[发明专利]用于控制功率级的功率晶体管的设备和系统

说明书

技术领域

本公开涉及转换器，并且更特别地涉及用于准谐振AC/DC反激 式转换器的控制装置。

背景技术

转换器且特别是用于灯泡替换的基于LED的灯的离线驱动器常常 被期望具有大于0.9的功率因数、低的总谐波失真(THD)和安全隔离。 同时，由于成本原因，期望在不关闭反馈环路的情况下调整对于适当 LED驱动所需的输出DC电流。此外，与调光器的兼容性对于LED驱 动器而言变得越来越重要，尤其是对于基于切相技术的调光器。

高功率因数(高PF)反激式转换器能够用简单且廉价的功率级来 满足功率因数和隔离规范。在高PF反激式转换器中，不存在被直接地 连接到输入整流器电桥的能量储存电容器，因而使得施加于功率级的电 压是经过整流的正弦波。为了实现高PF，输入电流跟踪输入电压，因 此引起时间相关的输入至输出电力潮流。结果，输出电流包含频率是干 线频率两倍的大AC分量。

准谐振反激式转换器使电力开关导通与变压器退磁(即次级电流已 变成零)的时刻同步，正常地在适当延迟之后。这允许导通在退磁之后 的漏极电压振荡(ringing)的波谷上发生，常常称为“波谷切换”。最常 见的情况是，使用峰值电流模式控制，因此通过电流感测信号达到由调 整输出电压或电流的控制环路所编程的值，来确定电力开关的关断。

在反激式转换器中，输入电流是初级电流的平均值，该电流仅在电 力开关的ON时间期间流动，导致由对应于电力开关的OFF时间的空隙 分隔开的一系列三角形。此“斩波”促使初级电流的平均值低于峰值的一 半，且取决于三角形的标记占空比(mark-spaceratio)。结果，输入电 流不再与峰值的包络成比例且不同于包络，包络是正弦曲线的，而输入 电流并非是正弦曲线。虽然保持了类似正弦曲线形状，但输入电流是失 真的。此失真正弦输入电流导致反激式转换器不能实现低THD或单位 功率因数。

图1示出了根据现有技术的高功率因数(高PF)反激式转换器30。 高PF反激式转换器30从具有电压V_ac(θ)的AC电源线路供电，并包括 输入桥式整流器34，该输入桥式整流器34具有接收电压V_ac(θ)的输入 端32、连接到地的第一输出端以及第二输出端，所述整流器被配置成在 第二输出端处产生经过整流的正弦电压V_in(θ)＝V_PK|sinθ|，且从电源线 路吸取的电流是类似正弦曲线的。

在初级侧，反激式转换器30还包括电容器C_in以及分压器R_a-R_b， 所述电容器C_in充当高频平滑滤波器，跨桥式整流器34的输出端子连接， 负端被接地。反激式转换器30具有变压器36，初级绕组L_p被连接到电 容器C_in的正端子，以及辅助绕组L_aux被耦合到电阻器RZCD。电力开 关M的漏极端子被连接到初级绕组L_p，且其源极端子经由感测电阻器 Rs被接地。流过电力开关M的电流(即当M开启时流过初级绕组L_p的电流)可以作为跨过感测电阻器Rs的正压降。转换器的初级侧还包 括对初级绕组L_p的漏电感进行钳位的钳位电路37。

在次级侧，变压器36包括次级绕组Ls，次级绕组Ls一端被连接到 次级接地，并且另一端被连接到二极管D的阳极，该二极管D的阴极 被连接到电容器C_out的正极板，该电容器C_out的负极板被连接到次级接 地。

反激式转换器30跨过电容器C_out在其输出端子处生成DC电压V_out， 该电容器C_out将对负载40进行供电，负载40在图1中是一串高亮度 LED。

反激式转换器具有分压器块42，该分压器块42具有接收信号B(θ) 的第一输入端以及接收信号A(θ)的第二输入端，该A(θ)是跨过电容器 C_in感测到的瞬时经过整流的线电压的一部分并通过电阻分压器R_a-R_b而 被引入到引脚MULT。将用Kp来表示分压器比Rb/(Ra+Rb)。