電子諧振及絕緣半橋zeta轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本公開設及電子轉(zhuǎn)換器。
[0002] 本公開是在特別關注改進半橋ZETA轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動的情況下設計的。
【背景技術】
[0003] 包括例如至少一個LED(發(fā)光二極管)或其它固態(tài)照明裝置的光源的電子轉(zhuǎn)換器可 W供應直流輸出。例如，運樣的電流可W是穩(wěn)定或者也可W隨著時間變化，W便設置光源發(fā) 出的光的亮度(所謂的調(diào)光功能）。
[0004] 圖1示出可行的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)包括電子轉(zhuǎn)換器10和照明模塊20(包括例如 至少一個LED L)。
[000引例如，圖2示出包括例如L抓鏈（即，多個串聯(lián)連接的LED)的照明模塊20的實例。例 如，在圖2中，示出了四個LED ^、L2、L3W及L4。
[0006] 電子轉(zhuǎn)換器10通常包括控制電路102和電源電路12(例如，開關電源AC/DC或DC/ DC)，該電源電路(例如從電線)接收供電信號作為輸入并且通過電源輸出106供應直流電作 為輸出。運樣的電流可W是穩(wěn)定的或者可W隨著時間變化。例如，控制電路102可W經(jīng)由電 源電路12的參考通道Iref設置L邸模塊20所需的電流。
[0007] 例如，運樣的參考通道Iref可W用于調(diào)節(jié)照明模塊20發(fā)出的光的強度。事實上，通 常，可W通過調(diào)節(jié)在照明模塊中流動的平均電流(例如，通過設置較低的參考電流Iref或者 通過脈寬調(diào)制(PWM)信號斷開電源電路12)實現(xiàn)L邸模塊20發(fā)出的光強度的調(diào)節(jié)。
[0008] 然而，如果模塊20供應有穩(wěn)定電壓，即，如果轉(zhuǎn)換器12是電壓生成器，通常需要布 置與光源L串聯(lián)連接的電流調(diào)節(jié)器，W便限制電流。在運種情況下，還可W經(jīng)由運樣的電流 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)調(diào)光功能，例如：
[0009] a)通過借助驅(qū)動信號(例如，PWM信號)有選擇地激活或者導通運樣的電流調(diào)節(jié)器，
[0010] b)如果使用可調(diào)節(jié)的電流調(diào)節(jié)器，那么通過設置電流調(diào)節(jié)器的基準電流。
[0011] -般來說，存在很多類型的電子轉(zhuǎn)換器，電子轉(zhuǎn)換器主要被分成隔離式和非隔離 式轉(zhuǎn)換器。例如，非隔離式轉(zhuǎn)換器是"降壓"、"升壓"、"降壓-升壓"、"古卡(化k)"、"SEPIC" W 及"ZETA"轉(zhuǎn)換器，而隔離式轉(zhuǎn)換器是"逆向"、"正向"、"半橋"W及"全橋"轉(zhuǎn)換器。運樣的轉(zhuǎn) 換器類型對于本領域技術人員來說是眾所周知的。
[001引例如，圖3示出了作為DC/DC轉(zhuǎn)換器操作的ZETA轉(zhuǎn)換器的電路圖。本領域技術人員 應當理解輸入交流電可經(jīng)由整流器(例如，二極管橋式整流器）W及可能的濾波電容器轉(zhuǎn)換 為直流電。
[001引基本上，ZETA轉(zhuǎn)換器包括電子開關S、二極管D、兩個電感器Lg和LiW及兩個電容器 Co和Cl,并且因此表示第四級轉(zhuǎn)換器。
[0014] 在目前考慮的實例中，轉(zhuǎn)換器12經(jīng)由兩個輸入端子110接收電壓Vin作為輸入并且 經(jīng)由兩個輸出端子106供應調(diào)節(jié)電壓V。或調(diào)節(jié)電流i。作為輸出。
[0015] 具體地，輸入110的第一端子通過開關S連接至電感器^的第一端子并且輸入110 的第二端子直接連接至電感器^的第二端子并且表示接地GND。
[0016]在所考慮的實例中，電感器^的第一端子通過電容器Cl連接至二極管D的陰極，并 且電感器^的第二端子直接連接至二極管D的陽極。二極管D的陽極，即，電感器^的第二端 子，還直接連接至輸出106，具體地，輸出106的第二端子。
[0017 ]二極管D的陰極經(jīng)由第二電感器Lo連接至輸出106的第一端子。最后，電容器Co與輸 出106并聯(lián)連接，即，直接連接至輸出106的端子。
[0018] 在所考慮的實例中，負載化連接至運樣的輸出106,其例如可W是先前所描述的照 明模塊20。
[0019] 如前所述，可W在電流或電壓中進行控制。出于運個目的，通常使用控制單元112， 該控制單元驅(qū)動開關S使得輸出電壓V?；蜉敵鲭娏鱥。被設為期望值，例如，基準電流Iref。出 于運個目的，可按本身已知的方式使用適配為檢測電流i?；螂妷篤。的傳感器。
[0020] 參考圖4a和4b，將描述運樣的ZETA轉(zhuǎn)換器的可能的驅(qū)動。
[0021] 具體地，如在圖4a中所示，在第一操作間隔期間，開關S閉合并且二極管D是OFF, 良P，二極管D反向偏置。在運種情況下，電感器。節(jié)省從輸入接收的能量并且電容器Cl通過輸 出開關Lo和電容器Co將能量供應至負載Rl。在運種條件下，流過電感^和^)的電流W基本線 性的方式增大，而沒有電流流過二極管D。
[0022] 相反，如在圖4b中示出的，在第二操作間隔期間，開關S斷開并且二極管D是ON。事 實上，二極管D正向偏置，因為電感b兩端的電壓的偏置是反向的。在運個條件下，流過電感 器^和^)的電流W基本線性方式減少。具體地，在電感^中保存的能量主要傳遞至電容器Cl 并且負載主要從電感器Lo接收能量。因此，流過二極管D的電流是：
[0023] iD=ici+iL。 （1)
[0024] 由Huai WEI等人在論文乂omparison of basic converter topologies for power factor correction"，IEEE Proceedings Southeastcon'98,p.348-353,24-26th 1998年4月，Orlando,化中描述了有關運樣的ZETA轉(zhuǎn)換器的操作的細節(jié)，在本文中將其內(nèi)容 結(jié)合于此作為參考。
[002引圖5示出ZETA轉(zhuǎn)換器的可替換實施方式，其中，電容器打和電感器Lo的布置不同。
[0026] 在目前所考慮的實施方式中，電感器^的第一端子直接連接至輸出106,具體地連 接至輸出106的第一端子。相反，電感器^的第二端子通過電容器Cl連接至二極管D的陽極， 其中，二極管D的陰極直接連接至輸出106的第一端子，即，連接至電感器^的第一端子。
[0027] 在所考慮的實施方式中，二極管D的陽極通過電感器Lo連接至輸出106的第二端 子。
[002引最后，還是在運種情況下，電容器Co并聯(lián)連接至輸出106，即，直接連接至輸出106 的端子。
[0029] 因此，在目前所考慮的實施方式中，電容器Cl和電感器^的位置已改變:在圖3中， 它們在電感器^的第一端子與第一輸出端子之間串聯(lián)連接，而在圖5中電容器Cl和電感器Lo 在電感器^的第二端子與第二輸出端子之間串聯(lián)連接。
[0030] 然而，總操作原理基本不變。
[0031] 通常，兩個操作間隔W固定頻率周期性地重復，其中，經(jīng)由PWM信號控制能量傳輸， 即，第一間隔和第二間隔的持續(xù)時間是變量，而持續(xù)時間的總和是恒定的。
[0032] 本領域技術人員應當理解的是運樣的PWM驅(qū)動和操作間隔的持續(xù)時間的控制是眾 所周知的并且能夠例如通過輸出電壓或電流經(jīng)由誤差放大器的反饋來實現(xiàn)。例如，在通過 電流控制的情況下，第一間隔的持續(xù)時間增加直至(平均)輸出電流達到預定閥值。
[0033] 在現(xiàn)有技術的已知狀態(tài)中，已另外提出使用某種稱為"軟切換"的驅(qū)動來驅(qū)動運樣 的ZETA轉(zhuǎn)換器，其中，當兩端的電壓開關S為零時切換開關S(零電壓切換，ZVS)。事實上，運 種類型的驅(qū)動可W減少切換損耗和電磁干擾化MI)。
[0034] 例如，TSAI-FU等人的論文"Design optimization for asymmetrical ZVS-P歷 zeta converter''，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,Vol.39, Iss. 2，P. 521-532，2003年4月，描述了為運樣的目的使用有源巧位，將其內(nèi)容結(jié)合于此作為 參考。
[0035] 具體地，如所述論文的圖2中示出的，可W通過用包括初級繞組Tl和次級繞組T2的 變壓器T替代電感器。將2614轉(zhuǎn)換器變換成隔離式ZETA轉(zhuǎn)換器。具體地，變壓器T可W建模 為具有給出的應數(shù)比l:n的理想變壓器，電感Lm與初級繞組Tl并聯(lián)連接，表示變壓器T的磁 化電感，并且電感Lr與初級繞組Tl串聯(lián)連接，模擬漏電感。此外，開關S還可W布置在變壓器 的初級繞組與地之間，運使得能夠使用N-MOS晶體管。隨后，包括電子開關(論文中的S2)和 電容器（電容器Ce)的"有源巧位"被加到所述隔離式ZETA轉(zhuǎn)換器。根據(jù)上述論文的教導，然 后用4個驅(qū)動模式驅(qū)動開關Sl和S2,運在所述論文的圖3和圖4中示出。
[0036] 基本上，WU TSAI-RJ的論文描述了運樣的轉(zhuǎn)換器被適用于在零電壓處切換開關Sl 和S2W及在零電流處切換二極管。具體地，在章節(jié)"F. Selection of Resonant Inductor and Clamping化pacitor"中，陳述了如果變壓器的泄漏電感器Lr具有足W釋放開關W及 其他電容器的電容的存儲能量(參見該論文的等式(35))，則可W