本發(fā)明涉及的是用于改進(jìn)交直流電源的性能的方法和電路。尤其是，涉及的是適用于電源的方法和電路，所述電源在AC端可以獲得高功率因數(shù)(PF)，而同時(shí)DC輸出功率中的脈動(dòng)得以減少或者實(shí)質(zhì)性地消除。所述方法和電路可以適用在需要高功率因數(shù)和/或低輸出脈動(dòng)的任何一種應(yīng)用中。尤其是，所述方法和電路可以在DC照明應(yīng)用中，例如，在發(fā)光二極管(LED)中使用，其中在輸出功率中的低頻脈動(dòng)的抑制可以消除可視閃動(dòng)。

背景技術(shù)：

對(duì)寬波段設(shè)備中的相關(guān)功率因數(shù)的校正進(jìn)行調(diào)制正變得日益嚴(yán)峻。舉例來(lái)說(shuō)，一種新的調(diào)制要求適用于任何一種發(fā)光二極管(LED)的電源的功率因數(shù)的校正具有高于5W的輸出功率。

為了低于中間的功率水平(例如，5W到100W)，通常需要使用一種反激變換器。通過(guò)使平均輸入電流能跟隨輸入電壓，就可以獲得高功率因數(shù)。為了減低成本，關(guān)鍵的傳導(dǎo)模塊通常用于獲得功率因數(shù)的校正。然而，這將會(huì)導(dǎo)致在行頻的諧波的輸出電壓中出現(xiàn)脈動(dòng)。第二諧波(例如，適用于北美的120Hz或者適用于中國(guó)、歐洲的100Hz)是DC照明應(yīng)用中的一種特定相關(guān)，例如，LED照明，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)可視閃動(dòng)，其中人眼可以從LED發(fā)出的光線中看到波動(dòng)。

盡管人們關(guān)注輸出光線中的可視閃爍，但是由于其高效照明和長(zhǎng)的使用壽命，LED光線正變?yōu)橐环N重要的光源。一種二級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器可以獲得實(shí)質(zhì)性的無(wú)閃動(dòng)性能，但是其是以較低的效率和較高的元件成本為代價(jià)。因此，需要一種高效的而且元件成本低的一級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中所描述的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)或者多個(gè)以下特征：

·獨(dú)立的拓?fù)洹?/p>

·脈動(dòng)消除和負(fù)載電流調(diào)整的初始端控制。

·功率因數(shù)校正(PFC)輸出，脈動(dòng)消除的轉(zhuǎn)換器輸出，以及負(fù)載電流的初始端感應(yīng)。

·脈動(dòng)消除可以在次級(jí)端獲得，并得到DC輸出電壓或者DC輸出電流。

·相對(duì)于先前的設(shè)計(jì)方案，可以減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和元件成本。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的內(nèi)容，在此提供的是一種適用于電源的電路，所述電源包括初級(jí)輸入端和次級(jí)輸出端，其提供主輸出，所述主輸出包括具有第一AC電壓脈動(dòng)的主DC電壓，或者包括具有第一AC電流脈動(dòng)的主DC電流，所述電路包括：初始端的受控獨(dú)立脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器，其(i)可以從初始端感應(yīng)到第一AC電壓脈動(dòng)；并使用感應(yīng)到的AC電壓脈動(dòng)來(lái)提供第二AC電壓脈動(dòng)；其中第二AC電壓脈動(dòng)是與主輸出相串聯(lián)的，以致第一AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除；或者(ii)可以從初始端感應(yīng)到第一AC電流脈動(dòng)；并使用感應(yīng)到的AC電流脈動(dòng)來(lái)提供第二AC電流脈動(dòng)；其中第二AC電流脈動(dòng)是與主輸出并聯(lián)的，以致第一AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除；其中就可以向負(fù)載提供實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面的內(nèi)容，在此提供的是一種可以提供DC功率的電源，包括：電源電路，其可以輸出具有第一AC電壓脈動(dòng)的主DC電壓或者具有第一AC電流脈動(dòng)的主DC電流；而電路如上文中所描述。

在某些實(shí)施方案中，脈動(dòng)消除的轉(zhuǎn)換器可以提供一種備用輸出，其包括：(i)具有第二AC電壓脈動(dòng)的備用DC電壓，其中第二AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上在幅值上與所述第一AC電壓脈動(dòng)是相等的，并且實(shí)質(zhì)上是與第一AC電壓脈動(dòng)是反相的；其中主輸出和備用輸出是結(jié)合使用的，以致可以提供總的DC電壓；而且第二AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上消除第一AC電壓脈動(dòng)，或者總的DC電壓實(shí)質(zhì)上是無(wú)脈動(dòng)的；或者(ii)具有第二AC電流脈動(dòng)的備用DC電流，其中第二AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上在幅值上與所述第一AC電流脈動(dòng)是相等的，并且實(shí)質(zhì)上是與第一AC電流脈動(dòng)是反相的；其中主輸出和備用輸出是結(jié)合使用的，以致可以提供總的DC電流；而且第二AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上消除第一AC電流脈動(dòng)，或者總的DC電壓流實(shí)質(zhì)上是無(wú)脈動(dòng)的。

在某些實(shí)施方案中，脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器可以包括一個(gè)反激轉(zhuǎn)換器或者一個(gè)獨(dú)立的升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter)。

在某些實(shí)施方案中，電路可以進(jìn)一步包括：第一初始端傳感器，該傳感器可以對(duì)第一AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)并輸出第一傳感器信號(hào)；第二初始端傳感器，該傳感器可以對(duì)第二AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)并輸出第二傳感器信號(hào)；而且初始端脈動(dòng)消除控制器可以使用第一和第二傳感器信號(hào)來(lái)對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，從而對(duì)第二AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行整形。

在某些實(shí)施方案中，電路可以進(jìn)一步包括功率因數(shù)的校正電路。

在某些實(shí)施方案中，對(duì)功率因數(shù)的校正電路進(jìn)行操作是以來(lái)自于初始端的負(fù)載電流傳感器的反饋信號(hào)為基礎(chǔ)的。

在某些實(shí)施方案中，實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率是變化的。

在某些實(shí)施方案中，負(fù)載可以包括至少一個(gè)LED。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面的內(nèi)容，在此提供的是一種適用于從主輸出功率中提供DC功率的方法，主輸出功率包括具有第一AC電壓脈動(dòng)的主DC電壓，或者具有第一AC電流脈動(dòng)的主DC電流，該方法包括：對(duì)來(lái)自于初始端的獨(dú)立脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，其中所述控制包括：(i)可以對(duì)來(lái)自于初始端的第一AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)；并使用感應(yīng)到的AC電壓脈動(dòng)來(lái)提供第二AC電壓脈動(dòng)；其中第二AC電壓脈動(dòng)是與主輸出相串聯(lián)的，以致第一AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除；或者(ii)可以對(duì)來(lái)自于初始端的第一AC電流脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)；并使用感應(yīng)到的AC電流脈動(dòng)來(lái)提供第二AC電流脈動(dòng)；其中第二AC電流脈動(dòng)是與主輸出并聯(lián)的，以致第一AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除；其中就可以向負(fù)載提供實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率。

方法可以進(jìn)一步包括：(i)對(duì)獨(dú)立的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，從而輸出具有第二AC電壓脈動(dòng)的備用DC電壓，其中第二AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上在幅值上與所述第一AC電壓脈動(dòng)是相等的，并且實(shí)質(zhì)上是與第一AC電壓脈動(dòng)是反相的；而且其中主輸出和備用輸出是結(jié)合使用的，以致可以提供總的DC電壓；第二AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上消除第一AC電壓脈動(dòng)，或者總的DC電壓實(shí)質(zhì)上是無(wú)脈動(dòng)的；或者(ii)對(duì)獨(dú)立的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，從而輸出具有第二AC電流脈動(dòng)的備用DC電流，其中第二AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上在幅值上與所述第一AC電流脈動(dòng)是相等的，并且實(shí)質(zhì)上是與第一AC電流脈動(dòng)是反相的；而且其中主輸出和備用輸出是結(jié)合使用的，以致可以提供總的DC電流；第二AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上消除第一AC電流脈動(dòng)，或者總的DC電流實(shí)質(zhì)上是無(wú)脈動(dòng)的。

方法可以進(jìn)一步包括：使用第一初始端的傳感器對(duì)第一AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)并輸出第一傳感器信號(hào)；使用第二初始端傳感器對(duì)第二AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)并輸出第二傳感器信號(hào)；而且，在第一和第二傳感器信號(hào)的基礎(chǔ)上，使用初始端脈動(dòng)消除控制器來(lái)對(duì)第二AC電壓脈動(dòng)進(jìn)行整形。

方法可以進(jìn)一步包括：使用初始端的電流傳感器來(lái)對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行感應(yīng)，并輸出一個(gè)反饋信號(hào)；以及在反饋信號(hào)的基礎(chǔ)上對(duì)功率因數(shù)的校正電路的操作進(jìn)行控制。

方法可以包括提供變化的實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率。

方法可以包括為至少一個(gè)LED提供實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率。

附圖說(shuō)明

為了更好地理解本發(fā)明，而且為了更為清楚地說(shuō)明本發(fā)明是如何進(jìn)行實(shí)踐的，下面將結(jié)合對(duì)應(yīng)的附圖通過(guò)實(shí)施例的方式對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行描述說(shuō)明，其中：

附圖1是全面實(shí)施方案的示意圖；

附圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的功率級(jí)的示意圖；

附圖3A是展示出適用于初始端電壓感應(yīng)的全面技術(shù)的示意圖；

附圖3B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的適用于初始端電壓感應(yīng)的技術(shù)的示意圖，以及關(guān)鍵電壓波形；

附圖3C是根據(jù)另外一個(gè)實(shí)施方案的適用于初始端電壓感應(yīng)的技術(shù)的示意圖；

附圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的適用于初始端電流感應(yīng)的技術(shù)的示意圖；

附圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的負(fù)載電流調(diào)整回路的示意圖；

附圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的適用于對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行整形的技術(shù)的示意圖；

附圖7是在本文中所描述的具有脈動(dòng)消除的初始端受控LED驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施方案的方框圖；

附圖8是以附圖7中實(shí)施方案為基礎(chǔ)的可以效仿的LED驅(qū)動(dòng)器所繪制出的對(duì)比效率圖，是與傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器和二級(jí)(反激PFC+Buck DC-DC)LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行對(duì)比；

附圖9A和9B是適用于(A)可以效仿的LED驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例和(B)傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器的低頻脈動(dòng)電流的繪制圖；

附圖10是可以效仿的實(shí)施方案和傳統(tǒng)的反激驅(qū)動(dòng)器的總諧波失真(THD)的繪制圖；

附圖11是可以效仿的實(shí)施方案和傳統(tǒng)的反激驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)的繪制圖；

附圖12是作為適用于可以效仿的實(shí)施方案的反激PFC輸出Vo1和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出Vo3的結(jié)果的脈動(dòng)電壓感應(yīng)的繪制圖；以及

附圖13A和13B是適用于可效仿的實(shí)施方案的初始端電流感應(yīng)波形的繪制圖，其中時(shí)間比例是放大的從而可以在附圖13B中展示出波形。

具體實(shí)施方式

本文中所提供的是可以向負(fù)載輸出實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的輸出功率并獲得高功率因數(shù)的交直流電源的方法和電路。本文中所描述的方法和電路可以適用于任何一種需要實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的輸出功率及高功率因數(shù)的電源應(yīng)用，例如，包括但不限于，計(jì)算機(jī)、便攜式電腦、移動(dòng)電話等。各種實(shí)施方案主要是針對(duì)照明應(yīng)用，舉例來(lái)說(shuō)，其中的負(fù)載是LED；然而，人們可以理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不應(yīng)局限于此。

出于簡(jiǎn)潔描述的目的，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“LED”指的是一個(gè)LED或者多個(gè)電連接在一起的LED(舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)的方式進(jìn)行的電連接)。人們可以理解的是，LED照明器材(舉例來(lái)說(shuō)，LED燈)可以包括單個(gè)的LED或者多個(gè)電連接在一起的LED。

文中所述方法和電路可以在AC端獲得高功率因數(shù)(PF)，并減少或者實(shí)質(zhì)性消除DC輸出功率中脈動(dòng)。脈動(dòng)可能是一種行頻諧波，例如，行頻的第二諧波(例如，適用于北美的120Hz或者適用于中國(guó)、歐洲的100Hz)。在DC照明應(yīng)用(例如，LED)中，第二諧波中的脈動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致可視閃動(dòng)，其中人眼可以從LED發(fā)出的光線中看到波動(dòng)。因此，適用于照明應(yīng)用的某種特定性質(zhì)是抑制或消除第二諧波中的脈動(dòng)。本文中所描述的方法和電路可以減少或者實(shí)質(zhì)性消除第二諧波或者其他諧波中的脈動(dòng)。更進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，正是由于本文中所描述的方法和電路所提供的初始端的控制，其可以通過(guò)將元件成本最小化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并提供集成的和更為經(jīng)濟(jì)的電源。舉例來(lái)說(shuō)，其可以在集成電路(IC)技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，所述其中初始端的控制器實(shí)質(zhì)上或者完全配置在IC中。然而，各種實(shí)施方案可以在任何一種當(dāng)前所使用的半導(dǎo)體技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，其中可以包括含有一個(gè)或者多個(gè)與分立元件聯(lián)接在一起的IC元件在其中的混合電路。

本文中所提供的是一種適用于電源的電路和方法，所述電源包括具有第一AC電壓脈動(dòng)的主DC電壓，或者包括具有第一AC電流脈動(dòng)的主DC電流。所述電路和方法可以包括：初始端脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器(RCC)。該脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器可以(i)可以提供與主輸出相串聯(lián)的第二AC電壓脈動(dòng)，以致第一AC電壓脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除；或者(ii)可以提供與主輸出并聯(lián)的第二AC電流脈動(dòng)，以致第一AC電流脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上得以消除。結(jié)果是，可以提供實(shí)質(zhì)上無(wú)脈動(dòng)的DC輸出功率。

本文中所描述的初始端受控的脈動(dòng)消除LED驅(qū)動(dòng)器的電路所具有的優(yōu)勢(shì)包括高效，低元件成本和無(wú)閃動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。初始端的控制器的實(shí)施方案適用于IC技術(shù)方案，與之前所提到的脈動(dòng)消除LED驅(qū)動(dòng)器相比，其可以極大地減少元件成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中的脈動(dòng)消除LED驅(qū)動(dòng)器需要有若干個(gè)集成電路來(lái)組成控制電路，(PFC控制器，適用于電壓感應(yīng)電路的操作放大器，以及次級(jí)端的補(bǔ)償電路)，Buck調(diào)節(jié)器(適用于脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器)和用于絕緣的光學(xué)耦合器(opto-coupler)。上述元件實(shí)質(zhì)上增加了總成本。

正如上文中所討論的內(nèi)容，本文中所描述的各種實(shí)施方案的特征在于初始端上使用的控制電路。其獨(dú)立于初始端和次級(jí)端，因此可以避免使用絕緣設(shè)備，例如，光學(xué)耦合器。這也使得在單獨(dú)的IC中使用控制電路成為可能，而現(xiàn)有技術(shù)中的用于控制在次級(jí)端中的部件的集成電路的運(yùn)行需要將IC同時(shí)配置在初始端和次級(jí)端。與此對(duì)應(yīng)的是，本文中所描述的各種技術(shù)方案可以降低復(fù)雜性和元件數(shù)量，并從而降低驅(qū)動(dòng)器的成本。

附圖1是全面的實(shí)施方案的示意圖。正如附圖1中所示，獨(dú)立的功率因數(shù)校正(PFC)電路10輸出電壓Vo1，而獨(dú)立的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器20輸出電壓Vo3。輸出電壓Vo1和Vo3與負(fù)載50串聯(lián)在一起，其可能是一個(gè)LED。輸出儲(chǔ)能電容器42、44分別顯示出Vo1和Vo3。每一個(gè)輸出電壓都包含有低頻的脈動(dòng)，然而，這些脈動(dòng)是實(shí)質(zhì)上是相互異相的，以致它們可以相互抵消。兩個(gè)關(guān)鍵的任務(wù)必須要完成，這是為了獲得脈動(dòng)電壓消除和LED電流調(diào)制。首先，PFC的低頻脈動(dòng)輸出Vo1和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vo3需要被感應(yīng)到，而且這一信息用于對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出Vo3進(jìn)行整形。其次，LED電流必須被感應(yīng)到，并且與參考電流進(jìn)行對(duì)比從而獲得電流調(diào)制。以上兩項(xiàng)任務(wù)可以在初始端通過(guò)使用控制器30來(lái)完成。人們可以理解的是，所述實(shí)施方案可能是通過(guò)僅僅使用一個(gè)集成電路(例如，初始端的控制器的IC)來(lái)執(zhí)行的，舉例來(lái)說(shuō)，一種特定應(yīng)用的集成電路(ASIC)。

正如在附圖1中所舉例說(shuō)明的那樣，初始端的控制器30可以包括第一電壓傳感器31和第二電壓傳感器32，在初始端，它們分別對(duì)PFC輸出和RCC輸出進(jìn)行感應(yīng)。電平轉(zhuǎn)移器32和電壓控制器34也可能會(huì)被包括在控制器30中，以致適用于RCC輸出Vo3的電壓控制回路在初始端能夠得到執(zhí)行，可以根據(jù)需要對(duì)Vo3進(jìn)行整形，以便與Vo1的脈動(dòng)相互匹配。初始端的控制器30也可能會(huì)包括某些元件，例如，PFC控制器36和負(fù)載(LED)電流傳感器62。電流傳感器的輸出是與PFC控制器36的參考電流38進(jìn)行對(duì)比的，從而可以獲得負(fù)載電流的調(diào)制。

詳細(xì)的操作原理

可以效仿的實(shí)施方案的關(guān)鍵特征是以反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，包括電能結(jié)構(gòu)，PFC和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器電壓感應(yīng)，LED電流感應(yīng)和控制電路，下面將對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。然而，人們可以理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用并不限于此，由于PFC和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器可以與其他的獨(dú)立供電拓?fù)浣Y(jié)合使用，例如，舉例來(lái)說(shuō)，獨(dú)立的推進(jìn)，次級(jí)端輸出電壓的感應(yīng)和LED電流的感應(yīng)需要進(jìn)行相應(yīng)的改變。

電能結(jié)構(gòu)

作為一個(gè)實(shí)施例，附圖2顯示的是用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成功率級(jí)10，所述反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于PFC和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器20。

LED電壓V_輸出是通過(guò)將反激PFC輸出Vo1與脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器輸出Vo3串聯(lián)在一起來(lái)進(jìn)行處理的。適用于脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸入DC電壓Vo2在初始端通過(guò)反激PFC進(jìn)行處理。

反激PFC輸出電壓Vo1含有一個(gè)極低頻的脈動(dòng)部分。電壓Vo1可以通過(guò)方程式(1)來(lái)描述：

V_o1＝V_{o1_dc}+V_{o1_rip}(t) (1)

在方程式(1)中，Vo1_dc代表的是DC分量，而Vo1_rip(t)代表的是低頻的脈動(dòng)分量。脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vo3也可能包含一個(gè)顯著低頻的脈動(dòng)分量，而且其可以通過(guò)以下方程式(2)來(lái)描述：

V_o3＝V_{o3_dc}+V_{o3_rip}(t) (2)

DC分量Vo3_dc需要維持為Vo3大于零。將電壓Vo1和Vo3串聯(lián)在一起的目的是消除它們的脈動(dòng)分量。因此，它們的和V_輸出是一個(gè)DC數(shù)值，而且其可以通過(guò)方程式(3)來(lái)描述：

可以從方程式(3)中看出，為了獲得總的低頻脈動(dòng)消除，以下方程式必須得到滿足：:

V_{o1_rip}(t)+V_{o3_rip}(t)＝0 (4)

方程式(4)要求Vo1_rip(t)和Vo3_rip(t)是相等的數(shù)值，但是具有相反的符號(hào)。在這樣的討論中，Vo1_rip(t)是主信號(hào)，而Vo3_rip(t)是其隨動(dòng)量。

初始端的電壓感應(yīng)

為了對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vo3進(jìn)行整形，電壓Vo1和Vo3都需要在初始端被感應(yīng)到。附圖3A顯示出初始端電壓感應(yīng)的全面技術(shù)實(shí)施方案的示意圖，其采用的是樣品和保存技術(shù)(S&H)。所述的初始端電壓的感應(yīng)可以適用于電壓傳感器31和33(附圖1)。在附圖3B中顯示的是更為詳細(xì)的實(shí)施方案，其中對(duì)次級(jí)端的繞線組上的電壓Vsec的波形，在初始端的感應(yīng)繞線組上的電壓Vsns以及選通信號(hào)Vgs都進(jìn)行了解釋說(shuō)明。

在這一實(shí)施例中，由于反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是以電能轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)的，當(dāng)Q2被關(guān)閉時(shí)，二極管D1和D2導(dǎo)通。因此，在次級(jí)端的繞線組上的電壓Vsec等于輸出電壓Vo3(忽略D2的正向電壓降)。第二電壓Vsns和次級(jí)端的電壓Vsec具有成比例的關(guān)系。這樣的關(guān)系可以通過(guò)變壓比來(lái)確定，而且其可以通過(guò)方程式(5)來(lái)進(jìn)行描述：

在方程式(5)中，Nsns和Nsec分別代表的是初始端感應(yīng)的繞線組和次級(jí)端的繞線組的翻轉(zhuǎn)。因此，反激轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可以在初始端被感應(yīng)到。同樣地，反激PFC的輸出電壓也可以以相同的方式在初始端被感應(yīng)到。為了在初始端能夠形成連續(xù)的感應(yīng)電壓，而不是脈沖電壓，被感應(yīng)到的電壓可以在Q2關(guān)閉而D2仍舊是導(dǎo)通的期間進(jìn)行采樣，正如附圖3B所示。為了解決實(shí)踐中所考慮的問(wèn)題，電壓的采樣可以是定時(shí)的，從而可以避免過(guò)度的電壓警報(bào)，典型的情況是，正好在Q2被關(guān)閉之后出現(xiàn)的警報(bào)，正如在附圖3B中所繪制的Vsns曲線中被標(biāo)記為“樣品”所示。

然而，對(duì)于反激PFC來(lái)說(shuō)，在零點(diǎn)跨越輸入電壓和電流的期間，在感應(yīng)繞線組上的電壓是失真的。結(jié)果是，電壓感應(yīng)的輸出也是失真的。因此，可以使用如附圖3C中所示的改進(jìn)后的初始端的到感應(yīng)電路。這一實(shí)施方案中在感應(yīng)電路上增加了二極管Ds，電容器Cs和電阻器Rs，從而能夠過(guò)濾感應(yīng)的失真。附圖3C中的實(shí)施方案對(duì)于反激PFC的電壓傳感器31是非常有效的。

初始端的電流感應(yīng)

負(fù)載電流也可以在初始端上被感應(yīng)到。適當(dāng)?shù)募夹g(shù)所應(yīng)用的實(shí)施例在附圖4中有所顯示。在開(kāi)關(guān)切換期間流入到次級(jí)端的平均電流可以通過(guò)方程式(6)來(lái)描述：

在方程式(6)中，n代表的是初始端和次級(jí)端的繞線組的匝數(shù)比(Npri:Nsec)。Ipri_pk是初始端上的峰值開(kāi)關(guān)電流，Tdis和Tcyc分別代表的是次級(jí)端的電流的放電時(shí)間和整個(gè)開(kāi)關(guān)切換時(shí)間。Ipri_pk和Tdis都可以在初始端上被感應(yīng)到。Tcyc是設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先確定的已知參數(shù)。因此，在初始端上的次級(jí)端的平均電流可以被確定。

電流調(diào)制回路

正如上文中所描述的內(nèi)容，平均的LED電流是在初始端上確定的。附圖5是根據(jù)實(shí)施方案的負(fù)載電流調(diào)制回路60的示意圖。所述的實(shí)施方案可以在初始端的控制器30(附圖1)中執(zhí)行。實(shí)施方案可以包括平均電流的傳感器62，PFC控制器36，其用于接收計(jì)算得出的平均電流I_avg，并將其與參考電流I_ref 38進(jìn)行對(duì)比。PFC控制器36對(duì)反激PFC 66的輸出電壓進(jìn)行校正。因此，LED電流68可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)制。

脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出脈動(dòng)整形

附圖6是對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出Vo3進(jìn)行整形的簡(jiǎn)化示意圖。這樣的實(shí)施方案可以在初始端的控制器30(附圖1)中執(zhí)行。附圖顯示的是反激PFC10的輸出電壓Vo1在初始端上的感應(yīng)，和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器20的輸出電壓Vo3在初始端上的感應(yīng)，跨越有變壓器所提供的隔離阻障(短劃線所示)。這樣的技術(shù)可能會(huì)包括一些元件，例如，電平轉(zhuǎn)移器32和穩(wěn)壓器34。由于有適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)節(jié)Vsns1，可以形成適用于脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的參考電壓Vref。然后，脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出電壓也被整形，從而消除Vo1中的低頻脈動(dòng)。

可變輸出功率

在某些應(yīng)用軟件中，需要改變(例如，控制)轉(zhuǎn)換器的輸出功率。舉例來(lái)說(shuō)，在LED照明應(yīng)用中，可能會(huì)需要LED的光線逐漸變暗。術(shù)語(yǔ)“變暗”是指LED惡輸出光線是可以調(diào)節(jié)的或者是可變的。某些應(yīng)用可能會(huì)要求LED光線可以從100％到1％來(lái)調(diào)節(jié)。根據(jù)某些技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)光線變暗。在所述的技術(shù)中，負(fù)載的電流是可以調(diào)節(jié)的。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)控制(例如，改變)輸出的參考信號(hào)I_ref來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他的技術(shù)也可能會(huì)根據(jù)，例如，可變的工作周期來(lái)對(duì)兩個(gè)不同的電平之間的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)特征

高效

正如附圖1中所示，Vo1和Vo3的平均電壓分別是45V和5V，通過(guò)反激PFC直接傳輸90％的輸出功率，而10％的輸出功率是通過(guò)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?。通過(guò)反激PFC進(jìn)行傳輸?shù)墓β蕛H僅被反轉(zhuǎn)一次。脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸入電壓是位于初始端上的反激PFC的一種額外輸出，因此，由脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行傳輸?shù)墓β示捅惶幚砹藘纱巍Ｓ捎诒粋鬏數(shù)截?fù)載中的絕大部分功率僅僅是反轉(zhuǎn)了一次，因此，實(shí)施方案中的驅(qū)動(dòng)器的總效率與傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器的效率之間的關(guān)系非常密切。方程式(7)對(duì)該效率關(guān)系進(jìn)行了描述：

在方程式(7)中，η_new,η_PFC,η_RCC分別代表的是驅(qū)動(dòng)器的總效率，反激PFC的效率和脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的效率。從方程式(7)中可以看到，如果87％的效率是通過(guò)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器來(lái)獲得的話，那么總效率可以達(dá)到0.985η_PFC，其與對(duì)比用的傳統(tǒng)反激LED驅(qū)動(dòng)器的效率非常接近。

低元件成本

正如上文中所討論的內(nèi)容那樣，由于控制電路是位于初始端上的，因此，其可以在單獨(dú)的IC上執(zhí)行。所以，在初始端上僅僅是需要一個(gè)控制器即可對(duì)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行脈動(dòng)消除，這就表明，與現(xiàn)有技術(shù)中的方案相比，本技術(shù)方案可以實(shí)質(zhì)性地降低復(fù)雜性和成本。

實(shí)施例

通過(guò)以下非限制性的實(shí)施例來(lái)對(duì)各種實(shí)施方案進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

實(shí)施例1 LED驅(qū)動(dòng)器

附圖7是具有脈動(dòng)消除的初始端受控LED驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施方案的方框圖。Vo1和Vo3在初始端上分別通過(guò)變壓器T1的繞線組sns1和變壓器T2的繞線組sns3進(jìn)行感應(yīng)LED電流在初始端上通過(guò)變壓器T2中的電流進(jìn)行感應(yīng)。實(shí)施方案包括兩組控制回路。一組回路對(duì)LED電流進(jìn)行控制，而且其可以包括初始端的電流傳感器62以用于產(chǎn)生信號(hào)I_avg，可以包括PFC控制器36，其將I_avg和I_ref進(jìn)行對(duì)比，并產(chǎn)生一個(gè)選通信號(hào)，以適用于功率電路中的初始端開(kāi)關(guān)Q1。第二組回路對(duì)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出Vo3進(jìn)行控制，而且其可以包括第一電壓傳感器31，第二電壓傳感器33，電平轉(zhuǎn)移器32和RCC控制器34。RCC控制器34將Vsns1和Vsn3進(jìn)行對(duì)比，并產(chǎn)生一個(gè)選通信號(hào)，以適用于脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)Q2。初始端控制器30由虛線框著重標(biāo)示。從附圖7也可以看出，并沒(méi)有次級(jí)端的控制電路，而且也沒(méi)有獨(dú)立的設(shè)備(例如，光耦合器)。集成式的初始端控制器可以在這樣的電路布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果是，元件的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性極大降低。

實(shí)施例2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以附圖7中的實(shí)施方案為基礎(chǔ)，建立一種35W(50V/0.7A)的實(shí)驗(yàn)性的LED驅(qū)動(dòng)器，從而提高驅(qū)動(dòng)器的性能。需要使用以下元件：

為了對(duì)目標(biāo)數(shù)值進(jìn)行管控，傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器的性能和二級(jí)(反激PFC+Buck DC-DC)LED驅(qū)動(dòng)器的性能都被包括在其中以進(jìn)行比較。附圖8中的繪制圖對(duì)比的三種設(shè)計(jì)方案的性能。PFC電路在這三種設(shè)計(jì)方案中是相同的。

正如附圖8所示，實(shí)施方案在110VAC輸入的情況下，其效率比二級(jí)驅(qū)動(dòng)器的效率高出3％。在220VAC輸入的情況下，其效率比二級(jí)驅(qū)動(dòng)器的效率高出2％。由于在該實(shí)施方案中僅僅是10％的輸出功率是通過(guò)脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理的，因此，總效率與與傳統(tǒng)的反激驅(qū)動(dòng)器的效率非常接近，并極高于二級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器的效率。

附圖9A和附圖9B顯示的是實(shí)踐用的實(shí)施方案和傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器中的低頻脈動(dòng)電流。這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器都包括470μF的輸出儲(chǔ)存電容器。脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方案形成了一個(gè)近-DC LED電流，其具有僅僅是20mA pk-pk的低頻脈動(dòng)。與之對(duì)比的是，來(lái)自于傳統(tǒng)的反激LED驅(qū)動(dòng)器的低頻脈動(dòng)電流是200mA pk-pk。

總諧波失真(THD)和實(shí)踐用的實(shí)施方案和傳統(tǒng)的反激驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)的性能在附圖10和附圖11中分別進(jìn)行對(duì)比。繪制圖顯示出，THD和實(shí)踐用的實(shí)施方案的功率因數(shù)與傳統(tǒng)的反激LED的驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)非常接近。

附圖12顯示的是，反激PFC輸出電壓Vo1的脈動(dòng)電壓的感應(yīng)結(jié)果，和適用于實(shí)踐用的實(shí)施方案的脈動(dòng)消除轉(zhuǎn)換器的輸出電壓Vo3的感應(yīng)結(jié)果。可以從繪制圖中確定的是，高保真的低頻脈動(dòng)信息已經(jīng)在初始端得以恢復(fù)。初始端電流感應(yīng)的波形顯示在附圖13A中。在附圖13B中，時(shí)間比例是放大的，以便展示出波形。

等同替代

本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都可以理解或者確定本文中所描述的各種不同的實(shí)施方案的變換。這樣的變換都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)而且都可以被隨附的權(quán)利要求所覆蓋。