嵤├?。特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以被包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述功能的其他合適的部件中。
[0030]本公開內(nèi)容的實(shí)施方案包括功率轉(zhuǎn)換器，該功率轉(zhuǎn)換器包括前沿調(diào)光檢測電路以識別具有前沿相控的功率轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行。在一個實(shí)施例中，該前沿調(diào)光檢測電路檢測前沿調(diào)光然后生成控制信號以接合補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器然后將該功率轉(zhuǎn)換器的輸入電流維持為等于或大于最小電流(例如，三端雙向可控硅開關(guān)的保持電流)。在另一個實(shí)施例中，該前沿調(diào)光檢測電路檢測并重新利用(回收)前沿調(diào)光器的接通電流尖峰能量，在一個實(shí)施例中，為了增加由功率轉(zhuǎn)換器汲取的輸入電流，通過被接合的阻尼器電路以改變由控制器接收的反饋FB信號。
[0031]圖1A是根據(jù)本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的具有前沿補(bǔ)償電路120a的功率轉(zhuǎn)換器100的一個示例示意圖，該前沿補(bǔ)償電路120a被耦合以檢測該功率轉(zhuǎn)換器的返回電流中的前沿調(diào)光。前沿補(bǔ)償電路120a被示出為包括補(bǔ)償器121a及前沿調(diào)光檢測和尖峰能量回收電路115a。在一個實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器100是被耦合到驅(qū)動負(fù)載175的LED驅(qū)動器，該驅(qū)動負(fù)載175可包括LED燈的陣列178。如所示，功率轉(zhuǎn)換器100被耦合到三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光器電路104。在一個實(shí)施方案中，前沿調(diào)光檢測和能量回收電路115a包括尖峰能量回收電路(在下文中討論)，該尖峰能量回收電路恢復(fù)/回收三端雙向可控硅開關(guān)接通尖峰能量以生成控制信號127a。
[0032]如所示，三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路104被耦合以通過可熔保護(hù)裝置103從輸入端子接收輸入交流線路信號Vac處的全正弦波形。三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路104可通過切除(延遲)輸入交流線路信號Vac的每個半周期的開頭部分(前沿控制)或通過切除輸入交流線路信號的每個半周期的末尾部分(后沿控制)施加相控電壓以產(chǎn)生相控三端雙向可控硅開關(guān)信號105。通過消除輸入交流線路信號Va。的每個半周期的一部分，減少了遞送到負(fù)載175 (例如，LED燈陣列178)的功率量且LED的光輸出看起來變暗了。該LED驅(qū)動器還可以包括輸入整流器電橋110，該輸入整流器電橋110被耦合以通過電磁干擾(EMI)濾波器108接收三端雙向可控硅開關(guān)信號105。如在所描述的實(shí)施例中所示，由整流器電橋110產(chǎn)生的已整流的電壓Vkect 111通過濾波器電容112被濾波，并且在由三端雙向可控硅開關(guān)調(diào)光電路104控制的每個半線路周期中具有導(dǎo)通相角。
[0033]前沿補(bǔ)償電路120a接收已整流的電壓Vkkt 111，通過電路塊115a檢測前沿調(diào)光并恢復(fù)/回收三端雙向可控硅開關(guān)接通尖峰能量。控制信號127a是由所恢復(fù)