[发明专利]多路径功率因数校正的方法及功率变换器

说明书

本申请是申请号为201180049526.3、申请日为2011年8月18日、 名称为“基于电池的甚高频开关功率变换器”的PCT发明专利申请 的分案申请。

相关申请案

本申请要求以下临时申请的权益，每个申请以引用的方式整体并 入本文：2010年8月18日提交的美国序号61/374,993；2010年8月 18日提交的美国序号61/374,998；以及2010年10月12日提交的美 国序号61/392,329。

技术领域

本文所述的方法和系统涉及甚高频功率变换技术、技艺、方法、 应用和系统。

背景技术

增加开关模式电源(SMPS)的开关频率是以后广泛寻求的目标作 为一种增加功率密度和提高瞬态性能的手段。然而，使用常规功率变 换器拓扑(增压、降压、反激等)增加开关频率导致显著降级的效率。 另外，在开关频率增加时，功率密度只会增加直到达到最优的开关频 率，此时功率密度开始再次减少。因此，常规解决方案似乎缺乏满足 需求。

发明内容

本文所述的方法和系统可以包括使用芯片级部件的下一代甚高 频(VHF，30-300MHz)电源架构。鉴于本文所述的方法和系统启用 的几个增强作用，本文概述固态照明应用等的VHF变换的基础技术 和方法以及示例性益处。在图式和相关联描述中列举核心VHF变换 器架构(AC-DC和DC-DC)的其他应用。这些元件一起提供基本创 新和方法的描述与那些创新的一系列有用的和有益的应用。

在为一般照明应用的AC-DC变换器的线连接LED驱动器的情况 下，有几个益处，包括大于10倍的体积减少、更低成本、更高可靠 性、高度的集成、高效率和非常快的瞬态响应。这些特征一起形成适 合于改装灯(例如，A19、MR16、GU10)和各种PAR形式以及固 态灯具的LED驱动器系统的有用阵列的基础。然而，发明的甚高频 芯片级电源架构的应用不限于LED和/或固态驱动器。这种技术可以 用于可以受益于本文所述的几个益处的任何应用。

本文所述的VHF电源架构的独特的特征使功率变换器能够在利 用非常少的部件时具有非常高的功率密度、高性能和高瞬态响应。这 使在许多空间的应用成为可能，例如，大小和成本是关键问题的固态 照明和便携式移动装置，以及由于更简单和更少的部件引起的最高功 率密度和改善的可靠性非常有用的军事和工业应用。一个示例性应用 是雷达，特别是战斗机上的空中拦截雷达，其中大小、重量和瞬态性 能是关键属性。目前的功率变换器系统需要大型和重型电容器组以维 持在传输下的雷达要求的瞬态。通过利用本文所述的本发明，这些电 容器不再需要由瞬态考虑测定大小，而是只需要纹波。这允许大容量 能量存储的大幅度减少以及主要功率级的减少。这组特征将提供此类 高性能军事应用的明显的优势。

在改装灯空间中有几个需求：最重要的是对低成本的要求，几乎 同样重要的是小尺寸，然而根据特定的灯类型和预期的目标市场，高 性能(效率)、高可靠性和完整范围的功能性都是非常有用的。在每 个情况下，现有的功率变换器技术达不到推进SSL灯取得商业成功 必需的期望的特征。在这个领域本文中所述的发明技术解决每个这些 不足并且为灯制造商提供引人注目的包装。

在一个方面，本发明提供一种高频开关功率变换器。高频开关功 率变换器可以包括柔性连接以串联接收输入信号和提供输出的多个 软开关电池。高频开关功率变换器可以进一步包括用于配置柔性连接 和用于控制电池以接收输入信号的控制器。在一个实施方案中，多个 电池中的每个可以由控制器单独控制。此外，可以用并行输出布置多 个电池的一部分。另外，多个电池中的至少一个可以包括一个或多个 开关电容器。在另一实施方案中，多个电池中的至少一个可以包括至 少一个开关电容器和DC/DC调节变换器。