[發明專利]一種具有獨立控制的級聯升壓和反相降壓轉換器

有效

• 申請號: 201210206357.6
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102832836A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: M·M·瓦爾特斯
• 申請（專利權）人: 英特賽爾美國有限公司
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢慰民

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年6月17日提交的美國臨時申請S/N61/498,126的權益，該申請的全部內容出于所有意圖和目的通過引用結合于此。

附圖簡述

參考以下描述以及附圖將能更好地理解本發明的益處、特征以及優點，在附圖中：

圖1是根據一個實施例實現的級聯升壓和反相降壓轉換器的示意方框圖；

圖2是根據示例性實施例實現的圖1的控制器的簡化方框圖；

圖3是示出根據一個實施例使用圖2所示控制器在每個CLK循環期間圖1的轉換器的示例性波形的時序圖；

圖4是示出在沒有調光的AC輸入電壓的一個周期上的示例性操作波形的時序圖；

圖5是示出在具有調光的AC輸入電壓的一個周期上的示例性操作波形的時序圖；

圖6-9示出使用圖1轉換器的各種電子器件；

圖10是以類似于圖8所示方式配置的電子器件的方框圖，該電子器件包括圖1的轉換器以及向一個或多個LED提供電流的傳統調光器；以及

圖11和圖12分別為示出柵極驅動信號G1、G2和用來控制升壓和降壓操作的升壓、降壓脈沖之間的關系的時序圖。

詳細描述

參考以下描述以及附圖將能更好地理解本發明的益處、特征以及優點。給出以下描述以使本領域技術人員能在特定應用及其需求的背景下實施和利用所提供的本發明。然而，優選實施例的多種修改對本領域技術人員將會是明顯的，而且可將本文所限定的一般原理應用于其它實施例。因此，本發明不旨在局限于本文中示出和描述的特定實施例，而應給予與本文中披露的原理和新穎特征一致的最寬范圍。

用現有AC(交流)基礎設施對用于照明的發光二極管(LED)供電意味著轉換器應當能滿足關于功率因數和輸入諧波電流的嚴格功率質量標準，調整LED電流而沒有閃爍，并當工作在已有調光器(例如白熾或三端雙向可控硅(TRIAC)調光器)時順暢地控制照明。

能量存儲允許從AC源對LED無閃爍地供電，尤其是當調光延長了AC輸入電壓為零的時間時。然而，當從三端雙向可控硅調光器的安裝底座調光時，能量存儲也是有問題的。一旦觸發，涌入電流對轉換器的能量存儲電容重新充電并能造成高Q輸入濾波器在三端雙向可控硅保持電流以下諧振，在這種情形下三端雙向可控硅截止并在線路頻率的二分之一循環內再觸發。這造成混亂調光操作和閃爍。

一種類型的傳統解決方案調節LED電流并在AC整流后使用單級轉換器以獲取高功率因數。用這種方法傳遞的能量隨著AC輸入而變化。然而，在轉換器的輸出和LED負載兩側需要大型能量存儲電容以使經整流的線路頻率波紋變得平滑。由于漏電感，經常需要緩沖器網絡來限制諸如場效應管(FET)等電子開關器件的峰值電壓。

另一類型的傳統轉換器，已知為回掃LED驅動器，消除了輸出上的經整流AC輸入頻率波紋以幫助最小化能量存儲。然而，回掃轉換器具有脈動的(非連續的)輸出電流和高輸出電容。由于漏電感，可能需要緩沖器網絡來限制電子開關器件的峰值電壓。另一類型的傳統轉換器，已知為Cuk轉換器，提供了連續輸出電流并減小了輸出電容。然而，Cuk型轉換器不解決離線AC調光問題，例如調光角提取、維持三端雙向可控硅保持電流以及衰減輸入濾波器的減幅振蕩能量。Cuk轉換器配置采用外部信號，該外部信號對脈寬調制(PWM)引腳作調制以對LED調光。

為了獲得低成本，功率轉換器拓樸應當避免使用變壓器而采用單端組件和信號或以共同電壓為基準的組件和信號。單端信號和組件或以共同電壓為基準的信號和組件比需要電平平移或隔離的浮置節點更為廉價。

本文描述的是使用電感器而不是變壓器并配置成使用單端或共同基準的控制信號的轉換器。所披露的轉換器滿足關于功率因數和輸入諧波電流的嚴格功率質量標準，以最小波紋調節輸出電流，并當用作具有調光器的LED驅動器時，當配合已有調光器工作時，平滑地控制照度。盡管轉換器尤為有利于用作離線LED驅動器，然而轉換器可用來驅動其它類型DC負載，如本文中進一步描述的那樣。規章標準的示例可包括與功率因數和使用壽命關聯的能源之星標準(例如能源之星LM-80-08)、例如IEC(國際電子科技委員會)6100-3-2類C限令的諧波含量標準、例如CFR(聯邦規章條例(CFR))標題47部15類B限令的電磁干擾(EMI)標準，例如UL(保險商實驗室)8750和IEC61347等安全標準。