CN105323907A - 开关模式电源 - Google Patents

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Abstract

一种开关模式电源，包括：整流电压端子和整流接地端子，用于接收整流相切电压；电源开关和电感单元，串联在所述整流电压端子和所述整流接地端子之间；开关控制器，具有浮置接地端子和调光输入端子，其中所述调光输入端子用于接收指示所需调光级的调光电压信号，所述开关控制器被配置为根据所述调光电压信号控制所述开关，并且所述电感单元连接在所述整流接地端子和所述浮置接地端子之间；以及调光级控制器，被配置为根据所述整流相切电压相对于所述浮置接地端子设置所述调光电压信号。

Description

开关模式电源
技术领域
本公开涉及开关模式电源，并且具体且非排他地，涉及一种用于可调光固态照明(lighting)应用的降压升压(buck-boost)和反激(flyback)转换器。
背景技术
在包括但不限于照明应用的应用领域中，相切调光器得到广泛使用。相位调光器使用开关以断开或切断干线周期(更准确地，半周期)的一部分。
图1a示出了在一个AC周期(通常对于50Hz电源是0.02s，或者对于60Hz电源时0.17s)上相对于时间的前沿相切干线电压信号1。相切角2确定了AC干线电压中损失的能量的量。根据所用开关的类型，可以切断相位的前沿或者后沿甚至切断二者。针对后沿相切调光器，可以沿图1a示出的电压轴镜像波形，而平均电压与前沿相切干线电压信号1的平均电压相同。图1b示出了与相切干线电压信号1对应的整流信号3。一般来说，晶体管或三端双向可控硅(triac)用于切断干线电压信号，并且桥式整流器可用于整流信号。
尽管这种调光控制方法对常规白炽照明有效，但是当相切调光器与不适合处理干线周期“丢失”部分的更节能型照明(例如，紧凑型荧光照明(CFL)、管式照明(TL)或固态照明(SSL))一起使用时，将引起问题。通常由包括操作在比50Hz或60Hz干线周期高得多的频率(通常是几kHz到几MHz)下的开关的开关模式电源控制这类节能型照明。
针对与这类照明兼容的相切调光器，需要对相切电源进行处理以便可用于照明电路。然而，重要的是在该处理中，要将包括在相切信号中的与期望调光级有关的信息恢复为调光控制级信号。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种开关模式电源，包括：
整流电压端子和整流接地端子，用于接收整流相切电压；
电源开关和电感单元，串联在所述整流电压端子和所述整流接地端子之间；
开关控制器，具有浮置接地端子和调光输入端子，其中所述调光输入端子用于接收指示所需调光级的调光电压信号，所述开关控制器被配置为根据所述调光电压信号控制所述开关，并且所述电感单元连接在所述整流接地端子和所述浮置接地端子之间；以及
调光级控制器，被配置为根据所述整流相切电压相对于所述浮置接地端子设置所述调光电压信号。
可参考浮置地提供所述调光电压信号。调光级控制器可被配置为将所述调光电压信号设置为在相切整流电压的一个或多个半周期内所述整流相切电压相对于所述浮置接地端子的平均值。
所述开关模式电源还可包括具有第一分压电阻器和第二分压电阻器的分压器。所述分压器可串联在所述整流相切电压端子和所述浮置接地端子之间。所述调光电压信号可在所述第一分压电阻器和所述第二分压电阻器之间的节点处可用。所述开关模式电源还可包括串联在所述整流相切电压端子和所述浮置接地端子之间的齐纳二极管和平均电容器。所述平均电容器具有第一极板和第二极板。所述第二极板可连接到所述浮置接地端子。所述第一极板可经由所述第一分压电路连接到所述齐纳二极管。所述第一极板和连接到所述第一分压电阻器。所述第一分压电阻器可串联地设置在所述齐纳二极管和所述平均电容器之间。所述第二分压电阻器可与所述平均电容器并联。所述第一极板可被配置为提供调光电压信号。
所述开关模式电源还可包括具有第一极板和第二极板的偏置电容器。所述偏置电容器的第一极板可连接到所述齐纳二极管和所述第一分压电阻器之间的结点。所述偏置电容器的第二极板可连接到所述整流接地端子。
所述平均调光电压信号可以是：
其中 α = sin - 1 ( V Z + 2 · V D + V ESR 2 · V mains ) ) , 表示调光相切角，Vmains+是输入端子处的均方根线路电压，VD是桥式整流器的电压降，VZ是齐纳关态(stand-off)电压，并且VESR是所述电感单元上的电压降。
所述开关模式电源可包括连接在所述调光输入端子和参考电压之间的附加电阻，以便提供对所述调光电压信号的固定偏置。
所述开关模式电源可包括连接在所述电源开关和所述整流电压端子之间的滤波电路。所述开关模式电源可包括连接在所述整流电压端子和所述整流接地端子之间的滤波电路。所述滤波电路可被配置为阻止来自所述开关模式电源的电磁噪声被增加到或干扰在所述整流电压端子和所述整流节点端子处的相切整流电压。
所述电感单元可具有比0.5、1、2、5、10、20或50欧姆之一小的电阻。所述电阻可以在0.1至20欧姆的范围内。
所述开关模式电源可包括降压升压(buck-boost)转换器。
所述开关模式电源可包括反激转换器。所述电感单元可以是所述反激转换器的变压器的绕组。所述电感单元可以是所述变压器的初级绕组。
所述调光级控制器和所述开关控制器可被设置在单个封装中。所述电源开关也可设置在该单个封装中。
可提供一种计算机程序，当其运行在计算机上时使计算机配置包括电路、控制器、开关模式电源或本文公开的任何设备的任何装置或者执行本文公开的任何方法。计算机程序可以是软件实现，并且作为限制性示例，计算机可被认为是包括数字信号处理器、微控制器以及只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器或电可擦除可编程只读存储器中的实现的任何合适的硬件。软件可以汇编程序。
计算机程序可提供在计算机可读介质上，所述计算机可读介质可以是物理计算机可读介质，例如盘或者存储设备，或者可实现为瞬态信号。这种瞬态信号可以是包括互联网下载的网络下载。
根据本发明的更多方面，提供了一种包括本文公开的任意开关模式电源(SMPS)的固态照明单元。
附图说明
通过示例方式，现将参考附图描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1a示出了相切干线电压信号；
图1b示出了整流相切干线电压信号；
图2示出了低侧(lowside)降压升压调光转换器的简化示意图；
图3示出了高侧(highside)降压升压调光转换器的一部分的简化示意图；
图4示出了与图3类似的高侧降压升压调光转换器的简化示意图；
图5示出了来自图4电路的信号概况；
图6示出了与图3类似的高侧降压升压调光转换器的另一个示意图；
图7示出了通过图6的降压升压调光转换器设置的相对于相切角的调光控制电压曲线。
具体实施方式
固态光源是用以替代白炽灯光源的越来越常见选择。相比相应的白炽灯光源，各种固态光源的能耗要低得多，这也是这种替代的主要促进因素。然而，在广泛的应用中，实现方案的成本仍然是要最小化或降低的重要因素。
为易于实现及成本考虑，很多可调光固态照明应用的电源与低侧驱动开关转换器有关。在反激或降压升压开关模式电源(SMPS)中，根据相切整流干线信号(例如参考图1b所讨论的)，调节电源开关的占空因子和开关频率，可以控制SMPS的电力输出。
图2示出了低侧降压升压调光转换器SMPS5的简化示意图。SMPS5包括电感器L_bb、电源开关M1、开关控制器6和调光级控制器7。SMPS5被配置为在SMPS5的干线输入端子8接收相切干线电压。通过整流器9，将相切干线电压转换为相切整流电压VRECT。
在这个示例中，在SMPS5的干线输入端子8之间设置电压浪涌保护设备，例如RMOV(金属氧化物压敏电阻)瞬态电压抑制器。此外，在干线输入端子8和整流器9之间连接保险丝。
整流器9是具有桥配置的四个二极管D1至D4的桥式整流器。二极管D1至D4的桥配置连接在i)干线输入端子8和ii)整流电压端子10和整流接地端子12之间。通过整流器9，相对于整流接地端子12的整流地，在整流电压端子10处提供相切整流电压VRECT。
在这个示例中，通过金属氧化物半导体场效应晶体管设置电源开关M1。电源开关M1的导电通道与电感器L_bb串联。电源开关M1和电感器L_bb的串联布置连接在整流电压端子10和整流接地端子12之间。由于低侧驱动SMPS5，电感器L_bb连接在整流电压端子10和电源开关M1的导电通道之间。即，从电位上说，电源开关M1比电感器更低(更接近整流地)。
电感器L_bb是降压升压回路的一部分。降压升压回路还包括降压升压二极管Dfast和输出单元14。输出单元14表示SMPS5的负载并包括并联设置的缓冲电容器Cbuf和LED串D6和D7。降压升压二极管Dfast和输出单元14彼此串联并共同与电感器L_bb并联。
开关控制器6可通过可调光SMPS开关控制器设置，例如SSL2101，参见产品数据说明，NXPB.V.“DimmableGreenChipdriverforLEDlighting”，Rev.4.1，2011年12月5日，在线访问“http://www.nxp.com/documents/data_sheet/SSL2101.pdf”)。在这个示例中，开关控制器6具有六个端子，包括：
1)集成电路(IC)接地端子GND，与整流接地端子12相连；
2)电流感测端子SEN，经由感测电阻Rsns与整流接地端子12相连；
3)IC电压端子Vcc，从整流电压端子10接收用于集成电路的供电电压；
4)控制端子GT，向电源开关M1的栅极提供控制信号；
5)调光输入端子DIM(与SSL2101的亮度引脚有关)，接收指
示所需调光级的调光电压；以及
6)边界导电模式检测端子(未示出)，从电感器L_bb接收信号，用于使控制器确定电感器L_bb中的能量何时到达零。边界导电模式检测端子与电源开关M1的漏极相连。
为符合辐射规定，在IC电压端子Vcc和整流电压端子10之间设置附加滤波电路16。滤波电路16被配置为阻止来自SMPS5的电磁干扰回到干线电源。调节电路16包括与调节电感器Lf串联的可选调节二极管D5。IC电压端子Vcc与滤波电感器Lf相连。调节二极管D5和调节电感器Lf的第一端子之间的结点经由第一调节电容器CF1与整流接地端子12相连。第二调节电容器CF2连接在调节电感器Lf的第二端子和整流电压端子12之间。可以理解，图2中示出的电路是一个简化示例，可以在滤波电路16中附加或替换地提供其他组件，以操作开关控制器6。
开关控制器6用作开关切换单元，其被配置为使电源开关M1在断开状态和接通状态之间切换以从干线输入端子8向输出单元14传输能量。开关切换单元定义包括主冲程(primarystroke)和次冲程(secondarystroke)的切换周期。主冲程期间，电源开关M1接通并在电感器L_bb中存储能量。次冲程期间，电源开关M1断开并且将存储在电感器L_bb中的能量传输到输出单元14。开关控制6被配置为，根据调光电压信号控制电源开关M1，以根据所需调光级提供输出电流。
SMPS5的调光级控制器7被配置为，根据整流相切电压，相对于整流接地端子设置调光电压信号。通过图2中截取部分所示出的电路，提供示例性调光级控制器7。
调光级控制器7包括齐纳Zener二极管Dz和串联在整流电压端子10和整流接地端子12之间的分压器。分压器具有第一分压电阻器Rdiv1和第二分压电阻器Rdiv2。第一分压电阻器Rdiv1设置在齐纳二极管Dz和第二分压电阻器Rdiv2之间。平均电容器Cavg与第二分压电阻器Rdiv2并联。调光电压信号在第一分压电阻器Rdiv1和第二分压电阻器Rdiv2的结点/节点处可用。可以认为，通过与第一分压电阻器Rdiv1和第二分压电阻器Rdiv2之间的节点相连的平均电容器Cavg的第一极板来提供调光电压信号。平均电容器Cavg的第二极板与整流接地端子12相连。平均电容器Cavg对相对于整流地的相切整流电压VRECT求平均。
由于在使用中布置为以便反向偏置，通过齐纳二极管Dz从相切整流电压VRECT减去一个电压。以较小干线电压相切角提供较低调光电压信号，可以以较小调光导电角提供较低光输出，因此固态照明单元可更好地模仿白炽灯泡的性质。
控制器6的调光输入端子DIM的最大电压可以小于5V。分压器进一步用于减小相切整流电压并使相切整流电压与开关控制器6的调光输入端子DIM的额定电压相适配。
可以认为由调光级控制器7提供平均电路，这是因为调光级控制器7被配置为将调光电压信号设置为在相切整流电压的一个或多个半周期内相对于整流地的整流相切电压VRECT的比例平均。平均级与图1b示出曲线的积分有关。
在SMPS5中，LED串D6和D7参考整流电压信号(正输出)。开关控制器和调光级控制器7参考整流地。因此，SMPS5提供了一种根据整流干线电压VRECT以及调光级控制器7和开关控制6之间的简单相互作用来导出调光电压信号的简单方法。
为提供干线输入电压的正确平均，调光级控制器7参考整流地。针对低侧开关SMPS5，开关控制器6的接地端子参考相同地(整流地)，因此，开关控制器6和调光级控制器7直接相互作用；开光控制器6和调光级控制器7的接地端子可以直接连接在一起。
然而，低侧驱动器的设计存在一些缺点，如下所列：
1.开关转换器可能需要附加组件以提供过电压保护电路，用于当LED串D6和D7因一些原因(例如，焊点故障)形成开路时保护缓冲电容Cbuf不受损坏(例如，爆炸)。可能需要提供辅助绕组以使开关控制器6能够感测到电压条件并暂停切换。这种附加绕组增加了电感单元的成本。
2.可能需要相对复杂的电路以精确调整LED输出电流，这是因为在低侧驱动器5中，不得不根据最大电感器电流和包括对开关非理想行为(例如开关延时)的补偿的开关时间比来确定输出电流。
3.LED串的散热片附近的安全隔离必须是与整流地耦合的AC。在低侧驱动系统中，通过在安全隔离和整流地之间设置的电容器(这意味着系统要求附加组件)来实现耦合。
图3示出了高侧降压升压调光转换器(SMPS)30的一部分的示意图。SMPS30可用于提供例如固态照明单元。高侧驱动SMPS30可解决图2的低侧SMPS所遇到的上述问题的至少一部分。以下将结合图4和5中具体(简化)实现和图6和7中另一个具体实现进一步讨论图3的SMPS30的功能。
SMPS30具有开关控制器6’、调光级控制器7’、电源开关M1和电感器L_bb。电感器L_bb是电感单元的一个示例。调光级控制器和开关控制器可设置在单个封装中。电源开关也可设置在该单个封装中。
SMPS30还具有用于接收相切整流电压信号VRECT的整流电压端子10和用于接收整流接地信号GNDRECT的整流接地端子12。除了整流接地端子12，高侧实现的开关控制器6’还需要分离的浮置接地端子13，以使开关控制器6’驱动电源开关M1。需要两个分离接地端子使附加电路复杂性增大一个级别。然而，图3的SMPS30中的组件布置使开关控制器6’能够直接测量主冲程和次冲程上实际电感电流，还能够直接感测与次冲程中电感器L_bb两端的电压相等的转换器输出电压。电阻分压器用于将电感器L_bb上的电压幅值(例如，20V至200V)缩放至开关控制器6’能够处理的电平(通常是几伏)。这种拓扑结构可免除对于附加电平移位电路(例如，包括电流镜像、光电耦合或变压器)的需要。以下结合图4的具体示例，提供这种SMPS30的操作的更多细节。
电源开关M1和电感器L_bb串联在整流电压端子10和整流接地端子12之间。电源开关M1和电感器L_bb不必直接彼此相连。电源开关M1在高侧，即，在电感器L_bb和电压端子10之间。电源开关M1也不必直接连接到电压端子10。例如，在电源开关M1和电压端子10之间可以设置滤波电路，以防止高频电流同过输入端子并因此引起电磁干扰。类似地，电感器L_bb不必直接连接到整流接地端子12。
开关控制器6’具有多个端子，包括：
浮置接地端子GND，用于连接到SMPS30的浮置接地端子13；
调光输入端子DIM，用于接收指示所需调光级的调光电压信号；以及
栅极端子GATE，用于根据调光电压信号控制电源开关M1。
调光级控制器7’也具有多个端子，包括：
整流电压端子RECT，用于从SMPS30的整流电压端子10接收整流相切电压信号VRECT；
浮置接地端子GND，用于连接到SMPS30的浮置接地端子13；以及
调光输出端子DIM。
可以将调光级控制器7’看作高侧调光相位角检测电路。调光级控制器7’被配置为，相对于浮置接地端子13处的浮置地，根据整流相切电压设置调光输出端子DIM处的调光电压信号，并且可以按照与参考图2描述的调光级控制器相似的方式来操作。调光级控制器7’的调光输出端子DIM与开关控制器6’的调光输入端子DIM相连，因此，调光级控制器7’被配置为向开关控制器6’的调光输入端子DIM提供调光电压信号。
电感器L_bb连接在整流接地端子12和浮置接地端子13之间。因此，电源开关M1处于比电感器L_bb更高的电位。理想电感器没有电阻。实际电感器具有例如0.1至20欧姆的电阻。在实际设计中，这意味着根据调光级、LED电流幅值和所用电感器类型，在浮置地和整流器地之间存在10mV至数V的电压降。与开关控制器6的调光控制输入的电压范围(例如，0.3至2V)相比，该电压较大，但与整流干线电压的幅值(例如，30至200V)相比则较小。因此，发明人已认识到，通过形成参考浮置地的整流干线的分压，可得到适当的调光控制信号：电感器两端的平均电压降有效地与整流输入电压串联，因此，对分压信号的平均值影响很小。这可以有利地以相对少且成本高效的组件实现SMPS30。此外，可以因此不需要附加的电平移位电路。
以下参考图4至7进一步讨论高侧SMPS配置的连接和操作。这种SMPS可提供易于实现且成本高效的高侧AC相切可调光固态光电流源。
图4示出了高侧降压升压调光转换器的简化示意图。除了以下将描述的涉及DET引脚和SEN引脚的两个特征以外，开关控制器6’本身可通过与图2的低侧转换器的开关控制器的相同电路提供，并且除了开关控制器6’的连接以外，电路布置与图2相似。开关控制器6’的布置与参考图3描述的布置相似。因此，这些组件将不必在此再次描述。
开关控制器6’的IC接地端子GND连接到浮置接地端子13，这跟图2的低侧转换器中连接到整流接地端子12不同。
在这个示例中，与IC接地端子GND分离地设置边界导电模式检测端子DET。边界导电模式检测是指感测电感器两端的电压。
在这个示例中，降压升压回路包括感测电阻器Rsns。感测电阻器Rsns串联在降压升压二极管Dfast和电感器L_bb之间。开关控制器6’的感测端子SEN连接到感测电阻Rsns和降压升压二极管Dfast之间结点/节点。电感器L_bb连接在整流接地端子12和浮置接地端子13之间。通过仅在次冲程期间测量Rsns两端的平均电压，开关控制器可以容易地确定流过负载的实际电流，并调整开关的接通时间(on-time)，以使输出电流与提供给调光输入端子DIM的电压相匹配。
LED串D14、D15串联在降压升压二极管Dfast和整流接地端子12之间。在这个示例中，LEDD14、D15的阳极板可直接连接到LED串D14、D15的散热片的安全隔离，以便将隔离与整流地相连。因为LED串D14、D15的阳极参考整流地，在高侧拓扑结构中可以无需用于提供低侧驱动电路中的连接的附加电容器。
电源开关M1和电感器L_bb与整流电压端子10和整流接地端子12之间的感测电阻器Rsns串联。在该电路拓扑结构中，次冲程期间，开关控制器6’可以直接感测BCM检测端子DET处的转换器输出电压，并且如果该值变得过高，则采取动作。可以由开关控制器6’内检测因高侧驱动拓扑结构引起的去磁的相同电路来提供过电压保护，这在具有低侧驱动拓扑结构的电路中是不可能的，在具有低侧驱动拓扑结构的电路中需要使用辅助绕组来实现过电压条件的感测。
调光级控制器7’的内部布置(图4中截取部分所示)与图2相似。然而，在高侧降压升压开关拓扑结构中，降压升压电感器连接在整流地GNDRECT和浮置地GNDFLOAT之间。利用电感器L_bb两端的平均电压(最大值为数伏)与整流输入信号的幅值相比较小的性质，通过对相对于浮置地的整流电压进行分压和滤波，可以得到仅稍微受到电感器两端的平均电压影响的调光控制信号。可以看出，通过利用电感器这一性质，可以以成本高效的方式解决了电路需要两个参考地这一最初看起来不方便的高侧驱动器属性。因此，调光级控制器7’可将浮置地GNDFLOAT，而非整流地GNDRECT作为其参考。
在主冲程中，开关控制器6’接通电源开关M1，使得电感器L_bb中电流在预定接通时间期间(主冲程期间)上升。在接通时间过后，断开电源开关M1，并释放存储在电感器L_bb中的磁能。开关控制器6’利用BCM监测端子DET处的信号检测次冲程的末端。
在次冲程期间，开关控制器6’通过感测感测电阻器Rsns两端的电压来确定传递至LED串的电流。开关控制器6’将感测电压与在调光输入端子DIM处接收的调光电压信号比较，并且调节电源开关M1在下一个周期的接通时间，使得传递电流与对应于调光电压信号的期望等级相匹配。
图5示出了图4电路在两个高频开关周期54和56期间的信号概况，包括作为时间的函数的电感器两端的电压50和流过电感器的电流52。
电感器两端的电压50在每一个开关周期54和56的主冲程58具有固定正值，并且在每一个开关周期54和56的次冲程60具有固定负值。对于理想电感器，整个开关周期54和56上的时间平均电压为0V。
所示电感器电流52是操作在边界导电模式中的SMPS的特征；电感器中的电流在主冲程期间线性地从零增加到最大值I_ind，并在次冲程期间从最大值I_ind下降至0A。一旦电流52在前一个开关周期54的次冲程60结束时下降到零，下一个开关周期56开始。
电感器电流52在主冲程58和次冲程60为正，因此，在电感器具有串联电阻(ESR)的非理想情形中，平均电感器电流将引起降压升压电感器两端的偏置电压62。偏置电压62的大小与电感器电流52成正比例。在图4的示例中，由于用于得到平均调光电压信号的分压器参考IC地(浮置地)，从整流电压信号中减去任意ESR偏置电压。ESR两端的电压电平与二极管电压具有相同幅值量级，因此与可以是几百伏特量级的整流电压信号相比非常小。由于调光级控制器的特征在于以开关控制器的地作为参考的分压器(例如，分压因子可以是1/100)，因此，可以忽略图2中调光级控制器的调光电压信号输出和图4中调光级控制器的调光电压信号输出之间的电压差，并且在一些应用中，认为该电压差可接受。
图6示出了与图4类似的高侧降压升压调光转换器(SMPS)34的另一个示意图。以下将不再讨论图4和图6电路之间相似的大多数部件。
SMPS34中提供了与参考图2描述的滤波电路相似的滤波电路16。第二调节电容器CF2连接在调节电感器Lf的第二端子和整流接地端子12之间。设置附加调节电路组件17以使IC电压端子Vcc连接到整流电压端子10。在IC电压端子Vcc和调节电感器Lf的第二端子之间提供串联的电源电阻器R2和R4。针对230V干线，两个电源电阻器R2和R4用于处理高干线电压。在IC电压端子Vcc和浮置接地端子13之间提供缓冲电容器C3。
除了关于图4的控制器所讨论的端子，开关控制器6”还具有开关端子SW，但没有栅极端子。电源开关M1具有与整流电压端子10相连的漏极和与开关端子SW相连的源极。感测电阻器Rsns和电感器L_bb串联地设置在整流接地端子12和开关控制器6”的感测端子SEN之间。因此，经由开关控制器6”内的第二开关器件，与电感器L_bb串联地提供电源开关M1的导电通道(在其源极和漏极之间)。
在这个示例中，开关控制器6”不驱动电源开关M1的栅极，开关控制器6”使用所谓“源极开关”，在“源极开关”中，电源开关M1的栅极连接到固定电压并且第二开关器件串联地设置在电源开关M1的源极和感测电阻器Rsns之间。第二开关器件驻留在开关控制器6”内，并接收与图2和4的示例中的栅极信号非常相似的栅极信号。M1中的电流仅当第二开关导通时才流动。源极开关拓扑结构的优点在于，可以显著降低开关控制器的电流消耗(例如，以10为因子)。电流消耗降低的原因在于，当开关接通(turnon)时，从缓冲电容器C3提供电源开关M1需要用来启动导通的栅极电荷，当断开(turnoff)时，电荷回到缓冲电容器C3。需要注意的是，在图2的开关拓扑结构中，每当断开时，栅极电荷丢失到地。图6的开关控制器6”仍然需要提供使第二开关接通的栅极电荷，但是由于开关控制器6”包括低电压开关，所需能量的量可以是更低量级的幅度。
调光级控制器7”包括串联在整流电压端子10和整流接地端子12之间的齐纳二极管ZD和分压器。分压器具有第一分压电阻器Rdiv1和第二分压电阻器Rdiv2。第一分压电阻器Rdiv1设置在齐纳二极管ZD和第二分压电阻器Rdiv2之间。通过齐纳二极管ZD，从相切整流电压VRECT减去一个电压。
在这个示例中，调光电压信号VDIM的最大值被设为2V。分压器还减小相切整流电压并使相切整流电压与开关控制器6”的调光输入端子DIM的额定电压相适配。
平均电容器Cavg与第二分压电阻器Rdiv2并联。平均电容器Cavg的第一极板连接到第一分压电阻器Rdiv1和第二分压电阻器Rdiv2之间的节点。相对于浮置接地端子13，在平均电容器Cavg的第一极板处提供调光电压信号VDIM，作为平均电容器Cavg和第二分压电阻器Rdiv2的并联布置两端的电压。
调光电压信号VDIM上的平均电压为：
其中 α = sin - 1 ( V Z + 2 · V D + V ESR 2 · V mains ) ) ,
表示调光相切角，
Vmains是输入端子8处的均方根线路电压，
VD是桥式整流器9的电压降，
VZ是齐纳关态电压，并且
VESR是升压降压电感器的ESR上的电压降：
VESR＝Iavg(LED)·ESRL_bb。
在这个示例中，调光级控制器7”还包括偏置电容器Cbias。偏置电容器Cbias具有第一极板和第二极板。偏置电容器Cbias的第一极板连接到分压器(更具体是第一分压电阻器Rdiv1)和齐纳二极管ZD之间的节点，第二极板连接到整流接地端子12。
偏置电容器Cbias的作用是，在齐纳二极管ZD中产生连续正向电流，因此能够提供恒定的齐纳电压降。此外，偏置电容器Cbias可阻止干线的较低频整流电压，因此可以最小化来自齐纳二极管ZD的附加损耗。
附加补偿端子COM(例如，与NXP集成电路编号SSL2101的RC引脚有关)通过滤波电容器C8连接到浮置接地端子13，以稳定反馈回路。开关控制器6”的BCM检测端子DET经由第一检测电阻器R5连接到电感器L_bb，并通过第二检测电阻器R3、R11连接到整流地。
作为另一种选择，附加电阻器(未示出)可以连接在开关控制器6”的调光输入端子DIM和参考电压源VREF(未示出)之间，以便为调光电压信号提供固定偏置。可以提供相对于浮置地GNDFLOAT的参考电压VREF。固定偏置可增加来自低调光导通角的调光器的电流消耗，这样可以提高调光器的稳定性。固定偏置可产生最低调光级，以便在最低调光设置处修剪(clip)调光电压信号。
图7示出了相对于相切角的调光电压信号曲线70，可通过图6的降压升压调光转换器来设置相切角。调光电压信号曲线70与图6电路的以下操作条件有关：120V的AC干线，Rdiv1＝24k，Rdiv2＝820k，VZ＝33V，VD＝0.56V，VESR＝0(ESR～0欧姆，VESR＜＜Vmains)。调光引脚上，前35度的相切电压大于2V。这对下至额定干线电压20％的线路电压波动进行补偿，并允许它们作为电压调光信号通过。
将要理解的是，作为降压升压转换器的替代，本文公开的装置可涉及一种反激转换器。例如，本公开还涉及一种反激转换器，包括：
整流电压端子和整流接地端子，用于接收整流相切电压；
具有初级绕组的变压器；
电源开关，在所述整流电压端子和所述整流接地端子之间与所述初级绕组串联；
开关控制器，具有浮置接地端子和调光输入端子，其中所述调光输入端子用于接收指示所需调光级的调光电压信号，所述开关控制器被配置为根据所述调光电压信号控制所述开关，并且所述初级绕组连接在所述整流接地端子和所述浮置接地端子之间；以及
调光级控制器，被配置为相对于所述浮置接地端子，根据所述整流相切电压设置所述调光电压信号。
可以理解，本文所描述和示出的耦合或连接的任何组件可以直接或间接地耦合或连接。即，一个或多个组件可位于在称为耦合或连接的两个组件之间，同时仍能够实现所需要实现的功能。

Claims (15)

1.一种开关模式电源，包括：
整流电压端子和整流接地端子，用于接收整流相切电压；
电源开关和电感单元，串联在所述整流电压端子和所述整流接地端子之间；
开关控制器，具有浮置接地端子和调光输入端子，其中所述调光输入端子用于接收指示所需调光级的调光电压信号，所述开关控制器被配置为根据所述调光电压信号控制所述开关，并且所述电感单元连接在所述整流接地端子和所述浮置接地端子之间；以及
调光级控制器，被配置为根据所述整流相切电压，相对于所述浮置接地端子设置所述调光电压信号。
2.根据权利要求1所述的开关模式电源，其中参考浮置地来提供所述调光电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的开光模式电源，其中所述调光级控制器被配置为将所述调光电压信号设置为在整流相切电压的一个或多个半周期内，相对于所述浮置接地端子的所述整流相切电压的一部分的平均值。
4.根据权利要求3所述的开关模式电源，还包括具有第一分压电阻器和第二分压电阻器的分压器，其中所述分压器串联在所述整流相切电压端子和所述浮置接地端子之间，并且所述调光电压信号在所述第一分压电阻器和所述第二分压电阻器之间的节点处可用。
5.根据权利要求4所述的开关模式电源，还包括串联在所述整流相切电压端子和所述浮置接地端子之间的齐纳二极管和平均电容器，所述平均电容器具有第一极板和第二极板，其中所述第二极板连接到所述浮置接地端子，所述第一极板连接到所述第一分压电阻器，所述第一分压电阻器串联地设置在所述齐纳二极管和所述平均电容器之间，并且所述第二分压电阻器与所述平均电容器并联。
6.根据权利要求4或5所述的开关模式电源，还包括具有第一极板和第二极板的偏置电容器，所述偏置电容器的第一极板连接到所述齐纳二极管和所述第一分压电阻器之间的结点，并且所述偏置电容器的第二极板连接到所述整流接地端子。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的开关模式电源，其中所述平均调光电压信号是：
其中 α = sin - 1 ( V Z + 2 · V D + V ESR 2 · V mains ) ) , 表示调光相切角，Vmains是输入端子处的均方根线路电压，VD是桥式整流器的电压降，VZ是齐纳关态电压，并且VESR是所述电感单元上的电压降。
8.根据前述任一项权利要求所述的开关模式电源，包括：连接在所述调光输入端子和参考电压之间的附加电阻器，以便向所述调光电压信号提供固定偏移。
9.根据前述任一项权利要求所述的开关模式电源，包括：连接在所述电源开关和所述整流电压端子之间，或者所述整流电压端子和所述整流接地端子之间的滤波电路。
10.根据前述任一项权利要求所述的开关模式电源，其中所述电感单元具有0.1欧姆至20欧姆之间的电阻。
11.根据前述任一项权利要求所述的开关模式电源，包括降压升压转换器。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的开关模式电源，包括反激转换器，其中所述电感单元是所述反激转换器的变压器的初级绕组。
13.根据前述任一项权利要求所述的开关模式电源，其中所述调光级控制器和所述开关控制器被设置在单个封装中。
14.根据权利要求13所述的开关模式电源，其中所述电源开关也设置在所述单个封装中。
15.一种固态照明单元，包括前述任一项权利要求所述的开关模式电源SMPS。
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