[发明专利]具有高功率系数的脉动抵消变换器

说明书

技术领域

本发明涉及的是适用于提高AC与DC电源的转换性能的方法和电路。尤其是，适用于这样的电源的方法和电路，即，所述电源可以在AC端获得高功率系数(PF)，并且同时，在DC输出功率端上的减少或者实质上消除脉动。方法和电路可以在需要高功率系数和/或低输出脉动的各种不同的实践中应用。特别的是，所述方法和电路可以适用于DC照明应用，例如，发光二极管(LED)的照明，其中对输出功率中的低频脉动的抑制消除了可视的闪动。

背景技术

对于宽波段的设备的集流功率系数校正的调整的问题正变得越来越紧迫。举例来说，最新的调整需要的是，适用于任何一种具有输出功率高于5瓦的发光二极管(LED)的电源的功率系数的校正。

对于低功率到中等功率程度(例如，5瓦到100瓦)而言，通常使用的是一种逆向变换器。附图1显示的是所述系统的方框图。通过在输入电压之后强行输入平均的输入电流，就可以获得高功率系数。为了降低成本，通常使用临界传导模式来获得功率系数的校正。然而，这样会导致在线路频率的谐波处的输出电压中出现脉动。第二谐波(例如，北美使用的120Hz或者中国，欧洲使用的100Hz)。在DC照明(例如，LED照明)应用中会形成特殊的集流，这将会导致出现可视的闪动，其中人类的眼睛可以看到来自于LED的发光的波动。

在这样一种传统的设计中，在功率系数和通过负载的低频电流脉动之间可以采用一个折中方案。举例来说，为了获得超过90％的功率系数，负载电流的脉动的极大值与极小值可以与平均DC值的60％一样高。例如，平均的负载电流为0.5安培，低频的电流脉动可以是与0.3安培(极大值到极小值)一样高。这就出现了以下若干问题：首先，正文上文中所描述的内容那样，对于DC照明(例如，LED)应用而言，脉动的电流会导致出现可视的闪动。其次，很难获得变化的输出功率。当平均负载电流减小时，脉动电流不会成比例地减少，因此，脉动电流将会在减少的输出功率中出现更多的问题。在DC照明的应用中，在降低的明亮度中，闪动将会变得更糟糕。第三，脉动电流将会致使许多设备的使用寿命衰减，例如，LED。

为了获得高功率新和少量的低频电流脉动，可以使用两级的变换器。附图2显示的是用于激励LED的传统的变换器的电路方框图，第一阶段20通常是一种升压变换器，其将AC电压转换为高压，例如，400伏，同时可以获得功率系数校正。第二阶段22是一种DC与DC的变换器，其将400伏的电压转换为负载所要求的较低的电压，例如，50伏到125伏，以提供给电隔离器件，并调整负载电流。然而从与附图1中的变换器相比来说，附图2中的变换器的不足之处在于需要更高的成本和更大的尺寸。

发明内容

本文在此提供的是一种适于与电源结合使用的电路，其可以提供包括具有第一AC电压脉动的主DC电压，或者包括具有第一AC电流脉动的主DC电流，电路可以包括脉动抵消变换器，该变换器可以提供的是：(i)与主输出相互串联的第二AC电压脉动，以致第一AC电压脉动实质上得以抵消；或者(ii)与主输出相互并联的第二AC电流脉动，以致第一AC电流脉动实质上得以抵消；其中可以提供的是实质上无脉动的DC输出功率。

同样地，本文在此提供的是一种电路，该电路可以提供DC功率，包括：输出主DC电压的部分，所述主DC电压具有第一AC电压脉动或者具有第一AC电流脉动的主DC电流；和脉动抵消变换器，其可以提供：(i)与主输出相互串联的第二AC电压脉动，以致第一AC电压脉动实质上得以抵消；或者(ii)与主输出相互并联的第二AC电流脉动，以致第一AC电流脉动实质上得以抵消；其中可以提供的是实质上无脉动的DC输出功率。

在某些实施方案中，脉动抵消变换器提供的是一种辅助输出，其可以包括(i)具有第二AC电压脉动的辅助DC电压，其中第二AC电压脉动实质在量值上相等的，而且实质上位于第一AC电压脉动的相反相位上；或者(ii)具有第二AC电流脉动的辅助DC电流，其中第二AC电流脉动实质在量值上相等的，而且实质上位于第一AC电流脉动的相反相位上；其中主输出和辅助输出是可以结合的，以致：(i)可以提供总的DC电压或者总的DC电流；(ii)第二AC电压的脉动实质上抵消了第一AC电压的脉动，或者第二AC电流的脉动实质上抵消了第一AC电流的脉动；(iii)总的DC电压或者总的DC电流实质上是无脉动的。脉动抵消变换器可能会包括降压变换器，升压变换器，降压-升压变换器，或者全桥变换器。