諧振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本公開涉及一種諧振轉(zhuǎn)換器(300)，具有用于從輸入電源(306)接收DC電壓的初級側(cè)(302)以及用于提供DC輸出電壓的次級側(cè)(304)，所述諧振轉(zhuǎn)換器(300)包括：第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310)；第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(312)，與第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310)串聯(lián)耦接，其中所述第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310，320)設(shè)置在輸入電源(306)兩端；開關(guān)變壓器(314)，具有初級側(cè)繞組(316)和次級側(cè)繞組(318)，其中所述初級側(cè)繞組(314)與第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(312)并聯(lián)耦接，所述開關(guān)變壓器(314)配置為將來自開關(guān)變壓器(314)的初級側(cè)繞組(316)的能量傳送至開關(guān)變壓器(314)的次級側(cè)繞組(318)；諧振回路(324)，與開關(guān)變壓器(314)的初級側(cè)繞組(316)相關(guān)聯(lián)；信令變壓器(334)，具有初級側(cè)繞組(336)和次級側(cè)繞組(338)，其中所述信令變壓器(334)的次級側(cè)繞組(338)與所述開關(guān)變壓器(314)的次級側(cè)繞組(318)相連，并且配置為將來自信令變壓器(334)的次級側(cè)繞組(338)的信號傳送至信令變壓器(334)的初級側(cè)繞組(336)；以及初級側(cè)控制器(330)，配置為響應(yīng)于在信令變壓器(334)的初級側(cè)繞組(336)處接收的信號來控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310，312)。
【專利說明】諧振轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及諧振轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)域。具體地而非排除地，本公開涉及用于可調(diào)光LED驅(qū)動器的諧振轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]STMicrelectronic 于 2011 年 11 月發(fā)布的 Doc ID018991Revl 的“STEVAL-1LL042V1:基于L6562A和TSMlOl的高功率因子回掃LED驅(qū)動器(STEVAL-1LL042VI:high power factor flyback LED driver based on the L6562A andTSMlOI) ”的操作說明書描述了用于驅(qū)動60W LED陣列的回掃轉(zhuǎn)換器。所述結(jié)構(gòu)使用具有光耦接器的隔離反饋。
[0003]Fairchild Semiconductor Corporation于2012年 11 月 16 日的Rev.1.0.1 的“針對IOOW街道照明使用半橋LLC諧振轉(zhuǎn)換器的LED應(yīng)用設(shè)計指南:(LED Application DesignGuide Using Half-Bridge LLC 諧振轉(zhuǎn)換器 forlOOW Street Lighting) ” 描述了使用針對高功率LED照明應(yīng)用(例如室外街景照明)的諧振轉(zhuǎn)換器的LED驅(qū)動系統(tǒng)。諧振開關(guān)技術(shù)允許電源轉(zhuǎn)換器在減小開關(guān)損耗的情況下操作。
[0004]在諧振轉(zhuǎn)換器中，諧振回路(resonant tank)與開關(guān)變壓器的初級繞組相關(guān)聯(lián)。將方波輸入施加至諧振回路和初級繞組。在諧振回路中浮置的電流是正弦波，因為方波的高次諧波不能通過電感器。因此在諧振轉(zhuǎn)換器中，不存在初級繞組中沒有浮置電流的時間段，與其中開關(guān)變壓器具有初級繞組中沒有電流的時間段的回掃轉(zhuǎn)換器不同。諧振轉(zhuǎn)換器典型地具有較低的開關(guān)損耗，并且產(chǎn)生比回掃轉(zhuǎn)換器小的噪聲，但是可以要求必須通過光耦接器將與開關(guān)變壓器的次級側(cè)的功率條件有關(guān)的信息反饋到初級側(cè)。Fairchild申請說明書公開了脈沖頻率調(diào)制控制器，所述脈沖頻率調(diào)制控制器具有用于與光耦接器相連的管腳，耦接以控制開關(guān)頻率以便調(diào)制輸出電壓/電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種諧振轉(zhuǎn)換器，具有:初級側(cè)，用于從輸入電源接收DC電壓；以及次級側(cè)，用于提供DC輸出電壓，所述諧振轉(zhuǎn)換器包括:
[0006]第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)；
[0007]第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)，與第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)串聯(lián)耦接，其中所述第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)設(shè)置在輸入電源兩端；
[0008]開關(guān)變壓器，具有初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組，其中所述初級側(cè)繞組與第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)并聯(lián)耦接，所述開關(guān)變壓器配置為將來自開關(guān)變壓器的初級側(cè)繞組的能量傳送至開關(guān)變壓器的次級側(cè)繞組；
[0009]諧振回路，與開關(guān)變壓器的初級側(cè)繞組相關(guān)聯(lián)；
[0010]信令變壓器，具有初級側(cè)繞組和次級側(cè)繞組，其中所述信令變壓器的次級側(cè)繞組與所述開關(guān)變壓器的次級側(cè)繞組相連，并且配置為將來自信令變壓器的次級側(cè)繞組的信號傳送至信令變壓器的初級側(cè)繞組；以及
[0011]初級側(cè)控制器，配置為響應(yīng)于在信令變壓器的初級側(cè)繞組處接收的信號來控制第
一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)。
[0012]設(shè)置信令變壓器以傳送諧振轉(zhuǎn)換器的隔離的信息可以提供比使用光耦接器和關(guān)聯(lián)部件不太復(fù)雜和/或廉價的解決方案。諧振轉(zhuǎn)換器與可比擬的光-隔離器反饋控制系統(tǒng)相比，不那么復(fù)雜、占用減小的PCB面積、并且得到更小的材料開銷。
[0013]信令變壓器的初級和/或次級繞組可以具有比開關(guān)變壓器的初級和/或次級繞組實質(zhì)上更低的電感。信令變壓器的電感可以比開關(guān)變壓器的電感量值低3個量級(例如，1000倍)。因為不必要求信令變壓器傳送實質(zhì)上的功率，通過提供具有比開關(guān)變壓器實質(zhì)上更低電感(因此物理上更小)的信令變壓器可以獲得附加的尺寸和成本益處。
[0014]信令變壓器可以與由開關(guān)變壓器產(chǎn)生的磁場實質(zhì)上隔離。信令變壓器與開關(guān)變壓器的隔離確保了利用開關(guān)變壓器的恒定振蕩電流不會與信令變壓器傳送的信號干擾。
[0015]初級側(cè)控制器可以配置為控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)，以便在輸出電源處提供恒定的電流。這種結(jié)構(gòu)可能特別適合于特定的應(yīng)用，例如LED驅(qū)動器電路。
[0016]信令變壓器的次級側(cè)繞組可以與開關(guān)變壓器的次級側(cè)繞組串聯(lián)耦接。這可以使得對輸出電流加以表示的反饋信號能夠傳遞至初級側(cè)。
[0017]信令變壓器的次級側(cè)繞組可以與感測電阻器并聯(lián)耦接。這可以使得對輸出電壓加以表示的反饋信號能夠傳遞至初級側(cè)。
[0018]諧振轉(zhuǎn)換器可以包括平滑電容器。平滑電容器可以設(shè)置在諧振轉(zhuǎn)換器的輸出端子兩端。平滑電容器可以耦接至開關(guān)變壓器的次級側(cè)繞組。平滑電容器可以輔助提供更加均勻的輸出信號。
[0019]開關(guān)變壓器可以具有第一次級側(cè)繞組和第二次級側(cè)繞組。信令變壓器可以具有第一次級側(cè)繞組和第二次級側(cè)繞組。開關(guān)變壓器的第一次級側(cè)繞組的第一端子可以耦接至開關(guān)變壓器的第二次級側(cè)繞組的第一端子。開關(guān)電壓器的第一次級側(cè)繞組的第一端子可以耦接接地。開關(guān)變壓器的第一次級側(cè)繞組的第二端子可以耦接至信令變壓器的第一次級側(cè)繞組的第一端子。開關(guān)變壓器的第二次級側(cè)繞組的第二端子可以耦接至信令變壓器的第二次級側(cè)繞組的第一端子。這種布置允許將功率傳送至諧振轉(zhuǎn)換器的輸出，而與開關(guān)變壓器中的電流方向無關(guān)。
[0020]信令變壓器的第一次級側(cè)繞組的第二端子可以耦接至負載端子。信令變壓器的第二次級側(cè)繞組的第二端子可以耦接至負載端子。負載端子可以分別通過第一和第二整流器耦接至信令變壓器的第一和第二次級側(cè)繞組。第一整流器的極性可以與第二整流器的極性相同。第一整流器和第二整流器可以是同步整流器。同步整流可以提供比例如二極管整流更有功率效率的諧振轉(zhuǎn)換器。
[0021]信令變壓器可以包括附加的次級側(cè)繞組。諧振轉(zhuǎn)換器可以包括次級側(cè)控制器，所述次級側(cè)控制器配置為響應(yīng)于接收控制信號或者響應(yīng)于諧振轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)中的電流，來控制通過附加次級側(cè)繞組的能量流動。附加的次級側(cè)繞組可以用于在隔離的初級側(cè)和次級側(cè)之間傳送信息。
[0022]次級側(cè)控制器可以配置為響應(yīng)于接收控制信號或者響應(yīng)于諧振轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)中的電流，來將附加的次級側(cè)繞組短路。次級側(cè)控制器可以配置為接收命令作為用戶輸入。[0023]諧振回路可以包括電容器和電感器。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種包括諧振轉(zhuǎn)換器的發(fā)光二極管驅(qū)動器電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]現(xiàn)在將作為示例并且參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0026]圖1說明了傳統(tǒng)諧振轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0027]圖2說明了具有經(jīng)由光耦接器接收信息的主控制器的諧振轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0028]圖3說明了具有從信令變壓器接收信息的主控制器的另一種諧振轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0029]圖4a說明了另一種諧振轉(zhuǎn)換器的一部分的示意圖，所述部分包括用于將信息從轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)提供給初級側(cè)的信令變壓器；
[0030]圖4b說明了圖4a的信令變壓器的初級側(cè)的備選配置的示意圖；
[0031]圖4c說明了適用于控制圖4a的諧振轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)控制器的示意圖；
[0032]圖4d說明了適用于向圖4a的諧振轉(zhuǎn)換器提供DC輸入電源的下變壓器和初級側(cè)整流器的示意圖；以及
[0033]圖5說明了與圖3和圖4的諧振轉(zhuǎn)換器的信令變壓器相關(guān)聯(lián)的附加部件。
【具體實施方式】
[0034]本公開通常涉及一種諧振轉(zhuǎn)換器，所述諧振轉(zhuǎn)換器包括:信令變壓器，所述信令變壓器用于在轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)繞組和初級側(cè)繞組之間傳送信息，同時保持這兩側(cè)之間的電源(mains)隔離。(除了開關(guān)或諧振變壓器之外)信令變壓器的使用消除了對于用于傳送信息的光耦接器的需要，并且因此允許簡單、更可靠和/或更廉價諧振轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造。例如，這里描述的諧振轉(zhuǎn)換器可以適用于可調(diào)光LED驅(qū)動器應(yīng)用中。
[0035]圖1說明了與參考Fairchild AN-9729操作說明書類似的傳統(tǒng)半橋LC串聯(lián)諧振電路100。諧振轉(zhuǎn)換器100是DC-DC轉(zhuǎn)換器的示例，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器迅速地將觸發(fā)(toggle)輸入電源106與開關(guān)變壓器114的初級側(cè)的連接，以產(chǎn)生傳遞至開關(guān)變壓器114的次級側(cè)的交流電。然后對開關(guān)變壓器114的次級側(cè)的AC信號進行整流以在輸出端子108、109處提供DC輸出。DC輸出進而可以用作電源。
[0036]諧振轉(zhuǎn)換器100具有用于從輸入電源106接收電壓的初級側(cè)102和用于提供DC輸出電壓的次級側(cè)104。諧振轉(zhuǎn)換器100包括第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)110和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112。第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112與第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)110串聯(lián)耦接。在該示例中，第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112是FET。將相應(yīng)的第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112的傳導(dǎo)通道串聯(lián)設(shè)置在輸入電源106和接地端107之間。第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)110的傳導(dǎo)通道的第一端子耦接至輸入電源106。第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)110的傳導(dǎo)通道的第二端子耦接至第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112的傳導(dǎo)通道的第一端子。第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112的傳導(dǎo)通道的第二端子耦接至接地端107。
[0037]開關(guān)變壓器114具有初級側(cè)繞組116和次級側(cè)繞組118。如現(xiàn)有技術(shù)已知的，第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112使得輸入電源106能夠與開關(guān)變壓器114的初級側(cè)繞組116的周期性連接和斷開。[0038]開關(guān)變壓器114配置為將能量從其初級側(cè)繞組116傳送至次級側(cè)繞組118。應(yīng)該理解的是電流恒定地流經(jīng)初級側(cè)繞組116，因此諧振轉(zhuǎn)換器100的開關(guān)變壓器114在使用時恒定地傳送能量。
[0039]初級側(cè)繞組116與第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112并聯(lián)耦接。并聯(lián)電感器120設(shè)置在初級側(cè)繞組116的第一端子以及第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112的傳導(dǎo)通道的第一端子之間。并聯(lián)電容器122設(shè)置在初級側(cè)繞組116的第二端子和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)112的傳導(dǎo)通道的第二端子之間。并聯(lián)電感器120和電容器122提供諧振回路124。諧振回路和與輸出端子108、109相連的任意負載用作分壓器。通過改變第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112的操作頻率，可以更改諧振回路的阻抗。用于控制諧振轉(zhuǎn)換器的第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112的操作的各種控制電路在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，并且這里不再詳細討論該話題。
[0040]次級側(cè)繞組118具有第一端子和第二端子。次級側(cè)繞組118的第一和第二端子耦接至橋式整流器126。橋式整流器126在輸出端子108、109處提供DC電壓。
[0041]按照這種方式，諧振轉(zhuǎn)換器100可以通過對第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)110、112的適當控制，允許從DC電源106實現(xiàn)所需的DC輸出功率級。
[0042]向各種圖之間類似的部件賦予相應(yīng)的參考數(shù)字，并且相對于后續(xù)的圖將不再詳細地進行討論。
[0043]圖2說明了圖1的諧振轉(zhuǎn)換器的改進，其中初級側(cè)控制器230設(shè)置用于控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)210、212的相應(yīng)占空比。初級側(cè)控制器230配置為響應(yīng)于經(jīng)由光耦接器232從諧振轉(zhuǎn)換器200的次級側(cè)204接收的信號來控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)210、212。
[0044]設(shè)置光耦接器232以從諧振轉(zhuǎn)換器200的次級側(cè)204向初級側(cè)202發(fā)送信息耦接允許反饋，以便確保維持所需的輸出電平?？梢砸笾C振轉(zhuǎn)換器在其輸出處提供恒定的電壓、功率或者電流。在一些應(yīng)用中，可能在可變負載下要求恒定的輸出功率。在這些示例中，由光I禹接器232傳送的信息可以對諧振轉(zhuǎn)換器200的輸出處的電流、電壓或功率加以表不。
[0045]光耦接器232允許保持諧振轉(zhuǎn)換器200的初級側(cè)202和次級側(cè)204之間的電隔離。然而，光耦接器可以要求復(fù)雜的驅(qū)動器電路(未示出)以便運行。例如，F(xiàn)airchild半導(dǎo)體公司的操作說明書AN-9729描述了光隔離器反饋控制系統(tǒng)，要求大約25個部件來驅(qū)動光耦接器。
[0046]利用諧振回路224的抽象表示說明了諧振轉(zhuǎn)換器200，所述諧振回路224與開關(guān)變壓器214的初級側(cè)繞組216相關(guān)聯(lián)，并且設(shè)置為與開關(guān)變壓器214的初級側(cè)繞組216串聯(lián)。諧振回路224可以包含提供阻抗的部件的任何布置。
[0047]也利用整流器226的抽象表示說明了諧振轉(zhuǎn)換器200。整流器226可以設(shè)置為如圖1所示的全橋式整流器。備選地，可以設(shè)置如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所明白的整流器226的任意其他已知布置。例如，整流器226可以設(shè)置為可以使用MOSFET的半橋式整流器或主動/同步整流器。
[0048]圖3說明了另一種諧振轉(zhuǎn)換器300的示意圖，所述諧振轉(zhuǎn)換器300包括經(jīng)由信令變壓器334從諧振轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)接收信息的主控制器330。圖3的第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)310、312、具有初級側(cè)繞組316和次級側(cè)繞組318的開關(guān)變壓器314、諧振回路324、整流器326、電源輸入端子306和輸出端子308的布置與如上參考圖2所述的布置類似。
[0049]可以通過信令變壓器334將信息從諧振轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)304發(fā)送至諧振轉(zhuǎn)換器300的初級側(cè)302。信令變壓器334執(zhí)行圖2所示的光耦接器的功能，這是由于允許將信號從諧振轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)304提供至初級側(cè)302 (或者反之亦然)，同時保持初級側(cè)和次級側(cè)302和204之間的電隔離。通過用信令變壓器334替換光耦接器和相關(guān)聯(lián)的電路，可以減小諧振轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜程度。
[0050]信令變壓器334與開關(guān)變壓器314分離或者實質(zhì)上隔離，這是由于在信令變壓器334和開關(guān)變壓器314之間不存在實質(zhì)上的磁耦接。信令變壓器334與開關(guān)變壓器314的隔離確保了由信令變壓器334傳送的信號不會與通過開關(guān)變壓器314的恒定振蕩電流干擾。
[0051]信令變壓器334具有初級側(cè)繞組336和次級側(cè)繞組338。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，不能在變壓器兩端傳送DC電流或電壓；只有AC電流/電壓可以在變壓器的繞組之間傳送。信令變壓器334的次級側(cè)繞組338串聯(lián)連接在開關(guān)變壓器314的次級側(cè)繞組318以及整流器326的輸入之間。按照這種方式，流經(jīng)開關(guān)變壓器314的次級側(cè)繞組318的AC電流也流至信令變壓器334的次級側(cè)繞組338。信令變壓器334的次級側(cè)繞組338配置用于將信號傳送至信令變壓器334的初級側(cè)繞組336。信令變壓器334的初級側(cè)繞組336耦接在接地端和初級側(cè)控制器330的控制輸入端之間。按照這種方式，初級側(cè)控制器330可以經(jīng)由信令變壓器334從諧振轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)304接收信號。
[0052]應(yīng)該理解的是存在開關(guān)變壓器314的次級側(cè)繞組318和信令變壓器334的次級側(cè)繞組338可以彼此相連的許多可能方式。例如，信令變壓器334的次級側(cè)繞組338可以與開關(guān)變壓器314的次級側(cè)繞組318并聯(lián)連接。在另外的示例中，可以將感測電阻器設(shè)置為與開關(guān)變壓器314的次級側(cè)繞組318串聯(lián)，并且可以將信令變壓器334的次級側(cè)繞組338設(shè)置為與感測電阻器并聯(lián)?；蛘哒f在備選方式中，信令變壓器334的次級側(cè)繞組338可以與感測電阻器并聯(lián)耦接。按照這種方式，電壓電平而不是電流電平可以用作信令變壓器334兩端的反饋。在要求諧振轉(zhuǎn)換器300遞送較大輸出電流(例如，2A或更高)的情況下這種配置特別有用。在這些示例中，信令變壓器334 (也可以稱作感測變壓器)的繞組可以配置有足夠高的電感，使得信令變壓器334的繞組和感測電阻器的并聯(lián)組合不會引起太多的電流通過繞組，因為這將影響信令變壓器334的初級側(cè)的電壓。
[0053]例如，傳送至諧振轉(zhuǎn)換器300的初級側(cè)302的信號可以表示諧振轉(zhuǎn)換器300的次級側(cè)304處的電壓、電流或功率級。
[0054]圖4a說明了另一種諧振轉(zhuǎn)換器400的一部分的示意圖。圖4a所示的諧振轉(zhuǎn)換器400包括:信令變壓器434，用于將信息從諧振轉(zhuǎn)換器400的次級側(cè)404提供給諧振轉(zhuǎn)換器400的初級側(cè)402。
[0055]諧振轉(zhuǎn)換器400的與初級側(cè)402的操作相關(guān)的部件在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并且不會參考圖4詳細討論。然而為了完整性，在圖4c和4c中分別說明了示例初級側(cè)控制器454和初級側(cè)整流器456。
[0056]圖4a中說明的諧振轉(zhuǎn)換器400的初級側(cè)402上的部件包括:
[0057]第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)410 ；
[0058]第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)412，所述第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)的傳導(dǎo)通道與第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)410的傳導(dǎo)通道串聯(lián)耦接；以及
[0059]諧振回路電容器424。[0060]諧振轉(zhuǎn)換器400包括開關(guān)變壓器414，所述開關(guān)變壓器414具有初級側(cè)繞組416、第一次級側(cè)繞組418a和第二次級側(cè)繞組418b。初級側(cè)繞組416與第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)412并聯(lián)耦接。初級側(cè)繞組416的第一端子連接在第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)410、412的傳導(dǎo)通道之間的節(jié)點處。初級側(cè)繞組416的第二端子經(jīng)由諧振回路電容器424耦接至接地。開關(guān)變壓器414配置為將能量從其初級側(cè)繞組416傳送至其第一和第二次級側(cè)繞組418a、418。
[0061]附加電容器425也設(shè)置在初級側(cè)繞組416的第一端子和接地端之間。齊納二極管也可以設(shè)置在附加電容器425和接地端之間。齊納二極管也可以設(shè)置在附加電容器425和正輸入電源VDD之間。
[0062]諧振轉(zhuǎn)換器400還包括信令變壓器434，所述信令變壓器434具有初級側(cè)繞組436、第一次級側(cè)繞組438a和第二次級側(cè)繞組438b。信令變壓器434的第一和第二次級側(cè)繞組438a、438b與開關(guān)變壓器414的相應(yīng)第一和第二次級側(cè)繞組418a、418b串聯(lián)連接。信令變壓器434的次級側(cè)繞組438a、438b配置為將信號從諧振轉(zhuǎn)換器400的次級側(cè)404傳送至諧振轉(zhuǎn)換器400的初級側(cè)402上信令變壓器434的初級側(cè)繞組436。
[0063]信令變壓器434的繞組的電感可以比開關(guān)變壓器414的繞組的電感小(例如，3個量級或更小)。同樣地，可以將較小且相對廉價的變壓器設(shè)置為信令變壓器434。
[0064]連接信令變壓器434，使得來自開關(guān)變壓器414 (也可以稱作諧振變壓器)的第一次級側(cè)繞組418a的電流沿一個方向在信令變壓器434的第一次級側(cè)繞組438a中建立了通量，并且開關(guān)變壓器414的第二次級側(cè)繞組418b在信令變壓器434的第一繞組的第二次級側(cè)繞組438中沿相反方向建立了通量。這種布置的最終結(jié)果是在信令變壓器434的初級側(cè)繞組436中感應(yīng)了 AC通量。
[0065]感測電阻器450與信令變壓器434的初級側(cè)繞組436并聯(lián)耦接。感測電阻器450的第一端子耦接至接地端。感測電阻器450的第二端子耦接至初級側(cè)控制器的電流感測輸入端(CSI)439(下面參考圖4c進一步討論)。在次級感測電阻器450上形成了由于流經(jīng)信令變壓器434的初級側(cè)繞組436的AC電流引起的AC電壓。在該示例中，AC電壓與諧振轉(zhuǎn)換器400的負載446中的電流直接成比例。
[0066]圖4b說明了具有信令變壓器434b的初級側(cè)的備選布置，其中一對齊納二極管452a、452b彼此串聯(lián)耦接，并且具有相反的偏置。串聯(lián)的齊納二極管452a、452b設(shè)置為與感測電阻器450b并聯(lián)。串聯(lián)齊納二極管452a、452b提供可以在感測電阻器450b兩端下降的電壓的最大限制。
[0067]圖4c說明了示例初級側(cè)控制器454。初級側(cè)控制器454配置為響應(yīng)于在感測電阻器450兩端上測量的電壓來控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)410、412的操作。例如，初級側(cè)控制器454可以確保負載端子441的功率、電流或電壓在所需級別的容限范圍內(nèi)。
[0068]在該示例中，使用UBA20270高電壓功率IC456來構(gòu)建初級側(cè)控制器454，盡管應(yīng)該理解的是，可以不同地實現(xiàn)初級側(cè)控制器454。在NXP半導(dǎo)體的UBA20270的操作說明書“用于可調(diào)光緊湊突光燈的600V驅(qū)動器IC(600V Driver IC for dimmable compactfluorescent lamps) ”中詳細描述了這種IC456。IC456的管腳I (SLS) f禹接至第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)412的源極端子(圖4a中所示的參考“A”)。IC456的管腳2 (GLS)耦接至第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)412的柵極端子(圖4a中所示的參考“B”)。IC456的管腳15 (HBO)耦接至第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)410的源極端子和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)412的漏極柵極端子(圖4a中所示的參考“C”)。IC456的管腳16 (GHS)耦接至第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)410的柵極端子(圖4a中所示的參考“D”)。管腳IO(DCI)可以配置有輸入信號，所述輸入信號表示將要在初級側(cè)402處施加的調(diào)光級另O，然而在參考圖4描述的示例中沒有使用管腳10。
[0069]回到圖4a，開關(guān)變壓器414的第一次級側(cè)繞組418a的第一端子耦接至開關(guān)變壓器414的第二次級側(cè)繞組418b的第一端子以及接地端。開關(guān)變壓器414的第一次級側(cè)繞組418a的第二端子耦接至信令變壓器434的第一次級側(cè)繞組438a的第一端子。信令變壓器434的第一次級側(cè)繞組438a的第二端子經(jīng)由第一整流器442耦接至負載端子441。開關(guān)變壓器414的第二次級側(cè)繞組418b的第二端子耦接至信令變壓器434的第二次級側(cè)繞組438b的第一端子。信令變壓器434的第二次級側(cè)繞組438b的第二端子經(jīng)由第二整流器444稱接至負載端子441。
[0070]可選的電容器452和可選的電阻器454串聯(lián)設(shè)置在開關(guān)變壓器414的第一次級繞組418a的第二端子和開關(guān)變壓器414的第二次級繞組418b的第二端子之間。電容器452和電阻器454確保了當?shù)谝徽髌?42和第二整流器444都沒有傳導(dǎo)電流時(達到導(dǎo)通電壓之前)，一些電流可以流經(jīng)開關(guān)變壓器414的次級側(cè)繞組418a、418b。在沒有次級側(cè)繞組電流的情況下，初級側(cè)繞組電流較低，所述電流可能引起發(fā)生第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)410、412的硬切換。
[0071]第一整流器442和第二整流器444各自具有陽極和陰極。第一整流器442的極性與第二整流器444的極性相同。第一整流器442的陰極在負載端子441處與第二整流器444的陰極相連。作為備選，第一整流器442的陽極可以在負載端子441處與第二整流器444的陽極相連。第一和第二整流器442、444可以一起看作提供整流器級426。在所示的示例中，通過肖特基二極管提供第一和第二整流器442、444。
[0072]說明了負載446在負載端子441和接地端之間。平滑電容器448也設(shè)置在負載端子441和接地端之間。在該示例中，負載446包括一系列LED449，但是應(yīng)該理解的是負載446可以是任意類型的負載。這里描述的諧振轉(zhuǎn)換器可以特別適合于向要求恒定電流的負載提供功率。
[0073]為了完整性，圖4d說明了附加的部件和接收DC電壓的電源端子458、459，所述DC電壓可以是從AC電源整流得到的，用于供應(yīng)至諧振轉(zhuǎn)換器400和IC456。圖4d中的參考點“C”和“E”耦接至圖4a中的相應(yīng)參考點。圖4a中的參考點“E”也設(shè)置在第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)410的漏極處。圖4c所示的IC456的管腳3 (PGND)在圖4d的參考點“F”處與接地端相連。圖4c所示的IC456的管腳4 (VDD)在圖4d的參考點“G”處與VDD相連。
[0074]可以在30-50W功率范圍內(nèi)在諧振轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動器中實現(xiàn)圖3和圖4的諧振轉(zhuǎn)換器。與使用光耦接器來將信息從次級側(cè)反饋至初級側(cè)的方案相比較，如圖2的示例所示，這種諧振轉(zhuǎn)換器可以導(dǎo)致實質(zhì)上較低的材料開銷(BOM)。然而，圖3和圖4的諧振轉(zhuǎn)換器可以在響應(yīng)度和功率效率方面提供與圖2的示例相同或類似的性能。
[0075]圖5說明了可以提供給圖3和圖4的諧振轉(zhuǎn)換器的附加電路元件。在該示例中，可以從諧振轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)控制主控制器的設(shè)置(例如所需的輸出電流、電壓或功率級別)。這種控制使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有“深度調(diào)光”能力的LED驅(qū)動器。可以通過用戶輸入來提供所要求的調(diào)光(或者亮度級別)。例如，次級側(cè)控制器可以將用戶輸入級別與諧振轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)檢測的電流或電壓進行比較。次級側(cè)控制器可以響應(yīng)于電流和/或用戶輸入，或者響應(yīng)于電流和用戶輸入之間的比較，來控制通過附加繞組560的能量流。
[0076]為了執(zhí)行深度調(diào)光，次級側(cè)控制器設(shè)置用于:感測負載電流；并且保持諧振轉(zhuǎn)換器運行(使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的原理)。為了保持諧振轉(zhuǎn)換器運行，次級側(cè)控制器控制初級側(cè)控制器在開關(guān)變壓器的初級側(cè)繞組中感應(yīng)的功率/電流，并且也在轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)“耗盡”功率。
[0077]圖5示出了附加的次級側(cè)繞組560，所述附加的次級側(cè)繞組560可以設(shè)置在圖3或圖4所示的諧振轉(zhuǎn)換器的信令變壓器上?？梢酝ㄟ^將附加的次級側(cè)繞組560短路來實現(xiàn)功率的“耗盡”，以便降低耗盡電阻器564兩端的電壓。次級側(cè)控制開關(guān)562連接在附加次級側(cè)繞組560的第一端子和第二端子兩端。在該示例中，開關(guān)是晶體管布置，所述晶體管布置構(gòu)包括與晶體管的傳導(dǎo)通道并聯(lián)耦接的二極管。耗盡電阻器564設(shè)置在附加的次級側(cè)繞組560的第一端子和次級側(cè)控制開關(guān)562之間。因此，附加的次級繞組560、次級側(cè)控制開關(guān)562和耗盡電阻器564串聯(lián)連接。
[0078]可以通過接通并且保持接通次級側(cè)控制開關(guān)562來實現(xiàn)諧振轉(zhuǎn)換器的最大功率輸出，使得次級側(cè)控制開關(guān)562的傳導(dǎo)通道允許電流流動。通過耗盡電阻器560消耗了附加繞組560中的能量?？梢愿鶕?jù)從次級側(cè)控制器(未示出)接收的控制信號566來接通次級側(cè)控制開關(guān)562。備選地，控制信號566可以保持次級側(cè)控制開關(guān)562開路，使得可以獲得諧振轉(zhuǎn)換器的最小功率/電流輸出。諧振轉(zhuǎn)換器的最小功率輸出典型地是諧振轉(zhuǎn)換器的額定輸出電流的約10-30%。如果需要進一步的調(diào)光(或者更一般地，輸出功率減小)，通過制造LED驅(qū)動器的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的方法來控制初級側(cè)不可見的負載接通，次級側(cè)控制器實現(xiàn)了這種進一步調(diào)光。這些機制涉及確保始終存在流經(jīng)開關(guān)變壓器的次級側(cè)繞組的電流。如果不存在這種次級側(cè)繞組電流，那么可能也不存在或者幾乎不存在初級側(cè)繞組電流。諧振回路可以要求電流始終流動，以便保持第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)410、412正確切換。也就是說，為了防止硬切換或者在電容性模式下操作。
[0079]應(yīng)該理解的是除非明示了相反意圖，否則相對于一個示例描述的特征可以與相對于另一個示例描述的特征進行組合。
【權(quán)利要求】
1.一種諧振轉(zhuǎn)換器(300)，具有用于從輸入電源(306)接收DC電壓的初級側(cè)(302)以及用于提供DC輸出電壓的次級側(cè)(304)，所述諧振轉(zhuǎn)換器(300)包括: 第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310)； 第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(312)，與第一轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310)串聯(lián)耦接，其中所述第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310，320)設(shè)置在輸入電源(306)兩端； 開關(guān)變壓器(314)，具有初級側(cè)繞組(316)和次級側(cè)繞組(318)，其中所述初級側(cè)繞組(314)與第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(312)并聯(lián)耦接，所述開關(guān)變壓器(314)配置為將來自開關(guān)變壓器(314)的初級側(cè)繞組(316)的能量傳送至開關(guān)變壓器(314)的次級側(cè)繞組(318)； 諧振回路(324)，與開關(guān)變壓器(314)的初級側(cè)繞組(316)相關(guān)聯(lián)； 信令變壓器(334)，具有初級側(cè)繞組(336)和次級側(cè)繞組(338)，其中所述信令變壓器(334)的次級側(cè)繞組(338)與所述開關(guān)變壓器(314)的次級側(cè)繞組(318)相連，并且配置為將來自信令變壓器(334)的次級側(cè)繞組(338)的信號傳送至信令變壓器(334)的初級側(cè)繞組(336)；以及 初級側(cè)控制器(330)，配置為響應(yīng)于在信令變壓器(334)的初級側(cè)繞組(336)處接收的信號來控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310,312)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300)，其中信令變壓器(334)的初級側(cè)和次級偵機組(336，338)具有比開關(guān)變壓器(314)的初級側(cè)和次級側(cè)繞組(316，318)實質(zhì)上更低的電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300)，其中信令變壓器(334)的電感量比開關(guān)變壓器(314)的電感量低3個量級。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300)，其中信令變壓器(334)與由開關(guān)變壓器(314)產(chǎn)生的磁場實質(zhì)上隔離。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300)，其中初級側(cè)控制器(330)配置為控制第一和第二轉(zhuǎn)換器開關(guān)(310，312)，以便在輸出電源處提供恒定電流。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300，400)，其中信令變壓器(334，434)的次級側(cè)繞組(338，438)與開關(guān)變壓器(314，414)的次級側(cè)繞組(318，418)串聯(lián)耦接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的諧振轉(zhuǎn)換器，其中信令變壓器的次級側(cè)繞組與感測電阻器并聯(lián)耦接。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(400)，其中開關(guān)變壓器(414)具有第一次級側(cè)繞組(418a)和第二次級側(cè)繞組(418b)，并且信令變壓器(434)具有第一次級側(cè)繞組(438a)和第二次級側(cè)繞組(438b)， 其中開關(guān)變壓器(414)的第一次級側(cè)繞組(418a)的第一端子耦接至開關(guān)變壓器(414)的第二次級側(cè)繞組(418b)的第一端子并且耦接至接地，開關(guān)變壓器(414)的第一次級側(cè)繞組(418a)的第二端子耦接至信令變壓器(434)的第一次級側(cè)繞組(438a)的第一端子，開關(guān)變壓器(414)的第二次級側(cè)繞組(418b)的第二端子耦接至信令變壓器(434)的第二次級側(cè)繞組(438a)的第一端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的諧振轉(zhuǎn)換器(400)，其中信令變壓器(434)的第一次級側(cè)繞組(438a)的第二端子耦接至負載端子(441)，并且信令變壓器(434)的第二次級側(cè)繞組(438b)的第二端子耦接至負載端子(441)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的諧振轉(zhuǎn)換器(400)，其中負載端子(441)分別通過第一和第二整流器(442，444)耦接至信令變壓器(434)的第一和第二次級側(cè)繞組(438a，438b)，并且其中第一整流器(442)的極性與第二整流器(444)的極性相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的諧振轉(zhuǎn)換器(400)，其中第一整流器和第二整流器(442，444)的至少一個是同步整流器。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300;400)，其中信令變壓器(334 ；434)還包括附加的次級側(cè)繞組(560)，所述諧振轉(zhuǎn)換器(300 ；400)還包括次級側(cè)控制器，所述次級側(cè)控制器配置為響應(yīng)于接收控制信號或者響應(yīng)于諧振轉(zhuǎn)換器(300，400)的次級側(cè)(304，404)中的電流，控制通過附加次級側(cè)繞組(560)的能量流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300，400)，其中次級側(cè)控制器配置為響應(yīng)于接收控制信號或者響應(yīng)于諧振轉(zhuǎn)換器(300，400)的次級側(cè)(304，404)中的電流，來將附加的次級側(cè)繞組(460)短路。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的諧振轉(zhuǎn)換器，其中次級側(cè)控制器配置為接收命令作為用戶輸入。
15.一種發(fā)光二極管LED驅(qū)動器電路，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的諧振轉(zhuǎn)換器(300 ；400 )。
【文檔編號】H02M3/335GK104009641SQ201410058030
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】科內(nèi)利斯·羅杰克斯 申請人:Nxp股份有限公司