CN106664016A - 用于切换功率转换器中的波谷切换的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制器，可以被配置为生成激活和停用切换功率转换器的开关的控制信号以便控制切换功率转换器的切换周期和峰值电流以将切换功率转换器的被调节电流维持在期望的电流水平，使得：如果切换周期降至最小切换周期以下，则控制器将切换周期增加开关的电压的振荡周期，并且增大峰值电流以补偿切换周期的增加以便维持被调节电流；并且如果峰值电流增大至最大峰值电流以上，则控制器将切换周期减少开关的电压的振荡周期，并且减小峰值电流以补偿切换周期的减少以便维持被调节电流。

Description

用于切换功率转换器中的波谷切换的系统和方法
相关申请
本公开要求2014年4月17日提交的美国第61/980,789号临时专利申请和2014年9月24日提交的美国第14/495,564号非临时专利申请的优先权，此处以引证的方式将两个申请的全文并入。
技术领域
本公开总体涉及电子器件领域，更具体地涉及用于切换功率转换器中的波谷切换的系统和方法。
背景技术
许多电子系统包括电路，诸如与调光器接口连接的切换功率转换器或变压器。接口连接电路根据由调光器设置的调光等级向负载递送功率。例如，在照明系统中，调光器向照明系统提供输入信号。输入信号代表使得照明系统调节向灯递送的功率的调光等级，由此根据调光等级增加或减少灯的亮度。存在许多不同类型的调光器。通常，调光器生成去除或归零交流电(“AC”)输入信号的一部分的输出信号。例如，一些基于模拟的调光器使用用于交流电设备的三极管(“可控硅”)来调制交流电电源电压的各周期的相位角。电源电压的相位角的该调制还通常称为“相位切割”电源电压。相位切割电源电压降低向负载(诸如照明系统)供给的平均功率，从而控制向负载提供的能量。
特定类型的基于可控硅的相位切割调光器称为前缘调光器。前缘调光器相位从AC周期的开始切割，使得在相位切割角期间，调光器“关闭”，并且没有向它的负载供给输出电压，然后在相位切割角之后“开启”并向它的负载传递相位切割输入信号。为了确保适当操作，负载必须向前缘调光器提供足以将涌入电流维持在打开可控硅需要的电流以上的负载电流。由于调光器所提供的电压的突然增大以及调光器中电容器的存在，必须提供的电流通常大幅高于可控硅导通需要的稳态电流。另外，在稳态操作中，负载必须向调光器提供负载电流以保持在防止可控硅的过早断开所需的称为“保持电流”的另一个阈值以上。
图1描绘了包括基于可控硅的前缘调光器102和灯142的照明系统100。图2描绘了与照明系统100关联的示例电压和电流曲线图。参照图1和图2，照明系统100从电压源104接收AC电源电压V电源。由电压波形200指示的电源电压V电源可以为例如美国的标称60Hz/110V线路电压或欧洲的标称50Hz/220V线路电压。可控硅106充当电压驱动开关，并且可控硅106的栅极端子108控制第一端子110与第二端子112之间的电流流动。在点火阈值电压值VF以上的、栅极端子108上的栅极电压VG将使得可控硅106导通(ON)，转而使得电容器121短路并允许电流流过可控硅106和调光器102，以生成输出电流iDIM。
假定灯142的电阻负载，由电压波形206指示的调光器输出电压VΦ_DIM可以在各时间t0和t2时从各个半周期202和204开始为零伏，直到栅极电压VG达到点火阈值电压值VF为止。调光器输出电压VΦ_DIM代表调光器102的输出电压。在时间段T关闭期间，调光器102斩或切割电源电压V电源，使得调光器输出电压VΦ_DIM在时间段T关闭期间保持为零伏。在时间t1时，栅极电压VG达到点火阈值VF，并且可控硅106开始导通。一旦可控硅106打开(ON)，则调光器电压VΦ_DIM在时间段t打开期间追踪电源电压V电源。
一旦可控硅106打开(ON)，则从可控硅106汲取的电流iDIM必须超过附着电流iATT，以便将穿过可控硅106的涌入电流保持在打开可控硅106需要的阈值电流以上。另外，一旦可控硅106打开(ON)，则只要电流iDIM保持在保持电流值iHC之上，可控硅106就继续传导电流iDIM，而不管栅极电压VG的值如何。附着电流值iATT和保持电流值iHC为可控硅106的物理特性的函数。一旦电流i调光降至保持电流值iHC以下(即，iDIM<iHC)，则可控硅106关闭(OFF)(即，停止导通)，直到栅极电压VG再次达到点火阈值VF为止。在许多传统应用中，保持电流值iHC通常足够低，使得理想地电流iDIM在电源电压V电源在时间t2靠近半周期202末尾近似为零伏时降至保持电流值iHC以下。
可变电阻器114与并联连接的电阻器116和电容器118串联形成定时电路115以控制栅极电压VG达到点火阈值VF的时间t1。增大可变电阻器114的电阻增加时间T关闭，并且减小可变电阻器114的电阻减少时间T关闭。可变电阻器114的电阻值有效地设置灯142的调光值。双向开关二极管119将电流流动提供到可控硅106的栅极端子108中。调光器102还包括电感器扼流线圈120以使调光器输出电压VΦ_DIM平滑。基于可控硅的调光器102还包括跨可控硅106和电感器扼流线圈120连接的电容器121以降低电磁干扰。
理想地，调制调光器输出电压VΦ_DIM的相位角在时间段T关闭期间有效地关闭(OFF)灯142且在时间段T打开期间有效地开启(ON)灯142达电源电压V电源的各半周期。由此，理想地，调光器102根据调光器输出电压VΦ_DIM有效地控制供给至灯142的平均能量。
另一特定类型的相位切割调光器称为后缘调光器。后缘调光器相位从AC周期的末尾切割，使得在相位切割角期间，调光器“关闭”且不向它的负载供给输出电压，但在相位切割角之前“开启”且在理想状况下向它的负载传递与它的输入电压成比例的波形。
图3描绘了包括后缘相位切割调光器302和灯342的照明系统300。图4描绘了与照明系统300关联的示例电压和电流曲线图。参照图3和图4，照明系统300从电压源304接收AC电源电压V电源。由电压波形400指示的电源电压V电源为例如美国的标称60Hz/110V线路电压或欧洲的标称50Hz/220V线路电压。后缘调光器302相位切割电源电压V电源的各半周期的后缘(诸如后缘402和404)。因为电源电压V电源的各半周期为电源电压V电源的180度，所以后缘调光器302以大于0度并小于180度的角度相位切割电源电压V电源。到灯342的相位切割输入电压VΦ_DIM代表使得照明系统300调节递送到灯342的功率的调光等级，并由此根据调光等级增加或减小灯342的亮度。
调光器302包括生成控制开关312的占空比的调光器控制信号DCS的定时器控制器310。开关312的占空比为对于调光器控制信号DCS的各周期由调光器控制信号的周期(例如，时间t3-t0)分割的脉宽(例如，时间t1-t0)。定时器控制器310将期望的调光水平转换为开关312的占空比。调光器控制信号DCS的占空比对于更低调光水平(即，灯342的更高亮度)降低且对于更高的调光等级增大。在调光器控制信号DCS的脉冲(例如，脉冲406和脉冲408)期间，开关312导通(即，“打开”)，并且调光器302进入低电阻状态。在调光器302的低电阻状态下，开关312的电阻例如小于或等于10欧姆。在开关312的低电阻状态期间，相位切割输入电压VΦ_DIM追踪输入电源电压V电源，并且调光器302向灯342传送调光器电流iDIM。
当定时器控制器310使得调光器控制信号DCS的脉冲406结束时，调光器控制信号DCS关闭开关312，这使得调光器302进入高电阻状态(即，关闭)。在调光器302的高电阻状态下，开关312的电阻例如大于1千欧。调光器302包括电容器314，该电容器314在调光器控制信号DCS的各脉冲期间充电至电源电压V电源。在调光器302的高电阻和低电阻状态这两者下，电容器314保持跨开关312连接。当开关312关闭且调光器302进入高电阻状态，跨电容器314的电压VC增大(例如，在时间t1与时间t2之间以及在时间t4与时间t5之间)。增大率为电容器314的电容C和灯342的输入阻抗的量的函数。如果灯342的有效输入电阻足够低，则允许调光器电流iDIM的足够高值，以允许相位切割输入电压VΦ_DIM以在调光器控制信号DCS的下一脉冲之前衰减至过零(例如，在时间t2和t5时)。
在一些照明应用中，调光器可以不直接耦合到灯。例如，在灯包括低功率灯(例如，卤素或发光二极管(LED)灯)的应用中，切换功率转换器可以接口连接在调光器和灯之间，以将AC输入电压转换成要递送到灯的直流(DC)电压。图5描绘了如本领域中已知的、包括灯组件542的照明系统500，该灯组件542具有桥式整流器534和功率转换器536，该功率转换器536用于将AC电压输入转换成用于递送到包括LED 532的低功率灯的DC电压。如图5所示，照明系统500可以包括电压源504、调光器502以及灯组件542。电压源504可以生成电源电压V电源，该电源电压V电源为例如美国的标称60Hz/110V线路电压或欧洲的标称50Hz/220V线路电压。
调光器502可以包括用于向照明系统500的其他元件生成调光信号的任意系统、设备或装置，调光信号代表使得照明系统500调节递送到灯的功率的调光等级，并由此根据调光等级增大或减小LED 532的亮度。由此，调光器502可以包括类似于图1中描绘的前缘调光器、类似于图3中描绘的后缘调光器或任意其他合适的调光器。
灯组件542可以包括用于将电能(例如，由调光器502递送的电能)转换成光子能(例如，在LED 532处)的任意系统、设备或装置。例如，灯组件542可以包括具有包括LED 532的灯的多面反射器形状因数(例如，MR16形状因数)。如图5所示，灯组件542可以包括桥式整流器534、功率转换器536以及开关状态控制器512。
桥式整流器534可以包括如本领域中已知的任意合适的电气或电子设备以用于将整个交流电压信号VΦ_DIM转换成仅具有一个极性的被整流电压信号vREC。
功率转换器536可以包括被配置为将输入电压(例如，vREC)转换成不同的输出电压(例如，v输出)的任意系统、设备或装置，其中，转换基于控制信号(例如，从开关状态控制器512传送的脉宽调制控制信号)。因此，功率转换器536可以包括升压转换器、降压转换器、升降压转换器或其他合适的功率转换器。
LED 532可以包括被配置为发出基于跨LED 532的电压v输出的量的光子能的一个或更多个发光二极管。
开关状态控制器512可以包括被配置为确定存在于功率转换器536的输入处的电压vREC的一个或更多个特性且基于电压vREC的这种一个或更多个特性控制由功率转换器536汲取的电流iREC的量的任意系统、设备或装置。
在一些实施例中，功率转换器536可以如图6所示包括切换功率转换器(诸如降压转换器536A)。如图6所示，降压式功率转换器536A可以包括开关608，该开关608可以响应于控制信号CS操作以调节从被整流的时变输入电压VREC经过电感器610到电容器606的能量传输。功率转换器536A还可以包括防止从电容器606到电感器610中的反向电流流动的二极管611。通过电感器610传输的能量可以由电容器606来存储。电容器606可以在向LED 532提供电流的同时具有维持近似恒定电压V输出(例如，小于输入电压VREC的峰值)的充足电容。
在操作中，电感器电流iL可以随着时间而变化，峰值输入电流与开关608的“打开时间”成比例，并且传送给电容器606的能量与“打开时间”的平方成比例。如图6所示，在一些实施方式中，开关608可以包括n沟道场效应晶体管(FET)，并且控制信号CS为使得开关608在控制信号CS高时导通的脉宽调制(PWM)控制信号。由此，在这种实施方式中，开关608的“打开时间”可以由控制信号CS的脉宽来确定，并且从VREC向电容器606传送的能量可以与控制信号CS的脉宽的平方成比例。
控制信号CS可以由开关状态控制器512来生成，目标是使得切换功率转换器536A将期望数量的能量传送到电容器606并由此传送到LED 532。能量的期望量可以取决于LED532的电压和电流要求。为了提供接近一的功率因数校正，开关状态控制器512通常可以力图控制输入电流iREC，使得输入电流iREC在保持电容器电压V输出恒定的同时追踪输入电压VREC。因此，输入电流iREC和峰值电感器电流iL可以各与调光器502的导通周期(例如，调光器502开启且传导电流的时间段)成比例。
在开关608用FET来实施的实施方式中，一个已知问题是在使电感器610中的输入电流消磁之后FET的固有电容与电感器610不期望地共振。使这种共振最小化且降低伴随切换损耗的已知技术有时称为“波谷切换”，在该波谷切换中，控制信号CS被控制为在开关608的漏极至源极电压VDS达到它的最小值时打开开关608。
现在参照图7，描绘了图示了如本领域中已知的波谷切换的概念的时间图。在没有波谷切换时，开关状态控制器512可以操作为维持目标切换周期TT，以用于特定的调光器控制设置。周期TT可以等于间隔T1、T2以及T3的和，其中，T1为开关608被激活且传导电流的时间间隔，T2为停用开关608且电流iL在电感器610被消磁的同时流动的时间间隔，并且T3为没有电流iL流动的、可以称为波谷间隔的时间间隔。然而，当实施波谷切换时，漏极至源极电压VDS的波谷可以出现在目标切换周期TT结束之前或之后。因此，为了实施波谷切换，开关状态控制器512可以假设控制信号CS在目标切换周期TT结束之前或之后激活开关608，由此将期望的切换周期修改误差TTerr，由此缩短或延长切换周期以获得实际切换周期TT’。因此，传统波谷切换技术导致供给至LED 532的平均电流的从预期量的减小或增加。由此，如果切换周期可能变得被量化为具体波谷，则在执行波谷切换的同时维持负载(例如，LED532)的恒定电压调节是一个挑战。另一个挑战是在维持期望的输出调节的同时贯穿调光器的整个相位角范围维持波谷切换。
发明内容
根据本公开的技术，可以减少或消除与切换功率转换器的波谷切换的功率效率关联的某些缺点和问题。
根据本公开的实施例，一种装置可以包括切换功率转换器和控制器。切换功率转换器可以被配置为与被调节电流一致地从所述功率转换器的输入向耦合到所述功率转换器的负载传送能量，所述切换功率转换器包括开关和能量存储设备，其中，所述被调节电流为所述切换功率转换器的切换周期和所述切换周期期间所述能量存储设备的峰值电流的函数。控制器可以被配置为生成激活和停用所述开关的控制信号以便控制所述切换周期和所述峰值电流以将所述被调节电流维持在期望的电流电平而使得：如果所述切换周期降至最小切换周期以下，则所述控制器将所述切换周期增加所述开关的电压的振荡周期，并且增大所述峰电流以补偿所述切换周期的所述增加以便维持所述被调节电流而；并且如果所述峰值电流增大至最大峰值电流以上，则所述控制器将所述切换周期减少所述开关的所述电压的振荡周期，并且减小所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述减少以便维持所述被调节电流。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可以包括以下步骤：激活和停用所述切换功率转换器的开关以便控制切换功率转换器的切换周期和峰值电流以便将所述切换功率转换器的被调节电流维持在期望的电流水平，使得：如果所述切换周期降至最小切换周期以下，则将所述切换周期增加所述开关的电压的振荡周期，并且增大所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述增加以便维持所述被调节电流；以及如果所述峰值电流增大至最大峰值电流以上，则将所述切换周期减少所述开关的所述电压的振荡周期，并且减小所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述减少以便维持所述被调节电流。
本公开的技术优点可以从这里所包括的附图、说明书以及权利要求而对领域中的普通技术人员来说容易清楚。实施例的目的和优点将至少由权利要求中特别指出的元件、特征以及组合来实现并获得。
要理解，前述一般描述和以下详细描述这两者为示例且是说明性的，并且不限制本公开中阐述的权利要求。
附图说明
本实施例及其优点的更完全理解可以通过参照连同附图一起采用的以下描述来获取，在附图中，同样的附图标记指示同样的特征，并且附图中：
图1图示了如本领域中已知的、包括基于可控硅的前缘调光器的照明系统；
图2图示了如本领域中已知的、与图1中描绘的照明系统关联的示例电压和电流曲线图；
图3图示了如本领域中已知的、包括相位切割后缘调光器的照明系统；
图4图示了如本领域中已知的、与图3中描绘的照明系统关联的示例电压和电流曲线图；
图5图示了如本领域中已知的、包括功率转换器的示例照明系统；
图6图示了如本领域中已知的、用于图5的照明系统中的示例切换功率；
图7图示了如本领域中已知的、与图6中描绘的切换功率转换器关联的示例电压和电流曲线图；
图8图示了根据本公开的实施例的、包括功率转换器的示例照明系统；
图9图示了根据本公开的实施例的、描绘了用于减小调光器相位角的峰值电感器电流、切换频率、负载电流以及偏移电流对调光器相位角的曲线的示例曲线图；
图10图示了根据本公开的实施例的、描绘了用于增大调光器相位角的峰值电感器电流、切换频率、负载电流以及偏移电流对调光器相位角的曲线的示例曲线图；以及
图11图示了根据本公开的实施例的、用于调节图8的照明系统中的负载电流的算法的框图。
具体实施方式
图8描绘了根据本公开的实施例的、具有改进波谷切换技术的照明系统800。如图8所示，照明系统800可以包括电压源804、调光器802以及灯组件842。电压源804可以生成电源电压V电源，该电源电压V电源为例如美国的标称60Hz/110V线路电压或欧洲的标称50Hz/220V线路电压。
调光器802可以包括用于向照明系统800的其他元件生成调光信号的任意系统、设备或装置，调光信号代表使得照明系统800调节递送到灯的功率的调光等级，并由此根据调光等级增加或减小LED 832的亮度。由此，调光器802可以包括类似于图1中描绘的前缘调光器、类似于图3中描绘的后缘调光器或任意其他合适的调光器。
灯组件842可以包括用于将电能(例如，由调光器802递送的电能)转换成光子能(例如，在LED 832处)的任意系统、设备或装置。例如，灯组件842可以包括具有包括LED 832的灯的多面反射器形状因数(例如，MR16形状因数)。如图8所示，灯组件842可以包括桥式整流器834、功率转换器836以及开关状态控制器812。
桥式整流器834可以包括如本领域中已知的任意合适的电气或电子设备以用于将整个交流电压信号VΦ_DIM转换成仅具有一个极性的被整流电压信号vREC。
功率转换器836可以包括被配置为将输入电压(例如，vREC)转换成不同的输出电压(例如，v输出)的任意系统、设备或装置，其中，转换基于控制信号(例如，从开关状态控制器812传达的脉宽调制控制信号)。虽然功率转换器836在图8中被描绘为降压转换器，但功率转换器836可以包括升压转换器、降压转换器、升降压转换器或其他合适的功率转换器。在降压式实施方式中，如图8所示，功率转换器836可以包括开关808(例如，n沟道场效应晶体管)，该开关808可以响应于从开关状态控制器812接收的控制信号CS(例如，脉宽调制控制信号)操作以调节从被整流的时变输入电压VREC经过电感器810到电容器806的能量传输。功率转换器836还可以包括防止从电容器806到电感器810中的反向电流流动的二极管811。通过电感器810传送的能量可以由电容器806来存储。电容器806可以在向LED 832提供电流的同时具有维持近似恒定电压V输出(例如，小于输入电压VREC的峰值)的充足电容。
LED 832可以包括被配置为发出基于跨LED 832的电压v输出的量的光子能的一个或更多个发光二极管。
开关状态控制器812可以包括被配置为确定存在于功率转换器836的输入处的电压vREC的一个或更多个特性且基于电压vREC的这种一个或更多个特性控制由功率转换器836汲取的电流iREC的量的任意系统、设备或装置。下面更详细地阐述开关状态控制器812的功能。
在操作中，开关状态控制器812可以生成控制信号CS，目标是使得切换功率转换器836将期望数量的能量传送到电容器806并由此传送到LED 832。因此，电感器电流iL可以随着时间而变化，峰值输入电流与开关808的“打开时间”成比例，并且传送给电容器806的能量与“打开时间”的平方成比例。能量的期望量可以取决于LED 832的电压和电流要求。为了提供接近一的功率因数校正，开关状态控制器812通常可以力图控制输入电流iREC，使得输入电流iREC在保持电容器电压V输出恒定的同时追踪输入电压VREC。由此，输入电流iREC和峰值电感器电流iL可以各与调光器802的导通周期(例如，调光器802开启且传导电流的时间段)成比例。
被调节的LED电流为直接馈送到负载的电感器电流的平均值。对于降压转换器，这种LED电流i输出由I输出＝dim*I全尺度＝0.5*Ipk*(TTcrit/TT’)给出，其中，dim为被归一化为1的调光器相位角(例如，具有0至1之间的值)，I全尺度为LED 832的全尺度输出电流，Ipk为电感器电流iL的峰值，TTcrit为临界导通切换周期(例如，图7中的间隔T1和T2)，并且TT’为整个实际切换周期(例如，图7中的间隔T1、T2以及T3)。
为了调节调光器802的给定相位角的输出电流，控制器812可以缩放峰值电感器电流Ipk和实际切换周期TT’。峰值电感器电流由此可以被给出为：Ipk＝(I全尺度/Dim全尺度)*dim+ipk-偏移，其中，Dim全尺度为dim的全尺度值(在一些情况下可以为1)，并且ipk-偏移为电流误差项，该电流误差项将目标切换周期TT期间的期望平均电流I输出与实际切换周期TT’期间I输出的实际电流之间的差考虑在内，以补偿被量化为波谷的实际切换周期TT’的效应，以便提供准确的负载调节。
由此，控制器812可以使得峰值电感器电流Ipk随着调光器相位角dim线性缩放，控制器812还可以使得临界导通周期TTcrit也随着调光器相位角dim线性变化。因此，实际切换周期TT’也可以在固定波谷间隔T3内随着调光器相位角dim线性缩放。因此，实际切换周期TT’可以在缩放峰值电感器电流Ipk的同时被量化为固定波谷间隔T3，以实现负载调节。
例如，在减小调光器相位角dim的情况下，控制器812可以使得峰值电流Ipk随着调光器相位角dim线性缩小。随着实际切换周期TT’在固定波谷间隔T3内随着dim线性缩小，可以使实际切换周期TT’降至最小切换周期TTmin(或最大切换频率值)，该最小切换周期TTmin可以为将波谷的现有数量增大一的准则。在这样做时，实际切换周期TT’可以增大漏极-源极电压VDS的一个电感器寄生电容器(LC)振荡周期，并且可以转而引起负载电流i输出的减小。控制器812可以通过增大峰值电感器电流Ipk来补偿该瞬态效应以便维持恒定输出电流调节。作为调光器相位角dim的函数的相同的线性峰值电流曲线可以具有新峰值电感器电流Ipk来进行，直到再次满足可以促进控制器812寻找下一波谷的最小切换周期为止。图9图示了描绘了峰值电感器电流Ipk、切换频率(例如，1/TT’)、负载电流i输出以及电流误差ipk-偏移对调光器相位角dim的曲线的示例曲线图。在图9中，N代表波谷切换发生(例如，实际切换周期TT’在此结束且新周期在此开始)的LC振荡谷。
作为另一个示例，在增大调光器相位角dim的情况下，控制器812可以使得峰值电流Ipk随着调光器相位角dim线性放大，使得切换周期TT’在固定波谷间隔T3内随着dim线性增加。在这样做时，可以使峰值电流Ipk增至最大电感器峰值电流极限，该最大电感器峰值电流极限变为将波谷的数量减少一的准则。由此，在达到准则时，实际切换周期TT’可以减少漏极-源极电压VDS的一个LC振荡周期，并且可以转而引起负载电流i输出的增大。控制器812可以通过减小峰值电感器电流Ipk来补偿该瞬态效应以便维持恒定输出电流调节。作为调光器相位角dim的函数的相同的线性峰值电流曲线可以具有新峰值电感器电流Ipk来进行，直到再次满足可以促进控制器812寻找下一波谷的最大电感器峰值电流极限为止。图10图示了描绘了峰值电感器电流Ipk、切换频率(例如，1/TT’)、负载电流i输出以及电流误差ipk-偏移对调光器相位角dim的曲线的示例曲线图。在图10中，N代表波谷切换发生处(例如，实际切换周期TT’在此结束且新周期在此开始)的LC振荡谷。
图11图示了根据本公开的实施例的、用于调节图8的照明系统中的负载电流的方法1100的框图。方法1100可以由控制器812来实施。如图11所示，控制器812可以实施用于调节负载电流i输出的反馈回路1102和用于确定要切换哪个LC振荡谷的波谷切换块1104。反馈回路1102可以通过调节基于调光器相位角dim和全尺度输出电流I全尺度的峰值电感器电流Ipk(调光器相位角dim和全面输出电流I全尺度可以由乘法器1106一起相乘来生成目标峰值电感器电流)和电流误差Ipk-偏移(该电流误差Ipk-偏移可以由组合器1108从目标峰值电感器电流减去)来调节负载电流i输出。电流误差Ipk-偏移可以通过用积分器1112积分由组合器1110生成的切换周期误差TTerr(该切换周期误差TTerr等于(由波谷切换控制块1104确定的)实际切换周期TT’与目标切换周期TT之间的差)并将该积分后的切换周期误差乘以具有增益K的增益块1114(这有效地将所积分的切换周期误差转换成对应的电流误差Ipk-偏移)来计算。
控制器812可以基于调光器相位角dim和峰值电感器电流Ipk来确定目标切换周期TT。例如，基于切换功率转换器836的拓扑结构，多路转换器1122可以输出间隔T2或临界导通周期TTcrit的间隔中的一个。例如，如果切换功率转换器836的拓扑结构为降压转换器(如图8所示)，则多路转换器1122可以输出临界导通周期TTcrit的间隔。另一方面，如果切换功率转换器836采用回扫拓扑结构，则多路转换器1122可以输出间隔T2。由多路转换器1122输出的值可以在乘法器1116处乘以峰值电感器电流Ipk，并且在乘法器1118处乘以调光器相位角dim的倒数，这生成中间结果。该中间结果的值然后可以在块1120处乘以常数GTT，以生成目标切换周期TT。常数GTT为可以提供给用户或电路设计者选择波谷间隔T3的可编程性的常数。例如，对于降压拓扑结构，GTT可以等于TT/(T1+T2)。
在波谷切换控制块1104中，比较器1124可以将实际切换周期TT’与最小切换周期TTmin进行比较，并且生成指示比较的信号。同样地，比较器1126可以将峰值电感器电流Ipk与最大峰电感器电流Ipk-max进行比较并生成指示比较的信号。比较器1126所生成的信号可以由增益块1128乘以-1。因此，如果实际切换周期TT’小于最小切换周期TTmin，则累加器1130可以增加1，并且如果峰值电感器电流Ipk超过最大峰电感器电流Ipk-min，则可以减小1，以便确定切换应发生处的振荡谷N。值N可以由增益块1132乘以漏极-源极电压VDS的LC振荡周期，结果由组合器1134加到间隔T1和T2，以生成实际切换周期TT’。控制器812然后可以生成适当的控制信号Cs，以便使得切换功率转换器836以通过波谷切换控制块1104利用峰值电感器电流Ipk计算的实际切换周期TT’来操作，其中峰值电感器电流Ipk由反馈回路1102计算。
由此，在从一个波谷切换到另一个波谷的过渡时间，闭合反馈回路1102可以适当地增大或减小峰值电感器电流Ipk，以在控制信号Cs的一些切换周期内维持负载调节(例如，如由积分器1112的带宽限制的)。
这里所阐述的方法和系统的优点是它们可以提供一种简单鲁棒的控制方案，其中仅基于调光器相位角来限定电感器电流曲线。另外，根据这些方法和系统，因为由反馈回路1102进行的补偿在一些切换周期内可以通过增大或减小峰值电感器电流Ipk来采取立即行动以维持负载调节，所以在控制器812使得切换从一个波谷变为另一个波谷时具有输出电流i输出中观察到的最小瞬时闪烁。此外，这些方法和系统所采用的方法与现有方法相比可以引起开关808的功耗降低。
如这里所用的，当两个或更多个元件被称为“耦合”到彼此时，这种术语指示这两个或更多个元件在有或没有介于中间的元件的情况下电子通信，而不管是间接还是直接连接。
本公开包含对这里本领域普通技术人员将理解的示例实施例的全部变更、替换、变动、改动以及修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求包含对这里本领域普通技术人员将理解的示例实施例的全部变更、替换、变动、改动以及修改。而且，所附权利要求中对适于、被布置为、能够、被配置为、被使得能够、可操作为或操作为执行特定功能的装置或系统或装置或系统的组件的参考包含该装置、系统或组件，而不管是启动、打开或开启该装置、系统或组件还是该特定功能，只要该装置、系统或组件是被如此适应、被如此布置、如此能够、被如此配置、被如此使得能够、如此可操作或操作的即可。
这里所列举的全部示例和条件语言旨在用于教育目的，以帮助读者理解发明人为促进本领域而贡献的公开和概念，并且这里所列举的全部示例和条件语言被解释为不对这种具体列举的示例和条件限制。虽然已经详细描述了本公开的实施例，但应理解，可以在不偏离公开精神和范围的情况下对本公开进行各种变更、替换以及改动。

Claims (12)

1.一种装置，包括：
切换功率转换器，所述切换功率转换器被配置为与被调节电流一致地从所述功率转换器的输入向耦合到所述功率转换器的负载传送能量，所述切换功率转换器包括开关和能量存储设备，其中，所述被调节电流为所述切换功率转换器的切换周期和所述切换周期期间所述能量存储设备的峰值电流的函数；和
控制器，所述控制器被配置为生成激活和停用所述开关的控制信号以便控制所述切换周期和所述峰值电流以将所述被调节电流维持在期望的电流水平，使得：
如果所述切换周期降至最小切换周期以下，则所述控制器将所述切换周期增加所述开关的电压的振荡周期，并且增大所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述增加以便维持所述被调节电流；并且
如果所述峰值电流增大至最大峰值电流以上，则所述控制器将所述切换周期减少所述开关的所述电压的振荡周期，并且减小所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述减少以便维持所述被调节电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器被配置为在所述切换周期期间以所述电压在所述电压的振荡周期期间的最小幅值切换。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述能量存储设备为电感器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述开关的所述振荡周期由所述电感器的电感和所述开关的寄生电容来限定。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括调光器，所述调光器被配置为向所述功率转换器的输入提供电能，其中，所述峰值电流与所述调光器的导通周期成比例。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述切换功率转换器包括降压转换器、升降压转换器以及反激转换器中的一个。
7.一种方法，包括以下步骤：激活和停用切换功率转换器的开关以便控制所述切换功率转换器的切换周期和峰值电流以便将所述切换功率转换器的被调节电流维持在期望的电流水平，使得：
如果所述切换周期降至最小切换周期以下，则将所述切换周期增加所述开关的电压的振荡周期，并且增大所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述增加以便维持所述被调节电流；以及
如果所述峰值电流增大至最大峰值电流以上，则将所述切换周期减少所述开关的所述电压的振荡周期，并且减小所述峰值电流以补偿所述切换周期的所述减少以便维持所述被调节电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制器被配置为在所述切换周期期间以所述电压在所述电压的振荡周期期间的最小幅值切换。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述能量存储设备为电感器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述开关的所述振荡周期由所述电感器的电感和所述开关的寄生电容来限定。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：用调光器向所述功率转换器的输入提供电能，其中，所述峰值电流与所述调光器的导通周期成比例。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述切换功率转换器包括降压转换器、升降压转换器以及反激转换器中的一个。
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