用於級聯切換功率轉換器中輔助電源運行的低能傳輸模式的製作方法

2023-05-26 10:51:31

專利名稱：用於級聯切換功率轉換器中輔助電源運行的低能傳輸模式的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及切換功率調節器電路，尤其涉及一種級聯切換功率轉換器，其中 通過在低能傳輸模式下運行該切換功率轉換器，使輔助繞組電源獲得由終端功率轉換器級 提供的能量。
背景技術：
為向線路供電切換功率轉換器的控制電路供電，需使用低電壓電源，其電壓在數 毫安培電流時典型地在3V至12V之間。然而，直到功率轉換器運行，典型可用的唯一電源 是交流(AC)電力線。電阻器中的功耗典型地在數瓦特數量級，由此在高電壓的AC電力線 中不能通過電阻器將電壓降至控制器要求的電壓。因此，由於使用輔助繞組可產生較低電壓，在轉換器磁性元件之一上的輔助繞組 常常用於向轉換器控制器集成電路(integrated circuit, IC)供電，由此可減少耗散功率。 可從第一級運行輔助電源，但在AC線路供電級聯轉換器中，第一級的感應器/變壓器電流 會隨輸入電壓變化。在第一級是功率因數校正器(power factor corrector, PFC)的級聯 轉換器中，輸入電流將隨輸入電壓按正比例關係變化。在線路輸入被整流和濾波的其它級 聯轉換器內，除非濾波器在所有負載條件下均具有低的脈動、並由此相當大，否則在高負載 條件下在輸入端仍將發生相當大的AC變化。因此，在這類應用中，期望將輔助繞組置於第 二級中的磁性組件之一上。在級聯功率轉換器中，通常直到第一級的輸出電壓已達到一定 水平時才起動第二級，以確保第二級的正常運行。因此，一般至少直到第二級起動時、才停 止使用通常使用齊納二極體調節輸出電壓的電阻器電壓降電源構造，由此可降低總效率以 及提高由電源產生的熱度。由可從第一級PFC接收其輸入的直流-直流(DC-DC)轉換器級向第二級輔助電源 供電，該第二級輔助電源的輸出電壓仍隨DC-DC轉換器輸入端處的中間節點電壓變化，該 中間節點電壓可隨PFC輸入端處的AC電力線電壓的大小變化。為確保在所有輸入線條件 下均具有足以用於運行控制器集成電路的電壓，最高輔助電源輸出電壓將典型地遠高於最 低要求輸出電壓。因此，或者必須將集成電路設計成可用於全範圍的可由輔助繞組提供的 電源電壓，或者必須使用諸如齊納二極體電路調節電壓，由此耗散功率和熱量、以及典型地 降低可靠性。因此，期望提供一種級聯功率轉換器，該級聯功率轉換器可向內部控制器電路提 供一種可從級聯功率轉換器的第二(或更後)級運行的輔助電源。還將期望提供這種可在 廣泛變化的輔助繞組電壓下運行的輔助電源，且無需齊納二極體或其他耗損式調節技術。

發明內容
上述目的旨在在級聯切換轉換器中提供一種其輔助電源電路從第二級或更後級 運行的級聯功率轉換器，以及一種運行該切換轉換器的方法。級聯切換轉換器的第一級從電源接收其輸入，該第一級可以是AC電力線，且其輸出端與中間節點耦合。級聯切換轉換器也具有第二級，該第二級的輸入端與中間節點耦合， 輸出端提供級聯功率轉換器的輸出。輔助繞組位於第二級的磁性耦合元件上，且第二級包 括起動控制電路，該起動控制電路在第二級起動期間、以及在第一級起動之前在低能傳輸 模式下運行第二級，以提供在輔助繞組上的電壓。因此，輔助電源可在第二級起動期間運 行，且不會在級聯功率轉換器的輸出端處產生相當大的電流。磁性耦合元件可以是一種在 運行期間不儲存大量能量的變壓器，或者是一種通過離散電流切換進行能量傳輸的感應器 或變壓器。可在具有可選運行模式的輔助電源電路上安裝輔助繞組，該運行模式具有對於每 種運行模式特有的不同輸入/輸出電壓。可根據對輔助電源輸出電壓的測量動態地選擇輔 助電源的運行模式，由此提供可進一步提高輔助電源效率的滯後控制器。由下文結合附圖詳述的本發明優選實施例，可看出本發明上述及其他目的、特徵 和優點。


圖1是本發明實施例所述級聯切換轉換器的方塊圖。圖2是圖1中級聯切換轉換器的局部細節簡化示意圖。圖3是圖1中輔助電源16的細節示意圖。圖4是本發明實施例所述圖1中級聯切換轉換器的運行細節信號波形圖。圖5是本發明實施例所述圖1中切換轉換器的運行細節信號波形圖。圖6是本發明可選實施例所述的可用於實現圖1中輔助電源16的可選輔助電源 16A的細節示意圖。
具體實施例方式本發明包括級聯轉換器內的輔助電源電路、以及向級聯切換功率轉換器內的控制 和/或其他電路供電的方法，其中從級聯切換功率轉換器的第二(或更後)級提供輔助 電源。級聯功率轉換器可以是後部有DC-DC轉換器級的功率因數校正器(power factor corrector，PFC)。在級聯轉換器的第二(或更後)級中具有低能傳輸模式。低能傳輸模式 可提供足夠的能量向輔助電源的輸出端充電，這可從第二級的磁性組件之一的輔助繞組處 進行。低能傳輸模式通常比正常運行中第二級的切換速率和脈衝寬度具有低得多的切換速 率和較低的脈衝寬度，以使在低能傳輸運行模式期間不幹擾與級聯轉換器的輸出端連接的 負載，或不向該負載供電。具有可選運行模式的輔助電源電路用於改變輔助電源特有的輸出/輸入電壓，以 補償第二級輸入電壓的變化。例如，在PFC輸入級運行之前，可在將級互連的中間節點兩端 間獲得輸入電壓峰，而在第一級運行後可獲得峰間電壓，由此使由輔助繞組獲得的電壓發 生2 1的變化。輔助電源的運行模式可用於補償這一變化和其它變化，且可運行於滯後 反饋構造中，在該構造中可選擇模式，以調節輔助電源輸出電壓。圖1顯示本發明實施例所述的級聯切換功率轉換器8。切換控制器10提供控制 信號，以控制第一級PFC 14和第二級DC-DC轉換器15中由中間節點連接的切換裝置。電 容器Cunk保持中間節點電壓，電容器Ckect保持從整流器12向PFC 14提供的輸入電壓，該整流器12通過電磁幹擾(electromagnetic interference, EMI)濾波器11與AC電力線源 17耦合。在照明應用中，DC-DC轉換器15的輸出端在所列實施例中用於向發光二極體LED 供電。然而，本發明的技術可在其他應用中用於級聯功率轉換器、以及除PFC/DC-DC之外的 級聯構造中。DC-DC轉換器15包括輔助電源16，該輔助電源16向控制器10提供運行內部電路 所需的電力，並提供運行PFC 14和DC-DC轉換器15內的切換裝置所需的門驅動電流。可 通過電阻器Rsi和電阻器Rs2獲得電力，直到輔助電源16可產生足以運行控制器10內的至 少一些電路的電壓。可從由DC-DC轉換器15的磁性耦合元件提供的輔助繞組aux運行輔 助電源16。因此，在DC-DC轉換器15已開始切換後，輔助繞組aux只產生輸出電壓VAUX。與 級聯切換功率轉換器8的運行順序類似，典型級聯轉換器的常規運行順序如下一旦電容 器Ckect兩端間的電壓達到預定閾值電壓，就開始運行PFC 14 ；然後，在電容器Cunk兩端間的 電壓Vuffi已達到穩態值後(由電壓Vunk達到另一預定閾值電壓指示)，開始運行DC-DC轉 換器15。然而，根據本發明的實施例，級聯切換功率轉換器8提供一種低能傳輸模式，在該 模式下在PFC 14運行的同時或可選之前，可起動DC-DC轉換器15。圖2顯示圖1中級聯切換功率轉換器8的細節。感應器Ll和切換電晶體m提供 升壓構造PFC，該升壓構造PFC可將電容器Cunk充電至約400VDC的電壓，由此在電容器Ckect 的兩端間形成360VDC的輸入電壓。電晶體m的門是由控制器10控制的，以使PFC 14的 輸入阻抗大體上沒有無功分量，即PFC 14呈現為AC電力線源17兩端間的電阻。在起動之 前，由於二極體Dl被用作峰探測器，在AC電力線源17的第一輸入峰後，在電容器Cunk的兩 端間出現整流型AC電力線源17的峰壓。控制器10可在低能傳輸模式下運行DC-DC轉換 器15，且很少切換並具有窄脈衝，以產生輔助電源輸出電壓Vaux，如下文所述。DC-DC轉換器15是一種推挽式正向轉換器，它在變壓器Tl的二等分初級繞組的 兩端間依次切換電晶體N2和N3，產生二極功率波形。在變壓器T 1的次級繞組處，二極體 D2和D3對二極功率波形進行整流，且由感應器L2結合電容器Cqut對其進行濾波。如上所 述，變壓器Tl也向輔助繞組aux供電。電阻器Ris向切換控制器10提供壓降。電阻器Ris 兩端間的壓降與通過電晶體N2或電晶體N3切換的電流成比例，由此提供電流模式反饋，指 示通過負載施加的電流，例如圖1中的發光二極體LED。在一操作示例中，在切換任何切換電晶體m_N3之前，由於對在電容器Ckect的兩端 間出現的整流信號進行峰檢測，在電容器Cunk的兩端間可獲得約160VDC的電壓(典型AC 電力線源的峰壓)。一旦通過電阻器Rsi和電阻器Rs2獲得的電壓足以運行控制器，且已將 控制器初始化，控制器10就開始運行PFC 14，以升壓和調節在電容器Cunk兩端間的電壓。 控制器10也開始在短期內以諸如20kHz的很低重複頻率切換在DC-DC轉換器15中的晶體 管N2和N3;這雖然不足以在短期內提供大量電流(例如小於標稱電流的5%)通過發光 二極體LED，不過可提供足夠的電流通過變壓器Tl的輔助繞組aux，以產生輔助電源輸出電 壓VAUX。由於以低速率切換電晶體N2和N3，輔助電源16的電流要求也低於在DC-DC轉換 器15的常規切換操作期間的要求。一旦電壓Vuffi已充分升高，控制器10就將DC-DC轉換 器15置於常規運行模式。由於一旦電晶體附開始切換、PFC 15的輸出就倍增，因而一旦 電壓Vuffi已升至其全電壓值，在輔助繞組aux兩端間的可用電壓就約為在起動低能傳輸模 式期間電壓的兩倍。根據由控制器10提供的模式選擇信號模式，或通過下文所述的模式選
7擇條件內部檢測，此時可改變輔助電源16的運行模式。雖然上述操作順序用於起動，在諸如所述LED照明應用的應用中，當發光二極體 LED完全關閉時(這可在變暗期間根據工作因數進行)，或在100%變暗時，可通過停止切換 DC-DC轉換器15停用輸出端，而PFC 14繼續調節電壓VUffi。因此，為將輔助電源16的輸出 端維持在電壓Vaux，可再次進入DC-DC轉換器15的低能傳輸模式，且通過發光二極體LED產 生的少量電流將不會干擾變暗操作。假設在PFC 14起動之前和在PFC 14起動之後輸送給控制器10的電壓是相同的， 在起動或離開變暗模式且返回常規操作之後，如果輔助電源16隻包括諸如齊納二極體的 線性調節電路，則輔助電源16中的功耗將約與輸送給控制器10的功率相同。因此，所述實 施例中的輔助電源16包括具有上述可選運行模式的倍壓器。輔助電源16在一運行模式下 產生的DC輸出的大小大體上等於在輔助繞組aux兩端間可用峰間電壓的一半，在另一運行 模式下產生的DC輸出的大小大體上等於在輔助繞組aux兩端間可用電壓峰值的平均值。在 兩種運行模式下，通過電路壓降可降低在輔助電源16的輸出端施加的實際電壓。在起動期 間、以及在控制器10開始DC-DC轉換器15的常規運行之前，通過使用可由控制器10提供 或可在輔助電源16內確定的控制信號模式，可將輔助電源16置於倍增器模式下，如下文所 述。在PFC 14已升高電容器Cunk兩端間的可用電壓之後，輔助電源16或被置於非倍增器 模式下，或在滯後調節模式下運行，如下文所述。圖3顯示本發明實施例所述的輔助電源16的細節。輔助電源16的輸入端與變壓 器Tl的輔助繞組aux連接。由於二極體D14將保持反向偏置、以及二極體Dll短路，電容 器Cl將輔助繞組aux與輔助電源16的輸入端進行AC耦合，以在通過起動電晶體NlO選擇 的第一運行模式下有效除去二極體Dll和D14。在第一運行模式下，輔助電源電路16用作 倍壓器電路。在輔助電源16的倍增器運行模式下，在輔助繞組aux兩端間的負相電壓期間，二 極管D13導通，且電容器Cl向輔助繞組aux兩端間的可用電壓負峰充電，由此降低二極體 D13的壓降，且二極體D12在該相期間被反向偏置。在輔助繞組aux兩端間的下一可用正相 電壓期間，二極體D13被反向偏置，且二極體D12導通。在正相期間在輔助繞組aux兩端間 的電壓與在前負相期間在電容器Cl上的電壓相加，造成「電壓相加」現象。在第一運行模 式下由輔助電源16實現的倍壓器電路通常被稱為倍壓器；這在所述應用中是真實的，因為 電晶體N2和N3的推挽式運行使得輔助繞組aux兩端間的電壓負和正脈衝大體上相等。在輔助電源16的第二運行模式下，電晶體NlO被停用，且二極體D11-D14用作全 波橋整流器，該整流器對輔助繞組aux兩端間的可用AC耦合電壓(正如通過電容器Cl進 行的耦合)進行整流。由於輔助繞組aux是AC耦合，由二極體D11-D14形成的橋整流器的 輸入端之間的DC電位可以非零，且假設在電容器Cl的兩端間可出現輔助繞組aux兩端間 可用電壓的正、負峰差。因此，由二極體D11-D14形成的橋整流器的輸出端可提供正、負峰 壓，該橋整流器在第二運行模式下提供輔助電源16的輸出，且該輸出理論上是在第一運行 模式下產生的電壓的一半；但由於二極體和其他電路壓降，兩輸出電壓將不同於上述輸出 電壓。如上所述，在PFC 14運行之後或當DC-DC轉換器15進入常規運行模式時，控制器 10可向輔助電源16發信號，以使其離開倍壓器模式。可選將輔助電源16的這兩種運行模式結合起來形成調節器。圖3中的輔助電源16舉例說明這類調節器。通過比較輔助電源 輸出電壓Vaux與閾值電壓Vth，由控制電路24內的滯後比較器Kl可控制電晶體NlO的門，且 通常將該閾值電壓Vth設定為在第一運行模式與第二運行模式的輔助電源輸出電壓Vaux之 間的任何電壓。通過根據輔助電源輸出電壓Vaux的大小控制輔助電源的運行模式，所述操 作可將輔助電源輸出電壓Vaux調至期望水平。圖4說明在起動或變暗模式期間DC-DC轉換器15的運行狀況。在起動時刻Ta之 前，電壓Vunk已升至輸入線的峰壓，且未開始切換操作。在時刻Ta與Tb之間，DC-DC轉換器 15的低能傳輸模式按窄而少的脈衝(例如每隔50 μ s出現2. 5 μ s的脈衝)對輸出電壓Vaux 充電。在時刻Tb之後，開始常規運行模式，其中以正常切換速率進行切換，例如每隔IOyts 進行。同樣在時刻Ta與Tb之間，由於PFC 14的運行，電壓Vuffi升高。圖5顯示輔助電源16在起動時在滯後調節中的運行狀況。信號模式表明電晶體 NlO的門狀態。在時刻Ttl與時刻Ta之間，由電源電壓Vddh表示的切換控制器10的所需動 力是通過電阻器Rsi和電阻器Rs2提供的，而輔助電源的輸出電壓Vaux顯示為零。在實際實 施中，輔助電源輸出不可與電阻器Rsi和電阻器Rs2隔開，且如電壓Vddh所示可增加。從時刻 Ta至時刻ΤΒ，當DC-DC轉換器15的低能傳輸運行模式的脈衝對在輔助電源16的輸出端的 電容器C2充電時，輔助電源16保持在第一「倍增器」運行模式下，且輔助電源輸出電壓Vaux 逐級升高。在時刻Tb時，輸出電壓Vaux達到閾值電壓Vth加上比較器Kl的滯後電壓，即最大 電壓Vmax ；且滯後比較器Kl的輸出發生變化，以選擇輔助電源16的全波橋運行模式。輸出 電壓Vaux降低，直至時刻Tc時達到閾值電壓Vth的電壓減去比較器Kl的滯後電壓，即最小電 壓Vmin ；且滯後比較器Kl的輸出發生變化，以再次選擇輔助電源16的倍增運行模式。圖6顯示本發明可選實施例所述的輔助電源16Α的細節，該輔助電源16Α可選用 於實施圖1中的輔助電源16。輔助電源16Α與圖3中的輔助電源16類似，因此下文將只描 述它們之間的差異。在輔助電源16Α中，不採用通過比較輸出電壓Vaux與閾值電壓Vth而得 到的控制信號模式，而是通過使用比較器Κ2比較鏈路電壓Vunk與另一閾值電壓Vth2，確定鏈 路電壓的大小；在該鏈路電壓下，可通過控制控制信號模式的狀態，中斷對輔助繞組aux的 輸出電壓的增倍。閾值電壓Vth2可以是用於確定選擇DC-DC轉換器15的低能傳輸模式的 相同閾值電壓；且比較器K2連同控制信號模式可以是用於選擇低能傳輸模式的相同比較 器和控制信號；或用於選擇DC-DC轉換器15的低能傳輸模式以及輔助電源16A的倍壓動作 的閾值電壓和控制信號可以是分離的。雖然已結合優選實施例具體顯示和說明了本發明，本領域技術人員可理解的是無 需脫離本發明的精神和保護範圍，即可獲得上述以及其他在形式方面的變化、以及細節。
權利要求
一種級聯功率轉換器，包括第一切換功率電路，其輸入端與電源耦合，其輸出端與中間節點耦合；以及第二切換功率電路，其輸入端與中間節點耦合，其輸出端提供所述級聯功率轉換器的輸出；其中所述第二切換功率電路包括用於將所述第二切換功率電路的輸入端與所述第一切換功率電路的輸出端耦合的磁性耦合元件，且該磁性耦合元件具有初級繞組和輔助繞組；其中所述第二切換電源包括控制電路，該控制電路在所述中間節點處的電壓低於常規運行電壓時、或在由所述控制電路有效禁用所述級聯功率轉換器的輸出端時，可使所述第二切換功率電路在低能傳輸運行模式下運行，且所述控制電路可停止所述第二切換功率轉換器的常規切換操作；其中在所述低能傳輸運行模式下，向所述輔助繞組傳輸足以由所述輔助繞組運行所述控制器的能量。
2.根據權利要求1所述的級聯功率轉換器，其中在所述級聯功率轉換器的起動期間， 所述控制電路在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換功率電路，由此在所述中間節 點處的電壓達到穩態值之前在所述輔助電源輸出端處產生電壓。
3.根據權利要求1所述的級聯功率轉換器，其中為響應禁用所述級聯功率轉換器的輸 出端的指示，所述控制電路在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換功率電路，由此 在所述輔助繞組處產生電壓，且未在所述級聯功率轉換器的輸出端處產生相當大的電流。
4.根據權利要求3所述的級聯功率轉換器，其中所述級聯功率轉換器是一種用於向發 光二極體照明器供電的電源，其中所述指示是一種將所述級聯功率轉換器置於變暗狀態下 的指示。
5.根據權利要求1所述的級聯功率轉換器，其中在所述低能傳輸運行模式下所述第二 切換功率電路的第一脈衝重複頻率大體上低於在所述第二切換功率電路的常規運行期間 所述第二切換功率電路的第二脈衝重複頻率。
6.根據權利要求5所述的級聯功率轉換器，其中在所述低能傳輸運行模式下所述第二 切換功率電路的固定脈衝寬度大體上窄於在所述第二切換功率電路的常規運行期間所述 第二切換功率電路的運行脈衝寬度。
7.根據權利要求5所述的級聯功率轉換器，其中所述第二脈衝重複頻率高於或等於所 述第一脈衝重複頻率的五倍。
8.根據權利要求1所述的級聯功率轉換器，其中所述電源是一種AC電源，其中所述第 一切換功率電路是一種功率因數校正器，且其中所述第二切換功率電路是一種DC-DC轉換ο
9.根據權利要求1所述的級聯功率轉換器，還包括可選模式輔助電源電路，其輸入端 與所述輔助繞組耦合，且其輔助電源輸出端可向所述控制電路供電；其中在所述輔助電源 電路的第一運行模式下所述輔助電源輸出端的第一電壓高於在所述第二運行模式下所述 輔助電源輸出端的第二電壓。
10.根據權利要求9所述的切換功率電路，其中根據所述輸出電壓的大小選擇所述輔 助電源電路的運行模式，由此使所述輔助電源電路用作滯後電壓調節器。
11.根據權利要求9所述的切換功率電路，其中根據所述中間節點處所述輸出電壓的 大小選擇所述輔助電源電路的運行模式。
12.—種控制級聯功率轉換器的方法，包括第一切換功率電路，該電路的輸入端與電源耦合，其輸出端與第二切換功率電路的輸入端耦合，所述方法包括向所述第二切換功率電路的輸入端提供來自所述電源的電壓；確定在所述第二切換功率電路的輸入端處的中間電壓低於常規運行電壓，或當指示從 所述第二切換功率轉換器的磁性耦合元件的輔助繞組獲得的能量不足以運行所述級聯功 率轉換器的控制電路時，通過停止所述第二切換功率電路的常規切換運行，有效禁用所述 級聯功率轉換器的輸出端；作為對該指示作出的響應，在低能傳輸運行模式下運行所述第二切換功率電路，其中 通過所述輔助繞組傳輸足以運行所述控制電路的能量；以及產生輔助電源輸出，用於由所述輔助繞組兩端間的電壓運行至少所述第一切換功率電 路或所述第二切換功率電路之一。
13.根據權利要求12所述的方法，其中在所述級聯功率轉換器的起動期間，所述控制 電路在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換功率電路，由此在所述中間電壓達到穩 態值之前產生所述輔助電源輸出。
14.根據權利要求12所述的方法，還包括接收禁用所述級聯功率轉換器輸出端的指示；以及作為對禁用所述級聯功率轉換器輸出端的指示的響應，在所述低能傳輸運行模式下運 行所述第二切換功率電路，由此產生所述輔助電源輸出，且未在所述級聯功率轉換器的輸 出端產生相當大的電流。
15.根據權利要求12所述的方法，其中在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換 功率電路，以控制所述第二切換功率電路的切換，從而在所述第二切換功率電路的常規運 行模式期間使所述第二切換功率電路的第一脈衝重複頻率大體上低於所述第二切換功率 電路的第二脈衝重複頻率。
16.根據權利要求12所述的方法，其中在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換 功率電路，還控制所述第二切換功率電路的切換，以使在所述第二切換功率電路的常規運 行模式期間所述第二切換功率電路的固定窄化脈衝寬度大體上窄於所述第二切換功率電 路的運行脈衝寬度。
17.根據權利要求12所述的方法，其中所述第二脈衝重複頻率高於或等於所述第一脈 衝重複頻率的五倍。
18.根據權利要求12所述的方法，其中所述電源是一種AC電源，其中所述第一切換功 率電路是一種功率因數校正器，且其中所述第二切換功率電路是一種DC-DC轉換器。
19.根據權利要求12所述的方法，還包括在所述輔助繞組處使用具有可選運行模式的 輔助電源電路控制所述電壓，其中在所述輔助電源電路的第一運行模式下所述輔助電源輸 出端的第一電壓高於在所述第二運行模式下所述輔助電源輸出端的第二電壓。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括根據所述輸出電壓的大小選擇所述輔助電源 電路的運行模式，由此由所述輔助電源電路滯後地調節所述輸出電壓。
21.根據權利要求19所述的方法，還包括根據所述中間電壓的大小選擇所述輔助電源 電路的運行模式。
22.根據權利要求12所述的方法，其中所述級聯功率轉換器是一種用於向發光二極體 照明器供電的電源，且其中在所述變暗級聯功率轉換器的運行期間，在所述低能傳輸運行模式下運行所述第二切換功率。
23.一種用於控制級聯功率轉換器的集成電路，包括用於運行功率因數轉換器的第一開關控制電路，該功率因數轉換器在AC電源的中間 節點處產生DC電壓；以及用於運行DC-DC轉換器的第二開關控制電路，該DC-DC轉換器的輸入端與所述中間節 點耦合，其輸出端提供所述級聯功率轉換器的輸出端；其中所述第二切換功率電路包括一 種用於將所述第二切換功率電路的輸入端與所述切換功率電路的輸出端耦合的磁性耦合 元件，且該磁性耦合元件具有初級繞組和輔助繞組；其中所述第二開關控制電路包括控制 電路，且當在所述中間節點處的電壓低於常規運行電壓時，或當通過所述控制電路停止所 述第二切換功率轉換器的常規切換運行、從而有效禁用所述級聯功率轉換器的輸出端時， 所述控制電路使所述第二切換功率電路在低能傳輸運行模式下運行；其中在所述低能傳輸 運行模式下，可向所述輔助繞組傳輸足以運行所述控制器的能量。
24.根據權利要求23所述的集成電路，其中在所述低能傳輸運行模式下所述第二切換 控制電路的第一脈衝重複頻率大體上低於在所述第二切換功率電路的常規運行期間所述 第二切換功率電路的第二脈衝重複頻率。
25.根據權利要求24所述的集成電路，其中在所述低能傳輸運行模式下所述第二開關 控制電路的固定窄化脈衝寬度大體上窄於在所述DC-DC轉換器的常規運行期間所述DC-DC 轉換器的運行脈衝寬度。
26.根據權利要求24所述的集成電路，其中所述第二脈衝重複頻率高於或等於所述第 一脈衝重複頻率的五倍。
27.根據權利要求23所述的集成電路，還包括具有可選運行模式的輔助電源電路，且 該輔助電源電路的輸入端與所述輔助繞組耦合，輔助電源輸出端用於向所述控制電路供 電；其中在所述輔助電源電路的第一運行模式下所述輔助電源輸出的第一電壓高於當所述 輔助電源電路在所述第二運行模式下時所述輔助電源輸出端的第二電壓。
28.根據權利要求27所述的集成電路，其中根據所述輸出電壓的大小選擇所述輔助電 源電路的運行模式，由此使所述輔助電源電路用作滯後電壓調節器。
29.根據權利要求27所述的集成電路，其中所述級聯功率轉換器是一種用於向發光二 極管照明器供電的電源，且其中在所述變暗級聯功率轉換器的運行期間，在所述低能傳輸 運行模式下運行所述第二切換控制電路。
30.一種級聯功率轉換器中，包括多個以級聯形式耦合在一起的切換功率級，其中由輸入電源提供所述多個切換功率級 中第一個的輸入端；輔助電源的輸入端與輔助繞組耦合，該輔助繞組位於所述多個切換功率級中第二個的 磁性耦合元件上，其中所述輸入端具有中間電壓；以及一控制電路，用於在低能傳輸運行模式下運行所述多個切換功率級中的所述第二個， 且其脈衝寬度或切換速率中的至少一個大體上低於所述多個切換速率級中所述第二個的 常規運行模式的另一切換速率和另一脈衝寬度；且其中在已起動所述切換功率級的所述 第一個之後、以及在所述中間電壓已達到足以運行所述切換功率級的所述第二個的水平之 後，所述控制電路在所述常規運行模式下運行所述級聯功率轉換器。
全文摘要
一種從第二切換功率級運行其輔助電源的級聯功率轉換器，該級聯功率轉換器可通過早在起動過程中就起動輔助電源實現高效運行。在第二切換功率級內開始低能傳輸運行模式，以對輔助電源輸出端供電，且不在負載處產生顯著的幹擾。在起動第一切換功率級之後、以及在中間節點電壓已升至足以運行第二切換功率級的水平之後，終端切換功率級進入正常運行模式。低能傳輸運行模式與常規運行模式相比可顯著降低切換速率和脈衝寬度。
文檔編號H02M7/12GK101938219SQ20101022023
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月29日 優先權日2009年6月30日
發明者何朝暉, 埃裡克·金, 約翰·L.·米蘭森, 羅布特·格裡斯莫, 莫洛·吉塔諾 申請人:美國思睿邏輯有限公司