CN101594057A - 用于实现功率转换器中的不调整休眠模式的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于实现功率转换器中的不调整休眠模式的方法和设备被公开。功率转换器包括被耦合以响应于要耦合到功率转换器的一个或多个负载的能量需求产生控制耦合到控制电路的功率开关的开关以调整到功率转换器输出的能量流的驱动信号的驱动信号发生器。不调整休眠模式控制电路被包括并被耦合以使驱动信号发生器休眠，从而当一个或多个负载的能量需求下降到阈值以下时停止通过驱动信号发生器调整到功率转换器的能量流。驱动信号发生器被耦合以在休眠时不对一个或多个负载的能量需求改变做响应。不调整休眠模式控制电路被耦合以在一段时间过去之后对驱动信号发生器上电。驱动信号发生器被耦合以在这段时间过去之后再次对一个或多个负载的能量需求改变做响应。

Description

用于实现功率转换器中的不调整休眠模式的方法和设备
技术领域
本发明一般地涉及调整开关模式功率转换器(switched mode powerconverter)中的能量传送的控制电路，并且更具体地，本发明涉及通过使用不调整休眠模式(unregulated dormant mode)操作降低开关模式功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路。
背景技术
功率转换器控制电路可以用于多种目的和应用。需要可以降低功率转换器的能量消耗的控制电路功能性。特别地，特别需要降低功率转换器处于轻负载或无负载的情况下的能量消耗的控制电路。这种需求源自这样的事实：在某些功率转换器的应用中，在很长一段时间中，几乎不需要或者完全不需要能量传送。这样的应用的一个示例是在用于蜂窝电话的AC-DC充电器中。即使在蜂窝电话本身已经与AC-DC充电器完全断开时，AC-DC充电器也常常被留下与家里或办公室里的AC电源插座(AC mainsletout)连接着。这样的情况通常被称为无负载情况。此外，在诸如蜂窝电话和数字静态相机等之类的应用中，在正由AC-DC充电器的输出供电的单元内部的电池被完全充好电之后，该单元关闭。在这些情况下，单元的能量需求明显下降并且因此对于AC-DC充电器是很轻的负载情况。这种情况通常被称为待机或睡眠模式并且又可存在长时间段。因此，也需要AC-DC充电器在这些非常轻的负载的待机或睡眠模式情况下以高效率或者换而言之以可能最低的能量消耗进行操作。
现有的用于开关模式功率转换器的控制电路通常通过降低被耦合到控制电路的功率开关(power switch)的开关频率(switching frequency)来降低功率转换器的能量消耗，以降低一种称为开关损耗(switching loss)的能量损耗。在降低开关频率期间，控制电路通过维持功率转换器输出电压来保持激活，以使得要被供电的单元(例如，蜂窝电话手持设备或数字静态相机)一旦被连接到AC-DC充电器的输出或者一旦退出睡眠/待机模式并且需要更多的能量就可以接收能量。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用在功率转换器中的控制电路，该控制电路包括：驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于被耦合到功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制来对到功率转换器输出的能量流进行调整；以及不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在所述一个或多个负载的能量需求降到阈值以下时使所述驱动信号发生器休眠从而停止通过所述驱动信号发生器对到所述功率转换器输出的能量流的调整，所述驱动信号发生器被耦合以在休眠时不对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在一段时间过去之后对所述驱动信号发生器进行上电，所述驱动信号发生器被耦合以在所述一段时间过去之后再次对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对功率转换器的输出进行控制的方法，该方法包括：响应于被耦合到所述功率转换器的一个或多个负载的能量需求而产生对到所述一个或多个负载的能量流进行调整的驱动信号；当所述一个或多个负载的能量需求下降到阈值以下时，停止对到所述一个或多个负载的能量流的调整达一段时间；在所述一段时间期间不对所述一个或多个负载的能量需求做出响应；以及在所述一段时间已经过去之后，恢复对到所述一个或多个负载的能量流的调整。
根据本发明的又一方面，提供一种用在功率转换器中的控制电路，该控制电路包括：反馈电路，所述反馈电路被耦合以检测要被耦合到所述功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求；驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于所述反馈电路而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制以对到所述功率转换器输出的能量流进行调整；定时器，所述定时器被耦合以响应于所述反馈电路指示所述一个或多个负载的能量需求已经下降到阈值以下来确定时间段；以及不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合到所述定时器，并且被耦合以在所述时间段内使所述反馈电路和所述驱动信号发生器休眠，从而使得对到所述功率转换器输出的能量流的调整停止，所述不调整休眠模式控制电路还被耦合以在所述时间段过去之后对所述反馈电路和所述驱动信号发生器进行上电。
根据本发明的又一方面，提供一种用在功率转换器中的控制电路，该控制电路包括：反馈电路，所述反馈电路被耦合以检测要被耦合到所述功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求；驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于所述反馈电路而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制以对到所述功率转换器输出的能量流进行调整；稳压器电路，所述稳压器电路被耦合以对电容器充电，所述电容器用于确定时间段，所述稳压器电路被耦合以响应于所述反馈电路指示所述一个或多个负载的能量需求已经降到阈值以下而不对所述电容器充电，并且在所述时间段已经过去之后再次对所述电容器充电；以及不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在所述时间段内使所述反馈电路、所述稳压器电路和所述驱动信号发生器休眠，从而使得对到所述功率转换器输出的能量流的调整停止，所述不调整休眠模式控制电路还被耦合以在所述时间段已经过去之后对所述反馈电路、所述稳压器电路和所述驱动信号发生器进行上电。
附图说明
参考以下示图描述了本发明的非限制性和非穷尽实施例，其中，若非另外指定，相似的标号指代各个视图中相似的部件。
图1是一般地示出采用了根据本发明的教导的通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的示例的示例反激式(flyback)功率转换器的示意图。
图2是一般地示出采用了根据本发明的教导的通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的另一示例的另一示例反激式功率转换器的示意图。
图3是一般地示出采用了根据本发明的教导的通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的又一示例的又一示例反激式功率转换器的示意图。
图4是根据本发明的教导的降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的示例框图。
图5A和图5B示出在一个示例中来自具有图4的框图的控制电路的示例波形。
图6是示出采用了根据本发明的教导的通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的又一示例的又一示例反激式功率转换器的示意图。
图7是示出降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的各种控制电路的典型开关频率相对负载特性的示图。
图8是示出根据本发明的教导的降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的示例控制特性的示图。
图9是示出用于说明根据本发明的教导的通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的示例方法的流程图。
具体实施方式
公开了用于实现通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路的方法和设备。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其它实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
现在将描述用于通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的控制电路。本发明的示例涉及实现用于降低功率转换器处于轻负载或无负载情况下能量消耗的不调整休眠模式操作的方法和设备。以下将详细描述在各种功率转换器电路中使用的许多示例控制电路，在例如蜂窝电话被连接到功率转换器的输出并且它的电池正在被充电的正常情况下，所述控制电路调整从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量流。也可以用经过能量转换器元件的能量流来描述从功率转换器的输入到输出的能量流，在该功率转换器内，能量转换器元件可以包括变压器，而在某些功率转换器配置中，能量转换器可以是简单的电感器。以下将详细描述：当功率转换器的输出被认为处于无负载或轻负载情况时，例如，当蜂窝电话在物理上从使用了控制电路的AC-DC充电器的输出被断开时，所描述的示例控制电路如何转变成从功率转换器的输入到输出的能量流不再被调整的操作模式。在这些情况下，在一段时间内，从功率转换器的输入到输出的能量传送基本上被降低为0，这段时间由控制电路的用户来编定或使用控制电路本身中的定时器电路来预先编定。在这段时间里，电路处于本发明标题中所提到的不调整休眠模式操作中。在此不调整休眠模式时间段中，控制电路本身的功耗被尽可能地降低以保留能量。将详细描述：在此不调整休眠模式时间段之后，控制电路将如何重新启动并且再次调整从功率转换器的输入到功率转换器的输出的能量流。然而如果很轻的负载和无负载情况仍然存在，则控制电路将再次检测到此情况并且再次起动不调整休眠模式操作时间段。
为了说明，图1一般地示出功率转换器100的示意图，功率转换器100有时也被称为电源，采用了对经过能量传送元件(energy transferelement)109的能量流进行调整的控制电路115。在示出的示例中，控制电路115包括根据本发明的教导的被用来通过使用不调整休眠模式操作降低功率转换器100处于轻负载或无负载情况下的能量消耗的不调整休眠模式控制电路140。在一个示例中，功率转换器100是隔离反激式转换器(isolated flyback converter)，其中，主接地(primary ground)107和辅回流(secondary return)126彼此电隔离。应当注意，根据本发明的教导，在其它示例中，功率转换器100可以是非隔离的，其中主接地107和辅回流126被电连接到一起。其它可以从本发明的教导受益的非隔离功率转换器配置还包括降压型(buck)、CUK或SEPIC转换器。还应注意，根据本发明的教导，在其它示例中，功率转换器100可以具有不止一个输出。
如所示示例中所示，控制电路115包括驱动信号产生块154，驱动信号产生块154产生要被耦合来驱动功率开关105的驱动信号。在一个示例中，功率开关105可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极型晶体管等。功率开关105被耦合到能量传送元件109的输入绕组103，能量传送元件109被耦合到DC输入电压101和输出功率二极管117。在一个示例中，DC输入电压101是被耦合到AC电压源(未示出)的整流器电路的输出。电容器106被耦合到功率转换器输入端190和191，以在功率开关105为“导通”状态时为流经第一和第二输入端190和191、能量传送元件109绕组103和功率开关105的开关电流提供低阻抗源。在一个示例中，控制电路115和开关105可以形成集成电路的一部分，该集成电路可以被制造成混合或单块集成电路。如所述示例中所示，控制电路115被耦合以接收反馈信号114，而受益于本发明的教导，反馈信号114在一个示例中为电压信号，而在其它示例中也可以是电流信号或表示功率转换器100输出的参数的其它信号。
当在示出的示例中功率转换器100首先被连接到输入电压源101时，控制电路115获得起动控制电路操作的启动电流。这是通过对被耦合到旁路端(bypass terminal)170的外部旁路电容器(external bypass capacitor)133进行充电来实现的。在图1的示例中，该启动电流是从功率开关105的高压连接节点134获得的并且被耦合到控制电路115内的稳压器电路(regulator circuit)135。稳压器电路135的输出132被耦合到外部旁路电容器133，并且还是用于控制电路115内部的电路的电压供给轨(voltagesupply rail)。在另一示例中，在功率开关105和控制电路115被集成到单芯片上和/或在被合并在单个半导体封装内的情况中，连接节点134可以改为被耦合到输入端190或功率开关105的结构内部的节点。
在示出的示例中，稳压器电路135对节点134上出现的高压进行转换，并且将轨132上的最大电压调整为可以被用来操作控制电路100的较低的电压，在一个示例中，所述高压一般相对主接地107在50V至400V的范围内。起初，旁路电容器133两端的电压基本为0并且整流器电路135提供用于给旁路电容器133充电的电流。当旁路电容器133上的电压足以用于控制电路115的校正操作(在一个示例中，该电压通常是约为6伏特)时，内部低电压电路(under-voltage circuit)(未示出)使得控制电路115能够启动操作，该启动操作利用驱动信号122起动功率开关105的开关。这进而又起动从输入端190和191经过能量传送元件109的能量流。
能量传送元件109包括输入绕组103和输出绕组110以及低压(在一个示例中通常在10V到30V的范围内)辅助绕组108。反馈信号114从辅助绕组108经过由电阻器111和112形成的电阻分压器被耦合到控制电路115。此外，当辅助绕组电容器175被充分充电时，控制电路115通过电阻器171接收用于控制电路115进行操作的供给电流(supply current)180。在示出的示例中，以这种方式从低压辅助绕组108获得电流比稳压器电路135从高压节点134获得电流更有效。这样，当提供电流Icc 180可以通过电阻器171获得时，稳压器电路块135的操作通常被禁用。
在一个示例中，控制电路115包括用于产生驱动信号122的驱动信号产生块154，驱动信号122要被耦合来驱动功率开关105，以通过调整功率开关105响应于反馈信号114而导通和关断的频率来调整经过能量传送元件109的能量流。可以以许多方式实现该开关频率调整，所述方式包括：改变控制电路115内的振荡器(未示出)的频率，选择性地使能和禁用从控制电路115内的固定频率振荡器获得的功率开关105的开关周期(通常被称为导通/关断控制)或者在功率开关105的固定导通时间情况下改变功率开关105的关断时间。当功率开关105是“导通”时，来自电容器106的能量被传送到能量传送元件109的输入绕组103。当开关是“关断”时，输入绕组103中所存储的能量被传送给输出绕组110和辅助绕组108。来自输出绕组110的能量以从正向偏置输出功率二极管117流到电容器118、被耦合到预载阻抗(preload impedance)194的负载121以及输出端192、193的电流而被传送给电源100的输出。由于在这个示例中，开关频率是用于调整能量流的变量，因此功率开关105开关的频率是对流经能量传送元件109的总能量的量度。
在图1的示例中，控制电路115被耦合以对从功率转换器100的第一和第二输入端190和191经过能量传送元件109传送到功率转换器输出端192和193、预载阻抗194、控制电路供给端170和反馈组件111和112以及反馈端123的总能量进行调整。在向3瓦特(每秒3焦耳的能量)的负载121提供满负载输出功率的示例蜂窝电话充电器中，被预载194、控制电路115供给电流180和反馈电流131消耗的能量通常少于被负载121消耗的能量的1％。然而，如果输出负载电流120由于物理上断开连接负载121或者负载121处于待机模式操作而基本上被消除，则预载194、控制电路115供给电流180和反馈电流131的组合的能量消耗基本上可以变成流经能量传送元件109的能量的100％。
如上所述，在图1的示例中，由于功率开关105的开关频率是用于对经过能量传送元件109的能量流进行调整的变量，所以开关频率是对被耦合到能量传送元件109的绕组108和110的电路的总的能量需求和需要的指示。因此，在示出的示例中，当功率开关105的开关频率降到阈值以下时，它被用作对输出电流120已经被降低为基本为0并且因此负载121基本上不需要能量的无负载或很轻的负载的情况存在的指示。换而言之，当负载121的能量需求降低到阈值以下时，无负载或很轻的负载情况已经被识别。
在这些情况下，在一个示例中，控制电路115包括不调整休眠模式控制电路140，不调整休眠模式控制电路140被耦合以产生掉电/复位信号(power down/reset signal)157，掉电/复位信号157被耦合以通过使驱动信号发生器154掉电一段时间来使驱动信号发生器154休眠。在该时间段期间，由于驱动信号发生器154被掉电，所以驱动信号发生器154不再产生驱动信号122并且不再对通过能量传送元件109的能量流进行调整。在一个示例中，驱动信号发生器154被掉电并且功率开关105被禁用的这段时间的持续时间是通过旁路电容器133从它的正常操作电压(在一个示例中为5.8至6.4伏特)放电至较低的电压(在一个示例中可以是3伏特)的时间长度来确定的。在这个时间期间，输出电容器118也通过预载阻抗194放电并且因此输出电压119也下降。因此，在这个示例中，旁路电容器133也用作定时器的一部分来响应于对输出电流120已经降低到基本为0并且因此无负载情况和非常轻的负载情况存在的指示来确定时间段。在这个时间期间，电容器175也通过电阻器171和111放电，并且因此电容器175两端的电压也下降。可以理解，在另一示例中，驱动信号生成器154掉电并且功率开关105的开关被禁用的时间段的持续时间可以通过包括控制电路115外部的、但不是旁路电容133的电容器的定时器电路来确定。在另一示例中，驱动信号生成器154掉电并且功率开关105的开关被禁用的时间段的持续时间可以由整个被集成到控制电路115内的定时器电路来确定，而不需要用于此目的的外部电容器。
为了在此时间段期间尽可能地降低控制电路的能量消耗，内部稳压器电路块135也响应于掉电/复位信号157被掉电，使得基本上没有电流从节点134流经稳压器电路135并且被稳压器电路135消耗的能量基本为0。在控制电路115的驱动信号发生器154停止对经过能量传送元件109的能量流进行调整的不调整休眠模式时间段期间，控制电路115不对在端123处接收到的反馈信号进行响应，直到在不调整休眠模式时间段过去之后为止。因此，在这个不调整休眠模式时间段期间，响应于掉电/复位信号157，除了使稳压器电路块135掉电以外，基本上所有其它电路内部控制电路135也被掉电并且被从供给轨132断开连接。如将为本技术领域普通技术人员所知，该断开连接使得功耗下降并且可以使用简单的半导体负载开关来实现。
如以下将参考图4更详细所述，控制电路115中保持被上电的电路块是不调整休眠模式控制电路140的一部分，在一个示例中，不调整休眠模式控制电路140包括检测旁路电容器133两端的电压何时降到低于3V的阈值(3V lower threshold)的内部上电电路块。因此，在示出的示例中，当旁路电容器133两端的电压降到低于3V的阈值时，认为不调整休眠模式时间段已经过去，此时，上电电路块在不调整休眠模式控制电路140内提供内部复位信号，该内部复位信号对掉电/复位信号157进行复位并且重新起动控制电路115启动操作来给电路上电，如关于输入电压源101被最初连接时所述。
因此，在示出的示例中，当控制电路115启动操作响应于掉电/复位信号157被重新起动时，旁路电容器133被重新充电。旁路电容器133使用流经稳压器电路块135的电流来重新充电，并且当旁路电容器133两端的电压再次超过控制电路115的校正操作所需要的低压阈值电压(在一个示例中为约6V)时，驱动信号发生器154被上电并且驱动信号122被产生以恢复功率开关105的开关。此时，驱动信号发生器154再次对在端123处接收到的反馈信号进行响应，并且能量再次流经能量传送元件109以补充电容器175和118中的能量损失。在此期间，功率开关105的开关频率将很高。然而，在电容器175和118中的能量被补充之后，如果负载121仍然基本上不需要能量，则开关频率将再次降到阈值以下，这将再次导致掉电/复位信号157起动掉电，这将再次使得控制电路115中的驱动信号发生器154停止如上所述对经过能量传送元件109的能量流的调整。这个掉电并且进入休眠一段时间的操作(之后是启动和恢复开关时间段)将不断重复，直到负载121的能量需求再次增加使得功率开关的开关频率被保持在阈值以上，并且之后控制电路115根据能量传送元件绕组108和110上的总负载所需的能量不断地对经过能量传送元件的能量流进行调整。
应当理解，在控制电路115的其它示例中，在不调整休眠模式操作的时间段之后，不调整休眠模式控制电路140内的复位信号可以起动低功率重启序列，低功率重启序列比当输入电压源101最初连接时的正常启动消耗更少的能量。例如，在一个示例中，低功率重启序列可以包括利用如上流经稳压器电路135的电流将旁路电容器133重新充电至低压阈值以上的值。然而，当功率开关105的开关恢复时，输出电容器118可以被部分地重新充电至仅够简单检测其是否正以一速率被放电(这指示功率转换器的输出处的无负载情况仍然存在)，在此情况中，之后，不调整休眠模式操作时间段将被重复。应当理解，此低功率重启功能性甚至可以进一步降低能量消耗，但是可能导致对于整个功率转换器的增加的复杂性或者成本。另外的成本和复杂性可能由以下引起：将用于回想其之前处于低功率不调整模式操作的实情的电路以及用于检测输出电容器118的放电速率的电路被添加到控制电路115，或者在低于输出电压119的正常调整值的电压情况中检测输出电流的其它一些方式。
注意，图1示出辅助绕组108是能量传送元件109的非隔离绕组。因此，应当理解，本发明的教导的益处可以应用于包括具有隔离绕组、非隔离绕组以及其组合的能量传送元件的功率转换器。非隔离绕组的示例包括非隔离感测绕组、非隔离偏置绕组等。还应注意，根据本发明的教导，一个或多个负载可以被耦合到能量传送元件的各种绕组。实际上，图1示出预载阻抗194和负载121两者都被耦合到示出示例中的输出绕组110。因此，应当可以理解，不同的一个或多个负载的组合可以被耦合到能量传送元件的绕组的不同组合，这导致许多不同的负载和绕组配置，许多不同的负载和绕组配置可以从包括根据本发明教导的不调整休眠模式操作的功率转换器受益。
例如，在能量传送元件109包括非隔离感测绕组的示例中，一个或多个负载之一可以被耦合到非隔离感测绕组。在另一示例中，一个或多个负载之一可以被耦合到隔离输出绕组，而一个或多个负载中的另一个负载可以被耦合到非隔离感测绕组。在包括非隔离偏置绕组的示例中，负载中的一个或多个可以被耦合到非隔离偏置绕组。在另一示例中，一个或多个负载之一可以被耦合到隔离输出绕组，而一个或多个负载的另一个负载可以被耦合到非隔离偏置绕组。在能量传送元件包括非隔离输出绕组的示例中，一个或多个负载之一可以是被耦合到非隔离输出绕组的组合感测和偏置负载。在能量传送元件包括隔离输出绕组和非隔离输出绕组的示例中，一个或多个负载之一可以被耦合到隔离输出绕组并且一个或多个负载的另一个负载可以是包括被耦合到非隔离输出绕组的组合感测和偏置负载的负载。
图2示出使用受益于本发明的教导的控制电路215的另一示例功率转换器电路200。该功率转换器电路示例的功能性共享图1中所述的功率转换器电路示例的许多方面。相比于图1中的电路的不同在于：去除了电阻器171，使得控制电路215在正常操作情况下的操作电流是完全通过稳压器电路235获得的。因此，能量传送元件绕组208只被用作提供通过电容器275的反馈电压的感测绕组，该反馈电压产生反馈电流IFB 231。然而，负载221所需的能量下降到阈值以下时的操作与图1的电路中的操作相同，在一个示例中，负载221所需的能量下降到阈值以下是通过功率开关205的开关频率下降到阈值以下来检测的。在这些情况中，不调整休眠模式的操作被起动，其中稳压器电路235被禁用并且基本上除了不调整休眠模式控制电路240的一部分之外的全部电路块被从供给轨232断开连接，同时外部旁路电容器233处的电压从其正常操作电压放电至由不调整休眠模式控制电路240检测的上电阈值电压。在一个示例中，之后，旁路电容器233被重新充电至其正常的操作电压电平(在一个示例中，正常的操作电压电平约6V)，并且功率开关205的开关被重启。
图3示出使用受益于本发明教导的控制电路315的另一示例功率转换器300。图3中示出的示例功率转换器300的功能性共享图2中所述的功率转换器电路的许多方面。相比于图2的功率转换器电路200的差异在于：去除了二极管213和电容器275。因此，与图2的功率转换器电路200相同的是：控制电路315正常操作情况下的操作电流是通过稳压器电路335获得的。此外，能量传送元件的绕组308在与主接地电位节点307相对的节点313处提供AC电压。结果，反馈电流IFB 331在功率开关305的开关周期期间既具有正值又具有负值。IFB 331在基本上所有功率开关305的导通时间期间是负电流，并且在功率开关305的至少部分关断时间是正电流。然而，当负载321需要的能量降到阈值以下时的操作与图1和图2的示例功率转换器电路的操作类似，在一个示例中，负载321需要的能量降到阈值以下是通过功率开关305的开关频率下降到阈值以下来检测的。在那些情况下，不调整休眠模式操作被起动，其中，在一个示例中，稳压器电路335被禁用并且除了不调整休眠模式控制电路340的一部分以外的基本上控制电路315中的所有电路块都被从供给轨332断开连接，同时外部旁路电容器333电压从它的正常操作电压放电至由不调整休眠模式控制电路340检测的上电阈值电压。之后，旁路电容器333被重新充电至其正常的操作电压电平(在一个示例中，正常的操作电压电平约5.8伏特)，并且功率开关305的开关被重启。
图4示出可以被应用于根据本发明教导的任何示例控制电路115、215或315的控制电路415的一部分的示例简化框图400。图4仍然示出比控制电路框图115、215和315更多的细节，但是保持为意欲仅示出描述本发明必要的细节水平的简图。在各种内部电路块之间的这样的某些功能连接未被示出(它们将在详细的控制电路415框图中可见)，以免混淆本发明的教导。
如以上参考图1所述，图4中所示的示例配置使用被耦合到功率开关405的结构内的节点的高压节点434。因此，图4的示例配置是这样的配置：控制电路415和功率开关405可以被单块集成到单个硅芯片上，在该硅芯片中可以获得功率开关405的内部节点。如所述示例中所示，节点434被耦合到稳压电路435，稳压电路435可以具有与图1、2或3中所示的块135、235和335类似的功能性，并且被示出被耦合以接收来自不调整休眠模式控制电路440的掉电/复位信号457。应当理解，尽管组合的掉电/复位信号457被示出为图4中的单个连接，但是在另一示例中，掉电/复位信号457的掉电和复位信号也可以是具有独立电连接的独立电信号。
在图4的示例中，控制电路415包括驱动信号发生器454，在该示例中，驱动信号发生器454被示为包括开/关控制电路。在示出的示例中，驱动信号发生器454的开/关控制电路被耦合以接收从FB块451输出的EN信号456。FB块451被耦合以接收FB端423处的反馈信号。在示出的示例中，当不需要功率开关405的开关时，FB块451产生为低的输出EN信号456，当需要功率开关405的开关时，FB块451产生为高的输出EN信号456。在其它示例中，FB端423和FB块451可以适于根据以上参考图1、2和/或3所讨论的外部电路配置接收并且处理DC或AC反馈信号。
如图4中所示，控制电路415的不调整休眠模式控制电路440的一个示例包括如图耦合的掉电(PD)检测块458、上电(PU)检测块442和锁存电路459。当被耦合到功率转换器的输出处的能量传送元件的一个或多个负载(例如，图1、2和3中的示例负载121、221和331)的能量需求分别降到阈值以下时，内部EN信号456将保持为低达多于振荡器452的128个周期。在示出的示例中，PD检测块458包括7比特计数器，7比特计数器用作除128电路(divide-by 128circuit)。因此，如果不调整休眠模式控制电路440的PD检测块458的7比特计数器没有收到高EN信号456达128个振荡器周期，则PD检测块458输出逻辑高状态的信号461并且触发锁存电路459将掉电/复位信号457发送给控制电路415的大多数内部电路块。在示出的示例中，被耦合用来接收掉电/复位信号457的这些块包括反馈电路块451、振荡器电路块452和过流检测电路块453，过流检测电路块453检测流经功率开关405、驱动信号发生器块454和7比特计数器458的电流。在一个示例中，当所有这些块响应于掉电/复位信号457被掉电时，控制器415消耗仅2至5μA的电流Icc 480。
由于稳压器电路435响应于掉电/复位信号457被关闭，所以外部旁路电容器433不再通过稳压器电路435来充电，旁路电容器433将开始放电并且旁路电压450将开始下降。在示出的示例中，旁路电压450将从约6伏特降至内部设置的约3伏特的PU检测电压。如该示例中所示，在不调整休眠模式期间，PU检测块442保持被耦合以检测旁路电压450并且保持激活(以及锁存电路459)。在一个示例中，PU检测块442包括被耦合到旁路电容器433的比较器，以确定旁路电压450何时已经降至3伏特PU阈值。当旁路电压450已经降至3伏特PU阈值时，从PU检测块442输出的PU复位信号441变高，这使得来自锁存电路459的掉电/复位信号457变高并且使得稳压器电路435恢复给旁路电容器433充电。
在一个示例中，在旁路电容器433被重新充电时，控制电路415的某些或全部其它内部电路块也可以恢复起作用。如果高EN信号456在每128个振荡器周期中至少出现一次的话，旁路电容器433将被充电至约6伏特并且PD检测块458将再次开始感测，否则，PD检测块458将再次使得来自7比特计数器458的输出信号461为低并且重新触发锁存电路459来使得新的关闭(shut down)周期开始。
如上所述，注意，在图4中所示的特定示例中，出于说明的目的，示出了利用开/关控制方案来对流经被耦合到功率开关的能量元件的能量流进行调整的控制电路415。应当理解，控制电路415可以利用其它已知的控制方案来调整能量流以及检测无负载情况和轻负载情况，以便从根据本发明教导的不调整休眠模式操作中受益。
例如，在另一示例中，反馈信号的幅度可以被FB块451感测，以检测无负载情况和轻负载情况。在这样的示例中，反馈信号的幅度可以是电压值或电流值。在这个示例中，当FB块451检测到指示无负载情况和轻负载情况、在反馈端423处所接收的反馈信号的幅度时，FB块451将把信号456输出给PD检测块，以指示无负载情况和轻负载情况。在另一示例中，可以通过检测驱动信号422的低开关频率来检测无负载情况或轻负载情况。在一个示例中，驱动信号422的开关频率可以通过被耦合以接收反馈信号的FB块451来检测。在这样的示例中，驱动信号422的开关频率可以从在反馈端423处接收的反馈信号获得。在另一示例中，PD检测器458可以被耦合以接收驱动信号422，以检测驱动信号422的低开关频率情况来检测无负载情况或轻负载情况。
图5A和图5B示出示例电压波形，在一个示例中，示例电压波形应用于以上所述的图4的旁路电容器433处的旁路电压450。图5B示出来自图5A的波形500的区域502的放大示图的波形501。在该示例中，图5A和图5B中所示的时间假定在不调整休眠模式时间段503期间，旁路电容器433值为10μF，振荡器452频率为100kHz并且电流消耗(Icc 480)为2μA。此外，假定稳压器电路435在将旁路电容器433从3V重新充电至6V时用2mA对旁路电容器433充电。时间段505是未确定的值“x”毫秒，这是因为这是对输出电容器重新充电所用的时间段，所述输出电容器例如是电容器118、218或318以及被耦合到诸如电容器175和275之类的辅助能量传送元件绕组的其它电容。因此，时间段505是选择这些电容器的函数，但在典型示例中，可以在5-20毫秒的范围里。时间段506是在在所示示例中再次识别出负载的能量需求在阈值以下并且控制电路再次开始根据本发明教导的不调整休眠模式操作时间段之前，100kHz振荡器用来计数128个周期的时间。
图6示出受益于本发明教导的另一示例功率转换器600。如图所示，图6的示例电路与以上所述图1、2或3的电路共享许多方面。然而，差异包括：图6的电路采用光耦合器611和辅助反馈电路块(secondaryfeedback circuit block)694来产生反馈信号639。在控制电路615的示例情况中，电流631是到控制电路615的合成的反馈电流和供给电流，正如例如由加利福尼亚圣何塞的Power Integrations公司制造的TOPSSwitch系列集成电路所使用一样。
因此，在控制电路615的示例中，外部旁路电容器633的值确定不调整休眠模式时间段。用来检测负载电路621所需的能量何时下降到以启动不调整休眠模式操作的阈值以下的变量也可以是功率开关605的开关频率。然而，在控制电路615的示例中，诸如Ic 631反馈信号之类的反馈信号的幅度也可以被用来检测负载电路621所需的能量何时下降到以启动不调整休眠模式操作的阈值以下，如将参考图8所述。反馈信号的幅度可以是Ic 631电流的电流值，或者在另一示例中，幅度可以是响应于Ic 631电流的电压值。
图7示出可以受益于本发明的示例教导的控制电路的一些示例的负载相对开关频率特性。特性703是如前所述的典型的开/关控制或可变频率控制方案，其中，负载和开关频率线性相关。使用这种控制方案的控制电路示例是TinySwitch、LinkSwitch-LP、LinkSwitch-TN和LinkSwitch-XT，它们都是由加利福尼亚圣何塞的Power Integrations公司制造的。
在示例特性703的情况中，例如，当开关频率降到阈值707以下，即指示负载已经降到阈值708以下时，可以检测到轻负载/无负载情况712区域中的操作。特性704是典型的具有多个功率开关过流阈值电平的开/关控制电路和用来确定在每种负载情况中使用哪个过流阈值的状态机。使用这种控制方案的控制电路示例是TinySwitch-II、TinySwitch-III、PeakSwitch和LinkSwitch-II，它们都是由加利福尼亚圣何塞的PowerIntegrations公司制造的。特性705是典型的PWM控制电路特性，其中，高负载情况710和/或中负载情况711中的操作通常具有固定的平均开关频率713，但在轻负载或无负载区域712中平均开关频率被降低。使用这种控制方案的控制电路的示例是TOPSwitch-FX和TOPSwitch-GX，这两者都是由加利福尼亚圣何塞的Power Integrations公司制造的。特性706是典型的具有更复杂的控制方案的PWM控制电路，其中，高负载情况710和一部分中负载情况711中的操作通常具有固定的平均开关频率714，但是在中负载情况711的其他部分和轻负载/无负载情况712区域中，平均开关频率被降低。使用这种控制方案的控制电路的示例是由加利福尼亚圣何塞的Power Integrations公司制造的TOPSwitch-HX。
不论使用的是什么控制方案，共同的因素是：在轻负载/无负载情况中开关频率被降低并且因此可以被用作检测功率转换器的输出上的轻负载或无负载情况的方式。确实存在使用这些或诸如突发模式之类的其它轻负载操作方案的许多其它控制电路，其中，平均开关频率在轻负载/无负载情况下也被降低。
图8示出占空周期(duty cycle)801相对Ic 802电流特性的示例，在一个示例中，该特性可以应用于以上参考图6所述的电路配置。图8的示例特性示出：对轻负载/无负载情况的检测不限于检测功率开关的开关频率。如在图8的示例特性中所示，如标记804所指示的Ic 802电流的增加指示功率转换器的输出上的负载的降低。对阈值Ic电流805(其中占空周期降为0)的检测因此可以被用作对功率转换器的输出处的负载的能量需求已经降到阈值以下的指示，并且因此可以被用来起动根据本发明教导的不调整休眠模式操作时间段。应当理解，使用其他控制方案，存在可以被用来指示轻负载/无负载情况并且因此被用来起动根据本发明教导的不调整休眠模式操作的其他方式。
图9一般地示出根据本发明的对实现功率转换器中的不调整休眠模式操作的示例方法进行描述的流程图900。如示例中所示，在块901中功率转换器启动并且在块902中能量被传送给负载。在块903中，接收关于负载的能量需求的反馈信息，并且在块904中，判定负载的能量需求是否在阈值之下，这指示轻负载/无负载情况。如果负载的能量需求不在阈值之下，则在块905中调整能量传送，并且再次在块903中接收反馈信息。然而，如果在块904中判定负载的能量需求是在阈值之下，则在块906中停止对能量传送的调整，并且在块907中启动不调整休眠模式时间段。在块906或块907中，在不调整休眠模式时间段期间，不必要的电路块被掉电以降低能量消耗。在块908中，判定不调整休眠模式时间段是否结束。当结束时，在块909中，功率转换器被重启，并且返回能量被传送给负载的块902。应当理解，在一个示例中，如果在块908中，“是”判定被直接连接到进行最初启动功率转换器的块901，则可以消除块909。然而，当不调整休眠模式操作的时间段结束时，块909的存在允许不同的启动模式，这例如可以包括以比正常启动电源的能量消耗更低的能量消耗状态来进行启动，以在例如不需要所有的控制电路块被激活的情况下检测轻负载或无负载情况的存在，从而进一步降低能量消耗。
以上对本发明的示出示例的描述，包括摘要中所描述的，并不希望是穷尽的或者是对所公开的精确形式的限制。尽管出于说明性目的在此描述了本发明的特定实施例和示例，但是在不偏离本发明的更宽的精神和范围的情况下，各种等同修改是可以的。实际上，应当理解，特定电压、电流、频率、功率范围值、时间等被提供用于说明的目的，并且其他值也可以用在根据本发明教导的其它实施例和示例中。
根据以上详细描述，可以对本发明的示例进行这些修改。以下权利要求中所使用的术语不应当被理解为将本发明限制于说明书和权利要求中所公开的特定实施例。而是，范围完全由以下权利要求确定，权利要求要根据已制定的权利要求解释原则来理解。因此，本说明书和示图被视作说明性的而非限制性的。

Claims (36)

1.一种用在功率转换器中的控制电路，所述控制电路包括：
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于被耦合到功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制来对到功率转换器输出的能量流进行调整；以及
不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在所述一个或多个负载的能量需求降到阈值以下时使所述驱动信号发生器休眠，从而停止通过所述驱动信号发生器对到所述功率转换器输出的能量流的调整，所述驱动信号发生器被耦合以在休眠时不对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在一段时间过去之后对所述驱动信号发生器上电，所述驱动信号发生器被耦合以在所述一段时间过去之后再次对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述一个或多个负载的能量需求是响应于被耦合以被所述控制电路接收的反馈信号而确定的。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其中，所述一个或多个负载的能量需求是响应于被耦合以被所述控制电路接收的反馈信号的幅度而确定的。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述反馈信号的幅度是电压值。
5.根据权利要求3所述的控制电路，其中，所述反馈信号的幅度是电流值。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述一个或多个负载的能量需求是响应于所述驱动信号的开关频率而确定的。
7.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率转换器是反激式转换器。
8.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述一段时间是由要被耦合到所述控制电路的电容器来确定的。
9.根据权利要求8所述的控制电路，其中，要被耦合到所述控制电路的电容器包括用于所述控制电路的外部旁路电容器。
10.根据权利要求8所述的控制电路，还包括稳压器电路，所述稳压器电路要被耦合以响应于所述不调整休眠模式控制电路对所述电容器进行充电，所述稳压器电路被耦合以在所述一个或多个负载的能量需求下降到所述阈值以下时不对所述电容器充电，并且在所述一段时间过去之后再次对所述电容器充电。
11.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
12.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关包括双极型晶体管。
13.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括隔离输出绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载被耦合到所述隔离输出绕组。
14.根据权利要求13所述的控制电路，其中，所述一个或多个负载中的所述一个负载包括被耦合到所述功率转换器的输出端的预载阻抗和负载。
15.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器的输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括非隔离感测绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载被耦合到所述非隔离感测绕组。
16.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括非隔离偏置绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载被耦合到所述非隔离偏置绕组。
17.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括隔离输出绕组和非隔离偏置绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载被耦合到所述隔离输出绕组并且所述一个或多个负载中的另一个负载被耦合到所述非隔离偏置绕组。
18.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括非隔离输出绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载包括被耦合到所述非隔离输出绕组的组合式感测和偏置负载。
19.根据权利要求1所述的控制电路，其中，所述功率开关被耦合以对通过能量传送元件到所述功率转换器输出的能量流进行调整，并且所述能量传送元件包括隔离输出绕组和非隔离输出绕组，其中，所述一个或多个负载中的一个负载被耦合到所述隔离输出绕组并且所述一个或多个负载中的另一个负载包括被耦合到所述非隔离输出绕组的组合式感测和偏置负载。
20.一种用于对功率转换器的输出进行控制的方法，所述方法包括：
响应于被耦合到所述功率转换器的一个或多个负载的能量需求而产生用于对到所述一个或多个负载的能量流进行调整的驱动信号；
当所述一个或多个负载的能量需求下降到阈值以下时，停止对到所述一个或多个负载的能量流的调整达一段时间；
在所述一段时间期间不对所述一个或多个负载的能量需求做出响应；以及
在所述一段时间已经过去之后，恢复对到所述一个或多个负载的能量流的调整。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述负载之一是被耦合到功率转换器输出的感测电路。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述负载之一是被耦合到功率转换器输出之一的组合式感测和偏置电路。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述负载之一是被耦合到所述功率转换器的输出端的与负载组合的预载阻抗。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，停止对到所述一个或多个负载的能量流的调整达一段时间包括：当组合的预载阻抗和负载降到所述阈值以下时停止所述能量流。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述一个或多个负载之一被耦合到所述功率转换器的输出端。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，停止对到所述一个或多个负载的能量流的调整达一段时间包括：当被耦合到所述功率转换器的输出端的一个或多个负载之一的能量需求降到所述阈值以下时，停止所述能量流。
27.一种用在功率转换器中的控制电路，所述控制电路包括：
反馈电路，所述反馈电路被耦合以检测要被耦合到所述功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求；
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于所述反馈电路而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制以对到所述功率转换器输出的能量流进行调整；
定时器，所述定时器被耦合以响应于所述反馈电路指示所述一个或多个负载的能量需求已经下降到阈值以下来确定时间段；以及
不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合到所述定时器，并且被耦合以在所述时间段内使所述反馈电路和所述驱动信号发生器休眠，从而使得对到所述功率转换器输出的能量流的调整停止，所述不调整休眠模式控制电路还被耦合以在所述时间段过去之后对所述反馈电路和所述驱动信号发生器上电。
28.根据权利要求27所述的控制电路，其中，所述驱动信号发生器和所述反馈电路被耦合以在休眠时不对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应，并且在所述时间段已经过去之后再次对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应。
29.根据权利要求27所述的控制电路，其中，所述不调整休眠模式控制电路包括被耦合到所述定时器和锁存器的比较器。
30.根据权利要求27所述的控制电路，其中，所述不调整休眠模式控制电路包括被耦合到振荡器和所述反馈电路的计数器，用于判定所述反馈电路何时指示所述一个或多个负载的能量需求已经下降到阈值以下。
31.根据权利要求27所述的控制电路，其中，所述定时器包括被耦合到所述控制电路的外部旁路电容器。
32.一种用在功率转换器中的控制电路所述控制电路包括：
反馈电路，所述反馈电路被耦合以检测要被耦合到功率转换器输出的一个或多个负载的能量需求；
驱动信号发生器，所述驱动信号发生器被耦合以响应于所述反馈电路而产生驱动信号，所述驱动信号用于对要被耦合到所述控制电路的功率开关的开关进行控制以对到所述功率转换器输出的能量流进行调整；
稳压器电路，所述稳压器电路被耦合以对电容器充电，所述电容器用于确定时间段，所述稳压器电路被耦合以响应于所述反馈电路指示所述一个或多个负载的能量需求已经降到阈值以下而不对所述电容器充电，并且在所述时间段已经过去之后再次对所述电容器充电；以及
不调整休眠模式控制电路，所述不调整休眠模式控制电路被耦合以在所述时间段内使所述反馈电路、所述稳压器电路和所述驱动信号发生器休眠，从而使得对到所述功率转换器输出的能量流的调整停止，所述不调整休眠模式控制电路还被耦合以在所述时间段已经过去之后对所述反馈电路、所述稳压器电路和所述驱动信号发生器进行上电。
33.根据权利要求32所述的控制电路，其中，所述不调整休眠模式控制电路包括被耦合到所述电容器和锁存器的比较器。
34.根据权利要求32所述的控制电路，其中，所述不调整休眠模式操作控制电路包括被耦合到振荡器和所述反馈电路的计数器，用于判定所述反馈电路何时指示所述一个或多个负载的能量需求已经下降到阈值以下。
35.根据权利要求32所述的控制电路，其中，所述驱动信号发生器、所述稳压器电路和所述反馈电路被耦合以在休眠时不对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应，并且在所述时间段已经过去之后再次对所述一个或多个负载的能量需求的改变做出响应。
36.根据权利要求32所述的控制电路，其中，所述电容器包括要被耦合到所述控制电路的外部旁路电容器。
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