[发明专利]具有功率因数校正和输出相关能量储存器的电源

说明书

交流‑直流电源包括耦接到交流‑直流电源的输入的直流‑直流转换器。交流‑直流电源的输入被耦接以接收交流输入电压和交流输入电流。直流‑直流转换器包括经调节输出和储存器输出。控制器被耦接以从直流‑直流转换器接收感测信号。控制器被耦接以响应于感测信号来控制直流‑直流转换器对经调节输出进行调节。控制器还被耦接以控制交流输入电流的波形具有与交流输入电压的波形基本上相同的形状。调节器电路耦接到经调节输出和储存器输出。控制器耦接到调节器电路，以控制能量从储存器输出通过调节器电路到经调节输出的传递。

技术领域

本发明总体上涉及电源，并且更具体地，本发明涉及被配置成以相对高的功率因数根据交流(ac)输入电压运行的电源。

背景技术

在通常的开关模式电源应用中，交流-直流(ac-dc)电源从公用电源接收标称在100至277伏rms(均方根)之间的输入。ac输入电压随着与在世界不同地区标称50Hz或60Hz的频率相对应的周期以正弦进行变化。控制电路使电源中的开关以比ac输入电压的频率大一千倍以上的速率进行导通和关断，以提供可以适用于向例如用于照明的发光二极管(LED)负载提供电流的经调节输出。尽管在本公开内容中LED负载将主要用作示例性负载，但是认识到，存在需要恒定电压或恒定电流或恒定电压和恒定电流输出特性二者的组合的许多其他类型的负载，诸如例如可以受益于本发明的教示的移动电子产品中的电池。在通常的应用中，由负载、温度或输入电压的改变引起的恒定输出电压或恒定输出电流的变化是不期望的。期望的是具有经调节输出，使得被调节的电压或电流相对于负载、输入电压、温度等的改变保持相对恒定。在LED负载的情况下，期望恒定电流输出以确保LED以相对恒定的强度提供照明。在相对恒定的输出电流的情况下，ac-dc电源向LED负载提供相对恒定的输出功率，同时LED串上的电压将相对恒定。由于ac输入电压不会在正弦ac线路周期期间自然地以恒定的速率提供能量，所以电源必须具有能量存储能力，该能量存储能力允许电源以非恒定的速率从输入提取能量并以恒定的速率将该能量递送至输出。通常地，能量作为经整流输入电压存储在功率转换级的输入处的存储电容器上。然而，在这种配置中，存储电容器在ac电压的峰值处从ac输入汲取其大部分电流，从而增加了rms输入电流并生成在许多应用中不期望的线路频率谐波。

如下所述，向LED提供经调节电流的ac-dc电源通常必须满足对功率因数、效率和可能的电流隔离的要求。设计师面临以最低的成本提供令人满意的方案的挑战。

公用电源向电器插座提供一ac电压，该ac电压具有的波形符合幅度、频率和谐波含量的标准。然而，从插座汲取的电流由接收ac电压的电源的特性确定。理想的电流波形将与来自插座的电压的波形匹配，并且两者将会同时越过零。换言之，理想输入电流的波形将与输入电压的波形成比例。功率因数是对从插座汲取的电流与ac电压波形匹配地有多密切的测量。在ac输入电压的任何完整周期内，理想电流将具有一rms值，该rms值等于来自插座的平均功率的值除以电压的rms值。功率因数为100％是理想的。换言之，当电流具有理想特性时，rms电压和rms电流的乘积将等于来自插座的功率。例如，用于LED的电源通常必须包括功率因数校正以满足调节要求。不包括功率因数校正的电源可能具有小于50％的功率因数，而通常需要大于90％的功率因数来满足输入电流的标准。

安全机构通常要求电源在输入和输出之间提供电流隔离。电流隔离防止电源的输入和输出之间的dc电流。换言之，施加在具有电流隔离的电源的输入端子和输出端子之间的高dc电压基本上不会在电源的输入端子和输出端子之间产生dc电流。对电流隔离的需求是导致电源的成本的并发症(complication)。

具有电流隔离的电源必须保持将输入与输出电气分离的隔离屏障。能量必须越过隔离屏障传递以向输出提供功率，并且在许多情况下越过隔离屏障传递反馈信号形式的信息以调节输出。电流隔离通常用电磁器件和电光器件实现。电磁器件诸如变压器和耦合电感器通常用于在输入和输出之间传递能量以提供输出功率，而电光器件或电磁器件任一者可以用于在输出和输入之间传递信号，以控制能量在输入和输出之间的传递。