[发明专利]用于控制开关功率转换器中的能量消耗的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

依照35U.S.C.§119（e）和37C.F.R.§1.78，本申请要求于2010年11月4日提交的美国临时申请第61/41,168号的优先权，将其全部内容通过引用结合于此。依照35U.S.C.§120和37C.F.R.§1.78，本申请还要求于2011年11月4日提交的美国专利申请第13/289,845号的优先权，将其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及电子领域，并且更具体地涉及用于控制开关功率转换器中的能量消耗的方法和系统。

背景技术

开关功率转换器将从电源（诸如电压源）接收的功率转换为适合于负载的功率。从电压源接收的功率称为“POWER IN（功率输入）”，而提供至负载的功率称为“POWER OUT（功率输出）”。由于（例如）非理想的组件特性，所有开关功率转换器都具有某些固有功率损耗。倾向于最小化该固有功率损耗从而增加开关功率转换器的效率。固有功率损耗在本文中以“P_INH”来表示。在某些情况中提供至开关功率转换器的功率量可以超过由开关功率转换器提供给负载的功率量，即，POWER IN>POWER OUT +P_INH。当POWER IN大于POWER OUT+P_INH时，开关功率转换器使用无源电阻器来无源地消耗过剩能量。

包括诸如一个以上发光二极管（LED）的低功率灯的可调光照明系统表示以下情况：即，开关功率转换器的POWER IN可以大于开关功率转换器的POWER OUT P_INH。在这种示例性的情况下，开关功率转换器通过用于基于交流（“双向晶闸管”）的调光器的三极管接收电流。一旦基于双向晶闸管的调光器开始在交流（“AC”）电源电压的周期期间导通，为了防止双向晶闸管不利地、过早地在电源电压的周期中断开，开关功率转换器引出称为“保持电流”的最小电流。只要开关功率转换器的输入电流大于或等于保持电流，基于双向晶闸管的调光器就不应该过早地断开。对于前沿调光器，当调光器开始导通并且在达到电源电压的过零之前停止导通时，发生过早断开。过早的断开可以引起照明系统诸如闪烁和不稳定的问题。

因此，为了防止基于双向晶闸管的调光器的过早断开，开关功率转换器的最小POWER IN等于保持电流（“i_HOLD”）乘以开关功率转换器的输入电压“V_IN”。传统的基于双向晶闸管的调光器被设计为对白炽灯泡提供电力。对于所希望的调光等级，白炽灯泡针对所有可用的调光等级通常引出至少等于保持电流的电流。然而，诸如LED的其他灯在相对于光输出的功率方面比白炽灯泡更高效并因此在提供同等的光输出的同时使用比白炽灯泡更少的电力。因此，使用LED的照明系统通常利用比白炽灯泡更少的电力以及比白炽灯泡更少的电流。当照明系统吸取的POWER IN比照明系统固有地消耗的和作为POWER OUT提供至灯的功率多时，为了平衡功率，照明系统采用一个以上无源电阻器来内部地消耗过剩功率。

图1示出了包括前沿舍相调光器（phase-cut dimmer，切相调光器）102的照明系统。图2示出了关于照明系统100的理想示例性电压图200。参见图1和图2，照明系统100从电压源104接收AC电源电压V_IN。由电压波形202表示的电源电压V_IN例如是美国的额定60Hz/110V线电压或欧洲的额定50Hz/220V线电压。前沿调光器102舍相电源电压V_IN的各个半周期的前沿（诸如前沿204和206）。因为电源电压V_IN的各个半周期是180度的输入电源电压V_IN，所以前沿调光器102以大于0度且小于180度的角度来舍相电源电压V_IN。通常，前沿调光器102的电压舍相范围是10度到170度。“舍相”电源电压指的是调制交流（“AC”）电源电压的各个周期的前沿相位角。电源电压的“舍相”还通常称为“截去（chopping）”。舍相电源电压减少了提供至负载（诸如照明系统）的平均功率，从而控制提供至负载的能量。