專利名稱：將ac輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流的系統(tǒng)和方法
將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2010年9月30日提交的美國臨時申請S/N 61/388，353的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容出于所有意圖和目的通過引用結(jié)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(fā)明的益處、特征以及優(yōu)點，在附圖中

圖1是根據(jù)一個實施例實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器的簡化示意方框圖；圖2是示出圖1的轉(zhuǎn)換器的操作的一連續(xù)的時序圖；圖3是轉(zhuǎn)換器的簡化示意方框圖，它是圖1的轉(zhuǎn)換器的更具體實施例，其中相同的組件用相同附圖標(biāo)記表示；圖4是轉(zhuǎn)換器的簡化示意方框圖，它以與圖1的轉(zhuǎn)換器基本相同的方式配置，其中相同的組件用相同附圖標(biāo)記表示；圖5示出磁滯電流控制仿真電路和占空比控制仿真電路兩者的傳導(dǎo)EMI頻譜的測量；圖6是示出與圖3的轉(zhuǎn)換器基本類似配置的轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果的時序圖，除了用靜態(tài)電阻器來代替LED外；圖7-10示出使用根據(jù)本文描述的任何一種配置實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器的各種電子設(shè)備； 以及圖11是包括以與圖9所示相同的方式配置的轉(zhuǎn)換器的電子設(shè)備的方框圖，該轉(zhuǎn)換器用于向一個或多個LED提供電流。
具體實施例方式本發(fā)明的益處、特征和優(yōu)勢參照下面的說明書和附圖將變得更容易理解，下面的說明書使得本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員能夠作出和使用本發(fā)明，如同在特定場合及其需要的背景下提供的那樣。然而，優(yōu)選實施例的多種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員將會是明顯的，而且可將本文所限定的一般原理應(yīng)用于其它實施例。因此，本發(fā)明不旨在局限于本文中示出和描述的特定實施例，而應(yīng)給予與本文中披露的原理和新穎特征一致的最寬范圍。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的轉(zhuǎn)換器(本文中又稱調(diào)節(jié)器)是一種簡單、低成本的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將AC輸入轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流。本文所述的轉(zhuǎn)換器可用來驅(qū)動其中需要某一 AC電流的多種負(fù)載。示例的非限制性列表包括電池充電器、發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動器、電動機線圈的驅(qū)動器、一個或多個激光二極管等。根據(jù)一個實施例的轉(zhuǎn)換器可使用標(biāo)準(zhǔn)電感器并省去慣常的變壓器。不然的話，慣常的變壓器是傳統(tǒng)LED驅(qū)動器中常見使用的。在一個實施例中，轉(zhuǎn)換器不需要緩沖電路以控制功率開關(guān)器件或電子開關(guān)器件上的過沖。功率開關(guān)器件或電子開關(guān)的示例包括金屬氧化物半導(dǎo)體、場效應(yīng)管(MOSFET)或其它類似形式(例如FET、M0S器件等)、雙極結(jié)晶體管(BJT)等、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。可使用較小和較低廉的電容器來開關(guān)頻率濾波，以避免使用一般具有短壽命、高成本和大尺寸特征的電解質(zhì)電容。簡單的磁滯電流控制器提供準(zhǔn)確的電流調(diào)節(jié)和減小的電磁干擾(EMI) 輻射。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)和方法使用減少數(shù)量的組件，由此減小尺寸和成本。圖1是根據(jù)一個實施例實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器100的簡化示意方框圖。轉(zhuǎn)換器100是使用準(zhǔn)Z源配置構(gòu)造的并工作以將交流電(AC)輸入電壓VAC轉(zhuǎn)化成輸出電壓VL，該輸出電壓 VL跨負(fù)載電阻器RL相對于例如接地點(GND)的基準(zhǔn)供電電壓施加。VAC具有施加在節(jié)點 101上的正極以及節(jié)點103上的負(fù)極。VAC施加于橋式整流器104，該橋式整流器104包括二極管D1、D2、D3和D4。Dl的陰極和D2的陽極耦合于節(jié)點101，并且D3的陰極和D4的陽極耦合于節(jié)點103。D2和D4的陰極耦合于形成電壓VCl的節(jié)點105。節(jié)點105耦合于濾波電容器Cl的一端(正極端子)，耦合于電感器Ll的一端以及電子開關(guān)Q的漏極。電子開關(guān) Q實現(xiàn)為N溝道M0SFET，盡管也可考慮替代的功率開關(guān)器件。Ll的另一端耦合于形成電壓VC2的節(jié)點107，其中節(jié)點107進一步耦合于另一濾波電容器C2的一端(例如正極端子)，耦合于二極管D的陰極，并耦合于控制器115的輸入。Q的源極、C2的另一端(例如負(fù)極端子)以及控制器115的另一輸入耦合于節(jié)點109， 該節(jié)點109進一步耦合于GND。負(fù)載電阻器RL耦合在節(jié)點109和另一節(jié)點111之間，并且濾波電容器CDC并聯(lián)于RL地耦合。節(jié)點111形成輸出電壓VL(相對于GND)，并耦合于另一電感器L2的一端。L2的另一端耦合于節(jié)點113，該節(jié)點113進一步耦合于二極管D、Dl和 D3的陰極，并耦合于電容器Cl的另一端(負(fù)極端子)。電流ILl從節(jié)點105經(jīng)由電感器Ll 流至節(jié)點107。電流IL2從節(jié)點109流過負(fù)載(⑶C和RL)并流過電感器L2進入節(jié)點113， 并因此表現(xiàn)為流過電感器L2的電流。電流傳感器117檢測IL2并形成與之成比例的電壓檢測信號VS，該電壓檢測信號VS被提供給控制器115的另一輸入?？刂破?15將柵極驅(qū)動信號GD斷言至Q的柵極。負(fù)載電流IRL流過RL。橋式整流器104將AC輸入電壓VAC轉(zhuǎn)換成跨電容器Cl的經(jīng)整流DC電壓VCl以及跨電容器C2的另一電壓VC2。電感器(Li和L2)、電容器(Cl和C2)、開關(guān)Q以及二極管 D的配置一同形成準(zhǔn)Z源調(diào)節(jié)器。在工作中，控制器115監(jiān)視電容器C2的電壓VC2并且電感器L2的電流IL2并通過使Q經(jīng)由⑶信號導(dǎo)通和截止調(diào)制Q的啟動而調(diào)節(jié)負(fù)載。圖2是示出轉(zhuǎn)換器100的操作的連續(xù)時序圖，其中VACVC1，IL2，IRL和⑶是相對于時間繪制的。VAC—般是在以0伏(V)或接地電位為中心的正、負(fù)波峰之間振蕩的正弦信號。VCl是VAC的整流版本，由此VCl的大小跟隨VAC，除了在每個周期的第二半個周期內(nèi) VCl保持正，同時VAC變?yōu)樨?fù)。電容器C1、C2使開關(guān)頻率平滑化，而不是存儲VAC頻率能量或保持經(jīng)整流的輸入電壓VCl。用于開關(guān)頻率濾波的電容比用于線路頻率能量存儲的電容更小。因此轉(zhuǎn)換器100可避免使用一般具有短壽命、高成本和大尺寸特征的電解質(zhì)電容。當(dāng)VCl低于圖示為VRUN的正電壓閾值時，⑶保持低，因此Q被截止。一旦VCl超出VRUN，控制器115斷言⑶為高，因此Q導(dǎo)通并且流過L2的電流IL2以與VCl加上負(fù)載電壓VL的速率增大。要注意，VL相對于GND來說是負(fù)的。當(dāng)IL2到達(dá)圖示為IPK的波峰閾值電流時，控制器115斷言⑶為低以使Q截止。二極管D傳導(dǎo)以提供IL2的路徑，并且 IL2以與VC2加上VL的速率減小。當(dāng)IL2到達(dá)圖示為IVAL的波谷閾值電流時，控制器115 再次斷言⑶為高以使Q回到導(dǎo)通狀態(tài)。開關(guān)循環(huán)重復(fù)，以使IL2在IVAL和IPK之間漸變， 同時VCl高于VRUN。要注意，IL2漸變的斜率隨著VCl改變(增大/減小)而改變(增大 /減小)。當(dāng)VCl減小至低于VRUN時，控制器115將⑶拉低以保持Q截止。這種控制方法被成為磁滯電流模式或繼電式控制。電容器CDC濾除開關(guān)頻率波紋，因此流過負(fù)載RL的負(fù)載電流IRL —般為IPK的平均值，同時VCl高于VRUN。盡管沒有明確示出，電感器Ll中的電流ILl的電流波形類似于IL2的電流波形。 當(dāng)Q導(dǎo)通時，ILl以與VC2的電平成比率的速率增大(例如變化速率或ILl的導(dǎo)數(shù)關(guān)聯(lián)于或以其它方式近似等于VC2/L1)，并且當(dāng)Q截止時，二極管D提供ILl的路徑以與VCl成比例地減小。圖3是轉(zhuǎn)換器300的簡化示意方框圖，它是圖1的轉(zhuǎn)換器100的更具體實施例，其中相同的組件用相同附圖標(biāo)記表示；VCA同樣是跨節(jié)點101、103提供的，其中可熔電阻器FR 為安全目的被設(shè)置在節(jié)點101和節(jié)點IOlA之間。EMI濾波電容器CEMI耦合在節(jié)點101A、 103之間，并且二極管D1、D2的陽極則是耦合于節(jié)點101A。二極管D2、D3的陰極則耦合于節(jié)點105A，并且濾波電感器LEMI耦合在節(jié)點105和105A之間。LEMI、CEMI和Cl 一同作為 EMI濾波器工作以減少輻射。器件C1、C2、L1、L2、D和Q以與轉(zhuǎn)換器100相同的方式耦合于節(jié)點105、107、109、111和113。電流傳感器117由耦合在節(jié)點109 (GND)和節(jié)點109A之間的感測電阻器RS取代。RS通常為相對較小值的電阻，由此節(jié)點109、109A對負(fù)載來說具有基本相同的電壓電平。負(fù)載濾波電容器CDC耦合在節(jié)點111和109A之間。負(fù)載電阻器RL 用耦合在節(jié)點111U09A之間的多串LED來取代。流過LED的負(fù)載電流圖示為電流ILED。 Dl和D3的陰極以相同方式耦合于節(jié)點113。控制器115由控制器315替代。在所示實施例中，控制器315包括倒相緩沖器301、 比較器303、305和321、邏輯門307、309、置位-復(fù)位(SR)鎖存器311、柵極驅(qū)動放大器313、 頻率開關(guān)(FSW)限制器317、偏壓調(diào)節(jié)器319以及基準(zhǔn)發(fā)生器323。緩沖器301的輸入耦合于節(jié)點109A并且其輸出耦合于兩比較器303、305的非反相輸入。比較器303的輸出耦合于邏輯門307的一個輸入，該邏輯門307被配置成2輸入NOR門。比較器305的輸出耦合于邏輯門309的一個輸入，邏輯門309被配置為2輸入OR門。NOR門307的輸出耦合于SR 鎖存器311的置位輸入，而OR門309的輸出耦合于SR鎖存器311的復(fù)位輸入。SR鎖存器 311的Q輸出耦合于放大器313的輸入并耦合于FSW限制器317的輸入。放大器313的輸出形成被提供給Q的柵極的⑶信號。FSff限制器317的輸出被提供給NOR門307的另一輸入。形成VC2的節(jié)點107被提供給偏壓調(diào)節(jié)器319的輸入和比較器321的反相輸入。 偏壓調(diào)節(jié)器319形成由電容器CB (相對于GND)濾波的電壓VA并將其提供給放大器313的源電壓輸入，該放大器313同樣以GND為基準(zhǔn)(或其另一供電電壓輸入耦合于GND)。偏壓調(diào)節(jié)器319也形成提供給基準(zhǔn)發(fā)生器323的源電壓，該基準(zhǔn)發(fā)生器形成基準(zhǔn)電壓電平VMIN、 VVAL和VPK。VMIN被提供給比較器321的非反相輸入，VPK被提供給比較器305的反相輸入，而VVAL被提供給比較器303的反相輸入。流過RS的電流IL2在節(jié)點109A上形成相對小的負(fù)電壓電平，該負(fù)電壓電平由緩沖器301反相和緩沖(并被放大，如果需要的話)，從而將成比例的檢測電壓VS提供給比較器303、305。VVAL對應(yīng)于IVAL，VPK對應(yīng)于IPK，而VMIN對應(yīng)于VRUN。在一個實施例中， FSff限制器317工作以將Q的開關(guān)頻率限制在一預(yù)定的最大水平。在一個實施例中，F(xiàn)SW限制器317是下降沿延時。當(dāng)SR鎖存器311置位時，其Q輸出為高并且FSW限制器317的輸出也為高。當(dāng)SR鎖存器311被復(fù)位并且其Q輸出為低時，F(xiàn)SW限制器317的下降沿延時輸出等待一預(yù)定時間以防止SR鎖存器311被置位。在一個實施例中，該預(yù)定時間大約為1微秒(μ S)。如此，開關(guān)限制功能將開關(guān)頻率限制在大約1兆赫(MHz)的最大值，該最大值可通過50%的占空比向下變化至大約500千赫(kHz)。在這種情形下，開關(guān)限制功能作為最小截止時間功能工作并且不一定是精確的頻率限制。轉(zhuǎn)換器100的操作基本類似于轉(zhuǎn)換器100如圖2的時序圖所示的操作。電流IRL 由流過各LED的LED電流ILED取代。VAC和VCl基本以相同方式工作。當(dāng)VCl低于VRUN、 VC2低于VMIN時，比較器321的輸出為高，并且OR門的輸出為高，這使SR鎖存器311保持在復(fù)位狀態(tài)以防止⑶變高。當(dāng)VCl上升至高于VRUN且VC2超出VMIN時，比較器321的輸出變低，這使SR鎖存器311脫離保持復(fù)位狀態(tài)。由于VS低于VVAL，這意味著電流IL2低于 IVAL,因此比較器303的輸出為低。假設(shè)FSW限制器317的輸出也為低，NOR門307的輸出變高以置位SR鎖存器311，從而將⑶拉高以使開關(guān)Q導(dǎo)通。電流IL2以線性速率增大(如前所述)，直到VS上升至VPK為止，這意味著IL2到達(dá)IPK，此時比較器305的輸出變高以將OR門309的輸出拉高，從而使SR鎖存器309復(fù)位。SR鎖存器309將⑶拉低以使Q截止，而IL2以線性速率向下減小回到IVAL。操作以圖2所示的這種方式重復(fù)。平均LED電流ILED由波峰和波谷閾值設(shè)定，IPK和IVAL分別由VI3K和VVAL確定。 控制器315允許簡化的偏壓、柵極驅(qū)動和電流感測。簡單的偏壓調(diào)節(jié)器319從VC2得到控制功率和柵極驅(qū)動功率。Q的源極也耦合于接地點，由此形成單端接的柵極驅(qū)動器。電流IL2 形成跨RS的負(fù)電壓(相對于接地點)并且無數(shù)種方法(包括倒相電壓放大器或電壓-電流放大器)可提供具有與IL2成比例的適當(dāng)信號(例如VQ的控制。圖4是轉(zhuǎn)換器400的簡化示意方框圖，它以與轉(zhuǎn)換器100基本相同的方式配置，其中相同的組件用相同附圖標(biāo)記表示；轉(zhuǎn)換器400還包括示例性波谷填充網(wǎng)絡(luò)401，該波谷填充網(wǎng)絡(luò)401包括附加的二極管D5、D6和D7以及電容器C3、C4。D5的陽極耦合于節(jié)點113， 而其陰極耦合于D6的陽極并耦合于C3的一端。C3的另一端耦合于節(jié)點105。C4的一端耦合于節(jié)點113，而其另一端耦合于D6的陰極和D7的陽極。D7的陰極耦合于節(jié)點105。將波谷填充網(wǎng)絡(luò)401添加至經(jīng)整流的準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器配置以在輸出側(cè)提供連續(xù)的負(fù)載功率。波谷填充網(wǎng)絡(luò)401通過將VCl保持在VAC的過零位置附近而提供能量存儲。在波谷填充網(wǎng)絡(luò)401中的電容器D3和C3在VAC的波峰電壓附近串聯(lián)地充電，并聯(lián)地放電以填充經(jīng)整流的電壓VCl的波谷。在需要連續(xù)負(fù)載調(diào)節(jié)的應(yīng)用場合的過零期間，波谷填充網(wǎng)絡(luò) 401提供能量。磁滯電流控制提供調(diào)節(jié)負(fù)載電流的簡單手段。如前面陳述的那樣，負(fù)載電流是IPK和IVAL閾值之間的平均值。磁滯電流模式控制的另一優(yōu)勢是由于開關(guān)頻率在VAC 周期內(nèi)的變化而具有減少的EMI。開關(guān)頻率是電感L2和電壓VC1、VC2和VL的函數(shù)。圖5示出磁滯電流控制仿真電路(未示出)和占空比控制仿真電路(未示出)兩者的傳導(dǎo)EMI頻譜的測量，其每一個具有基本相同的功率分量。頻譜是以相對于以赫茲為單位的頻率以伏特為單位測量的(“k”代表千赫，而“M”代表兆赫)。第一頻譜501是磁滯電流控制電路的傳導(dǎo)EMI，而第二頻譜503是占空比控制電路的傳導(dǎo)EMI。固定開關(guān)頻率占空比控制電路的第二頻譜503的特征峰值顯著大于磁滯電流控制電路的第一頻譜501的特征峰值。圖6是示出與轉(zhuǎn)換器300基本類似配置的轉(zhuǎn)換器的仿真結(jié)果的時序圖，除了用靜態(tài)90 Ω電阻器來代替LED外；電壓VC1、VDS、VL和負(fù)載電流IRL相對于時間(毫秒或ms)繪制出。VDS是開關(guān)Q的漏極-源極電壓。IRL是流過靜態(tài)90Ω電阻器的負(fù)載電流(毫安或mA)。仿真結(jié)果很好地關(guān)聯(lián)于相應(yīng)的試驗板結(jié)果(未示出)。圖7-10示出使用根據(jù)本文描述的任何一種配置實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器700的各種電子設(shè)備。轉(zhuǎn)換器700可如本文所描述的那樣實現(xiàn)為準(zhǔn)Z源轉(zhuǎn)換器。如圖7所示，轉(zhuǎn)換器700接收VAC并驅(qū)動任何類型的DC負(fù)載703。如圖8所示，轉(zhuǎn)換器700接收AC并對電池或包含一個或多個可充電電池的電池組801進行充電。如圖9所示，轉(zhuǎn)換器700接收VAC并將電流提供給一個或多個發(fā)光二極管(LED)901。如圖10所示，轉(zhuǎn)換器700接收VAC并將電流提供給線圈1001等以產(chǎn)生針對電動機1003等的磁場。圖11是電子設(shè)備1100的方框圖，該電子設(shè)備1100包括以與圖9所示相同方式配置的轉(zhuǎn)換器700，用以將電流提供給一個或多個LED 901。在這種情形下，傳統(tǒng)的線路調(diào)光器1102接收VAC(例如AC線路電壓)并提供經(jīng)AC導(dǎo)電角調(diào)制的電壓或“經(jīng)斬波”電壓 VACmod,該電壓VACmqd被提供給轉(zhuǎn)換器700的輸入。在一個實施例中，線路調(diào)光器電路1102 工作以在每個半周期(即180° )的0-180°之間的任何相位角下有選擇地對如1101所表示的VAC的前沿和后沿中的一者或兩者進行斬波，以提供VACm。VACm的一種示例形式表示在1103，其中每半個周期對前沿進行斬波。在一個實施例中，線路調(diào)光器電路1102使用三端雙向可控硅開關(guān)(未示出)或類似裝置以延遲VAC波形接近零，直到預(yù)定相位角為止。 調(diào)光相位角越大，則更多VAC被斬波或調(diào)零以減小VACmW電壓。一旦每半周期到達(dá)該相位角，VAC逐步上升至線路電壓(例如三端雙向可控硅開關(guān)傳導(dǎo))并且VAC的剩余部分被輸出至轉(zhuǎn)換器700。轉(zhuǎn)換器700相比傳統(tǒng)線路調(diào)光器電路為調(diào)光操作提供某一優(yōu)勢。LED 901在過零位置附近在VAC的每個周期截止兩次。轉(zhuǎn)換器700調(diào)整LED電流。在這種情形下，平均LED 電流和相應(yīng)量的光輸出與調(diào)光相位角成比例。傳統(tǒng)LED調(diào)光器使用復(fù)雜控制來推導(dǎo)出調(diào)光相位角并隨后與該相位角成比例地調(diào)整平均LED電流。轉(zhuǎn)換器700不使用復(fù)雜控制并與相位角成比例地自動調(diào)整平均LED電流。根據(jù)一個實施例的轉(zhuǎn)換器將AC電壓轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流。該轉(zhuǎn)換器包括第一至第五節(jié)點和耦合于第一節(jié)點的基準(zhǔn)節(jié)點。負(fù)載與濾波電容器并聯(lián)地耦合在第一和第二節(jié)點之間。轉(zhuǎn)換器進一步包括用于對AC電壓整流并在第三節(jié)點上提供經(jīng)整流電壓的整流器網(wǎng)絡(luò)；耦合在第三節(jié)點和第四節(jié)點之間的第二電容器；耦合在第三和第五節(jié)點之間的第一電感器；耦合在第五節(jié)點和基準(zhǔn)節(jié)點之間的第三電容器；耦合在第二節(jié)點和第四節(jié)點之間的第二電感器；以及具有耦合于第四節(jié)點的陽極和耦合于第五節(jié)點的陰極的第一二極管。轉(zhuǎn)換器還包括電流感測器件，用來感測從基準(zhǔn)節(jié)點通過第二電感器流至第四節(jié)點的電流并提供作為其指示的感測信號。轉(zhuǎn)換器還包括開關(guān)晶體管，該開關(guān)晶體管具有耦合于第三節(jié)點的第一電流端子、耦合于基準(zhǔn)節(jié)點的第二電流端子并具有控制端子。轉(zhuǎn)換器包括磁滯電流模式控制器，該磁滯電流模式控制器耦合于第三節(jié)點并耦合于開關(guān)晶體管的控制端子，并接收感測信號。轉(zhuǎn)換器基于感測信號控制開關(guān)晶體管以調(diào)整流過第二電感器的電流。根據(jù)一個實施例的電子設(shè)備包括Z型轉(zhuǎn)換器、電流傳感器、DC負(fù)載和控制器。Z型轉(zhuǎn)換器包括橋式整流器、第一和第二電容器、第一和第二電感器、第一電感器和電子開關(guān)。 整流器對AC電壓進行整流以在第一節(jié)點上提供經(jīng)整流的電壓。第一電容器耦合在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間。第一電感器耦合在第一節(jié)點和第三節(jié)點之間。第二電容器耦合在第三節(jié)點和具有基準(zhǔn)電壓電平的第四節(jié)點之間。第二電感器耦合在第二節(jié)點和第五節(jié)點之間。 第一二極管具有耦合于第二節(jié)點的陽極以及耦合于第三節(jié)點的陰極。電子開關(guān)具有耦合于第一節(jié)點的第一電流端子、耦合于第四節(jié)點的第二電流端子，并具有控制端子。電流傳感器檢測從第四節(jié)點流至第五節(jié)點并通過第二電感器的電流并提供成比例的檢測信號。DC負(fù)載包括濾波電容器并耦合在第四和第五節(jié)點之間?？刂破黢詈嫌诘谌?jié)點，接收感測信號， 并耦合于電子開關(guān)的控制端子?？刂破骺刂齐娮娱_關(guān)以維持通過第二電感器的相對恒定電流。披露了一種使用轉(zhuǎn)換器將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流的DC輸出的方法。轉(zhuǎn)換器包括耦合在第一和第二節(jié)點之間的第一電感器、耦合在第二節(jié)點和基準(zhǔn)節(jié)點之間的第一電容器、具有耦合于第三節(jié)點的陽極和耦合于第二節(jié)點的陰極的二極管、包括耦合在基準(zhǔn)節(jié)點和第四節(jié)點之間的濾波電容器的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、耦合在第三和第四節(jié)點之間的第二電感器以及具有耦合在第一和基準(zhǔn)節(jié)點之間的電流端子并具有控制端子的開關(guān)。該方法包括對AC輸入電壓整流以在第一和第三節(jié)點之間提供經(jīng)整流的電壓；監(jiān)視第二節(jié)點的電壓；監(jiān)視流過第二電感器的第二電感器電流并提供指示其的感測信號；當(dāng)感測信號指示第二電感器電流落到波谷電流電平而同時第二節(jié)點的電壓處于至少預(yù)定的最小電平時使開關(guān)導(dǎo)通；以及當(dāng)?shù)诙?jié)點的電壓小于預(yù)定最小電平并當(dāng)感測信號指示該第二電感器電流上升至峰值電流電平且同時第二節(jié)點的電壓為至少預(yù)定最小電平時使開關(guān)截止。雖然已參考本發(fā)明的某些優(yōu)選版本相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但可構(gòu)想其它可能的版本和變型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，他們能容易地利用所公開的理念和特定實施例作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改其它結(jié)構(gòu)以提供本發(fā)明的相同目的，這不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種將AC電壓轉(zhuǎn)換成提供給負(fù)載的經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電流的轉(zhuǎn)換器，包括耦合于所述負(fù)載的第一端的第一節(jié)點以及耦合于所述負(fù)載的第二端的第二節(jié)點； 耦合在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間的濾波電容器； 用于接收AC電壓并在所述第三節(jié)點上提供經(jīng)整流電壓的整流器網(wǎng)絡(luò)； 耦合在所述第三節(jié)點和第四節(jié)點之間的第二電容器； 耦合在所述第三節(jié)點和第五節(jié)點之間的第一電感器；耦合在所述第五節(jié)點和基準(zhǔn)節(jié)點之間的第三電容器，其中所述基準(zhǔn)節(jié)點耦合于所述第一節(jié)占. 耦合在所述第二節(jié)點和所述第四節(jié)點之間的第二電感器； 具有耦合于所述第四節(jié)點的陽極和耦合于所述第五節(jié)點的陰極的第一二極管； 電流感測器件，所述電流感測器件用來感測從所述基準(zhǔn)節(jié)點通過所述第二電感器流至所述第四節(jié)點的電流并提供作為其指示的感測信號；開關(guān)晶體管，所述開關(guān)晶體管具有耦合于所述第三節(jié)點的第一電流端子、耦合于所述基準(zhǔn)節(jié)點的第二電流端子，并具有控制端子；以及磁滯電流模式控制器，所述磁滯電流模式控制器耦合于所述第三節(jié)點并耦合于所述開關(guān)晶體管的所述控制端子，所述磁滯電流模式控制器接收所述感測信號，所述磁滯電流模式控制器基于所述感測信號控制所述開關(guān)晶體管以調(diào)整流過所述第二電感器的所述電流。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述濾波器、第二和第三電容器是非電解質(zhì)電容。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)所述感測信號指示波谷電流電平時，所述磁滯電流模式控制器使所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通，當(dāng)所述感測信號指示大于所述波谷電流電平的波峰電流電平時，所述磁滯電流模式控制器使所述開關(guān)晶體管截止，并且所述濾波電容器被配置成濾除開關(guān)頻率波紋以使流過所述負(fù)載的電流處于所述波谷電流電平和所述波峰電流電平的平均值。
4.如權(quán)利要求3所述的控制器，其特征在于，所述磁滯電流模式控制器包括第一比較器，所述第一比較器將所述感測信號與指示所述波谷電流電平的波谷值比較并提供作為其指示的置位信號；第二比較器，所述第二比較器將所述感測信號與指示所述波峰電流電平的波峰值比較并提供作為其指示的復(fù)位信號；以及邏輯網(wǎng)絡(luò)，所述邏輯網(wǎng)絡(luò)耦合于所述開關(guān)晶體管的所述控制端子并接收所述置位和復(fù)位信號，所述邏輯網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)所述置位信號使所述開關(guān)晶體管導(dǎo)通并響應(yīng)所述復(fù)位信號使所述開關(guān)晶體管截止。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第三比較器，所述第三比較器將所述第五節(jié)點的電壓電平與一預(yù)定最小電平相比較并提供使能信號；以及所述邏輯網(wǎng)絡(luò)使所述開關(guān)晶體管保持截止，同時所述使能信號指示所述第五節(jié)點的所述電壓電平低于所述預(yù)定的最小電平。
6.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，還包括波谷填充網(wǎng)絡(luò)，所述波谷填充網(wǎng)絡(luò)耦合在所述第三節(jié)點和第四節(jié)點之間以保持所述第五節(jié)點高于預(yù)定的最小電平。
7.如權(quán)利要求6所述的控制器，其特征在于，所述波谷填充網(wǎng)絡(luò)包括 具有耦合于所述第四節(jié)點的陽極和耦合于第六節(jié)點的陽極的第二二極管； 具有耦合于所述第六節(jié)點的陽極和耦合于第七節(jié)點的陽極的第三二極管；具有耦合于所述第七節(jié)點的陽極和耦合于所述第三節(jié)點的陽極的第四二極管； 耦合在所述第三節(jié)點和第六節(jié)點之間的第四電容器；以及耦合在所述第四節(jié)點和第七節(jié)點之間的第五電容器。
8.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述電流感測器件包括耦合在所述基準(zhǔn)節(jié)點和所述第一節(jié)點之間的感測電阻器以及放大器，所述放大器具有耦合于所述感測電阻器的輸入以及提供所述感測信號的輸出。
9.一種電子設(shè)備，包括 Z型轉(zhuǎn)換器，具有對AC電壓進行整流以在第一節(jié)點上提供經(jīng)整流電壓的整流器網(wǎng)絡(luò)； 耦合在所述第一節(jié)點和第二節(jié)點之間的第一電容器； 耦合在所述第一節(jié)點和第三節(jié)點之間的第一電感器； 耦合在所述第三節(jié)點和具有基準(zhǔn)電壓電平的第四節(jié)點之間的第二電容器； 耦合在所述第二節(jié)點和第五節(jié)點之間的第二電感器；具有耦合于所述第二節(jié)點的陽極和耦合于所述第三節(jié)點的陰極的第一二極管；以及電子開關(guān)，所述電子開關(guān)具有耦合于所述第一節(jié)點的第一電流端子、耦合于所述第四節(jié)點的第二電流端子并具有控制端子；電流傳感器，用于檢測從所述第四節(jié)點流至所述第五節(jié)點并通過所述第二電感器的電流并提供成比例的感測信號；耦合在所述第四節(jié)點和第五節(jié)點之間的DC負(fù)載，其中所述DC負(fù)載包括耦合在所述第四節(jié)點和第五節(jié)點之間的濾波電容器；以及控制器，所述控制器耦合于所述第三節(jié)點、接收所述感測信號并耦合于所述電子開關(guān)的所述控制端子，所述控制器控制所述電子開關(guān)以維持流過所述第二電感器的相對恒定的電流。
10.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC負(fù)載包括至少一個發(fā)光二極管。
11.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述DC負(fù)載包括至少一個可充電電池。
12.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，還包括線路調(diào)光器，所述線路調(diào)光器接收AC線路電壓并基于調(diào)光相位角將所述AC電壓作為 AC導(dǎo)電角調(diào)制的電壓提供；以及其中所述轉(zhuǎn)換器、電流傳感器和控制器一同基于所述調(diào)光相位角調(diào)節(jié)流過所述第二電感器的所述電流。
13.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述控制器包括磁滯電流模式控制器，當(dāng)所述感測信號指示波谷電流電平時，所述磁滯電流模式控制器使所述電子開關(guān)導(dǎo)通， 當(dāng)所述感測信號指示大于所述波谷電流電平的波峰電流電平時，所述磁滯電流模式控制器使所述電子開關(guān)截止，并且所述濾波電容器被配置成濾除開關(guān)頻率波紋以使流過所述負(fù)載的電流處于所述波谷電流電平和所述波峰電流電平的平均值。
14.如權(quán)利要求13所述的電子設(shè)備，其特征在于，在所述第三節(jié)點的電壓電平低于一預(yù)定最小電壓電平的同時，所述磁滯電流模式控制器保持所述電子開關(guān)截止。
15.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，還包括波谷填充網(wǎng)絡(luò)，所述波谷填充網(wǎng)絡(luò)耦合在所述第一節(jié)點和第二節(jié)點之間以保持所述第三節(jié)點高于預(yù)定的最小電平。
16.如權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其特征在于，所述控制器包括第一比較器，所述第一比較器將所述感測信號與指示所述波谷電流電平的波谷值比較并提供作為其指示的置位信號；第二比較器，所述第二比較器將所述感測信號與指示所述波峰電流電平的波峰值比較并提供作為其指示的復(fù)位信號；第三比較器，所述第三比較器將所述第三節(jié)點的電壓電平與一預(yù)定最小電平相比較并提供使能信號；以及邏輯網(wǎng)絡(luò)，所述邏輯網(wǎng)絡(luò)耦合于所述電子開關(guān)的所述控制端子并接收所述置位、復(fù)位和使能信號，其中所述邏輯網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)所述置位信號使所述電子開關(guān)導(dǎo)通并響應(yīng)所述復(fù)位信號使所述電子開關(guān)截止，而所述使能信號指示所述第三節(jié)點是至少預(yù)定的最小電平，并且所述邏輯網(wǎng)絡(luò)當(dāng)所述使能信號指示所述第三節(jié)點低于所述預(yù)定最低電平時使所述電子開關(guān)保持截止。
17.一種使用轉(zhuǎn)換器將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流的DC輸出的方法，其中，所述轉(zhuǎn)換器包括耦合在第一和第二節(jié)點之間的第一電感器、耦合在第二節(jié)點和基準(zhǔn)節(jié)點之間的第一電容器、具有耦合于第三節(jié)點的陽極和耦合于第二節(jié)點的陰極的二極管、包括耦合在基準(zhǔn)節(jié)點和第四節(jié)點之間的濾波電容器的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、耦合在所述第三節(jié)點和第四節(jié)點之間的第二電感器以及具有耦合在所述第一節(jié)點和基準(zhǔn)節(jié)點之間的電流端子并具有控制端子的開關(guān)，所述方法包括對所述AC輸入電壓進行整流以在所述第一和第三節(jié)點之間提供經(jīng)校正的電壓；監(jiān)視所述第二節(jié)點的電壓；監(jiān)視流過所述第二電感器的第二電感器電流并提供作為其指示的感應(yīng)信號；以及當(dāng)所述感測信號指示第二電感器電流落到波谷電流電平且同時所述第二節(jié)點的電壓處于至少預(yù)定最小電平時使所述開關(guān)導(dǎo)通，并當(dāng)所述第二節(jié)點的電壓小于所述預(yù)定最小電平并當(dāng)所述感測信號指示所述第二電感器電流上升至峰值電流電平且同時所述第二節(jié)點處于至少預(yù)定最小電平時使所述開關(guān)截止，由此控制開關(guān)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括減少經(jīng)整流電壓的高頻分量。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括填充所述經(jīng)整流電壓的電壓波谷以保持所述第二節(jié)點的電壓在正常操作過程中高于所述預(yù)定最小電平。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括濾除所述AC輸入電壓以減少電磁干擾。
全文摘要
根據(jù)一個實施例的轉(zhuǎn)換器將AC電壓轉(zhuǎn)換成提供給Z型配置的DC負(fù)載的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電流。濾波電容器被提供給流過負(fù)載的平均電流。轉(zhuǎn)換器包括用于對AC電壓整流并提供經(jīng)整流的電壓的整流器網(wǎng)絡(luò)以及對經(jīng)整流的電壓平滑化的平滑電容器。轉(zhuǎn)換器包括磁滯電流模式控制器，該磁滯電流模式控制器基于通過與負(fù)載串聯(lián)耦合的電感器提供的感測的電壓和感測的電流控制開關(guān)晶體管。當(dāng)電流到達(dá)低波谷電平時晶體管導(dǎo)通，并且當(dāng)電流到達(dá)峰值電平時晶體管截止。操作以這種方式反復(fù)，同時感測的電壓高于預(yù)定電平?？商峁┎ü忍畛渚W(wǎng)絡(luò)以保持感測的電壓不落到預(yù)定最小電平之下。
文檔編號H02M3/156GK102447407SQ201110296158
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者M·M·瓦爾特斯 申請人:英特賽爾美國股份有限公司