用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制模塊、開關(guān)轉(zhuǎn)換器、照明系統(tǒng)和估計(jì)器級(jí)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器的控制模塊，該控制模塊包括輸入電學(xué)量的 估計(jì)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，存在多種類型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，例如，其中可W包括回掃轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn) 換器和降壓轉(zhuǎn)換器。
[0003] 通常，在開關(guān)轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)域中，特別需要提供其特征在于高的功率因數(shù)W及低的 總諧波失真(THD)和低的無(wú)載功率耗散的轉(zhuǎn)換器。為了獲得上述特性，例如，開關(guān)轉(zhuǎn)換器被 公知地采用如圖1中所示的電路布局。
[0004] 具體而言，圖1示出了回掃型開關(guān)電源1，W下稱"回掃電源r。
[0005] 更詳細(xì)地說(shuō)，該回掃電源1包括:橋式整流器2,該橋式整流器具有兩個(gè)輸入端子， 運(yùn)兩個(gè)輸入端子被設(shè)計(jì)成從電源線接收交流電壓；W及第一輸出端子和第二輸出端子，該 第一輸出端子和第二輸出端子分別連接到第一接地W及濾波電容器Cin的第一端子，該濾波 電容器Cin的第二端子連接到第一接地。橋式整流器2獨(dú)自向第二輸出端子供應(yīng)電壓Vin(0)， 該電壓W下稱"輸入電壓Vin(0y'，其中0是電源線上存在的交流電壓的相位。
[0006] 回掃電源1還包括回掃轉(zhuǎn)換器3,該回掃轉(zhuǎn)換器3在初級(jí)側(cè)上除了濾波電容器Cin之 外還包括:變壓器4,該變壓器包括第一電感器Lp和第二電感器Ls,該第一電感器和第二電感 器分別作為初級(jí)繞組Lp和次級(jí)繞組Ls,并且共用同一磁忍，該磁忍在W下稱為"變壓器4的 忍"。此外，變壓器4包括輔助繞組Laux。初級(jí)繞組Lp的第一端子連接到濾波電容器Cin的第一 端子。
[0007] 回掃轉(zhuǎn)換器3還包括:控制模塊15;電阻分壓器16,該電阻分壓器包括第一電阻器 Ra和第二電阻器化；W及晶體管M，例如，該晶體管M由功率MOSFET構(gòu)成。
[000引第一電阻器Ra具有第一端子和第二端子，該第一端子和第二端子分別連接到濾波 電容器Cin的第一端子W及第二電阻器化的第一端子，該第二電阻器化的第二端子連接到第 一接地。在實(shí)踐中，第一電阻器Ra的第二端子W及第二電阻器化的第一端子形成與控制模塊 15的第一輸入端子MULT電相同的節(jié)點(diǎn)。
[0009] 回掃轉(zhuǎn)換器3進(jìn)一步包括第S電阻器化CD和第四電阻器Rs。第S電阻器Rzcd的第一 端子和第二端子分別連接到:輔助繞組Laux的第一端子，該輔助繞組Laux的第二端子連接到 第一接地；W及控制模塊15的第二輸入端子ZCD。第四電阻器Rs的第一端子和第二端子分別 連接到晶體管M的源極端子W及第一接地。此外，第四電阻器Rs的第一端子連接到控制模塊 15的第S輸入端子CS。再次參照晶體管M，漏極端子連接到初級(jí)繞組Lp的第二端子，而柵極 端子連接到控制模塊15的輸出端子GD,該控制模塊還包括反饋端子FB，如下所述，W及第四 輸入端子GND，該第四輸入端子GND連接到第一接地。
[0010] 在實(shí)踐中，第四電阻器Rs使得能夠檢測(cè)，當(dāng)晶體管M導(dǎo)通時(shí)在初級(jí)繞組Lp中流動(dòng)的 電流。在圖I中，在第四電阻器Rs中流動(dòng)的電流用Ip (t, 0)表不。
[0011]回掃轉(zhuǎn)換器3還包括巧位電路20,該巧位電路布置在初級(jí)繞組Lp的第一端子與第 二端子之間，W限制晶體管M的漏極端子上存在的由例如寄生電感引起的的電壓的尖峰。 [001^ 在其自身的次級(jí)側(cè)上，回掃轉(zhuǎn)換器3包括:反饋電路22;二極管D，W下稱"輸出二極 管護(hù)；W及另一個(gè)電容器Cout, W下稱"輸出電容器Cout";通常，該輸出電容器Cout是電解型電 容器。
[0013] 輸出二極管D的陽(yáng)極連接到次級(jí)繞組Ls的第一端子，而陰極連接到輸出電容器 Cnut的第一端子，該輸出電容器Cnut的第二端子連接到第二接地，另一方面，次級(jí)繞組Ls的第 二端子也連接到第二接地。通常，跨輸出電容器Cnut的電壓在下文中稱為"輸出電壓Vnut"。此 夕h輸出電壓Vnut在本文中表示由回掃轉(zhuǎn)換器3調(diào)節(jié)的電壓。在圖1中，在輸出二極管D中流動(dòng) 的電流用ls(t，0)表示。
[0014] 反饋電路22連接到輸出電容器Cout的第一端子W及控制模塊15的反饋端子FB。此 夕h反饋電路22被配置成生成與輸出電壓Vnut與參考電壓之間的差值成比例的誤差信號(hào)、并 且被配置成通常通過(guò)使用光禪合器而在回掃轉(zhuǎn)換器3的初級(jí)側(cè)上傳輸誤差信號(hào)。該傳輸必 然伴有:在初級(jí)側(cè)上，特別是控制模塊15的反饋端子FB上，產(chǎn)生控制電壓V。。就此而論，控制 模塊15在自身的節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生內(nèi)部電壓Vint,并且還具有第五電阻器Re,該第五電阻器Rc布置 在控制模塊15的上述節(jié)點(diǎn)與反饋端子FB之間。此外，控制模塊15和反饋電路22 W運(yùn)樣的方 式禪合，使得在控制模塊15的反饋端子FB的輸出處存在取決于上述誤差信號(hào)的電流Ifb。電 流Ifb致使在第五電阻器R。上存在電壓降。準(zhǔn)確地說(shuō)，上述控制電壓V。是存在于控制模塊15 的反饋端子FB上的電壓，并且W運(yùn)樣的方式取決于誤差信號(hào)，W便調(diào)節(jié)輸出電壓VDUt。對(duì)于 第一級(jí)近似，控制電壓V?？蒞視作恒定，運(yùn)是因?yàn)榭刂骗h(huán)路的頻帶遠(yuǎn)小于輸入電壓Vin(0)的 頻率。
[0015] 控制模塊15還包括乘法器24、比較器26、置位復(fù)位型觸發(fā)器28、驅(qū)動(dòng)器30、啟動(dòng)電 路32、0R型第一邏輯口 34、W及電路36,該電路36在下文中稱為"零電流檢測(cè)電路36"。
[0016] 具體而言，乘法器24具有：第一輸入，該第一輸入連接到控制模塊15的反饋端子 FB，W接收控制電壓V。； W及第二輸入，該第二輸入連接到第一輸入端子fflJLT，W接收其上 存在的電壓，該電壓通過(guò)由電阻分壓器16引入的分壓比R2/(Ri+R2)與輸入電壓Vin(0)成比 例，其中Ri和R2是第一電阻器Ra和第二電阻器化的電阻值。乘法器24在其自身的輸出上產(chǎn)生 電壓VCSREF(0)，該輸出連接到比較器26的負(fù)輸入端子。電壓VCSREF(0)具有經(jīng)整流的正弦波 形式，其幅度取決于電源線上存在的有效電壓和控制電壓V。。
[0017] 比較器26的正輸入端子連接到控制模塊15的第=輸入端子CS, W接收第四電阻器 Rs上存在的電壓（用Vcs(t，0)表示）。當(dāng)晶體管M處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即，在初級(jí)繞組Lp本身的磁 化過(guò)程中，電壓Vcs(t，0)與初級(jí)繞組Lp上存在的電流成正比。
[0018] 比較器26的輸出連接到觸發(fā)器28的復(fù)位輸入，該觸發(fā)器的輸出（用Q表示)連接到 驅(qū)動(dòng)器30的輸入，該驅(qū)動(dòng)器的輸出形成控制模塊15的輸出端子GD。觸發(fā)器28的輸出進(jìn)一步 通過(guò)啟動(dòng)電路32的插入而連接到觸發(fā)器28本身的設(shè)定輸入。具體而言，啟動(dòng)電路32的輸入 連接到觸發(fā)器28的輸出Q，而啟動(dòng)電路32的輸出連接到第一邏輯口 34的第一輸入。第一邏輯 口34的第二輸入和輸出分別連接到:零電流檢測(cè)電路36的輸出，該零電流檢測(cè)電路的輸入 連接到控制模塊15的第二輸入端子ZCD; W及觸發(fā)器28的設(shè)定輸入。
[0019]在使用中，假設(shè)晶體管M導(dǎo)通，則初級(jí)繞組Lp中的電流lp(t，0)發(fā)生線性增長(zhǎng)，并且 因此電壓Vcs(t，0)發(fā)生線性增長(zhǎng)。當(dāng)電壓Vcs(t，0)變得與電壓VCSREF(0)相等時(shí)，比較器26 對(duì)觸發(fā)器28的輸出進(jìn)行復(fù)位，并且晶體管M關(guān)斷。因此，電阻分壓器16提供的、具有經(jīng)整流的 正弦波的形式的電壓，決定了初級(jí)繞組Lp中的電流的峰值，該峰值因此而由經(jīng)整流的正弦 波而包絡(luò)地形成。
[0020] 當(dāng)晶體管M關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在初級(jí)繞組Lp中的能量通過(guò)磁禪合傳輸?shù)酱渭?jí)繞組Ls,從 而傳輸?shù)捷敵鲭娙萜鰿out中，直到次級(jí)繞組Ls去磁。此外，只要電流在次級(jí)繞組Ls中流動(dòng)，那 么晶體管M的漏極端子的電壓就等于Vin(0)+VR，其中Vr是所謂的反射電壓，等于n ? Vout,其 中n是變壓器4的初級(jí)繞組Lp的應(yīng)數(shù)與次級(jí)繞組Ls的應(yīng)數(shù)之間的比率。
[0021] 緊接在次級(jí)繞組Ls去磁之后，輸出二極管D斷開，并且晶體管M的漏極端子成為浮 置的，并且該漏極端子趨向于通過(guò)由與初級(jí)繞組Lp-起的寄生電容諧振的影響而引起的阻 尼振蕩，來(lái)承擔(dān)等于輸入電壓Vin( 0)的電壓。但是，緊跟著變壓器4去磁的、在晶體管M的漏極 端子上發(fā)生的快速電壓下降，通過(guò)輔助繞組Laux和第S電阻器化CD禪合到控制模塊15的第二 輸入端子ZCD。此外，只要零電流檢測(cè)電路36檢測(cè)到其自身的輸入上存在的電壓的下降沿降 低到闊值W下，零電流檢測(cè)電路36就會(huì)產(chǎn)生脈沖。該脈沖致使觸發(fā)器28的輸出發(fā)生相應(yīng)改 變，并且因此而導(dǎo)致晶體管M導(dǎo)通并且開始新的切換循環(huán)。
[0022] 啟動(dòng)電路32在回掃轉(zhuǎn)換器3開啟之后（即，當(dāng)在控制模塊15的第二輸入端子ZCD上 尚不存在信號(hào)時(shí)）允許第一切換循環(huán)的開始，并且進(jìn)一步地避免在控制模塊15的第二輸入 端子ZCD上的信號(hào)出于任何原因丟失的情況下掃轉(zhuǎn)換器3保持阻斷。
[0023] 在使用過(guò)程中在回掃轉(zhuǎn)換器3內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)示例如圖2中所示，除了上述的量Ip (t,目）、Is(t,目）、VcS(t,目）、VCSREF(目）之外，圖2中還示出了：
[0024] -晶體管M的漏極端子與源極端子之間的電壓Vds;
[002引-電壓Vin, PkSin目，其中Vin, Pk是輸入電壓Vin的峰值；
[0026] -輔助繞組Laux上存在的電壓Vaux;
[0027] -控制模塊15的第二輸入端子ZCD上存在的電壓Vzcd ;
[00巧]-電壓Vzcd的闊值VzCDarm和VzCDtrig，在運(yùn)兩個(gè)闊值下，零電流檢測(cè)電路36分別被激活 待命W及產(chǎn)生脈沖；
[0029] -零電流檢測(cè)電路36的狀態(tài)ARM;
[0030] -觸發(fā)器28的設(shè)定輸入上存在的信號(hào)sS(邏輯型），W及因此零電流檢測(cè)電路36產(chǎn) 生的脈沖TRIGG??；
[0031] -觸發(fā)器28的復(fù)位輸入上存在的信號(hào)sR(邏輯型）；
[0032] -觸發(fā)器28的輸出Q上存在的信號(hào)sGD(邏輯型），該信號(hào)控制晶體管M的導(dǎo)通(假設(shè) 驅(qū)動(dòng)器30不引入任何延遲），W及
[0033] -所謂的"續(xù)流"狀態(tài)FW，對(duì)應(yīng)于在其期間發(fā)生變壓器4的去磁的時(shí)段。
[0034] -般而言，應(yīng)注意，在對(duì)量進(jìn)行指示時(shí)，參數(shù)(在適當(dāng)?shù)那闆r下，相位0或者時(shí)間t) 之間未呈現(xiàn)任何明顯的相關(guān)性運(yùn)一事實(shí)，并不暗示所述量必須恒定