[发明专利]DC/DC谐振转换器和使用谐振转换器的功率因数校正以及对应的控制方法

说明书

提供了对谐振DC/DC和AC/DC转换器电路的各种改进。这些改进对LLC电路特别有意义。一些示例涉及自激振荡电路，而其他示例涉及具有由振荡器驱动的频率控制例如以用于功率因数校正的转换器电路。

技术领域

本发明涉及使用谐振功率转换器来提供具有功率因数校正的AC/DC转换，或者提供DC/DC转换。本发明特别涉及LLC转换器的使用。

背景技术

以所谓的谐振转换器形式的转换器具有谐振电路，谐振电路可以是串联或并联谐振电路。在配置转换器时，一个目标是保持低损耗。包括具有两个电感和一个电容的LLC谐振电路的谐振转换器是公知的。这种转换器的优点是，具有相对较低的开关损耗的能量高效操作是可能的。

谐振LLC转换器以在LED驱动器中使用而公知。转换器可以被配置或操作为恒流源或恒压源。可以使用恒流源直接驱动LED布置，从而实现单级驱动器。恒压源例如可以用于具有另外的驱动器电子元件的LED模块，以便利用来自由恒压源提供的输出电压的预定电流来确保到LED的对应功率供应。

LLC转换器包括用于控制转换操作的开关布置(称为反相器开关)，并且开关使用反馈或前馈控制来控制，以便生成所需要的输出。

在由市电(或其他AC)电源供电的功率转换器内实现的另一功能是功率因数校正(PFC)。AC电力系统的功率因数被定义为流向负载的有功功率与电路中的视在功率的比值。小于1的功率因数意味着电压和电流波形不同相，减少了两个波形的瞬时乘积。有功功率是电路在特定时间执行工作的能力。视在功率是电路的电流和电压的乘积。由于存储在负载中并且返回到源的能量，或者由于使从源汲取的电流的波形失真的非线性负载，视在功率将大于有功功率。

如果电源以低功率因数操作，对于传送相同数量的有用功率负载将比在较高功率因数下汲取更多电流。

使用功率因数校正可以提高功率因数。对于线性负载，这可以涉及使用电容器或电感器的无源网络。非线性负载通常需要有源功率因数校正来抵消失真并且提高功率因数。功率因数校正通过提供符号相反的无功功率、添加用于消除负载的电感性或电容性效应的电容器或电感器来使AC功率电路的功率因数更接近1。

有源PFC利用电力电子技术来改变由负载汲取的电流的波形，以改善功率因数。有源PFC电路可以例如基于降压、升压或降压升压开关模式转换器拓扑。有源功率因数校正可以是单级或多级的。

在开关模式电源的情况下，PFC升压转换器例如插入在桥式整流器与市电存储电容器之间。升压转换器试图在其输出上维持恒定的DC母线电压，同时汲取与线路电压始终同相并且处于相同频率的电流。电源内部的另一开关模式转换器从DC母线产生期望的输出电压或电流。

由于其输入电压范围非常宽，具有有源PFC的很多电源可以自动调节，以对例如从约110V至277V的AC电源操作。

功率因数校正可以在例如被置于(市电)电源与开关模式功率转换器之间的专用功率因数校正电路(称为预调节器)中实现，开关模式功率转换器然后驱动负载。这形成了双级系统，并且这是高功率LED应用(例如，大于25W)的典型配置。功率因数校正可以替代地被集成到开关模式功率转换器中，开关模式功率转换器然后形成单级系统。

在这种情况下，存在单个谐振槽和开关布置，其然后实现功率因数校正以及输入与输出之间的转换比的控制两者，以便维持递送给负载的期望的输出(在LED驱动器的情况下为电流)。

有源功率因数校正通常涉及向控制器提供输入电流和电压波形，使得它们的相对相位角可以通过调节负载来控制。

在US 2014/0091718中已经提出使用LLC DC/DC转换器作为PFC电路，在LLC DC/DC转换器之前是整流器。LLC谐振转换器是频率控制的，为此使用振荡器。反馈控制系统的控制值是反相器的开关频率。