具有前饋延遲補償?shù)拈_關(guān)功率變換器的一次側(cè)控制的制作方法
【專利摘要】電子系統(tǒng)包括控制器以控制開關(guān)功率變換器將功率提供給負(fù)載。在至少一個實施方式中，為了控制提供至負(fù)載的功率的量，控制器感應(yīng)表示開關(guān)功率變換器中電流的電流值并檢測電流值何時達(dá)到目標(biāo)峰值。然而，由于控制器和/或開關(guān)功率變換器中的延遲，所檢測的目標(biāo)峰值將不會是開關(guān)功率變換器生成的實際電流峰值。在至少一個實施方式中，控制器用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所檢測的目標(biāo)峰值以生成更準(zhǔn)確地表示與開關(guān)功率變換器中電流相關(guān)聯(lián)的實際電流峰值的延遲補償電流值。
【專利說明】具有前饋延遲補償?shù)拈_關(guān)功率變換器的一次側(cè)控制
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)要求于2011年6月3日提交的題為“Peak CurrentCompensation for Better Line Regulation”的美國臨時申請第61/493，104號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。本申請根據(jù)35U.S.C.§ 120和37C.F.R.§ 1.78還要求于2012 年 6 月 I 日提交的題為 “Primary-Side Control Of A Switching Power ConverterWith Feed Forward Delay Compensation” 的美國申請第 13/486,947 號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及電子領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種用前饋延遲補償行使開關(guān)功率變換器的一次側(cè)控制的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]許多電子系統(tǒng)使用開關(guān)功率變換器以將來自一個源的功率變換為裝置(在本文中稱作“負(fù)載”)可用的功率。例如，電力公司常提供在特定頻率范圍內(nèi)的特定電壓的交流(AC)電。然而，許多負(fù)載利用在與所供應(yīng)的功率不同的電壓和/或頻率處的功率。例如，諸如基于發(fā)光二極管的燈的許多負(fù)載根據(jù)直流(DC)操作?！癉C電流”也稱為“恒定電流”?！昂愣ā彪娏鞑皇侵鸽娏鞑荒茈S時間改變。恒定電流的DC值可改變成另一 DC值。此外，恒定電流可具有噪聲或使電流的DC值浮動的其它輕微浮動?！昂愣娏餮b置”具有取決于提供至裝置的電流的DC值的穩(wěn)定狀態(tài)輸出。
[0005]LED作為部分主流光源越來越引人注目，部分原因是通過高效光輸出的節(jié)能、使用期限長、以及諸如減少汞的環(huán)境動機等。LED是半導(dǎo)體器件，并且最好由直流驅(qū)動。LED的亮度變化與供應(yīng)至LED的DC 電流成正比。因此，增大供應(yīng)至LED的電流增大LED的亮度并且減少供應(yīng)至LED的電流使LED變暗。
[0006]圖1示出了將來自電壓源的功率102變換為負(fù)載104可用的功率的電子系統(tǒng)100。負(fù)載104是包括例如一個或多個LED的恒定電流負(fù)載。控制器106控制功率變換過程。電壓源102可以是任何類型的電壓源，如在歐洲或中華人民共和國供應(yīng)的60Hz/110V輸入電壓Vin或50Hz/220V輸入電壓Vin的公共設(shè)施，或由電池或另一開關(guān)功率變換器供應(yīng)的DC電壓源。
[0007]控制器106向反激式開關(guān)功率變換器110中的電流控制開關(guān)108提供脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號CStl以控制輸入電壓Vin至一次側(cè)電壓Vp和二次側(cè)電壓Vs的變換。開關(guān)108是例如場效應(yīng)晶體管(FET)。當(dāng)控制信號CStl使開關(guān)108導(dǎo)通時，一次側(cè)電流iPKI_流至變壓器116的一次線圈114以使一次線圈114通電。當(dāng)控制信號CStl斷開開關(guān)112時，一次線圈114斷電。使一次線圈114通電和斷電誘發(fā)在變壓器116的二次線圈118兩端的二次電壓Vs。一次電壓Vp是二次電壓Vs的N倍，即Vp=N.Vs,并且“N”是一次線圈114中線圈匝數(shù)與二次線圈118中線圈匝數(shù)的比。二次側(cè)電流iSEa)NDAI?是二次電壓Vs與二極管120、電容器122、以及負(fù)載104的電阻抗的正函數(shù)。二極管120允許二次側(cè)電流iSEa)NDAKY在一個方向上流動。二次側(cè)電流iSEaM)AKY對電容器120進(jìn)行充電，并且電容器120維持負(fù)載104兩端的大致DC電壓VMAD。因此，二次側(cè)電流
?SECONDARY

是DC電流。
[0008] 負(fù)載104具有特定功率需求，并且控制器106生成開關(guān)信號CStl以試圖使開關(guān)功率變換器110滿足負(fù)載104的功率需求。理想地，由開關(guān)功率變換器110的一次側(cè)提供的功率Pm*?等于提供至負(fù)載104的功率1\_。然而，由于電子系統(tǒng)100中的不理想的功率損耗導(dǎo)致由一次側(cè)提供的功率Ppkimaky大于傳遞至負(fù)載104的功率P_，即
Ppeimaey^Pload。為
了滿足負(fù)載104的功率需求，控制器106使用反饋來確定實際上傳遞至負(fù)載104的功率的量?？刂破?06試圖生成控制信號CStl以控制一次側(cè)電流iPKIMKY以便功率Ppkimky滿足負(fù)載104的功率需求。
[0009]控制器106利用反饋控制環(huán)路來控制被傳遞至負(fù)載104的功率PWAD。為了控制功率P_，控制器106控制控制信號CStl并且從而控制一次側(cè)電流iPKIMKY?？刂埔淮蝹?cè)電流ipEXMEY控制由開關(guān)功率變換器110的一次側(cè)提供的一次側(cè)功率PPKIMAKY。控制器106調(diào)整一次側(cè)電流iPKI_以便一次側(cè)功率Ppkimaky足以將足夠的功率？_傳遞至負(fù)載104以滿足負(fù)載104的功率需求。
[0010]為了生成一次側(cè)功率Ppkimaky，控制器106利用經(jīng)由二次側(cè)反饋路徑124的基于二次側(cè)反饋的控制或經(jīng)由感應(yīng)電阻器126的一次側(cè)控制。用‘虛’線示出二次側(cè)反饋路徑124表示替代一次側(cè)反饋的使用。對于基于二次側(cè)反饋的控制，控制器106經(jīng)由信號is SENSE感應(yīng)二次電流iSEaM)AKY。二次側(cè)反饋路徑124通常包括在控制器106和變壓器110的二次側(cè)之間提供電隔離的部件，諸如光隔離器或光耦合器。因為控制器106已知一次側(cè)電壓Vp和匝數(shù)比N，所以控制器106也已知二次側(cè)電壓Vs并從反饋信號is—SENSE已知二次側(cè)電流iSEa)NDAKY。因此，控制器106可直接確定傳遞至負(fù)載104的功率1\_?？刂破?06生成控制信號CStl以生成一次側(cè)電流iPmMY以滿足負(fù)載104的功率需求以便負(fù)載的功率需求等于提供至負(fù)載104的功率。
[0011]一次側(cè)電流iPmMY的實際峰值與傳遞至負(fù)載104的功率的量成正比。因此，對于一次側(cè)控制，確定一次側(cè)電流iPKIMKY的實際峰值iPK決定確定傳遞至負(fù)載104的功率的量的準(zhǔn)確度。上述說明尤其適用于從一次側(cè)電流iPmMY的范圍降低開始的低功率應(yīng)用期間的情況。在控制器106檢測到一次側(cè)電流iPKI_的目標(biāo)峰值iPK時，開關(guān)108不立即關(guān)斷。一旦控制器106感應(yīng)到一次側(cè)最大值電流iPK SENSE等于目標(biāo)峰值iPK并且關(guān)斷開關(guān)108，實際一次
側(cè)電流 ?PRIMARY
已經(jīng)超出感應(yīng)的最大值電流
ipK_SENSE°
[0012]為了補償關(guān)斷開關(guān)108的延遲，電子系統(tǒng)100引進(jìn)前饋的比例縮放的電壓因數(shù)
-sff?:: X i以增加由感應(yīng)電阻器126傳導(dǎo)的電流。Rsense是感應(yīng)電阻器126的阻抗
值，R128是電阻器128的阻抗值，R130是電阻器130的阻抗值。在控制器106感應(yīng)到一次側(cè)電流之前增加感應(yīng)電阻器126兩端的電流致使控制器106確定能夠補償在關(guān)斷開關(guān)108時的延遲的更高的峰值電流iPK—SENSE。等式[I]用固定的前饋補償因數(shù)表示估計的最大值電流
ipK_EST 的值:
[0013]I PM-^EST = 1職-SEMm + S匿—.夏 B1 =X t D￡LAr [I];以及
mMmm 黑纖?[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: Ca)在開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)在所述開關(guān)功率變換器中的電流的值； (b)檢測電流值的目標(biāo)峰值； (C)用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所檢測的所述電流值的目標(biāo)峰值以生成延遲補償電流值； (d)基于所述延遲補償電流值確定提供至耦接至所述開關(guān)功率變換器的負(fù)載的電流的量；以及 (e)產(chǎn)生開關(guān)控制信號以控制所述開關(guān)功率變換器中的電流的值以根據(jù)所述延遲補償電流值向所述負(fù)載提供能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 如果傳遞至所述負(fù)載的能量的量不是滿足所述負(fù)載的功率需求的能量的量，則調(diào)整所述目標(biāo)峰值以允許所述開關(guān)功率變換器達(dá)到滿足所述負(fù)載的功率需求的能量的量；并且重復(fù)(a)至(e)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 從由以下項組成的組中的項確定所述負(fù)載的功率需求:可編程負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)、不可編程負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)以及調(diào)光 信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定提供至負(fù)載的電流的量包括確定在所述開關(guān)控制信號的時段期間傳遞至所述負(fù)載的平均電荷的量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述開關(guān)功率變換器包括包含變壓器的反激式開關(guān)功率變換器，所述變壓器具有(i)傳導(dǎo)一次側(cè)電流的一次側(cè)和(ii) 二次側(cè)，并且在所述開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)在開關(guān)功率變換器中的電流的值包括: 在所述開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)所述開關(guān)功率變換器中的一次側(cè)電流的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述開關(guān)功率變換器包括包含變壓器的反激式開關(guān)功率變換器，所述變壓器含有具有電感值的一次側(cè)線圈，并且所述檢測后延遲補償因數(shù)與所述一次側(cè)線圈的電感值不相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所述電流值的大致峰值以生成延遲補償電流值包括: 用模擬由于在檢測所述電流值的大致峰值和中斷所述電流之間的延遲而改變的所述電流的值的外推的檢測后延遲補償因數(shù)來調(diào)整所述電流值的所述大致峰值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 動態(tài)確定在所檢測的所述電流的峰值和所述電流的實際峰值之間的大致延遲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述檢測后延遲補償因數(shù)表示在檢測所述電流值的大致峰值和中斷所述電流之間的來自所述控制器中的多級的延遲。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述負(fù)載包括一個或多個燈，所述一個或多個燈各自具有一個或多個發(fā)光二極管。
11.一種設(shè)備，包括: 控制器，具有在開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)在所述開關(guān)功率變換器中的電流的值的輸入端，其中，所述控制器能夠:(a)檢測電流值的目標(biāo)峰值； (b)用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所檢測的所述電流值的目標(biāo)峰值以生成延遲補償電流值； (C)基于所述延遲補償電流值確定提供至耦接至所述開關(guān)功率變換器的負(fù)載的電流的量；并且 Cd)生成開關(guān)控制信號以控制在所述開關(guān)功率變換器中的電流的值以根據(jù)所述延遲補償電流值向所述負(fù)載提供能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述控制器還能夠: 如果傳遞至所述負(fù)載的能量的量不是滿足所述負(fù)載的功率需求的能量的量，則調(diào)整所述目標(biāo)峰值以允許所述開關(guān)功率變換器實現(xiàn)滿足所述負(fù)載的所述功率需求的能量的量；并且 重復(fù)(a)至(d)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述控制器還能夠: 從由以下項組成的組中的項確定所述負(fù)載的功率需求:可編程負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)、不可編程負(fù)載功率需求數(shù)據(jù)以及調(diào)光信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，為了確定提供至負(fù)載的電流的量，所述控制器還能夠包括確定在所述開關(guān)控制信號的時段期間傳遞至所述負(fù)載的平均電荷量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1·1所述的設(shè)備，其中，所述開關(guān)功率變換器包括包含變壓器的反激式開關(guān)功率變換器，所述變壓器具有(i )傳導(dǎo)一次側(cè)電流的一次側(cè)和(ii ) 二次側(cè)，并且為了在所述開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)開關(guān)功率變換器中電流的值，所述控制器還能夠: 感應(yīng)所述開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間在所述開關(guān)功率變換器中的一次側(cè)電流的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述開關(guān)功率變換器包括包含變壓器的反激式開關(guān)功率變換器，所述變壓器含有具有電感值的一次側(cè)線圈，并且所述檢測后延遲補償因數(shù)與所述一次側(cè)線圈的電感值不相關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，為了用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所述電流值的大致峰值以生成延遲補償電流值，所述控制器還能夠: 用模擬由于在檢測所述電流值的大致峰值和中斷所述電流之間的延遲而改變的所述電流的值的外推的檢測后延遲補償因數(shù)來調(diào)整所述電流值的所述大致峰值。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述控制器還能夠: 動態(tài)確定所檢測的所述電流的峰值和所述電流的實際峰值之間的大致延遲。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述檢測后延遲補償因數(shù)表示在檢測所述電流值的大致峰值和中斷所述電流之間的來自所述控制器中的多級的延遲。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述負(fù)載包括一個或多個燈，所述一個或多個燈各自具有一個或多個發(fā)光二極管。
21.—種設(shè)備,包括: 開關(guān)功率變換器，其中，所述開關(guān)功率變換器包含具有一次側(cè)和二次側(cè)的變壓器； 控制器，具有在開關(guān)功率變換器的開關(guān)周期期間感應(yīng)在所述開關(guān)功率變換器中的電流的值的輸入端，其中，所述控制器能夠: (a)檢測電流值的目標(biāo)峰值； (b)用檢測后延遲補償因數(shù)調(diào)整所檢測的所述電流值的目標(biāo)峰值以生成延遲補償電流值； (C)基于所述延遲補償電流值確定提供至耦接至所述開關(guān)功率變換器的負(fù)載的電流的量；并且 Cd)生成開關(guān)控制信號以控制在所述開關(guān)功率變換器中的電流的值以根據(jù)所述延遲補償電流值向所述負(fù)載提供能量； 以及 負(fù)載，耦接至所述開關(guān)功率變換器的變壓器的二次側(cè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述負(fù)載包括一個或多個燈，所述一個或多個燈各自具有一個或多個發(fā)光二極管。
【文檔編號】H05B33/08GK103583082SQ201280026959
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月3日
【發(fā)明者】何朝輝, 羅伯特·T·格麗桑莫, 邁克爾·A·科斯特 申請人:塞瑞斯邏輯公司