КОНТРОЛЛЕР КОММУТАТОРА КАСКАДА ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
SWITCH CONTROLLER OF BOOST CONVERTER STAGE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится, в общем, к области низковольтного освещения и, более конкретно, к системам и способам для обеспечения питания для низковольтных ламп с электронным трансформатором.
Уровень техники
RMS
Фигура 1 изображает низковольтную осветительную систему 10 предшествующего уровня техники, включающую в себя основной источник 12 питания, обеспечивающий сигнал 14 основного источника питания, представляющий собой, например, напряжение 15 на выходных клеммах 16, для светорегулятора 20, который является опциональным компонентом, который может быть заменен на простой выключатель. В низковольтной осветительной системе 10, изображенной на фигуре 1, светорегулятор 20 генерирует сигнал 24 светорегулятора, представляющий собой, например, напряжение 25 на выходах 26 светорегулятора, который имеет более низкую среднюю мощность, чем сигнал 14 основного источника питания. Светорегулятор 20 может, например, срезать фазу сигнала 14 основного источника питания. Сигнал 24 светорегулятора подается на электронный трансформатор 30. Электронный трансформатор 30 преобразует сигнал 24 светорегулятора в выходной сигнал 34 трансформатора, представляющий собой, например, напряжение 35 на выходе 36 трансформатора, который обеспечивает сигнал питания для низковольтной лампы 40, которая потребляет ток лампы 42 от электронного трансформатора 30. Низковольтная лампа 40 может быть галогенной лампой, светодиодной (LED) лампой или другим типом лампы, которая работает от низковольтного питания, то есть питания, подающего напряжение питания, равное 12 V (среднеквадратичное значение) или менее.
Электронный трансформатор 30 может включать в себя автоколебательный контур, который требует минимальный ток, называемый колебательным током, для самоподдержания устойчивого колебания. Если ток 42 лампы меньше, чем колебательный ток, заданный для электронного трансформатора 30, электронный трансформатор 30 может быть не в состоянии функционировать надежно, и низковольтная лампа 40 может мерцать или не светить.
Ток галогенных ламп обычно больше, чем колебательный ток, заданный для электронного трансформатора 30. Лампы LED, однако, как правило более эффективны и имеют более низкие номинальные мощности, чем галогенные лампы сопоставимой яркости. Хотя, как правило, желательна более высокая эффективность и более низкое потребление энергии, ток 42 лампы, связанный с LED лампой, может быть ниже, чем колебательный ток, заданный для электронного трансформатора 30.
Сущность изобретения
В соответствии с концепцией настоящего раскрытия недостатки и проблемы, связанные с обеспечением надежной работы электронного трансформатора с LED лампами, могут быть уменьшены или устранены.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия низковольтная лампа, пригодная для использования с низковольтным электронным трансформатором, содержит каскад повышающего преобразователя, соединенный с нагрузкой, которая может включать в себя один или несколько LED или другие низковольтные производящие свет компоненты. По меньшей мере в одном варианте осуществления каскад повышающего преобразователя включает в себя катушку индуктивности, коммутатор и контроллер коммутатора, который включает и выключает коммутатор.
По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления катушка индуктивности принимает выходной сигнал электронного трансформатора и подает ток катушки индуктивности на выпрямитель, который подает выпрямленный ток в узел коммутатора. Коммутатор может быть выполнен с возможностью определения, направлен ли выпрямленный ток к нагрузке или возвращен электронному трансформатору. Например, коммутатор может быть выполнен с возможностью, что выпрямленный ток подается на нагрузку, когда коммутатор выключен, и возвращается электронному трансформатору, когда коммутатор включен. Средним специалистам в области низковольтного освещения будет понятно, что варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, в котором катушка индуктивности принимает невыпрямленный сигнал от электронного трансформатора, отличаются по меньшей мере от некоторых низковольтных ламп, спроектированных для использования с электронными трансформаторами, в том числе обычных MR16-совместимых LED ламп, в которых выпрямитель выпрямляет выходной сигнал трансформатора и подает выпрямленный сигнал на катушку индуктивности.
Контроллер коммутатора может быть выполнен с возможностью включения коммутатора путем подачи управляющего сигнала коммутатора, который контроллер коммутатора подает на клемму управления коммутатора. Контроллер коммутатора также может быть выполнен с возможностью синхронизации подачи управляющего сигнала коммутатора с выходным сигналом трансформатора. Например, контроллер коммутатора может быть выполнен с возможностью управления интервалом времени между фронтовыми переходами выходного сигнала трансформатора и подачей управляющего сигнала коммутатора. Кроме того, контроллер коммутатора может принимать набор из одного или нескольких входных сигналов от каскада повышающего преобразователя и управлять управляющим сигналом коммутатора дополнительно в соответствии с любым одним или несколькими этими входными сигналами.
В вариантах осуществления, обеспечивающих возможность использования с магнитными трансформаторами наряду с электронными трансформаторами, части каскада повышающего преобразователя могут выборочно подключаться только тогда, когда трансформатор, обеспечивающий питание для LED лампы, является электронным трансформатором. В этих вариантах осуществления лампа LED может включать в себя схему обнаружения электронного трансформатора, выполненную с возможностью активации цепи повышающего преобразователя в ответ на обнаружение, что трансформатор, обеспечивающий питание для LED лампы, является электронным трансформатором. Схема обнаружения электронного трансформатора может включать в себя, например, фильтр высоких частот, который переключает коммутатор, выполненный с возможностью включения или исключения катушки индуктивности из каскада питания LED лампы, которая принимает выходной сигнал трансформатора. Фильтр высоких частот может быть выполнен с возможностью отличать выходной сигнал электронного трансформатора от выходного сигнала магнитного трансформатора на основании характеристик высокочастотных составляющих выходного сигнала электронного трансформатора. Подходящая схема обнаружения электронного трансформатора может включать в себя элементы цепей обнаружения электронного трансформатора, раскрытых в предварительной заявке на патент США № 61/822,673, поданной 13 мая 2013, которая полностью включена в настоящее описание путем ссылки. Поскольку подробное описание, которое следует ниже, подчеркивает, что цепь повышающего преобразователя используется с синхронизацией с выходным сигналом трансформатора для обеспечения устойчивой и надежной работы автоколебательного контура в электронном трансформаторе, трансформаторы, изображенные и раскрытые ниже, могут быть описаны как электронные трансформаторы, или может быть предположено, что они являются электронными трансформаторами. Однако, всякий раз, когда трансформатор в настоящем описании описывается как электронный трансформатор, или предполагается, что он является электронным трансформатором, совместимость с магнитными трансформаторами может быть достигнута путем добавления цепи обнаружения электронного трансформатора для выборочной активации повышающего преобразователя для работы с электронными трансформаторами.
Возвращаясь теперь к цепи повышающего преобразователя, цепь повышающего преобразователя может включать в себя катушку индуктивности, соединенную с коммутатором, и может быть выполнена с возможностью работы либо в режиме передачи активной мощности, либо в режиме передачи реактивной мощности. При работе в режиме передачи реактивной мощности энергия может передаваться туда и обратно между электронным трансформатором и катушкой индуктивности. Ток катушки индуктивности, связанный с передачей реактивной мощности, вносит свой вклад в полный ток, отбираемый лампой LED от электронного трансформатора. Таким образом, низковольтная LED лампа, включающая в себя цепь повышения питания и контроллер, как раскрывается в настоящем описании, к выгоде удовлетворяет требование к колебательному току электронного трансформатора без ущерба высокой эффективности LED лампы и без добавления проблем совместимости со светорегуляторами.
В соответствии с этими и другими вариантами осуществления настоящего раскрытия низковольтный каскад повышающего преобразователя низковольтной лампы может включать в себя катушку индуктивности, коммутатор и контроллер коммутатора, выполненный с возможностью приема одного или нескольких входных сигналов контроллера. Входы контроллера могут включать в себя, например, вход для трансформатора, вход считывания и вход для нагрузки. Вход для трансформатора может быть соединен или иным образом выполнен с возможностью приема выходного сигнала электронного трансформатора. Вход считывания может быть выполнен с возможностью приема сигнала считывания, который указывает ток, текущий через коммутатор, который может указывать ток катушки индуктивности. Вход для нагрузки может быть выполнен с возможностью приема сигнала LOAD ("нагрузка"), являющегося показателем напряжения нагрузки.
Контроллер коммутатора может включать в себя логическую схему контроллера, выполненную с возможностью генерации или управления управляющим сигналом коммутатора на основании, по меньшей мере частично, одного или нескольких входных сигналов контроллера. Управляющий сигнал коммутатора может подаваться на управляющий вход коммутатора для замыкания и размыкания коммутатора или управления иным образом состоянием проводимости коммутатора. Коммутатор, когда он замкнут, может обеспечивать путь тока по меньшей мере для части тока катушки индуктивности. Ток, текущий по пути тока, обеспеченному коммутатором, когда он замкнут, может представлять собой реактивную передачу энергии между катушкой индуктивности и электронным трансформатором.
По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления логическая схема контроллера выполнена с возможностью синхронизации по меньшей мере некоторых переходов управляющего сигнала коммутатора, то есть замыканий и размыканий коммутатора, с фронтовыми переходами выходного сигнала трансформатора в соответствии с пороговыми значениями, предварительно определенными или заданными иным образом, параметров тока катушки индуктивности. Например, переход от отрицательного к положительному значению выходного сигнала трансформатора может представлять собой конец периода зарядки катушки индуктивности, и логическая схема контроллера может быть выполнена с возможностью замыкания коммутатора в достаточной мере задолго до конца периода зарядки, чтобы гарантировать, что ток катушки индуктивности в конце периода зарядки, который соответствует минимальному пиковому току катушки индуктивности, больше чем или равен минимальному пиковому току катушки индуктивности, заданному для электронного трансформатора. На моменты замыкания коммутатора могут оказывать влияние различные факторы, в том числе заданный минимальный пиковый ток катушки индуктивности, индуктивность катушки индуктивности, амплитуда и частота колебаний выходного сигнала трансформатора. Синхронизация управляющего сигнала коммутатора и выходного сигнала трансформатора обеспечивает устойчивые и надежные колебания электронного трансформатора путем обеспечения соответствия с требованием минимального пикового тока катушки индуктивности электронного трансформатора.
В некоторых вариантах осуществления подачей управляющего сигнала коммутатора дополнительно управляют так, чтобы гарантировать, что минимальный пиковый ток катушки индуктивности не превышает максимальный предел, заданный для катушки индуктивности. Например, логическая схема контроллера может быть выполнена с возможностью задержки замыкания коммутатора в достаточной мере, чтобы гарантировать, что ток катушки индуктивности в конце периода зарядки меньше или равен максимальному току катушки индуктивности, заданному для катушки индуктивности. Величина задержки может определяться факторами, включающими в себя максимальный ток катушки индуктивности, индуктивность катушки индуктивности, амплитуду выходного сигнала трансформатора и частоту колебаний трансформатора.
Логическая схема контроллера может быть выполнена с возможностью прекращения подачи управляющего сигнала коммутатора или выключения иным образом коммутатора в течение периода разряда катушки индуктивности, например, периода после перехода от положительного к отрицательному значению выходного сигнала трансформатора, в соответствии с инициирующим значением сигнала LOAD. В этих вариантах осуществления происходит действительная передача энергии, сохраненной в катушке индуктивности, когда коммутатор выключен, поскольку энергия катушки индуктивности рассеивается на нагрузке. Изменение инициирующего значения может приводить к передаче большего или меньшего количества энергии от катушки индуктивности к нагрузке.
Таким образом, варианты осуществления логической схемы контроллера предлагают возможность эксплуатации коммутатора исключительно или главным образом в режиме реактивной передачи энергии, когда нагрузка требует тока, который является небольшим относительно колебательного тока, требуемого электронным трансформатором, и, таким образом, обеспечивают более высокую производительность электронного трансформатора путем увеличения тока, отбираемого от электронного трансформатора, по существу не увеличивая мощность, рассеиваемую на нагрузке. Аналогично, логическая схема контроллера может эксплуатировать коммутатор так, чтобы было больше действительной передачи энергии от катушки индуктивности к нагрузке, когда нагрузка требует тока, который близок или превышает колебательный ток. В этом режиме работы переключение катушки индуктивности опять способствует увеличению тока, отбираемого от трансформатора, и соответствующему улучшению производительности электронного трансформатора, но используется энергия, сохраненная в катушке индуктивности для обеспечения активной мощности, требуемой нагрузкой. Логическая схема контроллера может поддерживать моноимпульсный режим работы, в котором логическая схема контроллера включает коммутатор один раз за полуцикл или полупериод выходного сигнала трансформатора. Логическая схема контроллера может также поддерживать многоимпульсный режим, в котором логическая схема контроллера циклически повторяет включение и выключение коммутатора несколько раз за время полупериода выходного сигнала трансформатора. В многоимпульсном режиме логическая схема контроллера может замыкать коммутатор в начале периода зарядки, а затем, по мере того, как ток катушки индуктивности достигает заданного верхнего значения, например, значения между минимальным пиковым током катушки индуктивности и максимальным током катушки индуктивности, логическая схема контроллера может выключать коммутатор. Когда коммутатор выключается, энергия, сохраненная в катушке индуктивности, рассеивается на нагрузке и ток катушки индуктивности падает. Когда ток катушки индуктивности опускается ниже заданного нижнего значения, логическая схема контроллера может включить коммутатор, вызывая опять рост тока катушки индуктивности. Эта последовательность может повторяться в течение длительности периода зарядки. Многоимпульсный режим, преимущественно, позволяет логической схеме контроллера гарантировать соответствие параметрам минимального пикового тока катушки индуктивности и максимального тока катушки индуктивности, при этом используя энергию, сохраненную в катушке индуктивности, для удовлетворения энергетических потребностей нагрузки.
Контроллер коммутатора может реализовывать или иным образом функционировать как конечный автомат, который задает ряд состояний, которые может принимать логическая схема контроллера, и критерии для перехода из одного состояния в другое. Конечный автомат может включать в себя моноимпульсный конечный автомат, многоимпульсный конечный автомат или оба.
По меньшей мере в одном варианте осуществления моноимпульсный конечный автомат может включать в себя набор из трех состояний. Логическая схема контроллера может инициировать состояние ON ("включено"), в котором коммутатор замкнут. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления логическая схема контроллера может перейти из состояния ON в состояние EDGE ("фронт"), когда и колебательный сигнал, и граничный сигнал оба является равны TRUE ("истина"). Колебательный сигнал может указывать, когда электронный трансформатор осциллирует должным образом. Сигнал фронта может указывать фронтовой переход выходного сигнала трансформатора, например, относительно быстрый переход от первого напряжения ко второму напряжению или наоборот, в том числе переход от положительного напряжения к отрицательному напряжению одной и той же или аналогичной амплитуды и наоборот или переход от положительного напряжения к нулевому напряжению или наоборот.
то есть
При нахождении в состоянии EDGE моноимпульсный конечный автомат может сохранять коммутатор закрытым и отслеживать сигнал COMP_LO, являющийся показателем того, является ли значение сигнала считывания меньше, чем нижнее пороговое значение. Моноимпульсный конечный автомат может перейти из состояния EDGE в состояние OFF ("выключено") после обнаружения, что сигнал COMP_LO равен FALSE ("ложь"),  сигнал считывания меньше, чем нижнее пороговое значение.
При переходе в состояние OFF моноимпульсный конечный автомат может разомкнуть коммутатор или иным образом выключить коммутатор и отслеживать счетчик OFF, который указывает, как долго конечный автомат был в текущем состоянии OFF. Когда значение счетчика OFF достигает или превышает пороговое значение, конечный автомат может перейти в состояние ON и включить коммутатор. В этих вариантах осуществления пороговое значение счетчика OFF определяет, сколько времени коммутатор оставался разомкнутым после начала полупериода выходного сигнала трансформатора, оно может использоваться для управления минимальным пиковым током катушки индуктивности, который имеет место в катушке индуктивности. Более низкие значения порога будут приводить к закрытию коммутатора более рано во время полупериода выходного сигнала трансформатора и будут увеличивать минимальный пиковый ток катушки индуктивности, в то время как более высокие значения порога будут приводить к закрытию коммутатора позже во время полупериода выходного сигнала трансформатора и будут уменьшать минимальный пиковый ток катушки индуктивности.
Варианты осуществления контроллера коммутатора, которые поддерживают многоимпульсную работу, может исполнять конечный автомат, который включает в себя состояния конечного автомата, отличающиеся или дополнительные к состояниям моноимпульсного конечного автомата. По меньшей мере в одном варианте осуществления многоимпульсный конечный автомат может включать в себя состояние ON, аналогичное моноимпульсному конечному автомату, в котором коммутатор закрыт, и логическая схема контроллера выполнена с возможностью реагирования на обнаружение подачи и колебательного сигнала, и сигнала COMP_HI путем прекращения подачи управляющего сигнала коммутатора, перехода в состояние CCM_OFF и отслеживания счетчика CCM_OFF, являющегося показателем продолжительности состояния CCM_OFF. Логическая схема контроллера может быть дополнительно выполнена с возможностью реагирования, при нахождении в состоянии CCM_OFF, на обнаружение превышения счетчиком CCM_OFF порога CCM_OFF путем подачи управляющего сигнала коммутатора, перехода в состояние CCM_ON.
В состоянии CCM_ON логическая схема контроллера может отслеживать сигнал COMP_HI, счетчик CCM_ON и сигнал COMP_LO. Если сигнал COMP_HI равен TRUE, логическая схема контроллера может перейти обратно в состояние CCM_OFF, разомкнуть коммутатор и отслеживать счетчик CCM_OFF как прежде. Если до подачи сигнала COMP_HI логическая схема контроллера обнаруживает, что счетчик CCM_ON превышает порог CCM_ON, а также, что сигнал COMP_LO равен FALSE, логическая схема контроллера может разомкнуть коммутатор и перейти из состояния CCM_ON в состояние OFF.
В состоянии OFF логическая схема контроллера может быть выполнена с возможностью отслеживания счетчика OFF и реагирования на обнаружение превышения счетчиком OFF порога OFF путем включения коммутатора и перехода обратно в состояние ON.
При нахождении в состоянии ON, если логическая схема контроллера обнаруживает подачу и колебательного сигнала, и сигнала фронта до подачи сигнала COMP_HI, логическая схема контроллера может замкнуть коммутатор и перейти в состояние EDGE. Логическая схема контроллера может оставаться в состоянии EDGE до тех пор, пока сигнал COMP_LO равен TRUE, в этой точке логическая схема контроллера может перейти в состояние OFF.
В соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании, низковольтное устройство, в том числе, без ограничения, низковольтное устройство освещения, может включать в себя каскад повышающего преобразователя, выполненный с возможностью приема выходного сигнала трансформатора и обеспечения тока нагрузки для нагрузки. Каскад повышающего преобразователя может включать в себя катушку индуктивности, соединенную с входным портом, выполненным с возможностью приема выходного сигнала трансформатора, коммутатор, соединенный с катушкой индуктивности, и контроллер. Контроллер может включать в себя входы контроллера, в том числе, без ограничения, вход для трансформатора, выполненный с возможностью приема выходного сигнала трансформатора от трансформатора, вход считывания, выполненный с возможностью приема сигнала считывания, являющегося показателем тока в коммутаторе, и вход для нагрузки, выполненный с возможностью приема сигнала LOAD, являющегося показателем напряжения нагрузки, и логическую схему контроллера, выполненную с возможностью генерации управляющего сигнала коммутатора на основании, по меньшей мере частично, входов контроллера. Управляющий сигнал коммутатора может быть выполнен с возможностью управления состоянием коммутатора. Устройство может дополнительно включать в себя низковольтную светодиодную лампу. Логическая схема контроллера может быть выполнена с возможностью подачи управляющего сигнала коммутатора в соответствии с минимальным порогом для тока катушки индуктивности.
В соответствии с другими вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем описании, способ управления коммутатором может включать этап, на котором принимают входные сигналы контроллера, в том числе принимают выходной сигнал трансформатора от трансформатора, принимают сигнал считывания, являющийся показателем тока в коммутаторе, и принимают сигнал LOAD, являющийся показателем напряжения нагрузки. Способ может включать в себя этап, на котором генерируют управляющий сигнал коммутатора на основании, по меньшей мере частично, входных сигналов контроллера, при этом управляющий сигнал коммутатора выполнен с возможностью управления состоянием коммутатора, и при этом коммутатор влияет на путь тока катушки индуктивности, связанного с катушкой индуктивности, соединенной с выходом трансформатора.
Технические преимущества настоящего раскрытия могут быть очевидны для средних специалистов в области техники из фигур, описания и формулы изобретения, содержащихся в настоящем описании. Задачи и преимущества вариантов осуществления могут быть реализованы и достигнуты по меньшей мере с помощью элементов, признаков и комбинаций, конкретно указанных в формуле изобретения.
Следует понимать, что и приведенное выше общее описание, и следующее ниже подробное описание являются примерными и пояснительными и не ограничивают формулу изобретения, изложенную в этом раскрытии.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание настоящих вариантов осуществления и их преимуществ может быть получено при обращении к следующему ниже описанию, взятому в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые признаки, и на которых:
фигура 1 изображает низковольтную осветительную систему, как известно в области техники;
фигура 2 изображает каскад повышающего преобразователя низковольтной лампы, включающий в себя контроллер коммутатора для управления коммутатором, связанным с катушкой индуктивности;
фигура 3 изображает каскад повышающего преобразователя фигуры 2, работающий в режиме передачи реактивной мощности;
фигура 4 включает в себя первые примерные формы сигнала, иллюстрирующие работу режима передачи реактивной мощности;
фигура 5 включает в себя вторые примерные формы сигнала, иллюстрирующие работу режима передачи реактивной мощности;
фигура 6 изображает каскад повышающего преобразователя фигуры 2, работающий в режиме передачи активной мощности;
фигуры 7 включает в себя примерные формы сигнала, иллюстрирующие моноимпульсный режим контроллера с передачей активной мощности от катушки индуктивности к нагрузке;
фигура 8 включает в себя второй пример форм сигнала, иллюстрирующих моноимпульсный режим контроллера с передачей активной мощности от катушки индуктивности к нагрузке;
фигура 9 включает в себя примерные формы сигнала, иллюстрирующие многоимпульсный режим контроллера;
фигура 10 изображает примерные элементы контроллера коммутатора фигуры 2;
фигура 11 изображает конечный автомат, поддерживаемый контроллером коммутатора фигуры 2 в моноимпульсном режиме;
фигура 12 включает в себя примерные формы сигнала, иллюстрирующие операции фигуры 11;
фигура 13 изображает конечный автомат, поддерживаемый контроллером коммутатора фигуры 2, в многоимпульсном режиме;
фигура 14 включает в себя примерные формы сигнала, иллюстрирующие операции фигуры 11; и
фигура 15 изображает работу логической схемы колебательного сигнала контроллера коммутатора фигуры 2.
Подробное описание
L
.
R
R
L
LINK
Фигура 2 изображает выборочные элементы низковольтной лампы 199, в том числе каскад 100 повышающего преобразователя, соединенный с контроллером 110 коммутатора и нагрузкой 190. Нагрузка 190 может включать в себя один или несколько низковольтных компонентов, производящих свет, в том числе один или несколько низковольтных светодиодов. Изображенный каскад 100 повышающего преобразователя включает в себя катушку L индуктивности, на вход которой подается выход электронного трансформатора 130, и которая обеспечивает ток I катушки индуктивности для выпрямителя 140Выпрямитель 140 обеспечивает выпрямленный ток I для узла 155 коммутатора. Ток I выпрямителя, в общем случае, положителен и приблизительно равен по величине току I катушки индуктивности. Узел 155 коммутатора соединен с коммутатором Q, а также соединен с нагрузкой 190 через связующую электрическую цепь, которая включает в себя связующий диод D и связующий конденсатор C. Связующий конденсатор C соединен параллельно выходу 181 каскада 100 повышающего преобразователя. Выход 181 каскада повышающего преобразователя подается на нагрузку 190.
Q
R
LINK
D
R
R
Q
D
Q
OT
L
L
L
Контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 2, генерирует управляющий сигнал коммутатора (SCS), который управляет коммутатором Q на основании выходного сигнала электронного трансформатора 130 и одного или нескольких входных сигналов от каскада 100 повышающего преобразователя. Когда коммутатор Q разомкнут, ток Iкоммутатора, текущий через коммутатор Q, является незначительным и по существу весь выпрямленный ток I течет через связующий диод D как ток связующего диода I. Когда коммутатор Q замкнут, по существу весь выпрямленный ток I течет обратно к электронному трансформатору 130 через коммутатор Q, то есть I по существу равен I, а I равен нулю или является незначительным. Таким образом, когда коммутатор Q закрыт, ток I коммутатора представляет собой ток, текущий от электронного трансформатора 130, который не рассеивается в нагрузке 190 и поэтому не увеличивает потребление энергии. Кроме того, когда коммутатор Q закрыт, и выходное напряжение трансформатора V является положительным и относительно постоянным, ток I катушки индуктивности увеличивается приблизительно линейно.Контроллер 110 коммутатора может подавать управляющий сигнал коммутатора SCS в течение периода времени, достаточного для того, чтобы гарантировать, что токI катушки индуктивности достигает минимального пикового значения, необходимого для поддержания устойчивого режима работы электронного трансформатора 130, но не настолько долго, чтобы ток I катушки индуктивности превысил максимальный ток катушки индуктивности, заданный для катушки индуктивности.
OT
OT
Каскад 100 повышающего преобразователя, показанный на фигуре 2, включает в себя вход 103, включающий в себя первую клемму 101 и вторую клемму 102. Вход 103 выполнен с возможностью приема выходного напряжения V трансформатора от электронного трансформатора 130. Вход 113 контроллера 110 коммутатора соединен параллельно с входом 103, так что контроллер 110 коммутатора принимает выходное напряжение V трансформатора от электронного трансформатора 130. Катушка L индуктивности присоединена между первой клеммой 101 входа 103 и первой клеммой 131 входа 133 выпрямителя 140. Вторая клемма 102 входа 103 соединена со второй клеммой 132 входа 133 выпрямителя.
Выпрямитель 140, изображенный на фигуре 2, является выпрямителем на основе диодного моста, который включает в себя входные узлы 141 и 142, диоды D1, D2, D3 и D4, и выходные узлы 143 и 144. Как изображено на фигуре 2, катоды диодов D1 и D3 соединены с первым выходным узлом 143, а аноды диодов D2 и D4 соединены со вторым выходным узлом 144. Первый входной узел 141 соединен с анодом D1 и катодом D2, а второй входной узел 142 соединен с анодом D3 и с катодом D4. Как изображено на фигуре 2, первый выходной узел 143 соединен с первой клеммой 151 выхода 153 выпрямителя. Второй выходной узел 144 соединен со второй клеммой 152 выхода 153 выпрямителя. Хотя выпрямитель 140, изображенный на фигуре 2, является выпрямителем на основе диодного моста, выпрямитель 140 может быть реализован на основе других подходящих конфигураций.
R
LINK
S
S
.
Первая клемма 151 выхода 153 выпрямителя соединяется с узлом 155 коммутатора, а вторая клемма 152 выхода 153 выпрямителя соединяется с узлом 159 заземления. Выпрямитель 140 обеспечивает выпрямленный ток I для узла 155 коммутатора. Узел 155 коммутатора соединяется с анодом диода, называемого в настоящем описании связующим диодом D, и с первой выходной клеммой 162-1 коммутатора Q. Коммутатор Q, изображенный на фигуре 2, является твердотельным транзистором 165, который может быть реализован или как двухполюсный транзистор, или как полевой транзистор. Вторая выходная клемма 162-2 коммутатора Q соединяется с узлом 157 считывания. Коммутатор Q, как изображено на фигуре 2, дополнительно включает в себя входную клемму 161, которая принимает управляющий сигнал коммутатора (SCS) от контроллера 110 коммутатора. Контроллер 110 принимает сигнал 115 считывания из узла 57 считывания. Узел 157 считывания соединяется с первой клеммой считывающего сопротивления R. Вторая клемма считывающего сопротивления R соединяется с узлом 159 заземления
R
R
Когда контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 2, подает управляющий сигнал коммутатора (SCS) для того, чтобы замкнуть, активировать, включить или иным образом перевести коммутатор Q в состояние низкого импеданса или проводящее состояние, короткое замыкание или виртуальное короткое замыкание создается между узлом 155 коммутатора и узлом 157 считывания, и выпрямленный ток I может легко течь через коммутатор Q между первой выходной клеммой 162-1 и второй выходной клеммой 162-2. И наоборот, когда контроллер 110 коммутатора не подает управляющий сигнал коммутатора (SCS), коммутатор Q разомкнут, деактивирован, выключен или иным образом переведен в состояние высокого импеданса, разомкнутая цепь или виртуальная разомкнутая цепь устанавливается между узлом 155 коммутатора и узлом 157 считывания, и выпрямленный ток I не течет или по существу не течет между первой выходной клеммой 162-1 и второй выходной клеммой 162-2.
LINK
C
B
В некоторых вариантах осуществления катод связующего диода D соединяется с выходным узлом 171. Выходной узел 171 соединяется с первой клеммой 181 выхода 183 каскада повышающего преобразователя. Выходной узел 171 также обеспечивает сигнал 116 LOAD ("нагрузки") на вход LOAD контроллера 110 коммутатора. Показано, что связующий конденсатор C подсоединен между выходным узлом 171 и узлом 159 заземления, к которому также присоединена вторая клемма 182 выхода 183 каскада повышающего преобразователя. В этом варианте осуществления напряжение V связующего конденсатора равно выходному напряжению V каскада повышающего преобразователя, которое питает нагрузку 190.
S
Q
R
Q
R
LINK
D
L
R
D
D
C
B
B
R
Показано, что выходные клеммы 162-1 и 162-2 коммутатора Q соединены последовательно со считывающим сопротивлением R. Ток Iкоммутатора, текущий из узла 155 коммутатора через коммутатор Q, когда коммутатор Q закрыт, по существу равен току I выпрямителя. Когда коммутатор Q разомкнут, ток I коммутатора является незначительным, и выпрямленный ток I течет через связующий диод D как ток I диода. Если коммутатор Q затем закрывается, то напряжение в узле 155 коммутатора резко увеличится, поскольку резко увеличиваются ток I катушки индуктивности, выпрямленный ток I и ток I диода. Быстрое увеличение тока I диода вызовет повышение напряжения V связующего конденсатора выше напряжения установившегося состояния, и, таким образом, выходное напряжение V повышающего преобразователя усиливается относительно амплитуды выпрямленного выхода 153. Если коммутатор Q периодически размыкается и замыкается, величина выходного напряжения V каскада повышающего преобразователя будет больше, чем амплитуда выходного напряжения V выпрямителя.
S
L
S
S
S
L
.
S
Напряжение V считывания в узле 157 считывания, когда коммутатор Q закрыт, является функцией тока I катушки индуктивности и считывающего сопротивления R. Например, при использовании считывающего сопротивление R величиной 1Ω напряжение V считывания в милливольтах (мВ) довольно точно аппроксимирует величину тока I катушки индуктивности в миллиамперах (мА)Каскад повышающего преобразователя, изображенный на фигуре 2, обеспечивает напряжение V считывания для контроллера 110 коммутатора в качестве сигнала 115 считывания.
L
L
L
L
С качественной точки зрения контроллер 110 коммутатора в сочетании с коммутатором Q и катушкой L индуктивности является подходящим для соединения низковольтной LED лампы с электронным трансформатором. Путем управления коммутатором Q контроллер 110 коммутатора может управлять током I катушки индуктивности для того, чтобы гарантировать соответствие минимальному пиковому току катушки индуктивности, требуемому электронным трансформатором, не нарушая предел максимального тока катушки индуктивности. Например, контроллер 110 коммутатора может отслеживать ток I катушки индуктивности через сигнал 157 считывания, и на основании считанного тока катушки индуктивности контроллер 110 коммутатора может размыкать коммутатор Q, когда ток I катушки индуктивности достигает заданного или желаемого значения.Возможность считывать ток I катушки индуктивности непосредственно уменьшает проблемы с размером катушки индуктивности, величиной напряжения трансформатора и другими различными параметрами, которые вносят свой вклад в ток катушки индуктивности и скорость изменения тока катушки индуктивности.
L
L
OT
L
Фигура 3 изображает каскад 100 повышающего преобразователя, работающий в режиме передачи реактивной мощности, когда коммутатор Q включен. Как показано на фигуре 3, ток I катушки индуктивности течет по пути 301 тока от электронного трансформатора 130 через диод D1, коммутатор Q и диод D4, когда Iявляется положительным, и через диод D3, коммутатор Q и диод D2, когда он является отрицательным, в зависимости от полярности выходного напряжения V трансформатора. В этом режиме работы электронный трансформатор 130 и катушка L индуктивности обмениваются энергией реактивно. Ток I катушки индуктивности, связанный с режимом передачи реактивной мощности фигуры 3, и путь 301 тока подчеркивают возможность поддерживать колебательный ток, требуемый электронным трансформатором 130, совсем без или с небольшим потреблением активной мощности.
OT
L
OT
HI
LO
W
W
OT
OT
L
OT
L
L
L
S
L
OT
L
OT
HI
LO
PEAK
HI
W
PEAK
HI
W
-1
Фигура 4 изображает примерные формы сигнала выходного напряжения V трансформатора, тока I катушки индуктивности и управляющего сигнала коммутатора (SCS) при работе в режиме передачи реактивной мощности с всегда включенным управляющим сигналом коммутатора (SCS). Как показано, выходное напряжение V трансформатора осциллирует между положительным напряжением V и отрицательным напряжением V с частотой (2*T), где T является полупериодом V. Для постоянной величины выходного напряжения V трансформатора напряжение на катушке L индуктивности, когда коммутатор Q закрыт, является по существу постоянными, и ток I катушки индуктивности увеличивается приблизительно линейно, когда выходное напряжение V трансформатора является положительным, и уменьшается приблизительно линейно, когда выходной сигнал трансформатора является отрицательным, в соответствии с вольт-амперной характеристикой для катушки индуктивности, имеющей индуктивность L, V=L*dI/dt, где V является напряжением на катушке индуктивности. Для достаточно малых значений RV приблизительно равно V, когда коммутатор Q закрыт, и скорость, с которой ток I катушки индуктивности увеличивается, приблизительно равна V/L. В примере на фигуре 4, полагая, что V и V имеют одну и ту же величину, пиковый ток I катушки индуктивности является линейной функцией V, L и T, а именно I=(V*T)/2L.
PEAK
L
W
DELAY
OT
PEAK
HI
W
DELAY
HI
W
DELAY
PEAK
MINPEAK
MAX
Фигура 5 изображает пример режима передачи реактивной мощности, подчеркивающий использование управляющего сигнала коммутатора (SCS) для управления пиковым значением I тока I катушки индуктивности независимо от продолжительностиполупериода T выходного напряжения трансформатора. Как изображено на фигуре 5, например, подача управляющего сигнала коммутатора (SCS) задерживается на интервал T после фронтового перехода выходного напряжения V трансформатора, так что контроллер 110 коммутатора может управлять пиковым током I=V*(T-T)/2L катушки индуктивности для данных значений L, V и T. Фигура 5 изображает значение T, которое приводит к пиковому току I катушки индуктивности, который больше, чем минимальный пиковый ток I катушки индуктивности, требуемый электронным трансформатором 130, и меньше, чем максимальный ток I катушки индуктивности, заданный для катушки L индуктивности.
L
PEAK
OT
OT
HI
LO
L
L
Временная диаграмма фигуры 5 также изображает ток I катушки индуктивности, уменьшающийся с пикового значения I до нуля начиная с фронта 197 V, когда полярность выходного напряжения трансформатора V переходит от положительного (V) к отрицательному (V) значению. Управляющий сигнал коммутатора (SCS), изображенный на фигуре 5, перестает подаваться на фронте 198 SCS, как только ток I катушки индуктивности достигает нуля. Поскольку управляющий сигнал коммутатора (SCS), изображенный на фигуре 5, подается до тех пор, пока больше не остается энергии, сохраненной в катушке L индуктивности, то есть, пока I не достигает 0, вся передача энергии на фигуре 5 является передачей реактивной энергии.
L
L
LINK
Фигура 6 изображает каскад 100 повышающего преобразователя, работающий в режиме передачи активной мощности, когда коммутатор Q разомкнут. Как изображено, ток I катушки индуктивности течет по пути 302 тока от катушки L индуктивности через выпрямительный диод D1, когда I положителен, и связующий диод D к выходному узлу 171. В этом режиме работы энергия, сохраненная в катушке L индуктивности, заряжает связующий конденсатор C, рассеивается на нагрузке 190 или и то, и другое.
L
OT
Фигура 7 изображает примеры форм сигнала, аналогично фигуре 5. Однако на формах сигнала фигуры 7 управляющий сигнал коммутатора (SCS) перестает подаваться в 202, прежде чем вся запасенная энергия в катушке L индуктивности будет возвращена к электронному трансформатору, то есть до того, как величина тока I катушки индуктивности вернется к значению, равному нулю. В моменты времени, изображенные на фигуре 7, энергия 210, которая сохраняется в катушке L индуктивности, когда коммутатор Q разомкнут, передается нагрузке 190 (фигуры 6). Путем изменения величины времени после фронтового перехода выходного напряжения V трансформатора, когда управляющий сигнал коммутатора (SCS) перестает подаваться, контроллер 110 коммутатора может управлять количеством энергии, сохраненной в катушке L индуктивности, которая передается нагрузке.
OT
L
L
Фигура 8 изображает формы сигнала, аналогичные таковым на фигуре 7, за исключением того, что прекращение подачи сигнала SCS в 212 на фигуре 8 происходит, по существу, одновременно с концом циклического перехода выходного напряжения V трансформатора. В этом примере ток I катушки индуктивности, когда коммутатор разомкнут, больше, чем ток I катушки индуктивности, когда коммутатор был разомкнут на фигуре 7, и в результате этого передача активной мощности, которая происходит на фигуре 8, представленная номером позиции 220, больше, чем передача активной мощности на фигуре 7, представленная номером позиции 210.
OT
Все конфигурации моментов времени, изображенные на фигуре 4, фигуре 5, фигуре 7 и фигуре 8, являются моноимпульсными конфигурациями, в которых управляющий сигнал коммутатора (SCS) подается только один раз за полупериод выходного напряжения V трансформатора.
OT
DELAY
OT
L
L
Фигура 9 изображает многоимпульсную конфигурацию моментов времени, в которой управляющий сигнал коммутатора (SCS) подается два или более раз в течение одного полупериода выходного напряжения V трансформатора. Во время первой подачи 321 управляющего сигнала коммутатора (SCS), которая начинается в момент времени T относительно нарастающего фронта 320 V, ток катушки индуктивности увеличивается от нуля до заданного значения, обозначенного на фигуре 9 как значение COMP_HI в момент времени 322, задолго до конца полупериода выходного сигнала трансформатора. Коммутатор Q затем выключается путем прекращения подачи управляющего сигнала коммутатора (SCS) в 322 в течение интервала, обозначенного как интервал CCM_OFF, в течение которого энергия, сохраненная в катушке L индуктивности, частично передается нагрузке. На фигуре 9 изображено, что управляющий сигнал коммутатора (SCS) повторно подается, поскольку коммутатор Q опять включается, когда I достигает значения COMP_LO в 325, и ток I катушки индуктивности начинает увеличиваться в течение интервала, обозначенного как CCM_ON. Когда ток катушки индуктивности снова достигает значения COMP_HI в точке, обозначенной номером позиции 326, коммутатор Q снова выключается, и начинается второй интервал CCM_OFF. Эта последовательность интервалов CCM_OFF, сопровождаемых интервалами CCM_ON, может продолжаться до конца полупериода выходного сигнала трансформатора в момент времени 328.
L
В примере, изображенном на фигуре 9, управляющий сигнал коммутатора (SCS) находится в состоянии подачи в конце полупериода выходного сигнала трансформатора и продолжает подаваться в течение интервала после конца полупериода, пока SCS не перестанет подаваться в момент времени 329, и энергия 330, остающаяся в катушке L индуктивности, передастся нагрузке. Варианты осуществления контроллера 110 коммутатора могут разомкнуть коммутатор Q в 329 при удовлетворении одного или нескольких критериев. Например, прекращение подачи сигнала SCS в 329 может произойти, когда I опускается ниже COMP_LO, и ширина последней подачи 331 управляющего сигнала коммутатора (SCS) может быть больше, чем минимальный порог CCM_ON. Кроме того, хотя фигура 9 изображает SCS в состоянии подачи в конце полупериода выходного сигнала передачи, сигнал SCS может не подаваться в конце полупериода выходного сигнала трансформатора.
L
MAX
Качественно, формы сигнала фигуры 9 изображают возможность управлять током I катушки индуктивности и использовать энергию, сохраненную в катушке индуктивности, путем включения коммутатора Q относительно рано в течение полупериода выходного сигнала трансформатора, путем отслеживания тока катушки индуктивности, пока он не достигает, например, значения COMP_HI, которое больше, чем минимальный пиковый ток катушки индуктивности, но меньше, чем максимальный ток I катушки индуктивности, а затем начала выключения и включения коммутатора Q для передачи части энергии катушки индуктивности нагрузке, при этом удерживая ток катушки индуктивности в относительно узком диапазоне между минимальным пиковым током катушки индуктивности и максимальным током катушки индуктивности.
OT
Фигура 10 изображает элементы примерного контроллера 110 коммутатора, подходящего для использования в каскаде 100 повышающего преобразователя фигуры 1. Контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 10, принимает сигнал 115 считывания на входе SENSE_IN, сигнал 116 LOAD во входе LOAD_IN, и выходное V напряжение трансформатора через пару входов, обозначенных как VA_IN и VB_IN. По меньшей мере в одном варианте осуществления контроллер 110 коммутатора получает набор из одного или нескольких внутренних сигналов от принятых входных сигналов. Контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 10, включает в себя логическую схему 400 контроллера, которая принимает внутренние сигналы и генерирует управляющий сигнал коммутатора (SCS), который выводится на выход SCS_OUT.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 110 коммутатора обеспечивает сигнал 115 считывания на первый вход первого устройства 401 сравнения и на первый вход второго устройства 402 сравнения. Второй вход первого устройства 401 сравнения принимает предварительно определенный или конфигурируемый сигнал 405 DAC_HI от цифро-аналогового преобразователя 403, в то время как второй вход второго устройства 402 сравнения принимает предварительно определенный или конфигурируемый сигнал 406 DAC_LO от цифро-аналогового преобразователя 404.
Контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 10, генерирует сигнал 410 COMP_HI на основании относительных значений сигнала считывания 115 и сигнала 405 DAC_HI. Контроллер 110 коммутатора также генерирует сигнал 420 COMP_LO на основании сравнения сигнала 115 считывания и сигнала 406 DAC_LO, как определено устройством 402 сравнения.
L
MINPEAK
Контроллер 110 коммутатора, изображенный на фигуре 10, обеспечивает сигнал 420 COMP_LO для колебательной логической схемы 430, которая генерирует колебательный сигнал 431. Колебательный сигнал 431 может указывать рабочее состояние электронного трансформатора 130. Например, колебательный сигнал 431 путем указания, когда ток I катушки индуктивности превышает I или другое минимальное пороговое значение, может указывать, выдает ли каскад 100 повышающего преобразователя достаточный ток, чтобы поддерживать надежную работу электронного трансформатора. Примерная реализация колебательной логической схемы 430 описана более подробно со ссылкой на фигуру 15.
OT
OT
В варианте осуществления контроллера 110 коммутатора, изображенном на фигуре 10, выходной сигнал V трансформатора принимается логической схемой 440 обнаружения EDGE ("фронта"), которая генерирует сигнал 441 EDGE ("фронт") для указания переходов выходного сигнала трансформатора, например, фронтов выходного напряжения V трансформатора.
Фигура 10 изображает сигнал 116 LOAD ("нагрузка"), обеспечиваемый на первый вход логической схемы 450 счетчика, которая принимает сигнал 452 опорного напряжения в качестве второго входного сигнала. Логическая схема 450 счетчика, как изображено на фигуре 10, генерирует значение счетчика, обозначенное как OFF_COUNT_MAX 451, которое может использоваться для задания времени первой подачи управляющего сигнала коммутатора (SCS) после начала полупериода выходного напряжения трансформатора. В некоторых вариантах осуществления логическая схема 450 счетчика генерирует большее значение OFF_COUNT_MAX, когда сигнал 116 LOAD указывает меньше нагрузки. И наоборот, логическая схема 450 счетчика может генерировать более низкие значения OFF_COUNT_MAX, когда сигнал 116 LOAD указывает относительно больше нагрузки.
MAX
Контроллер 110, как изображено на фигуре 10, включает в себя память или запоминающий элемент 470. Память 470 может быть реализована с помощью любой подходящей формы машиночитаемой памяти или накопителя, в том числе, без ограничения, магнитного накопителя, твердотельного накопителя, энергонезависимой памяти, энергозависимой памяти и т.д. Память 470, изображенная на фигуре 10, хранит или иным образом включает в себя параметры 480 конфигурации. Параметры 480 конфигурации, сохраненные в памяти 470, изображенной на фигуре 10, могут включать в себя, без ограничения, параметр многоимпульсной конфигурации, обеспечивающей или указывающей работу в многоимпульсном режиме, параметр DAC_HI конфигурации, соответствующий опорному сигналу 403 DAC_HI, используемому для определения сигнала COMP_HI, параметр DAC_LO конфигурации, соответствующий опорному сигналу 404 DAC_LO, используемому для определения сигнала COMP_LO, параметр конфигурации "минимальный пиковый ток катушки индуктивности", указывающий минимальный пиковый ток, заданный для катушки L индуктивности, параметр "максимальный ток I катушки индуктивности", соответствующий максимальному току, рекомендованному для катушки L индуктивности, параметр конфигурации "индуктивность", указывающий индуктивность катушки L индуктивности, и параметр конфигурации "частота электронного трансформатора", параметр конфигурации CCM_ON для указания интервала CCM_ON, и параметр CCM_OFF для указания интервала CCM_OFF. Другие варианты осуществления могут использовать больше параметров конфигурации, меньше параметров конфигурации и/или другие параметры конфигурации, чем те, которые изображены на фигуре 10.
Логическая схема 400 контроллера на фигуре 10 может принимать входные сигналы логической схемы контроллера, включающие в себя, в качестве неограничивающих примеров, сигнал 410 COMP_HI, сигнал 420 COMP_LO, колебательный сигнал 431, сигнал 441 EDGE и сигнал 451 OFF_COUNT_MAX. Логическая схема 400 контроллера, изображенная на фигуре 10, генерирует управляющий сигнал коммутатора (SCS), основанный на входных сигналах логической схемы контроллера, принятых логической схемой 400 контроллера, и параметрах 480 конфигурации. Логическая схема 400 контроллера может управлять управляющим сигналом коммутатора (SCS) так, чтобы поддерживать любую из конфигураций моментов времени, изображенных на фигуре 4, фигуре 5, фигуре 7, фигуре 8 и фигуре 9, а также вариации этих изображенных конфигураций.
Возвращаясь теперь к фигуре 11, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления контроллер 110 коммутатора реализует конечный автомат, который включает в себя заданный набор рабочих состояний и заданные критерии для перехода между заданными состояниями. Фигура 11 изображает примерный конечный автомат 501, поддерживаемый контроллером 110 коммутатора в моноимпульсном режиме. Конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11, включает в себя состояние 502 ON ("включено"), состояние 510 EDGE ("фронт") и состояние 520 OFF ("выключено"). По меньшей мере в одном варианте осуществления контроллер 110 коммутатора инициирует, например, после сброса питания, состояние 502 ON. В состоянии 502 ON коммутатор Q закрыт, и контроллер 110 коммутатора отслеживает колебательный сигнал 431 и сигнал 441 фронта. Конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11, переходит из состояния 502 ON в состояние 510 EDGE вдоль маршрута 503 перехода, если и когда оба сигнала, колебательный сигнал 431 и сигнал 441 фронта, равны TRUE ("истина"). Конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11, переходит из состояния 510 EDGE в состояние 520 OFF вдоль маршрута 504 перехода после обнаружения сигнала COMP_LO в состоянии FALSE ("ложь"), то есть, NOT COMP_LO является истиной. Когда конечный автомат 501 переходит в состояние 520 OFF, конечный автомат 501 выключает коммутатор Q и очищает счетчик OFF. По меньшей мере в одном варианте осуществления счетчик OFF увеличивает свое значение один раз за цикл логического синхросигнала, обеспечиваемого контроллеру 110, и контроллер 110 отслеживает значение счетчика OFF в сравнении с параметром 451 OFF_COUNT_MAX. Когда счетчик OFF превышает OFF_COUNT_MAX 451, конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11, переходит из состояния 520 OFF в состояние 502 ON.
OT
L
DELAY
OT
DELAY
L
OT
DELAY
Фигура 12 изображает примерные формы сигнала выходного напряжения V трансформатора, ток I катушки индуктивности и управляющий сигнал коммутатора (SCS) для конечного автомата 501 фигуры 11. Как изображено на фигуре 12, продолжительность T состояния OFF представляет собой величину времени, в течение которого управляющий сигнал коммутатора (SCS) не подается после перехода выходного напряжения V трансформатора из состояния низкого напряжения в состояние высокого напряжения (lo-to-hi). По прошествии Tконечный автомат 501 переходит в состояние 502 ON, подается управляющий сигнал коммутатора (SCS), и ток I катушки индуктивности начинает расти. Конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11 и фигуре 12, остается в состоянии 502 ON с закрытым коммутатором Q до конца полупериода выходного напряжения V трансформатора на фронте 532. В этой конфигурации пиковый ток катушки индуктивности ограничен только T 531 и электрическими характеристиками каскада 100 повышающего преобразователя.
OT
L
L
После фронтового перехода 532 выходного напряжения V трансформаторасигнал 441 EDGE равен TRUE, и контроллер 110 коммутатора переходит в состояние 510 EDGE, коммутатор Q остается закрытым, и ток I катушки индуктивности уменьшается по мере того, как энергия катушки индуктивности возвращается к электронному трансформатору 130. Конечный автомат 501 переходит из состояния 510 EDGE в состояние 520 OFF, когда ток I катушки индуктивности падает ниже порога COMP_LO, требуемого для сохранения сигнала 410 COMP_LO равным TRUE. Конечный автомат 501 прекращает подачу управляющего сигнала коммутатора (SCS) на фронте 533 SCS для того, чтобы разомкнуть коммутатор Q. Когда коммутатор Q выключен, энергия 535 катушки индуктивности, остающаяся в катушке L индуктивности, передается нагрузке.
L
Фигура 13 изображает конечный автомат 601, который поддерживает работу в многоимпульсном режиме и включает в себя пять состояний. Конечный автомат 601 включает в себя состояние 602 ON, состояние 610 EDGE, и состояние 620 OFF, которые аналогичны состоянию 502 ON, состоянию 510 EDGE и состоянию 520 OFF, изображенным на фигуре 11. Однако, тогда как состояние 502 ON конечного автомата 501, изображенного на фигуре 11, может перейти только в состояние 510 EDGE, конечный автомат 601, изображенный на фигуре 13, может перейти из состояния 602 ON в два различным состояния. Оба перехода из состояния 602 ON требуют обнаружения колебательного сигнала 431. Однако в отличие от конечного автомата 501 конечный автомат 601 отслеживает сигнал COMP_HI в дополнение к сигналу фронта и колебательному сигналу, отслеживаемым конечным автоматом 501. Конечный автомат 601, изображенный на фигуре 13, переходит из состояния 602 ON в состояние 630 CCM_OFF после обнаружения подачи и колебательного сигнала, и сигнала COMP_HI. Конечный автомат 601 переходит из состояния 602 ON в состояние 610 EDGE после обнаружения подачи и колебательного сигнала, и сигнала фронта. Учитывая, что сигнал COMP_HI связан с током катушки индуктивности, имеющим значение больше или равное предварительно заданному пороговому пределу, конечный автомат 601 переходит в состояние 630 CCM_OFF, если ток I катушки индуктивности равен или превышает порог COMP_HI перед концом полупериода выходного сигнала трансформатора.
OT
L
Переход из состояния 602 ON в состояние 630 CCM_OFF изображен графически на фигуре 14 при фронтовом переходе 631. В состоянии 630 CCM_OFF контроллер 110 коммутатора размыкает коммутатор Q, в то время как выходное напряжение V трансформатора сохраняется, в изображенном примере, положительным. При разомкнутом коммутаторе Q катушка L индуктивности начинает передавать энергию нагрузке, и ток I катушки индуктивности начинает падать. Возвращаясь к фигуре 13, конечный автомат 601 отслеживает счетчик CCM_OFF для определения, сколько времени контроллер 110 коммутатора остается в состоянии 630 CCM_OFF. Когда счетчик CCM_OFF становится равным или превышает порог CCM_OFF, конечный автомат 601 переходит из состояния 630 CCM_OFF в состояние 640 CCM_ON, в котором подается управляющий сигнал коммутатора (SCS), и второй сигнал, сигнал "edge enable" ("разрешения фронта"), устанавливается равным 1.
L
OT
Конечный автомат 601, изображенный на фигуре 13, может перейти из состояния 640 CCM_ON или в состояние 630 CCM_OFF, или в состояние 620 OFF. Если сигнал COMP_HI подается, в то время как конечный автомат 601 находится в состоянии 640 CCM_ON, конечный автомат 601 переходит обратно в состояние 630 CCM_OFF. Этот переход из состояния 640 CCM_ON в состояние 630 CCM_OFF изображен графически при фронтовом переходе 641 фигуры 14. Фигура 14 показывает, что конечный автомат 601 может переходить туда и обратно между состоянием 630 CCM_OFF и состоянием 640 CCM_ON два или более циклов, при этом ток I катушки индуктивности растет и падает между значениями COMP_HI и COMP_LO, в то время как выходное напряжение V трансформатора остается, по существу, постоянным.
OT
OT
OT
L
Конечный автомат 601, изображенный на фигуре 13, может перейти из состояния 640 CCM_ON в состояние 620 OFF, если и когда счетчик CCM_ON превышает значение CCM_ON_MIN, и сигнал COMP_LO, равен FALSE. Как изображено на фигуре 14, переход из состояния 640 CCM_ON в состояние 620 OFF может произойти после фронта 651 выходного напряжения V трансформатора. Когда происходит переход выходного напряжения V трансформатора во фронте 651, V меняется на отрицательную величину, в то время как управляющий сигнал коммутатора (SCS) удерживает коммутатор Q замкнутым. Конечный автомат 501 начинает передавать реактивную энергию, сохраненную в катушке L индуктивности, обратно электронному трансформатору 130, и ток I катушки индуктивности начинает падать. Когда управляющий сигнал коммутатора (SCS) затем перестает подаваться в точке, обозначенной номером позиции 661, коммутатор Q размыкается, и катушка L индуктивности передает свою оставшуюся энергию 655 нагрузке.
DELAY
MINPEAK
MAX
Путем управления пороговым пределом CCM_OFF, пороговым пределом CCM_ON, и сигналами COMP_HI и COMP_LO конечный автомат 601 может гибко реализовать переходы конечного автомата, изображенные на фигуре 14, для управления продолжительностью T, числом и продолжительностью интервалов CCM_ON/CCM_OFF. В конечном автомате 601, изображенном на фигуре 14, порог COMP_HI и порог COMP_LO находятся в пределах диапазона между минимальным пиковым током I катушки индуктивности и максимальным током I катушки индуктивности, при этом порог COMP_HI больше, чем порог COMP_LO. В этой конфигурации контроллер 110 коммутатора гарантирует надежную работу электронного трансформатора путем удовлетворения критериев для колебательного тока без превышения максимального тока, указанного для катушки индуктивности.
Конечный автомат 601, изображенный на фигуре 13 и фигуре 14, и конечный автомат 501, изображенный на фигуре 11 и фигуре 12, отслеживают колебательный сигнал для, среди прочего, перехода из начального состояния ON в некоторое другое состояние. В обоих этих вариантах осуществления конечный автомат каскада 100 повышающего преобразователя остается в начальном состоянии ON с подаваемым управляющим сигналом коммутатора до тех пор, пока колебательный сигнал указывает надлежащее функционирование электрической цепи электронного трансформатора. Обращаясь к фигуре 15, часть конечного автомата 501, конечного автомата 601 или другого подходящего конечного автомата может включать в себя логическую схему колебательного сигнала, выполненную с возможностью выполнять операции в соответствии с блок-схемой последовательности операций фигуры 15. Как изображено на фигуре 15, операции 700 включают в себя начальное сравнение (блок 702) сигнала COMP_LO. Если сигнал COMP_LO является истиной, способ 700 переходит к блоку 704, в котором счетчик неактивности инициализируется и устанавливается равным нулю, и подается колебательный сигнал. Способ 700, изображенный на фигуре 15, затем возвращается обратно к блоку 702. Если сигнал "compare low" (COMP_LO, т.е. "сравнение с нижним порогом") не подается, когда выполняется сравнение блока 702, способ 700, изображенный на фигуре 15, переходит от блока 702 к блоку 706, в котором счетчик неактивности увеличивается на единицу. Способ 700, изображенный на фигуре 15, затем сравнивает счетчик неактивности с максимумом счетчика неактивности в блоке 708. Если счетчик неактивности равен или превышает максимум счетчика неактивности, способ 700 переходит к блоку 710, в котором колебательный сигнал перестает подаваться, и счетчик неактивности устанавливается равным максимальному значению счетчика неактивности. Если в блоке 708 счетчик неактивности меньше, чем максимальное значение счетчика неактивности, способ 700 задает колебательный сигнал равным единице в блоке 712 и переходит обратно к блоку 702.
Как изображено на фигуре 15, способ 700 подает колебательный сигнал первоначально и сохраняет колебательный сигнал в случае, когда сигнал COMP_LO начинает подаваться в течение интервала времени, определяемого максимальным значением счетчика неактивности. Если сигнал COMP_LO не подается в течение времени, большего чем интервал, определяемый максимумом счетчика неактивности, колебательный сигнал перестает подаваться в блоке 710.
В настоящем описании, когда два или более элемента называются "соединенными" друг с другом, это означает, что такие два или более элемента электрически связаны прямо или косвенно с помощью или без промежуточных элементов.
Это раскрытие охватывает все изменения, замены, вариации и модификации примерных вариантов осуществления в настоящем описании, которые очевидны среднему специалисту в данной области техники. Аналогично, где это необходимо, прилагаемая формула изобретения охватывает все изменения, замены, вариации и модификации примерных вариантов осуществления в настоящем описании, которые очевидны среднему специалисту в данной области техники. Кроме того, ссылка в прилагаемой формуле изобретения на устройство, систему или компоненты устройства или системы, которые выполнены с возможностью выполнения конкретной функции, охватывает это устройство, систему или компонент, независимо от того, активирована ли, включена ли или разблокирована ли эта конкретная функция, коль скоро это устройство, система или компонент выполнен с такой возможностью.
Все примеры и условный язык, приведенный в настоящем описании, предназначены для педагогических целей для помощи читателю в понимании раскрытия и концепций, предложенных автором изобретения для дальнейшего развития области техники, и они не ограничиваются этими конкретными приведенными примерами и условиями. Хотя варианты осуществления настоящего раскрытия были подробно описаны, следует понимать, что в нем могут быть сделаны различные изменения, замены и вариации, не отступая от сущности и объема раскрытия.