[发明专利]用于与功率变换器一起使用的控制器及其操作方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及功率电子设备并且更具体地涉及一种用于与功率变换器一起使用的控制器及其操作方法。

背景技术

开关式功率变换器(也称为“功率变换器”或者“调节器”)是将输入电压波形变换成特定的输出电压波形的电源或者功率处理电路。功率因数校正(“PFC”)/谐振电感器-电感器-电容器(“LLC”)功率变换器包括功率链，该功率链具有跟随有LLC级的PFC级。功率变换器耦合到电源(交流(“ac”)电源)并且提供直流(“dc”)输出电压。PFC级(从ac电源)接收整流变换的ac输入电压并且提供dc总线电压。LLC级采用总线电压以向负载提供dc输出电压。可以采用包括PFC级和LLC级的功率变换器以构造用于从ac电源向笔记本电脑等提供dc输出电压的“ac适配器”。

与功率变换器相关联的控制器通过控制功率变换器中采用的功率开关的导通时间段来管理功率变换器的操作。通常，控制器以反馈回路配置(也称为“控制回路”或者“闭合控制回路”)的方式耦合于功率变换器的输入与输出之间。经常采用两个控制过程以控制由跟随有LLC级的PFC级形成的功率变换器的输出电压。一个过程控制PFC级的总线电压以控制输出电压，并且另一过程控制LLC级的开关频率以控制输出电压。如将变得更清楚的那样，采用两个独立过程以控制具有PFC级和LLC级的功率变换器的输出电压可能导致若干设计问题，这些设计问题损害功率变换器的操作和效率。

关于功率变换器的另一感兴趣的领域通常是在轻负载条件下功率变换器的检测和操作。在这样的条件下，功率变换器进入突发操作模式可能是有利的。关于突发操作模式，功率变换器的功率损耗依赖于用于功率开关的栅极驱动信号和通常不随着负载明显变化的其它持续功率损耗。普遍通过使用突发操作模式在很低功率级解决这些功率损耗，在该模式中，控制器被停用一个时间段(例如一秒)、继而为短暂高功率操作时段(例如10毫秒(“ms”))以提供具有低耗散的低平均输出功率。如这里描述的控制器可以采用突发操作模式的时间间隔以估计功率变换器的输出(或者负载)功率。

可以在许多应用中有利地采用比如具有PFC级和LLC级的功率变换器的功率变换器。在一个应用中，可以采用具有PFC级和LLC级的功率变换器以向多个发光二极管(“LED”)串供电。通常将发光二极管串形成为单个发光二极管的串联电路布置。当照明的发光二极管导通通常为安培分数的前向电流时，它具有约四至五伏特的前向电压降并且产生照明。每个发光二极管的前向电压降随着发光二极管前向电流、发光二极管温度、发光二极管寿命和制造变化而变化。因此，因为通常期望通过在每个发光二极管串中提供基本上相等的电流来产生适度均匀的区域照明，所以不容易并联耦合多个发光二极管串用于广域发光二极管照明。在一个长串中串联耦合所有发光二极管以在每个发光二极管串中提供基本上相等电流通常不切实际，因为长发光二极管串需要向它的末端端子施加高dc电压。

因而，在本领域中需要一种向用于功率变换器的控制过程并入混合方式以避免现有技术中的缺点的控制器，该功率变换器在它的功率链中采用不同功率级。此外，在本领域中需要一种可以在轻负载检测和管理功率变换器(包括进入突发操作模式的功率变换器的操作)以避免现有技术中的缺点的控制器。此外，在本领域中需要一种可以在包括向多个发光二极管串提供功率的不同应用中控制比如具有PFC级和LLC级的功率变换器的功率变换器的输出的控制器。

发明内容

通常由本发明的有利实施例实现技术优点，这些实施例包括一种用于与功率变换器一起使用的控制器及其操作方法。在一个实施例中，该控制器包括：发光二极管串控制器，被配置为接收调光信号并且响应于调光信号控制发光二极管串中的电流电平。该控制器还包括：功率变换器控制器，被配置为接收调光信号并且控制功率变换器的输出电流，该输出电流是发光二极管串中的电流电平的倍数。

在另一方面中，一种用于功率变换器的突发模式控制器包括：突发模式启动电路，被配置为在代表功率变换器的输出电压的信号穿越第一突发阈值电平时启动突发操作模式。该突发模式控制器也包括：电压提升电路，被配置为如果时间窗在代表功率变换器的输出电压的信号穿越第二突发阈值电平之前到期则提供用于升高输出电压的电压提升信号。