CN102299630A - 含调节供至恒定负载的输出电流的补偿电路的功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于恒定负载的功率转换器，包括一个能量传递元件、一个开关、一个控制器和一个补偿电路。所述能量传递元件被连接，以接收具有非阻挡部分和阻挡部分的已整流电压，其中所述阻挡部分的量对应于相位角。所述控制器被连接，以响应于多个信号来控制所述开关的切换，从而调整所述功率转换器的输出电流。所述多个信号包括峰值输入电压信号和反馈信号，其中所述峰值输入电压信号表示所述功率转换器的峰值输入电压，以及所述反馈信号表示所述功率转换器的输出电压。所述补偿电路被连接，以响应于所述相位角超过相位角阈值来调节所述多个信号中的至少一个。

Description

含调节供至恒定负载的输出电流的补偿电路的功率转换器
技术领域
本发明的实施方案总体涉及电源，并且更具体地，本发明涉及结合调光器电路(dimmer circuit)来使用的电源。
背景技术
电子器件通常结合功率转换电路来使用。由于切换式功率转换器的效率高、尺寸小以及重量轻，它们被广泛用于驱动许多当今的电子设备。传统的壁式插座提供高压交流。在切换式功率转换器中，高压交流(ac)输入被转换，以提供被调整好的直流(dc)输出。在运转中，包括在功率转换器中的开关被用于通过改变占空比(通常是开关的接通时间与整个开关周期的比率)和/或改变开关频率(每单位时间的开关事件的数目)来控制期望的输出电流。更具体地，功率转换器控制器可响应于已测定的输入电压和已测定的输出电压来确定占空因数和/或开关的开关频率。
在一种用于照明应用的调光中，调光器电路通常阻挡(block)一部分交流输入电压，以限制供应至白炽灯的功率的量。具体地，调光器电路输出一个调光器输出电压以提供调光功能，所述调光器输出电压表示一部分输入电压被移除或阻挡的一个交流输入电压。对所述交流输入电压的一部分的移除或阻挡可称作相位调光，因为指定调光输出电压的丢失的电压的位置——在用度数来衡量的交流输入电压的周期中的一小部分方面——通常是方便的。通常，交流输入电压是正弦波形并且交流输入电压的周期被称作全线路循环(full line cycle)。这样，交流输入电压的周期的一半被称作半线路循环(half linecycle)。整个周期具有360度，而半线路循环具有180度。通常，相位角是对调光器电路阻挡了每半线路循环的多少度数(从参考零度开始)的度量。这样，通过调光器电路移除半线路循环中的交流输入电压的一半对应于90度的相位角。
LED(发光二极管)负载需要已调整的功率转换器提供来自交流功率线路的已调整电流。包括在传统的已调整的功率转换器中的控制器可测量输入电压，从而调整功率转换器的输出。通常，一种测量输入电压的普通方式是感测交流输入电压的峰值。在某些配置中，调光器电路可被连接在提供交流输入电压的交流源和可用于感测峰值输入电压的感测电路之间。因而，功率转换器可依赖于感测调光器电路的输出也即调光器输出电压，该输出电压仍可“捕获”或“保持”交流输入电压的峰值。因此，当调光器输出电压的峰值等于交流功率线路的一个对应峰值输入电压时，可发生LED负载的自然调光。这是因为控制器可能未意识到一部分交流输入电压已被调光器电路阻挡，因而减小了传输至输出的功率的量。然而，当相位角大于90度时，调光器电路可阻挡峰值输入电压，并且从而错误地表示具有较小电压的峰值输如入电压。在这种情况下，包括在传统已调整功率转换器中的控制器很可能阻止自然调光，因为控制器接收峰值调光器输出电压，所述峰值调光器输出电压本应表示峰值输入电压，但是相反，却表示了小于峰值交流输入电压的电压。进一步解释，包括在传统已调整的功率转换器中的控制器可感测峰值调光器输出电压——所述峰值调光器输出电压是对应于沿着交流线路的小于峰值交流输入电压的电压——控制器从而在功率转换器的输入处检测较小的外来功率(incomingpower)。然后控制器可增大占空比和/或开关频率，并且顺便增大传输至输出的功率。结果，包括在传统的已调整功率转换器中的控制器实际上可阻止或“对抗”LED负载的自然调光。
附图说明
从下面结合下列附图呈现的本发明的更具体的描述，将对本发明的几个实施方案的上述以及其他方面更为明了。
图1是一个功能方块图，示出了根据本发明的一个实施方案的一种示例性调光器电路、恒定负载和切换式功率转换器。
图2A是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的一种示例性输入电压波形。
图2B是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的一种示例性调光器输出电压波形。
图2C是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的一种示例性整流电压波形。
图3A是一个示意图，示出了根据本发明的一个实施方案的一种LED阵列。
图3B是一个示意图，示出了包括在图3A的LED阵列中的LED的一种电路模型。
图3C是一个图形，示出了图3B的LED的电路模型的输出电流和输出电压之间的关系。
图4是根据本发明的一个实施方案的LED阵列和切换式功率转换器的功能方块图。
图5是一个流程图，示出了图4的切换式功率转换器的操作。
图6是根据本发明的一个实施方案的LED阵列和切换式功率转换器的功能方块图。
图7是一个流程图，示出了图6的切换式功率转换器的操作。
具体实施方式
在此描述了带有用于调节提供给恒定负载的输出电流的补偿电路的功率转换器的实施方案。在下列描述中，列出了许多特定细节，以提供对实施方案的透彻理解。但是，对于本领域普通技术人员应明了的是，可在缺少这些特定细节中的一个或多个的情况下，或者使用其他方法、部件、材料等，来实践在此描述的技术。在其他情况下，为避免模糊某些方面，公知结构、材料或操作并未被详细示出或说明。
贯穿本说明书引用的“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或者“一实施例”意味着针对该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在贯穿本说明书的各个位置出现的措辞“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全部指的是相同的实施方案或实施例。此外，所述具体特征、结构或特性可以通过任何合适的组合和/或子组合被合并在一个或多个实施方案或实施例中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且所述附图未必按比例绘制。
对于相位调光应用，包括用于恒定负载(例如，发光二极管(LED))的那些相位调光应用，相位调光器电路通常在每半线路循环处阻挡一部分交流输入电压，以限制供应至LED的功率的量。如上面所提及的，相位角可以是调光器电路阻挡交流输入电压的每半线路循环的多少度的测量值。例如，交流输入电压的每半线路循环可具有总共180度。同样，通过调光器电路对半线路循环中交流输入电压的一半的移除对应于90度的相位角。在另一实施例中，对半线路循环中的交流输入电压的四分之一的移除可对应于45度的相位角。三端双向可控硅(triac)调光器电路是相位调光器电路的一个实施例。
对于本发明的实施方案，功率转换器控制器控制开关的切换，以响应于多个信号来调整输出电流。这些信号可包括：输入电压信号，其表示功率转换器的峰值输入电压；以及，反馈信号，其表示功率转换器的输出电压。根据一个实施方案的功率转换器控制器可被设计，以通过测量交流输入电压的峰值以及调节开关的占空比从而保持对输出电流的调整来测量交流输入电压。在某些配置中，由于连接在提供交流输入电压的交流源和将感测输入电压的感测电路之间的调光器电路，功率转换器不能直接测量交流输入电压。在一个实施例中，功率转换器可感测表示峰值输入电压的调光器输出电压的峰值。在某些状况下(相位角＜90度)，峰值调光器输出电压基本上等于峰值输入电压。换句话说，这允许功率转换器将测量峰值调光器输出电压作为一种测量峰值输入电压的间接方式。
在运转中，随着峰值输入电压降低(指示输入电压降低)，减小的峰值输入电压可导致控制器增大占空比或者增大开关频率，试图保持已调整的输出电流。在一个实施例中，当相位角超过90度时，峰值调光器输出电压不再表示峰值输入电压。更具体地，当相位角超过90度时，峰值调光器输出电压小于峰值输入电压。在这种情况下，设想功率转换器接收较低的输入电压，则控制器试图调节控制器的功率传输，以保持输出调整。这导致控制器对抗或者抵制调光，因为控制器可顺便向输出传输与预计相比更大的功率。因此，本发明的实施方案包括补偿电路，以调节由控制器所接收的这些信号中的至少一个(例如，输入电压信号和/或反馈信号)，从而确保控制器不顺便传输更大的功率。借助于该特征，自然调光可延及即使在调光电路阻挡多于90度的交流输入电压波形时。在一个实施例中，该特征可允许更大的调光范围。
首先参考图1，示出了示例性调光器电路105、恒定负载110以及切换式功率转换器100的功能方块图。示出的切换式功率转换器100包括：整流器115、能量传递元件120、开关125、输入返回130、整流器135、输出电容器140、输出返回145、输出传感器150、控制器155、补偿电路160、加法器165和峰值输入电压检测器170。示出的能量传递元件120包括初级绕组175和次级绕组180。图1中还示出的是交流输入电压VIN(可被称作“输入电压VIN”)、调光器控制输入104、调光器输出电压VDO、已整流电压VRECT、输出电流IOUT、输出电压VOUT、反馈信号UFB、补偿信号UCOMP、峰值输入电压信号UVINPK和已补偿的峰值输入电压信号UCVINPK。
切换式功率转换器100从未调整的交流输入电压VIN提供已调整输出电流IOUT至负载110。如所示出的，图2A是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的交流输入电压VIN的示例性输入电压波形。
返回参考图1，调光器电路105接收输入电压VIN，并且产生调光器输出电压VDO。在一个实施方案中，调光器电路105被连接，以接收调光控制输入104。调光控制输入104表示将要被调光器电路105所阻挡或“切断”的输入电压VIN的量。例如，在典型的家庭应用中，调光控制输入104可通过手动控制旨在改变光的亮度的壁装式调光器而被接收。在另一实施例中，调光控制输入104可通过数字控制系统(例如，家庭自动系统)而被接收。在一个实施方案中，调光器电路105是相位调光电路，例如三端双向可控硅相位调光器。
在运转中，依赖于调光控制输入104所指示的调光量，调光器电路105控制输入电压VIN从功率转换器100关断的时间量。通常，所要求的更多的调光对应于更长的交流输入电压VIN被阻挡的时间段。如所示出的，图2B是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的示例性调光器输出电压波形。图2B中所示出的调光器输出电压波形是图1的调光器输出电压的一个可能的代表。
返回参考图1，调光器电路105被进一步连接至整流器115，使得调光器输出电压VDO被整流器115所接收。整流器115输出已整流电压VRECT。在一个实施方案中，整流器115是全波桥式整流器。图2C是一个曲线图，示出了根据本发明的一个实施方案的示例性已整流电压波形。图2C中示出的已整流电压波形是图1的已整流电压VRECT 108的一个可能的代表。
图1进一步示出了整流器115被连接至能量传递元件120。能量传递元件120可以是包括初级绕组175和次级绕组180的变压器。然而，应理解，能量传递元件120可具有两个以上的绕组。初级绕组175被进一步连接至开关125，然后所述开关125被进一步连接至输入返回130。在一个实施方案中，开关125可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一个实施例中，控制器155和开关125可形成集成控制电路的一部分，所述集成控制电路被制造为混合式集成电路或单片式集成电路。
如所示出的，能量传递元件120的次级绕组180被连接至整流器135。在图1的实施例中，整流器135是二极管。图1中的输出电容器140和恒定负载110都被示为连接至整流器135。在运转中，通过整流器135的电流被输出电容器140滤波，以产生基本上恒定的输出电流IOUT，所述输出电流IOUT被恒定负载110所接收。
当未指示调光时，恒定负载110可保持基本上恒定的功耗(powerdraw)。恒定负载110还可以是这样的负载：其中输出电压以预定且已知的方式根据输出电流而改变。例如，输出电压VOUT可基本上与IOUT成比例。在一个实施方案中，恒定负载110可以是发光二极管(LED)阵列，如将进一步所讨论的。
输出传感器150被连接，以感测来自切换式功率转换器100的输出的输出电压VOUT，并且产生反馈信号UFB。输出传感器150被进一步连接至控制器155和补偿电路160，使得反馈信号UFB被控制器155以及补偿电路160所接收。反馈信号UFB可以是电压信号或电流信号，并且表示输出电压VOUT。在一个实施方案中，控制器155所接收的反馈信号UFB是电流信号，而补偿电路160所接收的反馈信号UFB是电压信号。
如图1中所示出的，峰值输入电压检测器170被连接至整流器115，以检测已整流电压VRECT 108的峰值电压VPK。峰值输入电压检测器170还被连接，以提供峰值输入电压信号UVINPK，所述峰值输入电压信号UVINPK可表示峰值交流输入电压VPK。
控制器155被连接，以生成驱动信号138，从而控制开关125的切换。控制器138可被实施为单片式集成电路，或者可被实施为分立的电气部件，或者可被实施为分立或集成部件的组合。此外，开关125接收来自控制器155的驱动信号138。
开关125响应于驱动信号138而断开和闭合。通常的理解是，闭合的开关能导通电流且被认为是接通的，而断开的开关基本上不能导通电流且被认为是关断的。在运转中，开关125的切换在整流器135处产生脉动电流(pulsating current)。
如所示出的，响应于反馈信号UFB以及响应于峰值输入电压信号UVINPK，控制器155输出驱动信号138以控制开关125的切换。在一个实施方案中，驱动信号138可以是具有逻辑高段和逻辑低段的PWM(脉冲宽度调制)信号，且逻辑高值对应于闭合的开关以及逻辑低对应于断开的开关。在另一实施方案中，驱动信号可包括基本固定长度的逻辑高(或ON)脉冲，并且通过在固定时间段中改变ON脉冲的数目来调整。
在运转中，驱动信号138可具有各种驱动信号运转条件，例如开关接通时间tON(通常对应于驱动信号138的逻辑高值)、开关关断时间tOFF(通常对应于驱动信号138的逻辑低值)、开关频率fs或者占空比。如上面所提及的，负载110是恒定负载。因而，在运转期间，控制器155可利用反馈信号UFB和峰值输入电压信号UVINPK来调整输出电流IOUT。例如，峰值输入电压信号UVINPK的减小可对应于较低的交流输入电压VIN。因而，控制器155可增大驱动信号138的占空比，以响应于所述峰值输入电压信号UVINPK的减小来保持恒定的输出电流IOUT。然而，如上面所讨论的，当使用调光器电路时，峰值输入电压信号UVINPK还可能顺便减小。例如，图2C示出了用于改变相位角Θ(即，θ)的整流电压108的一种示例性整流电压波形。已整流电压波形的头两个半线路循环对应于零度的相位角，或者换句话说，不期望任何调光。对于所述头两个半线路循环，峰值输入电压检测器170所感测到的峰值电压基本上等于峰值电压VPK。
图2C的下两个半线路循环对应于60度(即，Θ1＝60度)的相位角。在该实施例中，又一次，峰值输入电压检测器170所感测到的已整流电压VRECT的峰值基本上等于峰值电压VPK，所述峰值电压VPK表示输入电压VIN的峰值的幅度。尽管控制器155部分基于由峰值输入电压信号UVINPK所指示的峰值电压VPK来调整输出电流IOUT，交流输入电压VIN的一部分通过调光器电路105移除。例如，图2C中示出的波形示出了波形的非阻挡部分210和阻挡部分205，其中阻挡部分205的量对应于60度的相位角。因而，由于从初级绕组175至次级绕组180的功率传递的减小，减小了输出电压VOUT 114和输出电流IOUT112。尽管图2C示出了Θ1＝60度，但是应意识到，对于等于或小于90度的相位角，由峰值输入电压检测器所感测到的已整流电压VRECT的峰值的幅度基本上等于输入电压VIN的对应峰值的幅度。
图2C的最后两个半线路循环对应于120度(即，Θ2＝120度)的相位角。在该实施例中，图2C中示出的波形示出了波形的非阻挡部分220和阻挡部分215，其中阻挡部分215的量对应于120度的相位角。在这种情况下，由峰值输入电压检测器170所检测到的峰值输入电压基本上等于峰值电压V’PK，并且小于峰值电压VPK的幅度，峰值电压VPK将基本上等于输入电压VIN的峰值。尽管图2C示出了Θ2＝120度，但是应意识到，对于大于90度的相位角，由峰值输入电压检测器170所感测到的已整流电压VRECT的峰值小于由峰值电压VPK所表示的输入电压VIN的峰值的幅度。如上面所讨论的，感测较低的电压(即，峰值电压V’PK)将导致控制器155增大功率传递，从而试图保持已整流的输出电流IOUT 112。这与对恒定负载(例如，LED阵列)的自然调光的期望相反。因此，功率转换器100包括补偿电路160和加法器165，以调节峰值输入电压信号UVINPK，使得随着调光需求的增大(即，Θ的增大)，减小(例如，调节)传输至负载110的输出电流IOUT，从而允许输出处的“自然调光”。
在一个实施方案中，补偿电路160被连接至加法器165，从而当相位角超出相位角阈值时，调节峰值输入电压信号UVINPK。例如，返回参考图2C，相位角阈值可等于90度，使得当相位角Θ大于90度时，补偿电路160调节峰值输入电压信号UVINPK。进一步对于该实施例，当相位角Θ等于或小于90度时，补偿电路160不调节峰值输入电压信号UVINPK。
如上面所讨论的，补偿电路160接收表示输出电压VOUT的反馈信号UFB。因而，由于调光器控制输入104所指示的对调光的需求的增大，导致更大的交流输入电压VIN被阻挡，从而造成的输出电压VOUT被减小，反馈信号UFB还将被减小。在一个实施方案中，补偿电路160包括表示相位角电压阈值，所述相位角电压阈值表示用于确定何时生成补偿信号UCOMP的相位角阈值。具体地，相位角阈值表示相位角，在该相位角处补偿信号UCOMP可辅助减小传输至功率转换器的输出的功率。相位角电压阈值表示符合具体相位角阈值的输出电压。当表示输出电压VOUT的反馈信号UFB小于相位角电压阈值时，补偿电路160生成补偿信号UCOMP。然后加法器165将补偿信号UCOMP添加至峰值输入电压信号UVIN，以向控制器155提供已补偿的输入电压信号UCVINPK。在一个实施方案中，当相位角Θ大于90°时，已补偿的峰值输入电压信号UCVINPK表示峰值输入电压VIN的峰值电压VPK，尽管峰值输入电压信号UVINPK指示表示小于峰值电压VPK的峰值电压V’PK的感测电压。当控制器155接收已补偿的峰值输入电压信号UCVINPK时，控制器155可以不试图增大输出功率，以保持输出电流IOUT。因而，由于从初级绕组175至次级绕组180的功率传递的减小，允许输出电流IOUT自然减少。在一个实施例中，补偿电路160所使用的相位角电压阈值表示对应于90度的相位角的调光器控制输入104。因而，在该实施例中，仅在相位角大于90度时从补偿电路160输出补偿信号UCOMP。
如上面所讨论的，恒定负载110可以是在功率转换器的运转期间不改变的基本上恒定的负载。因此，图3A示出了LED阵列305，其是图1的恒定负载110的一种可能的实施方式。如所示出的，LED阵列305包括N个LED(即，LED 1至LED N)。如进一步所示，图3B是一个示意图，示出了包括在图3A的LED阵列305中的LED的电路模型。LED 301、302、303和304分别是图3A的LED 1、2、3和N的“理想”电路模型。也就是说，LED 1可由理想LED 301表示，所述理想LED 301包括二极管D1、阈值电压VD1和串联电阻器RS1。因而，通常当LED 301两端的电压超过阈值电压VD1时，LED 301将导通电流，并且由于串联电阻RS1，通过LED 301的电流将与LED 301两端的电压成比例。图3C是一个图形，示出了图3B的LED的电路模型的输出电流和输出电压之间的关系。如图3C中所示，阈值电压VD1至VDN的总和表示打开这些LED所必需的最小电压VMIN。也就是说，LED阵列305通常不导通电流，直至输出电压VOUT超过最小电压VMIN。此外，图3C中了，对于输出电压VOUT大于最小电压VMIN，输出电流通常与输出电压VOUT成比例。换句话说，随着通过LED阵列305的输出电流IOUT的减小，也发生串联电阻RS1、RS2、...RSN两端的电压中的成比例减小，因而减小了总体输出电压VOUT。因此，根据在此公开的实施方案的控制器可利用输出电压VOUT和输出电流IOUT之间的预定且已知的关系，从而通过感测输出电压VOUT而非直接感测输出电流IOUT来确定输出电流IOUT的变化。换句话说，感测输出电压VOUT可被用于间接感测输出电流IOUT中的变化。这允许补偿信号UCOMP响应于输出电压VOUT而被调节。
图4是根据本发明的一个实施方案的LED阵列305和切换式功率转换器400的一个功能方块图。切换式功率转换器400是图1的功率转换器100的一种可能的实施方式。示出的切换式功率转换器400包括：滤波电容器405、能量传递元件120、输入返回130、整流器135、输出电容器140、输出返回145、电阻器445、输出传感器450、补偿电路460、峰值输入电压检测器470、集成控制电路480、旁路电容器485以及求和节点497。示出的输出传感器450包括辅助绕组425、二极管430和电容器440。示出的补偿电路460包括电阻分压器(即，电阻器455和465)、电阻器490、晶体管475和节点495。示出的峰值输入电压检测器470具有二极管410、电阻器415和电容器420。示出的集成控制电路480包括开关125和控制器155。图4中还示出的是：已整流电压VRECT、输出电压VOUT、输出电流IOUT、反馈电流IFB、峰值输入电压电流IVINPK、补偿电流ICOMP和已补偿的峰值输入电压信号ICVINPK。
如图4中所示，滤波电容器405被连接，以接收已整流电压VRECT。在运转中，滤波电容器405提供对于EMI(电磁干扰)的过滤功能。在一个实施例中，控制器155可执行功率因数校正(PFC)，其中通过开关125的开关电流ISW被控制以随着已整流电压VRECT成比例地改变。举例来说，控制器155可通过控制开关125的切换来执行功率因数校正，以对于半线路循环具有基本上恒定的占空比。这样，滤波电容器405的值可被选择，使得滤波电容器405上的电压具有相对低的电容值。
图4示出了峰值输入电压检测器470被连接，以接收已整流电压VRECT并且生成峰值输入电压电流IVINPK。在一个实施例中，峰值输入电压电流IVINPK是表示已整流电压VRECT的峰值的电流。峰值输入电压检测器470是图1的峰值输入电压检测器170的一种可能的实施方式。如图4中所示，峰值输入电压检测器470包括二极管410、电阻器415和电容器420。在一个实施方案中，二极管410被连接至电容器420，以阻止电容器420通过初级绕组175放电，使得所感测的峰值电压VPKS被保持在电容器420中。
图4中进一步示出的输出传感器450包括辅助绕组425、二极管430和电容器440。输出传感器450是图1的输出传感器150的一种可能的实施方式。如图4中所示，辅助绕组425被磁耦合至次级绕组180。在运转中，当开关125从接通转变为关断时，基本上阻止开关电流ISW流动通过功率开关125，以及存储在输入绕组175中的能量被传递至次级绕组180，允许辅助绕组425两端的电压表示与输出电压VOUT成比例的电压。辅助绕组425两端的电压可与输出电压VOUT成比例，所述比例为辅助绕组425中的线圈数目与次级绕组180中的线圈的数目的比例。因此，输出传感器450可生成表示输出电压VOUT的反馈信号UFB。补偿电路460所接收的反馈信号UFB是电压信号，而功率转换器400包括电阻器445，以将反馈信号UFB转换为反馈电流IFB，所述反馈电流IFB被连接以被集成控制器电路480的控制器155所接收。在一个实施方案中，电阻器445的值被选定，以设置输出电流IOUT的期望值。
补偿电路460被连接，以响应于已整流电压VRECT的阻挡部分的相位角超过相位角阈值而生成补偿电流ICOMP。具体地，补偿电路460可被连接，以响应于反馈信号UFB小于表示相位角阈值的相位角电压阈值而生成补偿电流ICOMP。在示出的实施例中，电阻器455和465的值被选定，以设置相位角电压阈值的值，使得当节点495处的电压降低至足以导通晶体管475时，达到相位角电压阈值。换句话说，当达到相位角电压阈值时，则也达到了相位角阈值。当达到相位角电压阈值时，补偿电流ICOMP流动通过晶体管475。在一个实施方案中，相位角电压阈值表示一个调光器控制输入，该输入对应于将已整流电压VRECT阻挡90度或者阻挡每半循环的一半。如图4中所示，晶体管475可以是PNP晶体管，其被连接以在晶体管的线性区域中运转。也就是说，当反馈信号UFB超过相位角电压阈值以及当晶体管475进入线性区域之间时，通过补偿电路460生成的补偿电流ICOMP基本上与反馈信号UFB成比例。换句话说，在某一范围时，随着反馈信号UFB减小，补偿电路460增大补偿电流ICOMP。
图4中还示出的是求和节点497(其可以是图1中的加法器165的一个实施例)，其被连接以将补偿电流ICOMP 406添加至峰值输入电压信号IVINPK，并且将已补偿的峰值输入电压信号ICVINPK提供至集成控制电路480的控制器155。
在一个实施方案中，电源400和LED阵列305被一起封装在单一装置中，例如LED灯(即，LED灯泡)。包括电源400和LED阵列305的LED灯可被设计，以与传统白炽灯或紧凑的荧光灯泡可互换，以及用作传统白炽灯或紧凑的荧光灯泡的替换。
现在将结合图4和图5来描述电源400的操作。在处理块505中，控制器155响应于反馈信号UFB和峰值输入电压信号IVINPK来调整输出电流IOUT。在处理块505中，没有接收来自调光控制输入104(参看图1)的输入用以对LED阵列305的输出进行调光。因而，补偿电路460未输出补偿电流ICOMP 406，以及已补偿的输入电压信号ICVIN408等于峰值输入电压信号IVINPK。在决定块510中，如果接收到调光控制输入104，则过程500前进至处理块515，在处理块515中，输出传感器450感测输出电压VOUT，以及在处理块520中，输出传感器响应于所感测的输出电压生成反馈信号UFB。在决定块525中，如果反馈信号UFB未在相位角电压阈值以下，则过程500返回至处理块505，并且不生成补偿电流。在一个实施例中，反馈信号UFB达到相位角电压阈值对应于已整流电压VRECT的阻挡部分的相位角超过相位角阈值。
在决定块525中，如果反馈信号UFB在相位角电压阈值以下，则过程500前进至处理块530，补偿电路460生成补偿电流ICOMP。在处理块535中，求和节点497将补偿电流ICOMP添加至峰值输入电压信号IVINPK，以生成已补偿的峰值输入电压信号ICVINPK。接下来，在处理块540中，响应于反馈电流IFB以及响应于已补偿的峰值输入电压信号ICVIN，控制器155计算传输至功率转换器400的输出的功率的量，以允许自然调光。换句话说，当反馈信号降低至相位角电压阈值以下时，将补偿电流ICOMP添加至峰值输入电压信号IVINPK允许输出电流IOUT被调节。
图6是根据本发明的一个实施方案的LED阵列305和切换式功率转换器600的功能方块图。示出的切换式功率转换器600包括：滤波电容器405、能量传递元件120、输入返回130、整流器135、输出电容器140、输出返回145、电阻器445、输出传感器450、补偿电流660、峰值输入电压检测器470、集成控制电路480、旁路电容器485和节点697。示出的补偿电路660包括电阻分压器(即，电阻器655和665)、电阻器690、晶体管675和节点695。图6中还示出的是已整流电压VRECT、输出电压VOUT、输出电流IOUT、反馈电流IFB、峰值输入电压信号IVIN、补偿电流ICOMP和已补偿的反馈电流ICFB。
功率转换器600与图4的功率转换器400的运转方式类似。然而，与将补偿电流ICOMP添加至峰值输入电压信号IVINPK不同，补偿电路660被连接以减去补偿电流ICOMP从而进行补偿。具体地，补偿电路660被连接，从而响应于反馈信号UFB小于相位角电压阈值(即，所达到的相位角阈值)来使补偿电流ICOMP降低。在示出的实施例中，电阻器655和665的值被选定，以设置相位角电压阈值的值，使得当节点695处的电压降低至相位角电压阈值以下时，晶体管675导通。当达到相位角电压阈值时，补偿电流ICOMP流动通过晶体管675。在一个实施方案中，相位角电压阈值表示调光器控制输入，所述调光器控制输入对应于阻挡已整流电压VRECT的每半循环的90度。如图6中所示，晶体管675可以是被连接以操作在晶体管的线性区域的PNP晶体管。也就是说，由补偿电路660所生成的补偿电流ICOMP基本上与反馈信号UFB成比例。此外，随着反馈信号UFB减小，补偿电路660增大补偿电流ICOMP。
图6中还示出的是节点697，其被连接以从反馈电流IFB中减去补偿电流ICOMP，并且将已补偿的反馈电流ICFB提供至集成控制电路480的控制器155。在运转中，当补偿的反馈电流ICFB被降低时，控制器155将更少的功率传输至功率转换器600的输出，从而当相位角阈值大于90度时抵消峰值输入电压电流IVINPK的功率增加的指示。
现在将参考图6和图7来描述功率转换器600的操作。在处理块705中，响应于反馈信号UFB和峰值输入电压电流IVINPK，控制器155调整输出电流IOUT。在处理块705中，没有接收来自调光控制输入104(参看图1)的输入用以对LED阵列305的输出进行调光。从而，补偿电路660不生成补偿电流ICOMP，以及已补偿的反馈电流ICFB是反馈电流IFB。在决定块710中，如果调光控制输入104被接收，过程700前进至处理块715，输出传感器450感测输出电压VOUT并且响应于所感测的输出电压来生成反馈信号UFB(即，处理块720)。在决定块725中，如果反馈信号UFB未低于相位角电压阈值，过程700返回至处理块705，并且不生成补偿电流。
在决定块725中，如果反馈信号UFB低于相位角电压阈值，则过程700前进至处理块730，补偿电路660生成补偿电流ICOMP。在处理块735中，节点697从反馈电流IFB中减去补偿电流ICOMP，以生成已补偿的反馈电流ICFB。接下来，在处理块740中，响应于已补偿的反馈电流ICFB以及响应于峰值输入电压信号IVINPK，控制器155计算传输至功率转换器600的输出的功率的量，并且保持恒定的输出电流IOUT，从而允许自然调光。因而，当返回信号降低至相位角电压阈值以下时从反馈电流IFB中减去补偿电流ICOMP允许响应于调光控制输入104来调整输出电流IOUT。
尽管在此公开的发明已借助于其具体实施方案、实施例和应用被描述，但是在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员仍可做出许多改型和变体。

Claims (29)

1.一种功率转换器，包括：
一个能量传递元件，其被连接以接收具有非阻挡部分和阻挡部分的已整流电压，其中所述阻挡部分的量对应于相位角；
一个开关，其被连接至所述能量传递元件；
一个控制器，其被连接以响应于多个信号来控制所述开关的切换，从而调整所述功率转换器的输出电流，其中所述多个信号包括峰值输入电压信号和反馈信号，所述峰值输入电压信号表示所述功率转换器的峰值输入电压，以及所述反馈信号表示所述功率转换器的输出电压；以及
一个补偿电路，其被连接以响应于所述相位角超过相位角阈值来调节所述多个信号中的至少一个。
2.如权利要求1的功率转换器，其中所述控制器被配置以执行所述已整流电压的功率因数校正。
3.如权利要求1的功率转换器，其中所述补偿电路包括表示所述相位角阈值的相位角电压阈值，其中所述补偿电路被连接以响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值来调节所述多个信号中的至少一个。
4.如权利要求3的功率转换器，其中当所述反馈信号小于所述相位角电压阈值时，响应于所述反馈信号，所述补偿电路输出补偿电流，并且其中所述补偿电路被连接，以将所述补偿电流添加至所述峰值输入电压信号。
5.如权利要求3的功率转换器，其中响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值，所述补偿电路输出补偿电流，并且其中所述补偿电流被连接，以从所述反馈信号中减去所述补偿电流。
6.如权利要求5的功率转换器，其中所述补偿电路包括被连接至电阻分压器的晶体管，以及其中当所述反馈信号小于所述相位角电压阈值时，所述补偿电流流动通过所述晶体管。
7.如权利要求3的功率转换器，其中所述补偿电路包括电阻分压器，其被连接以接收所述反馈信号并且设置所述相位角电压阈值。
8.如权利要求3的功率转换器，其中所述相位角阈值是90度。
9.如权利要求1的功率转换器，进一步包括一个输出传感器，其被连接至控制器，其中所述输出传感器包括所述能量传递元件的一个辅助绕组，以生成所述反馈信号。
10.如权利要求1的功率转换器，其中当所述相位角超过所述相位角阈值时，所述补偿电路输出补偿电流，以调节所述多个信号中的至少一个，以及其中，所述补偿电流与所述反馈信号成比例。
11.如权利要求1的功率转换器，其中所述开关和所述控制器被包括在集成控制电路中。
12.如权利要求1的功率转换器，其中所述功率转换器的输出被连接至恒定的LED负载。
13.一种装置，包括：
一个恒定负载；以及
一个功率转换器，其被连接以提供输出电流至所述恒定负载，所述功率转换器包括：
一个能量传递元件，其被连接以接收具有非阻挡部分和阻挡部分的已整流电压，其中所述阻挡部分的量对应于相位角；
一个开关，其被连接至所述能量传递元件；
一个控制器，其被连接以响应于多个信号来控制所述开关的切换，从而调整所述功率转换器的输出电流，其中所述多个信号包括峰值输入电压信号和反馈信号，所述峰值输入电压信号表示所述功率转换器的峰值输入电压，以及所述反馈信号表示所述功率转换器的输出电压；以及
一个补偿电路，其被连接以响应于所述相位角超过相位角阈值来调节所述多个信号中的至少一个。
14.如权利要求13的装置，其中所述控制器被配置以执行所述已整流电压的功率因数校正。
15.如权利要求13的装置，其中所述补偿电路包括表示所述相位角阈值的相位角电压阈值，其中所述补偿电路被连接以响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值来调节所述多个信号中的至少一个。
16.如权利要求15的装置，其中响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值，所述补偿电路输出补偿电流，以及其中所述补偿电路被连接，以将所述补偿电流添加至所述峰值输入电压信号。
17.如权利要求15的装置，其中响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值，所述补偿电路输出补偿电流，以及其中所述补偿电路被连接，以从所述反馈信号减去所述补偿电流。
18.如权利要求15的装置，其中所述补偿电路包括一个电阻分压器，其被连接以接收所述反馈信号以及设置所述相位角电压阈值。
19.如权利要求18的装置，其中所述补偿电路包括一个晶体管，其被连接至所述电阻分压器，以及其中当所述反馈信号小于所述相位角电压阈值时所述补偿电流流动通过所述晶体管。
20.如权利要求13的装置，其中所述功率转换器进一步包括一个输出传感器，其被连接至控制器，其中所述输出传感器包括所述能量传递元件的一个辅助绕组，以生成所述反馈信号。
21.如权利要求13的装置，其中当所述相位角超过所述相位角阈值时，所述补偿电路输出补偿电流，以调节所述多个信号中的至少一个，以及其中，所述补偿电流与所述反馈信号成比例。
22.如权利要求13的装置，其中所述相位角阈值是90度。
23.如权利要求13的装置，其中所述开关和所述控制器被包括在集成控制电路中。
24.如权利要求13的装置，其中所述恒定负载是LED阵列。
25.一种方法，包括：
生成表示功率转换器的输出电压的反馈信号；
接收表示所述功率转换器的峰值输入的峰值输入电压信号；
控制包括在所述功率转换器中的开关的切换，以响应于多个信号来调整输出电流，其中所述多个信号包括所述输入电压信号和所述反馈信号；以及
响应于反馈信号小于相位角电压阈值来调节所述多个信号中的至少一个，以调节所述输出电流。
26.如权利要求25的方法，进一步包括响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值来生成补偿电流，其中调节所述多个信号中的至少一个包括从所述反馈信号中减去所述补偿电流。
27.如权利要求25的方法，进一步包括响应于所述反馈信号小于所述相位角电压阈值来生成补偿电流，其中调节所述多个信号中的至少一个包括将所述补偿电流添加至所述输入电压信号。
28.如权利要求25的方法，其中所述相位角电压阈值表示对应于90度的相位角的调光器控制输入。
29.如权利要求25的方法，进一步包括将所述输出电流提供至所述恒定负载，其中所述恒定负载是LED阵列。
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