CN103296892A - 谐振变换器的多模工作和控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及谐振变换器的多模工作和控制。根据实施例，控制开关模式功率的方法包括：生成与开关模式电源的输出成比例的反馈信号，以及在正常模式下操作开关模式电源。如果反馈信号跨越第一阈值，那么开关模式功率在第二工作模式下工作。在第一工作模式下，脉冲调制信号被调整来将反馈信号调节到第一信号电平，而在第二工作模式下，脉冲调制信号的停滞时间被调整为信号，以将反馈信号调节到不同于第一信号电平的第二信号电平。该方法进一步包括利用脉冲调制信号来驱动开关模式电源的开关。

Description

谐振变换器的多模工作和控制
技术领域
本发明的实施例一般地涉及一种电子功率变换以及方法，并且更特别地涉及功率开关的控制器在开关模式功率变换器中的使用。
背景技术
开关变换器被广泛用在功率变换的领域中。开关变换器包括至少一个开关以及整流器装置，所述至少一个开关被配置为由输入电压生成脉冲宽度调制（PWM）电压，所述整流器装置接收PWM电压并且生成要被供给负载的输出电压。通常，整流器装置包括至少一个诸如扼流圈之类的电感存储元件以及至少一个诸如电容器之类的电容存储元件。PWM电压通过根据PWM驱动信号接通和关断开关元件而被生成。驱动信号由控制器根据输出电压来提供。控制器被配置为使驱动信号的占空比变化，以便控制输出电压，使得该输出电压呈现给定的设置电压。
驱动信号的占空比与负载的功耗有关，而当功耗增加时，占空比增加，并且当功耗减少时，占空比减少。在当负载的功耗非常低时发生的低负载状况下，一些新式的控制器进入突发模式。在突发模式下，开关元件循环地在突发开启（burst-on）周期期间被接通和被关断，并且在突发开启周期之后的突发关闭（burst-off）周期期间，开关元件持久地保持在断开状态下。突发开启周期和突发关闭周期限定了突发周期TBP和突发频率fBP，其中fBP=1/TBP。突发频率可以与数个参数、诸如输入电压和负载的功耗有关。
发明内容
根据实施例，控制开关模式功率的方法包括：生成与开关模式电源的输出成比例的反馈信号，以及在正常模式下操作开关模式电源。如果反馈信号跨越第一阈值，那么开关模式功率在第二工作模式下工作。在第一工作模式下，脉冲调制信号被调整来将反馈信号调节到第一信号电平，而在第二工作模式下，脉冲调制信号的停滞时间被调整为信号，以将反馈信号调节到不同于第一信号电平的第二信号电平。该方法进一步包括利用脉冲调制信号来驱动开关模式电源的开关。
附图说明
本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中被阐述。本发明的其它特征、目的和优点从描述和附图中以及从权利要求书中将是明显的。在图中，相同的参考符号一般遍及各种视图指定相同的组件部分，为了简短起见，这一般将不被重新描述。为了更完整地理解本发明，现在参照连同附图采取的下面的描述，在所述附图中：
图1图示了实施例谐振半桥功率变换器的示意图；
图2图示了针对常规的谐振半桥功率变换器的波形的图形表示；
图3图示了针对实施例谐振半桥功率变换器的波形的图形表示；
图4图示了针对实施例谐振半桥功率变换器的波形的另一图形表示；
图5图示了实施例电源控制器集成电路的部分的框图；
图6a至6b图示了实施例开关信号发生器以及相关联的时序图；并且
图7图示了实施例功率控制器集成电路。
具体实施方式
目前优选的实施例的形成和使用在下面被详细讨论。然而，应该意识到的是，本发明提供了可以在各种各样的特定上下文中被具体表现的许多可应用的发明概念。所讨论的特定实施例仅仅说明形成和使用本发明的特定方式，并且并不限制本发明的范围。
本发明将关于在特定上下文中的示例性实施例被描述，即关于所形成的具有控制器的谐振开关模式功率变换器被描述，其被配置为在低负载状况期间在功率节省开关模式下工作。本发明的实施例还可以被应用于其它类型的电子功率变换设备以及其它功率变换架构。
开关模式功率变换器（也被称为“功率变换器”或“调节器”）是把输入电压波形变换为特定的输出电压波形的电源或功率处理电路。DC-DC功率变换器把可以是时变的DC输入电压变换为DC输出电压。与功率变换器相关联的控制器通过控制在其中所采用的开关的导通周期或开关频率来管理其工作。一般地，控制器以反馈环配置（也被称为“控制环”或“闭合控制环”）被耦合在功率变换器的输入和输出之间。
一般地，控制器测量功率变换器的输出特性（例如输出电压、输出电流或者输出电压和输出电流的组合），并且基于其修改硬开关功率变换器的功率开关的占空比或者谐振功率变换器的功率开关的开关频率。占空比是通过功率开关的导通周期与其开关周期所表示的比。因而，如果开关导通持续开关周期的一半，那么针对功率开关的占空比会是0.5（或50%）。附加地，当针对诸如由功率变换器所供电的微处理器之类的系统的电压或电流动态地改变时（例如，当负载微处理器上的计算负载改变时），控制器被配置为动态地增加或减少其中的功率开关的占空比或开关频率，以将诸如输出电压之类的输出特性维持在想要的值。用于功率变换器的控制器一般被形成为具有导通引脚的集成电路，所述导通引脚被焊接到或者否则被电接合到最终产品中的印制线路板。
为了提供电压变换和调节功能，功率变换器包括诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（“MOSFET”）之类的有源功率开关，所述有源功率开关被耦合到输入电压源，并且以可能在100kHz或更高的量级上的开关频率来周期性地将诸如电感器之类的电抗电路元件切换到电压源。为了提供DC输出电压，功率变换器包括二极管，以提供整流功能。当高功率变换效率是想要的时，同步整流器可以被整流二极管替代。
最初转向图1，图示了谐振半桥功率变换器100的实施例的示意图，以图示其工作。该半桥拓扑常常被称为电感器-电感器-电容器（“LLC”）功率序列电路拓扑（power train circuit topology），其中每个初级侧功率开关的占空比都被设置为约50%，并且开关频率fs变化，以控制诸如输出电压之类的输出特性。当开关频率fs变化时，开关变换器的有效增益随着开关频率fs关于功率变换器的谐振频率改变而改变。在实践中，每个初级侧功率开关的占空比都被设置为稍微小于50%，以在开关转变期间避免电流击穿（current shoot-through）。
谐振半桥功率变换器被耦合到输入电压源VIN，并且包括控制器102，所述控制器102通过调节功率变换器的开关频率fs来调节诸如输出电压之类的功率变换器输出特性。控制器102与功率变换器的反馈电路104一起感测功率变换器的输出电压Vout和想要的输出电压Vref，并且控制初级侧功率开关的开关频率fs，以将输出电压VOUT调节在想要的输出电压Vref处。
功率变换器向系统或被耦合到输出Vout的负载106提供功率。虽然在所图示的实施例中功率序列采用半桥谐振功率变换器拓扑，但是本领域技术人员应该理解的是，诸如隔离谐振全桥功率变换器拓扑之类的其它变换器拓扑完全在本发明的宽范围之内。
功率变换器进一步包括反馈电路104，所述反馈电路104被采用来跨越由功率变压器T所提供的隔离边界向控制器102传送所感测的输出特性。诸如光隔离器之类的提供该隔离功能的各种电路设备在现有技术中是众所周知的，并且为了简洁起见在这里将不被进一步描述。
在电路的初级侧，两个串联耦合的功率开关（MOSFET QH和QL）被耦合到两个电感器（谐振电感器Lr和功率变压器T的初级绕组），并且被耦合到电容器Cr。电感Lm表示变压器T的磁化电感，而二极管D1和D2是次级侧整流二极管。在可替换的实施例中，同步整流器功率开关可以代替二极管D1和D2被采用。
LLC功率序列电路拓扑的谐振频率是fRES。谐振频率fRES可以根据下面的等式被估计：
Figure 2013100652640100002DEST_PATH_IMAGE001
其中Lr和Cr分别是在图1中所图示的所指示的初级侧功率序列电路元件的电感和电容。
半桥LLC谐振开关模式功率变换器由于它们的高变换效率而被广泛使用。实施例半桥LLC谐振功率变换器可以被配置为在不同的负载状况下在宽的输入电压范围下实现针对初级侧开关的零电压开关以及针对次级侧整流器的零电流开关。然而，在采用频率控制增益的实施例中，对应于无负载状况的频率fs在理论上可以是无穷大的。在许多常规半桥LLC谐振功率变换器中，功率变换器仍然在无负载或非常轻的负载状况下工作在第一正常模式下。
转向图2，波形图200图示了常规的LLC突发模式工作策略。波形迹线202表示了到LLC开关控制器的反馈电压输入（Vfb），波形迹线208图示了针对高压侧开关晶体管的栅极驱动信号（gate drive signal），而波形迹线210图示了针对低压侧开关晶体管的栅极驱动信号。当LLC谐振开关模式功率变换器进入无负载或非常轻的负载状况时，反馈电路通过生成较大的误差信号来指示该状况。当反馈信号Vfb落到突发开启阈值电压206之下时，电源控制器进入突发模式，并且在突发周期211的第一部分期间，高压侧开关驱动信号208和低压侧开关驱动信号210以交替的方式接通。在突发模式期间，开关驱动信号208可以通过使用固定频率或可编程的频率来被操作。在一些情况下，这个频率通过使用诸如电阻器和/或电容器之类的外部组件或者通过经由外部引脚进行编程而被设置。通过优化导通损耗与MOSFET开关损耗之间的折衷，该频率可以被选择。在一些常规的LLC谐振开关模式电源中，突发模式开关频率在突发开启周期期间根据反馈电压而变化。例如，如果反馈电压增加，那么存在开关频率中的相对应的增加。
在多个开关循环之后，反馈电压Vfb超过了突发关闭阈值电压204，并且在突发周期211的第二部分期间，高压侧开关驱动信号208和低压侧开关驱动信号210被相应地关断。在该时间期间，高压侧开关晶体管以及低压侧开关晶体管都被关断。相应地，由于开关活动的缺乏，反馈电压Vfb开始减少。当反馈电压Vfb再一次跨越突发开启阈值206时，高压侧开关驱动信号208和低压侧开关驱动信号210再次被激活，并且突发周期自身重复。如果重负载被耦合到LLC功率变换器，那么反馈电压Vfb落到突发开启阈值206之下，并且LLC功率变换器进入正常工作模式。
图3图示了表示实施例低功耗突发模式工作方法的波形图300。在实施例中，通过使高压侧开关驱动信号308和低压侧开关驱动信号310的频率变化，电源在正常工作周期322期间工作。在正常工作期间，反馈电压Vfb在正常调节范围332内被调节。当反馈电压Vfb超过突发开启阈值306时，电源进入实施例低功率突发模式工作周期334，在所述低功率突发模式工作周期334中，高压侧开关驱动信号接通时间328与低压侧开关驱动信号接通时间326之间的停滞时间330变化，以便在第一调节范围336内调节反馈电压304。在实施例中，不存在突发开启周期或突发关闭周期；而是，高压侧开关驱动信号308和低压侧开关驱动信号310以具有开关周期324的低频周期性地以及交替地脉动。
当反馈电压Vfb超过突发关闭阈值304时，开关驱动信号308和310被禁用，使得两个电源开关都被关断，以停止能量流到输出电容器和负载。在另一方面，如果反馈电压Vfb下降到表示到电源的低值的增加（increase in the low to the power supply）的阈值320之下，那么电源控制器退出突发模式而正常工作重新开始。在一些实施例中，通过使用反馈电压Vfb的平均值和占空比，停滞时间分之开启时间被计算，以保证实施例LLC谐振变换器在实施例突发模式期间工作在最优点。
图4示出了针对图1的功率变换器的实施例低功耗突发模式的工作的波形图400。在该图中，Vfb表示反馈电压，ILr表示通过谐振电感器Lr的电流，ILm表示通过功率变压器T的磁化电流，ID1和ID2分别表示通过次级侧二极管D1和D2的电流。VCr表示谐振电容器Cr两端的电压，而VOUT表示输出电压。
从时间t0到t1，高压侧开关QH被接通，并且输入电压VIN被施加到谐振回路，从而引起能量从功率变换器的输入流到功率变换器的输出。在这个周期期间，Lr和Cr开始谐振，而磁化电流ILm也增加。Cr两端的电压从它的最小值增加到它的峰值，而次级侧电流通过二极管D1流到输出电容器和负载。此外，在该周期期间，谐振电流ILr大于磁化电流ILm，这意味着次级侧电流ID1为约n*(ILr-ILm)，其中n是变压器T的变压器匝数比。因此，输出电压以及反馈电压增加。
从t1到t2，高压侧开关QH被关断，而随着谐振电流ILr减小到零，磁化电流ILm开始减小。在该周期中，ILr流过低压侧开关QL的体二极管，而VCr继续增加。然而，在t2时，ILr下降到零，并且VCr达到它的峰值。同样，电流开始流过次级侧处的二极管D2。在该时间周期期间，谐振电流ILr小于磁化电流ILm，而次级侧电流ID2为约n*( ILm-ILr)。因此，输出电压以及反馈电压继续增加。
从t2到t3，谐振电流已经下降到零，但是磁化电流尚有待于达到零电流。在该周期期间，剩下的磁化电流被转移到次级侧，类似于在反激式变换器中所看见的。电流也流过次级侧上的二极管D2。在实施例中，磁化电流中的一些被转移到次级侧。在该周期期间，谐振电流ILr下降到零，因而次级侧电流ID2为约n*ILm，因为仍然存在一些磁化电流。再次，输出电压以及反馈电压继续增加。
从t3到t4，高压侧开关以及低压侧开关都被关断。因为磁化电流已经减小到零，所以不存在流到次级侧的电流，而Cr两端的电压几乎保持恒定。在该周期期间，输出电压以及反馈电压Vfb都正在减小。
从t4到t8，低压侧开关接通，以允许被存储在谐振电容器中的能量转移到次级侧输出，而系统的性能类似于从t0到t4的周期。
在一些实施例中，功耗关于常规的突发模式被减少，因为在从t2到t3的周期期间以及在从t6到t7的周期期间，磁化电流的部分被转移到次级侧输出电容器和负载，而不是在初级侧谐振回路内持续地循环。
图5图示了被用来实施实施例低功率突发模式的实施例电源控制器集成电路500。电源控制器集成电路500具有生成开关信号520和522的开关信号发生器512、被用来驱动开关信号QH和QL的开关信号驱动器514和516、放大器506以及比较器502、504和508。在可替换的实施例中，放大器506可以是比较器。在一些实施例中，停滞时间生成可以在开关信号发生器512之内被实施。
在实施例中，电源控制器集成电路500可以被集成在单个集成电路上。可替换地，集成电路500的功能中的一些或全部可以跨越多个集成电路或多个板级分立组件（board level discrete component）被分割。
在实施例中，放大器506、比较器502、504和508把反馈电压VFB与多个阈值电压进行比较。这里，Vref_1为突发开启阈值，Vref_2为用于停滞时间计算的参考电压，Vref_3为突发关闭阈值，而Vref_4为用于退出突发模式的阈值。在实施例中，当比较器508感测到反馈电压Vfb超过Vref_1时，开关信号发生器512将它的工作模式从正常模式改变到实施例突发模式。停滞时间可以由反馈电压来控制，所述反馈电压在一些实施例中由外部反馈电路来确定。如果比较器504感测到反馈电压VFB超过Vref_3，那么开关信号发生器撤销（deassert）信号QH和QL，以便切断开关模式电源的开关晶体管，直到反馈电压Vfb返回到Vref_1之下。在另一方面，如果比较器502感测到反馈电压Vfb落到Vref_4之下，那么当负载状况从低负载状况改变为正常负载状况时，开关信号发生器开关信号发生器512将它的工作模式从实施例突发模式改回到正常模式。在实施例中，离开突发模式阈值Vref_4小于突发开启阈值Vref_1，以提供一些滞后，以便防止Vfb上的噪声迅速改变工作模式。
在实施例中，反馈电压Vfb可以被耦合到开关信号发生器512内的VCO框的频率控制输入，以产生可变的开关频率，用于例如在正常工作期间使用。
在实施例中，CON是可以被用来预定义针对突发模式的开启时间的外部电容器。在一些实施例中，CON可以被调整来提供在功率变换器的谐振周期的约1/4到功率变换器的谐振周期的约3/4之间的开启时间。可替换地，在这个范围之外的值可以被使用。在一些可替换的实施例中，电阻器可以被使用，而不是电容器CON被使用。通过提供这样的可调整性，电源的设计者具有找出电源的工作点的灵活性，所述电源的工作点具有最低的功耗。
在实施例中，使得停滞时间（在图4中为从t1到t4）长于通过LLC功率变压器的磁化电流从它的峰值减小到零的时间。在一些实施例中，最小停滞时间可以基于预设的开启时间来确定，例如可以使得最小停滞时间为例如开启时间的1.5倍。在可替换的实施例中，最小停滞时间可以大于或小于1.5倍的开启时间。
图6a至6b图示了可以被用来实施图5中的开关信号发生器框512的实施例开关信号发生器600。在实施例中，开关信号发生器具有复位框602、电流源604、比较器606、“与”门610和612以及D触发器608。电容器CON可以通过使用被用来设置开启时间的外部电容器来实施。可替换地，内部电容器可以被使用。
当反馈电压VFB低于电压Vref_2时，信号Vcomp1经由比较器620变高，而复位框602框接通复位开关620持续某个时间（例如100ns），如在图6b中所示。在开关620被关断之后，比较器输出Vcomp2接通一个门驱动器，并且来自电流源604的电流ic给电容器CON充电。当CON两端的电压达到电压Vref_5时，Vcomp2变低，并且门驱动器被关断。在这个时间点，停滞时间开始。当反馈电压VFB再次下降到Vref_2时，停滞时间结束。在实施例中，如果反馈电压VFB高于Vref_3，那么驱动器信号QH和QL被拉低，这生成了长的断开时间，直到反馈电压恢复。
在实施例中，信号“突发开启”、“突发关闭”和“离开突发模式”被用来经由选择框630在正常工作模式与突发模式之间进行选择。例如，当“离开突发模式”和“突发开启”信号是高的时，开关信号发生器600可以被使能。
VCO 632在正常工作期间生成可变的频率开关信号。在实施例中，VCO 632的开关信号与VFB有关。在实施例中，反馈信号VFB可以被用来控制VCO 632的频率。在突发模式期间，VCO 632可以由选择框630来禁用。
图7图示了实施例LLC谐振变换器IC 700的框图。在实施例中，控制逻辑框704中的突发模式控制框702可以通过使用在图5中以及在图6a中所示的电路来实施。变换器IC 700还可以包括欠压锁定框（UVLO，undervoltage lockout）706、电压参考708、过流保护框710、VIN掉电（brown-out）保护框712、软起动框714、停滞时间控制框716以及最小频率框718。在实施例中，UVLO框706提供了禁用信号，以控制逻辑框704。如果VCC在某个阈值或工作值之下，电压参考708生成了针对在图5和6a中所示的比较器的电压参考。过流保护框710经由CS引脚感测到高电流状况。VIN掉电保护框感测到VIN上的低电压状况，并且当VIN降到想要的电平之下时，停止LLC工作。软起动框714提供了软起动功能，所述软起动功能在LLC启动阶段减少MOSFET电流应力。停滞时间控制框716控制针对QH和QL的停滞时间，而最小频率框718保证功率变换器基于被耦合到引脚RFmin的外部电阻器的值以高于最小频率的频率工作。
根据实施例，控制开关模式电源的方法包括：生成与开关模式电源的输出成比例的反馈信号，以及在正常模式下操作开关模式电源，所述在正常模式下操作开关模式电源包括调整脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平。如果反馈信号跨越第一阈值，那么开关模式电源在第二工作模式下工作，所述第二工作模式包括调整脉冲调制信号的停滞时间，以将反馈信号调节到不同于第一信号电平的第二信号电平。该方法进一步包括用脉冲调制信号驱动开关模式电源的开关。在实施例中，生成反馈信号还包括基于负载要求来生成反馈信号。
在一些实施例中，该方法进一步包括：当反馈信号跨越第二阈值时，将开关模式电源的工作模式从第二工作模式改变到正常工作模式。第二阈值可以在一些实施例中在第一阈值与第一信号电平之间。在实施例中，该方法还包括：当反馈信号跨越第三阈值时，关断脉冲调制信号。
在实施例中，脉冲调制信号包括高压侧开关信号和低压侧开关信号。在正常工作模式下，在其期间高压侧开关信号或低压侧开关信号被断言（assert）的时间可以大于高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间。在第二工作模式下，高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间可以大于在其期间高压侧信号或低压侧信号被断言的时间。在一些实施例中，在其期间高压侧开关信号或低压侧开关信号被断言的时间为高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间的约1.5 倍。同样，在一些实施例中，脉冲调制信号的开启时间在第二工作模式下可以是恒定的。
在实施例中，开关模式电源是谐振电源，而在正常模式下操作开关模式电源包括调整脉冲调制信号的频率，以将反馈信号调节到第一信号电平。
根据另一实施例，用于开关模式电源的开关控制器包括被耦合到开关模式电源的反馈信号的第一阈值检测器和被耦合到反馈信号输入以及被耦合到第一阈值检测器的输出的开关信号发生器。开关信号发生器被配置为：在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平；当第一阈值检测器的输出指示了反馈信号已经跨越第一阈值时，转变到第二工作模式；以及在第二工作模式下生成第二脉冲调制信号，以通过调整脉冲调制信号的停滞时间来将反馈信号调节到第二信号电平。在实施例中，第二信号电平不同于第一信号电平。
在实施例中，开关控制器进一步包括误差放大器。误差放大器包括被耦合到反馈信号的第一输入、被耦合到对应于第二信号电平的第二模式参考电压的第二输入以及被耦合到开关发生器的死区控制输入的输出。
在实施例中，第一阈值检测器包括第一比较器，所述第一比较器包括被耦合到反馈信号的第一输入、被耦合到对应于第一阈值信号的第一阈值电压的第二输入以及被耦合到开关信号发生器的第二模式控制输入的输出。开关信号发生器可以被配置为，当第二模式控制输入被断言时，转变到第二模式。
在实施例中，开关控制器也可以包括第二比较器，所述第二比较器包括被耦合到反馈信号的第一输入、被耦合到第二阈值电压的第二输入以及被耦合到开关信号发生器的第二模式到正常模式转变输入的输出。开关信号发生器被配置为，当第二模式到正常模式转变输入被断言时，从第二模式转变到正常模式。
在实施例中，开关信号发生器可以进一步包括被配置为被耦合到参考电容器的开启时间设置输入，其中第二模式下的脉冲调制波形的开启时间与参考电容器的电容有关。此外，开关信号发生器可以生成高压侧开关信号和低压侧开关信号。在一些实施例中，开关控制器被部署在集成电路上。
在实施例中，开关模式电源包括谐振电源，并且开关信号发生器被配置为通过调整第一脉冲调制信号的频率以将反馈信号调节到第一信号电平来在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号。
根据另一实施例，开关模式电源系统包括开关控制器。开关控制器包括被耦合到开关模式电源的反馈信号的第一阈值检测器、和被耦合到反馈信号输入以及被耦合到第一阈值检测器的输出的开关信号发生器。在实施例中，开关信号发生器被配置为：在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平；当第一阈值检测器的输出指示了反馈信号已经跨越第一阈值时，转变到第二工作模式；以及在第二工作模式下生成第二脉冲调制信号，以通过调整脉冲调制信号的停滞时间来将反馈信号调节到第二信号电平。在实施例中，第二信号电平不同于第一信号电平。
在一些实施例中，开关模式电源系统还包括被耦合到开关信号发生器的开关驱动器、被耦合到开关驱动器的多个功率开关、被耦合到多个功率开关的功率变压器以及被耦合在开关模式电源的输出与开关控制器的反馈输入之间的反馈接口电路。
在实施例中，开关模式电源系统还包括被耦合在多个功率开关与功率变压器之间的电感器和电容器。开关模式电源可以被实施为谐振变换器。在实施例中，开关信号发生器被配置为生成具有固定接通时间的第二脉冲调制信号，使得固定接通时间在谐振变换器的谐振周期的1/4到3/4之间。
本发明的实施例的优点包括在无负载状况下操作高功率额定电源（50～250W）的能力，其在高功率额定的情况下具有为小于0.3W的功耗，从而满足一些商用功率要求，诸如ENERGY STAR?要求。
实施例功率变换器的另一优点是在无负载或轻负载状况期间的减少的纹波。例如，在一些实施例中，为小于±2%的输出纹波可以被实现。在一些实施例中，该低水平的纹波可以被实现，而无需明显增加输出滤波电容器的电容。在一些实施例中，纹波被减少，因为能量被持续地递送到输出电容器，并且因为输出电压在实施例突发模式工作期间仍然在调节下。
一些实施例功率变换器的另一优点是，这些实施例功率变换器在低负载状况下维持了它们的效率，而无需不得不微调（fine-tune）突发模式工作频率。同样，一些实施例功率变换器能够在无负载或轻负载状况下维持输出电压调节，而无需明显的开关损耗。
在这里所描述的形成控制器的过程和相关方法基本上通过采用模拟和逻辑电路组件来描述。在本发明的宽范围内应该思考的是，这些过程和相关方法中的一些可以通过使用数字电路技术、诸如通过采用微控制器或数字信号处理器来实施。
虽然本发明已经主要地关于特定的示例性实施例被示出并被描述，但是本领域技术人员应该理解的是，配置的不同的改变和其细节可以被完成，而不离开本发明的如通过下面的权利要求书所限定的实质和范围。本发明的范围因此由所附的权利要求书来确定，并且针对在权利要求的含义的范围以及权利要求的等同物的范围内的所有更改，意图要由权利要求书来包围。

Claims (22)

1.一种控制开关模式电源的方法，所述方法包括：
生成与开关模式电源的输出成比例的反馈信号；
在正常模式下操作开关模式电源，所述在正常模式下操作开关模式电源包括调整脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平；
如果反馈信号跨越第一阈值，那么在第二工作模式下操作开关模式电源，所述在第二工作模式下操作开关模式电源包括调整脉冲调制信号的停滞时间，以将反馈信号调节到不同于第一信号电平的第二信号电平；以及
利用脉冲调制信号来驱动开关模式电源的开关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成反馈信号包括基于负载要求来生成反馈信号。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当反馈信号跨越第二阈值时，将开关模式电源的工作模式从第二工作模式改变到正常工作模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，第二阈值在第一阈值与第一信号电平之间。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当反馈信号跨越第三阈值时，关断脉冲调制信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
脉冲调制信号包括高压侧开关信号和低压侧开关信号；
在正常工作模式下，在其期间高压侧开关信号或低压侧开关信号被断言的时间大于在高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间；
在第二工作模式下，高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间大于在其期间高压侧信号或低压侧信号被断言的时间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在其期间高压侧开关信号或低压侧开关信号被断言的时间为在高压侧开关信号与低压侧开关信号的断言之间的停滞时间的约1.5倍。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，脉冲调制信号的开启时间在第二工作模式下是恒定的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，
开关模式电源是谐振电源；并且
在正常模式下操作开关模式电源，所述在正常模式下操作开关模式电源包括调整脉冲调制信号的频率，以将反馈信号调节到第一信号电平。
10.一种用于开关模式电源的开关控制器，所述控制器包括：
被耦合到开关模式电源的反馈信号的第一阈值检测器；
被耦合到反馈信号输入以及被耦合到第一阈值检测器的输出的开关信号发生器，其中所述开关信号发生器被配置为：
       在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平；
       当第一阈值检测器的输出指示了反馈信号已经跨越第一阈值时，转变到第二工作模式；
       在第二工作模式下生成第二脉冲调制信号，以通过调整脉冲调制信号的停滞时间来将反馈信号调节到第二信号电平，其中第二信号电平不同于第一信号电平。
11.根据权利要求10所述的开关控制器，进一步包括：
误差放大器，所述误差放大器包括
       被耦合到反馈信号的第一输入，
       被耦合到对应于第二信号电平的第二模式参考电压的第二输入，以及
       被耦合到开关发生器的死区控制输入的输出。
12.根据权利要求10所述的开关控制器，其中，第一阈值检测器包括第一比较器，所述第一比较器包括：被耦合到反馈信号的第一输入、被耦合到对应于第一阈值信号的第一阈值电压的第二输入以及被耦合到开关信号发生器的第二模式控制输入的输出，其中开关信号发生器被配置为当第二模式控制输入被断言时转变到第二模式。
13.根据权利要求12所述的开关控制器，进一步包括：
第二比较器，所述第二比较器包括被耦合到反馈信号的第一输入、被耦合到第二阈值电压的第二输入以及被耦合到开关信号发生器的第二模式到正常模式的转变输入的输出，其中开关信号发生器被配置为当第二模式到正常模式的转变输入被断言时从第二模式转变到正常模式。
14.根据权利要求10所述的开关控制器，其中，开关信号发生器进一步包括被配置为被耦合到参考电容器的开启时间设置输入，其中第二模式下的脉冲调制波形的开启时间与参考电容器的电容有关。
15.根据权利要求10所述的开关控制器，其中，开关信号发生器生成高压侧开关信号和低压侧开关信号。
16.根据权利要求10所述的开关控制器，其中，开关控制器被部署在集成电路上。
17.根据权利要求10所述的开关控制器，其中：
开关模式电源包括谐振电源；并且
开关信号发生器被配置为通过调整第一脉冲调制信号的频率以将反馈信号调节到第一信号电平来在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号。
18.一种开关模式电源系统，其包括：
开关控制器，所述开关控制器包括：
       被耦合到开关模式电源的反馈信号的第一阈值检测器；
       被耦合到反馈信号输入以及被耦合到第一阈值检测器的输出的开关信号发生器，其中所述开关信号发生器被配置为：
              在正常工作模式下生成第一脉冲调制信号，以将反馈信号调节到第一信号电平；
              当第一阈值检测器的输出指示了反馈信号已经跨越第一阈值时，转变到第二工作模式；
              在第二工作模式下生成第二脉冲调制信号，以通过调整脉冲调制信号的停滞时间来将反馈信号调节到第二信号电平，其中第二信号电平不同于第一信号电平。
19.根据权利要求18所述的开关模式电源系统，进一步包括：
被耦合到开关信号发生器的开关驱动器；
被耦合到开关驱动器的多个功率开关；
被耦合到多个功率开关的功率变压器；以及
被耦合在开关模式电源的输出与开关控制器的反馈输入之间的反馈接口电路。
20.根据权利要求19所述的开关模式电源系统，进一步包括被耦合在多个功率开关与功率变压器之间的电感器和电容器。
21.根据权利要求19所述的开关模式电源，其中，开关模式电源包括谐振变换器。
22.根据权利要求21所述的开关模式电源，其中，开关信号发生器被配置为生成具有固定接通时间的第二脉冲调制信号，其中固定接通时间在谐振变换器的谐振周期的1/4到3/4之间。
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