TWI475794B - 將交流輸入電壓轉換為調整輸出電流的轉換器、電子裝置與方法 - Google Patents

Description

將交流輸入電壓轉換為調整輸出電流的轉換器、電子裝置與方法

本申請案係有關於一種將一交流輸入電壓轉換為一調整輸出電流的系統與方法。

交流至直流之功率轉換適用於各種使用交流電源驅動直流負載的應用，其包含需要一調整輸出電流之負載。舉例而言，交流至直流之轉換適用於發光二極體(LED)對燈泡的取代，其中LED技術以可能取代白熾燈泡為目標。雖然白熾燈泡適合使用交流電源，但LED通常需要直流電源，故在沒有交流至直流的轉換之下，無法直接取代。交流至直流之轉換亦可用於電池充電器以及相關應用。然而，交流至直流之轉換可能是複雜、昂貴、並且麻煩的。提供直流電流的傳統型交流至直流轉換器通常具有的零件數極高，且通常需要特製的磁性組件以及電解式電容器。

本發明之一特色係有關於一種轉換器，其用於將一交流電壓轉換成一供予一負載之調整輸出電流，該轉換器包含一第一節點、一第二節點、一濾波電容器、一整流網路、一第二電容器、一第一電感器、一第三電容器、一第二電感器、一第一二極體、一電流感測裝置、一切換電晶體以及一遲滯電流模式控制器。第一節點係用於耦接至該負載之一第一端。第二節點係用於耦接至該負載之一第二端。濾波電容器耦接於該第一與第二節點之間。整流網路係用於接收該交流電壓以及用於提供一整流電壓於一第三節點之上。第二電容器耦接於該第三節點與一第四節點之間。第一電感器耦接於該第三節點與一第五節點之間。第三電容器耦接於該第五節點與一參考節點之間，其中該參考節點耦接至該第一節點。第二電感器耦接於該第二與第四節點之間。第一二極體之一陽極耦接至該第四節點，且其一陰極耦接至該第五節點。電流感測裝置係用以感測自該參考節點經由該第二電感器流至該第四節點之電流並用以提供一代表該電流之感測信號。切換電晶體具有一耦接至該第三節點之第一電流接頭、一耦接至該參考節點之第二電流接頭、並且具有一控制接頭。遲滯電流模式控制器耦接至該第三節點以及該切換電晶體之控制接頭、接收該感測信號、並且根據該感測信號控制該切換電晶體以調整通過該第二電感器之電流。

本發明之另一特色係有關於一種電子裝置，包含一Z型轉換器、一電流感測器、一直流負載和一控制器。該Z型轉換器包含一整流網路、一第一電容器、一第一電感器、一第二電容器、一第二電感器、一第一二極體以及一電子開關。該整流網路係用於對一交流電壓進行整流以提供一整流電壓於一第一節點之上。第一電容器耦接於該第一節點與一第二節點之間。第一電感器耦接於該第一節點與一第三節點之間。第二電容器耦接於該第三節點與一具有一參考電壓位準的第四節點之間。第二電感器耦接於該第二節點與一第五節點之間。第一二極體具有一陽極耦接至該第二節點以及一陰極耦接至該第三節點。該電子開關具有一第一電流接頭耦接至該第一節點、具有一第二電流接頭耦接至該第四節點、且具有一控制接頭。電流感測器係用以感測自該第四節點經由該第二電感器流至該第五節點之電流並用以提供一成比例之感測信號。該直流負載耦接於該第四與第五節點之間，其中該直流負載包含一濾波電容器耦接於該第四與第五節點之間。該控制器耦接至該第三節點、接收該感測信號、並耦接至該電子開關之控制接頭，其中該控制器控制該電子開關以使得通過該第二電感器之電流維持相對恆定。

本發明之另一特色係有關於一種利用轉換器將一交流輸入電壓轉換成一具有調整輸出電流的直流輸出的方法。該轉換器包含一第一電感器，其耦接於第一與第二節點之間、一第一電容器，其耦接於該第二節點與一參考節點之間、一二極體，其具有一陽極耦接至一第三節點及一陰極耦接至該第二節點、一負載電路，其包含一濾波電容器耦接於該參考節點與一第四節點之間、一第二電感器，其耦接於該第三與第四節點之間、以及一開關，其具有電流接頭耦接於該第一與參考節點之間並具有一控制接頭。該方法包含對該交流輸入電壓進行整流以在該第一與第三節點之間提供一整流電壓、監測該第二節點之電壓、監測流過該第二電感器之第二電感器電流以及提供一代表該電流之感測信號並控制該開關，該開關之控制係藉由：在該第二節點之電壓係至少一預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流落入一谷底電流位準之時，導通該開關，而當該第二節點之電壓小於該預定之最小位準並在該第二節點之電壓係至少該預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流上升至一峰值電流位準之時，關閉該開關。

經由以下配合所附圖式之說明，將對本發明之效益、特徵、及優點有更佳之理解。以下說明係用以使得相關領域之熟習者能夠製做及使用本發明，其具體提供於本申請案及其說明書的內容之中。較佳實施例的各種修改，無論以何種形式，對於相關領域之熟習者應係顯而易見的，且本文所界定的基本原理可以適用於其他實施例。因此，本發明並不受限於本文所顯示及說明的特定實施例，而是包含符合本文所揭示之原理及新穎特徵之最大範疇。

依據本發明一實施例之一轉換器(本文亦將其稱為一調整器)係一種將交流輸入轉換成調整輸出電流之簡單、低成本轉換器。本文所述之轉換器可被用以驅動需要直流電流的各種負載。非限定的實例列表包含一電池充電器、一發光二極體(LED)驅動器、一電動馬達之線圈的驅動器、一或多個雷射二極體、等等。依據一實施例之一轉換器可以使用標準電感器並避免使用一特製之變壓器。基本上在傳統型LED驅動器之中經常用到特製的變壓器。在一實施例之中，此轉換器不需要一減震緩衝電路(snubber circuit)以控制一功率切換裝置或電子切換裝置中的過衝現象。功率切換裝置或電子切換開關之實例包含金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)或其他類似形式(例如，FET、MOS元件、等等)、雙載子接面電晶體(BJT)及類似元件、絕緣閘雙載子電晶體(IGBT)及類似元件、等等。其可以將較小及較不昂貴的電容器使用於切換頻率濾波，以避免使用一般而言壽命不長、高成本、且大尺寸的電解電容器。一個簡單的遲滯電流控制器提供精確的電流調整以及縮減的電磁干擾(EMI)輻射。依據本發明一實施例之一系統及方法使用數量減少的組件，從而降低尺寸和成本。

圖1係依據一實施例實施而成之一轉換器100之簡化示意及方塊圖。轉換器100利用一類Z源組態組構而成，並用以將一交流(AC)輸入電壓VAC轉換成跨一負載電阻器RL相對於一參考供應電壓，諸如接地(GND)，之一輸出電壓VL。VAC在一節點101上具有正極性而在一節點103上具有負極性。VAC施加至一包含二極體D1、D2、D3和D4之橋式整流器104。D1之陰極和D2之陽極耦接至節點101，而D3之陰極和D4之陽極耦接至節點103。D2和D4之陰極耦接至產生一電壓VC1的節點105。節點105耦接至一濾波電容器C1之一端(例如，正端)、耦接至一電感器L1之一端、並耦接至一電子切換開關Q之汲極。電子切換開關Q實施成一N通道MOSFET，雖然其可以設想出其他替代的功率切換裝置。

L1的另一端耦接至產生一電壓VC2之一節點107，其中節點107另外耦接至另一濾波電容器C2之一端(例如，正端)、耦接至一二極體D之陰極、並耦接至一控制器115之一輸入端。Q的源極、C2的另一端(例如，負端)以及控制器115的另一輸入端均耦接至一節點109，且節點109進一步耦接至GND。負載電阻器RL耦接於節點109與另一節點111之間，且一濾波電容器CDC與RL並聯。節點111產生輸出電壓VL(相對於GND)，並耦接至另一電感器L2之一端。L2的另一端耦接至一節點113，其進一步耦接至二極體D、D1及D3之陰極以及電容器C1的另一端(例如，負端)。一電流IL1自節點105經由電感器L1流至節點107。一電流IL2自節點109經由負載(CDC及RL)及電感器L2流入節點113，從而代表通過電感器L2之電流。一電流感測器117感測IL2並產生一成比例之電壓感測信號VS，其被提供給控制器115之另一輸入端。控制器115發出一閘極驅動信號GD至Q的閘極。一負載電流IRL流過RL。

橋式整流器104將交流輸入電壓VAC轉換成跨電容器C1之一整流直流電壓VC1以及跨電容器C2之另一電壓VC2。電感器(L1 & L2)、電容器(C1 & C2)、切換開關Q、以及二極體D之組態共同構成一類Z源調整器。運作之中，控制器115監測電容器C2之電壓VC2及電感器L2之電流IL2，並藉由調變Q的開關狀態，例如，藉由透過GD信號導通或關閉Q以調整負載。

圖2係一系列時序圖，例示轉換器100之運作，其中描繪出VAC、VC1、IL2、IRL以及GD相對於時間的關係。VAC基本上係一正弦波信號，以0伏特(V)或GND為中心在正負峰值之間振盪。VC1係VAC之一經過整流之形式，使得VC1之強度遵循VAC，但在每一周期第二半部分的VAC負值期間維持正值。電容器C1及C2使切換頻率平滑化，而非儲存VAC頻率能量或者維持一整流輸入電壓VC1。用於切換頻率濾波的電容值小於用於線路頻率能量儲存之電容值。轉換器100從而免於使用一般而言壽命不長、高成本、且大尺寸的電解電容器。

當VC1低於一圖中標示為VRUN的正電壓門檻值之時，GD維持於低位準，使得Q被關閉。一旦VC1超過VRUN，則控制器115發出高位準之GD，使得Q被導通且通過L2的電流IL2以一正比於VC1加上負載電壓VL之速率增加。其應注意VL相對於GND係負值。當IL2抵達一圖中標示為IPK的峰值臨界電流之時，控制器115發出低位準之GD以關閉Q。二極體D導通以提供IL2一路徑，而IL2以一個正比於VC2加VL的速率減少。當IL2抵達一圖中標示為IVAL的谷底臨界電流之時，控制器115再次發出高位準之GD以使Q回到導通狀態。此切換循環持續進行，使得IL2在VC1高於VRUN之時維持於IVAL與IPK之間變動。其應注意，IL2變動的斜率隨著VC1的變化(增加/減少)而改變(增加/減少)。當VC1減少至低於VRUN之時，控制器115將GD下拉至低位準以使得Q維持關閉。此控制方法可以被稱為遲滯電流模式或砰砰(bang-bang)控制。電容器CDC濾除切換頻率漣波，使得通過負載RL的負載電流IRL在VC1高於VRUN之時基本上等於IPK與IVAL之平均。

雖然圖中未明確顯示，但電感器L1中之電流IL1的電流波形與IL2類似。當Q導通時，IL1以一正比於VC2之位準的速率增加(例如，變化之速率或IL1之導數相關於或者大約等於VC2/L1)，且當Q關閉時，二極體D提供一路徑給IL1以正比於VC1減少。

圖3係一轉換器300之示意及方塊圖，其係圖1之轉換器100之一更具體之實施例，其中類似之組件採用相同的參考標示。同樣地其跨節點101及103提供VAC，其中基於安全性考量，一可熔斷電阻器FR提供於節點101與節點101A之間。一EMI濾波電容器CEMI耦接於節點101A與103之間，而二極體D1和D2之陽極在此例中係耦接至節點101A。二極體D2和D4之陰極在此例中係耦接至一節點105A，而一濾波電感器LEMI耦接於節點105與105A之間。LEMI、CEMI、與C1共同做為一EMI濾波器以降低電磁輻射。元件C1、C2、L1、L2、D及Q以類似於轉換器100之方式耦接至節點105、107、109、111及113。電流感測器117被一耦接於節點109(GND)與一節點109A之間的感測電阻器RS取代。RS基本上係一相當微小的電阻值，使得節點109和109A具有大致相同之電壓位準而用於負載之用途。負載濾波電容器CDC耦接於節點111與109A之間。負載電阻器RL被一連串耦接於節點111與109A之間的LED所取代。通過該等LED的負載電流在圖中標示為ILED。D1和D3之陰極以類似之方式耦接至節點113。

控制器115由一控制器315取代。在所例示的實施例之中，控制器315包含一反相緩衝器301、比較器303、305及321、邏輯閘307及309、一設定-重置型(SR)鎖存器311、閘極驅動放大器313、一頻率切換(FSW)限制器317、一偏壓調整器319、以及一參考信號產生器323。緩衝器301之輸入端耦接至節點109A且其輸出端耦接至比較器303和305二者之非反相輸入端。比較器303之輸出端耦接至邏輯閘307之一輸入端，其被组構成一二輸入非或閘(NOR gate)。比較器305之輸出端耦接至邏輯閘309之一輸入端，其被组構成一二輸入或閘(OR gate)。非或閘307之輸出端耦接至SR鎖存器311之設定輸入端，而或閘309之輸出端耦接至SR鎖存器311之重置輸入端。SR鎖存器311之Q輸出端耦接至放大器313之輸入端以及FSW限制器317之一輸入端。放大器313之輸出端產生提供給Q之閘極的GD信號。FSW限制器317之輸出端提供至非或閘307之另一輸入端。

產生VC2之節點107被提供至偏壓調整器319之一輸入端以及比較器321之反相輸入端。偏壓調整器319產生一電壓VA，其被一電容器CB濾波(相對於GND)並通往放大器313之來源電壓輸入端，放大器313亦參照至GND(或者說使其另一供應電壓輸入端耦接至GND)。偏壓調整器319亦產生一供予參考信號產生器323之來源電壓，參考信號產生器323產生參考電壓位準VMIN、VVAL以及VPK。VMIN被供予比較器321之非反相輸入端，VPK被供予比較器305之反相輸入端，而VVAL被供予比較器303之反相輸入端。

通過RS之電流IL2在節點109A之上產生一相當微小的負電壓位準，被緩衝器301反相並緩衝(以及放大，若有必要的話)以提供一成比例之感測電壓VS給比較器303和305。VVAL對應至IVAL，VPK對應至IPK，而VMIN對應至VRUN。在一實施例之中，FSW限制器317用以將Q之切換頻率限制至一預定之最大位準。在一實施例之中，FSW限制器317係一下降信號緣延遲。當SR鎖存器311被設定之時，其Q輸出係高位準而FSW限制器317之輸出亦是高位準。當SR鎖存器311被重置且其Q輸出係低位準之時，FSW限制器317之下降信號緣延遲輸出停留一段特定之時間以防止SR鎖存器311被設定。在一實施例之中，該段特定之時間大約1微秒(μs)。以此方式，切換限制功能將切換頻率限制至一大約1百萬赫茲(MHz)之最大值，其可以藉由一50%工作週期下降至大約500仟赫茲(kHz)。此例中，切換限制功能係做為一最小切斷時間功能，不一定是一精確的頻率限制。

轉換器100之運作大致與轉換器100之運作類似，如圖2之時序圖所例示。電流IRL由通過該等LED的LED電流ILED取代。VAC及VC1以大致相同之方式運作。當VC1低於VRUN之時，VC2低於VMIN，比較器321之輸出係高位準，且或閘309之輸出係高位準，此將SR鎖存器311維持於一重置狀態以避免GD變成高位準。當VC1上升超過VRUN且VC2超過VMIN之時，比較器321之輸出變成低位準，而使得SR鎖存器311自保持的重置狀態釋離。由於VS低於VVAL，表示電流IL2低於IVAL，故比較器303之輸出係低位準。假設FSW限制器317之輸出亦是低位準，則非或閘307之輸出變成高位準以設定SR鎖存器311而拉升GD至高位準以導通開關Q。電流IL2以一線性速率增加(如前所述)直到VS上升至VPK指出IL2抵達IPK為止，此時比較器305之輸出變成高位準，以將或閘309之輸出拉升至高位準而重置SR鎖存器311。SR鎖存器311將GD下拉至低位準以關閉Q，而IL2以一線性速率減少而回降至IVAL。運作以此方式持續，如圖2所示。

平均LED電流ILED由峰值及谷底臨界值以及經由VPK及VVAL所決定的IPK及IVAL分別設定。控制器315致能簡化的偏壓、閘極驅動以及電流感測。一個簡單的偏壓調整器319自VC2取得控制及閘極驅動功率。Q的源極亦耦接至接地端，致能一單端式閘極驅動器。電流IL2產生一跨RS的負電壓(相對於接地端)，且許多方法(包含反相電壓放大器或電壓至電流放大器)可以藉由一正比於IL2之適當信號(例如，VS)提供控制。

圖4係一轉換器400之示意及方塊圖，以大致與轉換器100相同之方式組構而成，其中類似之組件採用相同的參考標示。轉換器400另外包含一示範性填谷網路401，其包含額外的二極體D5、D6和D7以及電容器C3和C4。D5之陽極耦接至節點113，且其陰極耦接至D6之陽極以及C3之一端。C3的另一端耦接至節點105。C4之一端耦接至節點113，且其另一端耦接至D6之陰極以及D7之陽極。D7之陰極耦接至節點105。

填谷網路401被加入整流類Z源轉換器組態以在輸出端提供一連續的負載功率。填谷網路401藉由將VC1維持於接近VAC之零交越處而提供能量儲存。填谷網路401內的電容器D3及C4串聯式地充電至接近VAC之峰值電壓且並聯式地放電以在整流電壓VC1之谷底處填充。填谷網路401在零交越期間對需要連續負載調整的應用提供能量。遲滯電流控制提供一簡易之方式以調整負載電流。如前所述，負載電流係IPK與IVAL臨界值之間的平均。遲滯電流模式控制之另一優點係源於VAC周期長度上之切換頻率之變異所造成的EMI縮減。該切換頻率係一個電感器L2及電壓VC1、VC2、及VL之函數。

圖5顯示一遲滯電流控制模擬電路(圖中未顯示)與一工作比控制模擬電路(圖中未顯示)二者之傳導性EMI頻譜之量測，各自具有大致相同之功率成分。此頻譜之量測係伏特數相對於以赫茲為單位之頻率("k"表示仟赫而"M"表示百萬赫茲)。一第一頻譜501係遲滯電流控制電路之傳導性EMI，而一第二頻譜503係工作比控制電路之傳導性EMI。固定切換頻率工作比控制電路之第二頻譜503之特性峰值明顯大於遲滯電流控制電路之第一頻譜501之特性峰值。

圖6係一時序圖，例示一轉換器之模擬結果，此轉換器除了其中之LED置換成一靜態90Ω電阻器之外，其結構大致類似轉換器300。其顯示電壓VC1、VDS、VL以及一負載電流IRL相對於時間(以毫秒或ms為單位)之關係。VDS係開關Q的汲極對源極電壓。IRL係通過靜態90Ω電阻器之負載電流(以毫安培或mA為單位)。模擬結果與對應的插接板結果(圖中未顯示)關聯性良好。

圖7至10例示採用一依據上述任一組態實施而成之轉換器700之各種電子裝置。轉換器700可以實施成如本文所述之類Z源轉換器。如圖7所示，轉換器700接收VAC並驅動任何類型之直流負載703。如圖8所示，轉換器700接收VAC並對一電池或者包含一或多個可充電電池之電池組801進行充電。如圖9所示，轉換器700接收VAC並提供電流給一或多個發光二極體(LED)901。如圖10所示，轉換器700接收VAC並提供電流至一線圈1001或類似裝置以產生一磁場給一電動馬達1003或類似裝置。

圖11係包含轉換器700之一電子裝置1100之方塊圖，轉換器700以類似圖9所示之方式組構而成，以提供電流給一或多個LED 901。此例中，一傳統型線路調光器1102接收VAC(例如，交流線路電壓)並提供一交流傳導式角調變電壓或"截形"電壓VAC_MOD ，其被提供至轉換器700之輸入端。在一實施例之中，線路調光器電路1102用以在每一半周期(亦即，180度)中介於0與180度間的任何相位角選擇性地截去描繪於1101處之VAC的信號前緣及信號後緣二者或其中之一，以提供VAC_MOD 。VAC_MOD 之一示範形式描繪於1103處，其中之信號前緣在每一半周期期間均被截去。在一實施例之中，線路調光器電路1102使用一TRIAC(圖中未顯示)或類似元件以在接近零處延遲VAC波形，直到預定之相位角為止。調光器相位角愈大，VAC被截去或歸零以降低VAC_MOD 電壓的成分愈多。當每一半周期之中的相位角抵達之時，VAC驟升至線路電壓(例如，該TRIAC導通)而VAC的其餘部分被輸出至轉換器700。

相較於傳統型線路調光器電路，轉換器700針對調光運作提供一優點。LED群901在VAC的每一個周期接近零交越處關閉二次。轉換器700調整LED電流。此例中，平均LED電流和對應的光輸出量係正比於調光器相位角。傳統型LED調光器使用複雜的控制以得到調光相位角，而後將平均LED電流調整成正比於該相位角。轉換器700並未使用複雜的控制，且自動地將平均LED電流調整成正比於該相位角。

依據一實施例之一轉換器將一交流電壓轉換成一供予一負載之調整輸出電流。該轉換器包含第一到第五節點以及一耦接至第一節點的參考節點。該負載係用以耦接於並聯一濾波電容器的第一與第二節點之間。該轉換器另外包含一整流電路，用以對該交流電壓進行整流以及提供一整流電壓於第三節點之上、一第二電容器，其耦接於該第三與第四節點之間、一第一電感器，其耦接於該第三與第五節點之間、一第三電容器，其耦接於該第五節點與該參考節點之間、一第二電感器，其耦接於該第二與第四節點之間、以及一第一二極體，其具有一陽極耦接至該第四節點以及一陰極耦接至該第五節點。該轉換器另外包含一電流感測裝置，其用以感測自該參考節點經由該第二電感器流至該第四節點之電流並用以提供一代表該電流的感測信號。該轉換器另外包含一切換電晶體，其具有一耦接至該第三節點之第一電流接頭、一耦接至該參考節點之第二電流接頭、並且具有一控制接頭。該轉換器包含一遲滯電流模式控制器，其耦接至該第三節點以及該切換電晶體之控制接頭，且接收該感測信號。該轉換器根據該感測信號控制該切換電晶體以調整通過該第二電感器之電流。

依據一實施例之一電子裝置包含一Z型轉換器、一電流感測器、一直流負載和一控制器。該Z型轉換器包含一橋式整流器、第一及第二電容器、第一及第二電感器、一第一二極體以及一電子開關。該整流器對一交流電壓進行整流以提供一整流電壓於一第一節點之上。第一電容器耦接於該第一節點與一第二節點之間。第一電感器耦接於該第一節點與一第三節點之間。第二電容器耦接於該第三節點與一具有一參考電壓位準的第四節點之間。第二電感器耦接於該第二節點與一第五節點之間。第一二極體具有一陽極耦接至該第二節點以及一陰極耦接至該第三節點。該電子開關具有一第一電流接頭耦接至該第一節點、一第二電流接頭耦接至該第四節點、且具有一控制接頭。該電流感測器係感測自該第四節點經由該第二電感器流至該第五節點之電流並提供一成比例之感測信號。該直流負載包含一濾波電容器且耦接於該第四與第五節點之間。該控制器耦接至該第三節點、接收該感測信號、並耦接至該電子開關之控制接頭。該控制器控制該電子開關以使得通過該第二電感器之電流維持相對恆定。

其揭示一種利用轉換器將一交流輸入電壓轉換成一具有調整輸出電流的直流輸出的方法。該轉換器包含一第一電感器，其耦接於第一與第二節點之間、一第一電容器，其耦接於該第二節點與一參考節點之間、一二極體，其具有一陽極耦接至一第三節點以及一陰極耦接至該第二節點、一負載網路，其包含一濾波電容器，其耦接於該參考節點與一第四節點之間、一第二電感器，其耦接於該第三與第四節點之間、以及一開關，其具有電流接頭耦接於該第一與參考節點之間並具有一控制接頭。該方法包含對該交流輸入電壓進行整流以在該第一與第三節點之間提供一整流電壓、監測該第二節點之電壓、監測流過該第二電感器之第二電感器電流並提供一代表該電流之感測信號，在該第二節點之電壓係至少一預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流落入一谷底電流位準之時，導通該開關，而當該第二節點之電壓小於該預定之最小位準之並在該第二節點之電壓係至少該預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流上升至一峰值電流位準之時，關閉該開關。

雖然本發明已參照其特定較佳形式說明如上，但其有可能設想出其他變形及變異。熟習相關技術者應能理解，其可以輕易地使用所揭示之概念以及特定之實施例做為基礎，而在未脫離以下申請專利範圍所界定之本發明之精神和範疇下，設計或修改其他結構以達成本發明之相同用途。

100．．．轉換器

101．．．節點

101A．．．節點

103．．．節點

104．．．橋式整流器

105．．．節點

105A．．．節點

107．．．節點

109．．．節點

109A．．．節點

111．．．節點

113．．．節點

115．．．控制器

117．．．電流感測器

300．．．轉換器

301．．．反相緩衝器

303．．．比較器

305．．．比較器

307．．．邏輯閘

309．．．邏輯閘

311．．．設定-重置型(SR)鎖存器

313．．．閘極驅動放大器

315．．．控制器

317．．．頻率切換(FSW)限制器

319．．．偏壓調整器

321．．．比較器

323．．．參考信號產生器

400．．．轉換器

401．．．示範性填谷網路

501．．．第一頻譜

503．．．第二頻譜

700．．．轉換器

703．．．直流負載

801．．．電池或電池組

901．．．發光二極體(LED)

1001．．．線圈

1003．．．電動馬達

1100．．．電子裝置

1101．．．VAC之形式

1102．．．線路調光器電路

1103．．．VAC_MOD 之形式

經由配合所附圖式之說明，將對本發明之效益、特徵、及優點有更佳之理解。

圖1係依據一實施例實施而成之一轉換器之簡化示意及方塊圖；

圖2係一系列時序圖，其例示圖1之轉換器之運作；

圖3係一轉換器之示意及方塊圖，其係圖1之轉換器之一更具體之實施例，其中類似之組件採用相同的參考標示；

圖4係一轉換器之示意及方塊圖，以大致與圖1轉換器相同之方式組構而成，其中類似之組件採用相同的參考標示；

圖5顯示一遲滯電流控制模擬電路與一工作比控制模擬電路二者之傳導性EMI頻譜之量測；

圖6係一時序圖，其例示一轉換器之模擬結果，此轉換器除了其中之LED置換成一靜態電阻器之外，其結構大致類似圖3之轉換器；

圖7至10例示採用一依據上述任一組態實施而成之轉換器之各種電子裝置；而

圖11係包含一轉換器之一電子裝置之方塊圖，該轉換器以類似圖9所示之方式組構而成以提供電流給一或多個LED。

100．．．轉換器

101．．．節點

103．．．節點

104．．．橋式整流器

105．．．節點

107．．．節點

109．．．節點

111．．．節點

113．．．節點

115．．．控制器

117．．．電流感測器

Claims (20)

1. 一種將交流電壓轉換成供予負載之調整輸出電流的轉換器，其包含：一第一節點，其用以耦接至該負載之一第一端，及一第二節點，其用以耦接至該負載之一第二端；一濾波電容器，其耦接於該第一與第二節點之間；一整流網路，其用以接收該交流電壓以及用以提供一整流電壓於一第三節點之上；一第二電容器，其耦接於該第三節點與一第四節點之間；一第一電感器，其耦接於該第三節點與一第五節點之間；一第三電容器，其耦接於該第五節點與一參考節點之間，其中該參考節點耦接至該第一節點；一第二電感器，其耦接於該第二與第四節點之間；一第一二極體，其具有一陽極耦接至該第四節點、及一陰極耦接至該第五節點；一電流感測裝置，其用以感測自該參考節點通過該第二電感器流至該第四節點之電流並用以提供一代表該電流之感測信號；一切換電晶體，其具有一耦接至該第三節點之第一電流接頭、一耦接至該參考節點之第二電流接頭、並且具有一控制接頭；以及一遲滯電流模式控制器，其耦接至該第三節點以及該切換電晶體之控制接頭、接收該感測信號、並且根據該感測信號控制該切換電晶體以調整通過該第二電感器之該電流。
2. 如申請專利範圍第1項之轉換器，其中該濾波、第二及第三電容器係非電解電容器。
3. 如申請專利範圍第1項之轉換器，其中該遲滯電流模式控制器在該感測信號指出一谷底電流位準之時，導通該切換電晶體，其中該遲滯電流模式控制器在該感測信號指出一大於該谷底電流位準之峰值電流位準之時，關閉該切換電晶體，且其中該濾波電容器被組構成濾除切換頻率漣波，使得通過該負載之電流係該谷底電流位準與該峰值電流位準之一平均。
4. 如申請專利範圍第3項之轉換器，其中該遲滯電流模式控制器包含：一第一比較器，其將該感測信號與一代表該谷底電流位準之谷底數值進行比較並提供一代表結果之設定信號；一第二比較器，其將該感測信號與一代表該峰值電流位準之峰值數值進行比較並提供一代表結果之重置信號；以及一邏輯網路，其耦接至該切換電晶體之該控制接頭並接收該等設定及重置信號，其中該邏輯網路響應於該設定信號以導通該切換電晶體並響應於該重置信號以關閉該切換電晶體。
5. 如申請專利範圍第4項之轉換器，另包含：一第三比較器，其將該第五節點之電壓位準與一預定之最小位準進行比較並提供一致能信號；且其中該邏輯網路在該致能信號指出該第五節點之電壓位準低於該預定之最小位準時，維持該切換電晶體於關閉狀態。
6. 如申請專利範圍第1項之轉換器，另包含一填谷網路，其耦接於該第三與第四節點之間以將該第五節點維持高於一預定之最小位準。
7. 如申請專利範圍第6項之轉換器，其中該填谷網路包含：一第二二極體，其具有一陽極耦接至該第四節點及一陽極耦接至一第六節點；一第三二極體，其具有一陽極耦接至該第六節點及一陽極耦接至一第七節點；一第四二極體，其具有一陽極耦接至該第七節點及一陽極耦接至一第三節點；一第四電容器，其耦接於該第三節點與第六節點之間；以及一第五電容器，其耦接於該第四與第七節點之間。
8. 如申請專利範圍第1項之轉換器，其中該電流感測裝置包含一耦接於該參考節點與該第一節點之間的感測電阻器以及一具有一耦接至該感測電阻器之輸入端及一提供該感測信號之輸出端的放大器。
9. 一種電子裝置，其包含：一Z型轉換器，其包含；一整流網路，其用以對一交流電壓進行整流以提供一整流電壓於一第一節點之上；一第一電容器，其耦接於該第一節點與一第二節點之間；一第一電感器，其耦接於該第一節點與一第三節點之間；一第二電容器，其耦接於該第三節點與一具有一參考電壓位準的第四節點之間；一第二電感器，其耦接於該第二節點與一第五節點之間；一第一二極體，其具有一陽極耦接至該第二節點以及一陰極耦接至該第三節點；以及一電子開關，其具有一耦接至該第一節點之第一電流接頭、具有一耦接至該第四節點之第二電流接頭、並且具有一控制接頭；一電流感測器，其用以感測自該第四節點通過該第二電感器流至該第五節點之電流並提供一成比例之感測信號；一直流負載，其耦接於該第四與第五節點之間，其中該直流負載包含一濾波電容器耦接於該第四與第五節點之間；以及一控制器，其耦接至該第三節點、接收該感測信號、並耦接至該電子開關之控制接頭，其中該控制器控制該電子開關以使得通過該第二電感器之電流維持相對恆定。
10. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，其中該直流負載包含至少一發光二極體。
11. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，其中該直流負載包含至少一可充電電池。
12. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，另包含：一線路調光器電路，其接收一交流線路電壓且根據一調光相位角將該交流電壓提供做為一交流傳導式角調變電壓；且其中該等轉換器、電流感測器以及控制器根據該調光相位角共同調整該通過該第二電感器之電流。
13. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，其中該控制器包含一遲滯電流模式控制器，其在該感測信號指出一谷底電流位準之時導通該電子開關，其中該遲滯電流模式控制器在該感測信號指出一大於該谷底電流位準之峰值電流位準之時關閉該電子開關，且其中該濾波電容器被組構成濾除切換頻率漣波，使得通過該負載之電流係該谷底電流位準與該峰值電流位準之一平均。
14. 如申請專利範圍第13項之電子裝置，其中該遲滯電流模式控制器在該第三節點之一電壓位準低於一預定之最小電壓位準時，維持該電子開關於關閉狀態。
15. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，另包含一填谷網路，其耦接於該第一與第二節點之間以將該第三節點維持高於一預定之最小位準。
16. 如申請專利範圍第9項之電子裝置，其中該控制器包含：一第一比較器，其將該感測信號與一代表一谷底電流位準之谷底數值進行比較並提供一代表結果之設定信號；一第二比較器，其將該感測信號與一代表一峰值電流位準之峰值數值進行比較並提供一代表結果之重置信號；一第三比較器，其將該第三節點之電壓位準與一預定之最小位準進行比較並提供一致能信號；以及一邏輯網路，其耦接至該電子開關之控制接頭並接收該等設定、重置及致能信號，其中該邏輯網路在該致能信號指出該第三節點係至少一預定之最小位準之時，響應於該設定信號以導通該電子開關並響應於該重置信號以關閉該電子開關，且在該致能信號指出該第三節點低於該預定之最小位準之時，維持該電子開關於關閉狀態。
17. 一種利用轉換器將交流輸入電壓轉換成具有調整輸出電流的直流輸出之方法，其中該轉換器包含一第一電感器，其耦接於第一與第二節點之間、一第一電容器，其耦接於該第二節點與一參考節點之間、一二極體，其具有一陽極耦接至一第三節點及一陰極耦接至該第二節點、一負載網路，其包含一濾波電容器耦接於該參考節點與一第四節點之間、一第二電感器，其耦接於該第三與第四節點之間、以及一開關，其具有電流接頭耦接於該第一與參考節點之間並具有一控制接頭，該方法包含：對該交流電壓進行整流以提供一整流電壓於該第一與第三節點之間；監測該第二節點之電壓；監測流過該第二電感器之第二電感器電流並提供一代表該電流之感測信號；以及控制該開關，該開關之控制係藉由：在該第二節點之電壓係至少一預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流落入一谷底電流位準之時，導通該開關，而當該第二節點之電壓小於該預定之最小位準並在該第二節點之電壓係至少該預定之最小位準且當該感測信號指出該第二電感器電流上升至一峰值電流位準之時，關閉該開關。
18. 如申請專利範圍第17項之方法，另包含降低該整流電壓之高頻成分。
19. 如申請專利範圍第17項之方法，另包含填充該整流電壓之電壓谷底以在正常運作期間將該第二節點之電壓維持高於該預定之最小位準。
20. 如申請專利範圍第17項之方法，另包含對該交流輸入電壓進行濾波以降低電磁干擾。