KR102577741B1 - 분수 밸리 스위칭 제어기 - Google Patents

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Abstract

전력 변환기 제어기는 메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형의 타겟 밸리 수를 결정하도록 구성된 분수 밸리 제어기(fractional valley controller)를 포함하며, 타겟 밸리 수는 메인 스위치의 요구되는 비작동 시간에 대응하고, 분수 밸리 제어기는 둘 이상의 변조된 비작동 시간 사이에서 메인 스위치의 비작동 시간을 변조한다. 타겟 밸리 수는 메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형의 비정수의 밸리에 대응한다. 메인 스위치의 변조된 비작동 시간들의 각각은 정수의 밸리에 대응하고, 메인 스위치의 둘 이상의 변조된 비작동 시간은 요구되는 비작동 시간에 대응하는 평균값을 갖는다.

Description

분수 밸리 스위칭 제어기
관련 출원들
본 출원은 2019년 2월 7일에 출원된 "Fractional Valley Switching Controller"라는 명칭의 미국 정규 특허 출원 제16/269,931호의 이익을 주장하며, 이는 2018년 2월 14일에 출원된 "Fractional Valley Switching Controller"라는 명칭의 미국 가 특허 출원 제62/630,639호의 이익을 주장하고, 2018년 6월 27일에 출원된 "Switch-Mode Power Supply Controller"라는 명칭의 미국 특허 출원 제16/020,496호와 관련되며; 이 모두는 모든 목적을 위해 그 전체가 이에 의해 참고로 통합된다.
스위치-모드 전원 공급기구들(SMPS들, Switch-mode power supplies)("전력 변환기들")은 높은 전력 처리 효율, 엄격한 출력 전압 조절 및 감소된 전도 및 방사 전자기 간섭(EMI, electromagnetic interference)을 유지하면서 조절이 잘 되는 전력을 제공하기 위해 가전, 산업 및 의료 응용 분야들에서 널리 사용된다.
이러한 상충되는 목표들을 충족시키기 위해, 최첨단 전력 변환기들(플라이백 변환기들, 순방향 변환기들, 부스트 변환기들, 벅 변환기들 등)은 통상적으로 유사-공진 제어 방법들을 이용한다. 유사-공진 제어 방법들은 전력 변환기의 하나 이상의 반도체 스위치의 드레인들에서 정현파 전압 진동들을 갖는 공진 파형을 유도한다. 반도체 스위치들은 적절한 타이밍 제어 동작들을 통해, 드레인 전압이 최소인 순간들에 턴 온되며(예를 들어, 밸리 스위칭), 그에 따라 반도체 스위칭 손실 및 드레인-소스 dv/dt 기울기를 최소화하여, 전력 처리 효율을 높이고 전자기 간섭(EMI)을 감소시킨다.
전력 변환기의 전체 작동 범위에 걸쳐 이러한 이점들을 유지하기 위해서는, 보통 전도 및 스위칭 손실(일반적으로 서로 반비례하는)의 합을 최소화하는 것과 같은 방식으로 공진 파형의 밸리들 사이를 "호핑(hopping)"할 필요가 있다. 그러나, 밸리 홉 전이 동안, 출력 전압 교란이 도입된다. 뿐만 아니라, 저주파 모드 전이가 빈번하고/거나 반복되는 경우, 전력 변환기의 자기 및/또는 용량성 소자들에 의해 가청 노이즈가 발생될 수 있다.
전형적으로, 이러한 이슈는 큰 밸리 호핑 히스테리시스 제약들을 도입함으로써 부분적으로 해결된다. 그러나, 그러한 방법들은 전력 처리 효율에 부정적인 영향을 미치고 보다 빈번한 밸리 호핑으로부터의 임의의 가능한 확산 스펙트럼 이점들을 제거한다. 또한, 그러한 밸리 모드 전이의 결과로 큰 출력 전압 교란이 여전히 도입된다.
여기에 설명되는 일부 실시 예는 메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형의 타겟 밸리 수를 결정하도록 구성된 분수 밸리 제어기(fractional valley controller)를 포함하며, 상기 타겟 밸리 수는 상기 메인 스위치의 요구되는 비작동 시간에 대응하고, 상기 분수 밸리 제어기는 둘 이상의 변조된 비작동 시간 사이에서 상기 메인 스위치의 비작동 시간을 변조하는 전력 변환기 제어기를 제공한다. 상기 타겟 밸리 수는 상기 메인 스위치의 상기 드레인 노드에서의 상기 공진 파형의 비정수의 밸리에 대응한다. 상기 메인 스위치의 변조된 상기 비작동 시간들의 각각은 정수의 밸리에 대응하고, 상기 메인 스위치의 상기 둘 이상의 변조된 비작동 시간은 상기 요구되는 비작동 시간에 대응하는 평균값을 갖는다.
여기에 설명되는 일부 실시 예는 입력 전압을 수신하도록 구성된 1차 권선 및 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성된 2차 권선을 갖는 변압기를 포함하는 전력 변환기를 제공한다. 메인 스위치가 상기 1차 권선에 연결되고 상기 1차 권선을 통해 전류를 제어하여 상기 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 상기 메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형은 상기 메인 스위치의 비작동 시간 동안 하나 이상의 밸리를 포함한다. 상기 전력 변환기는 상기 메인 스위치를 제어하도록 구성된 1차측 제어기를 포함한다. 상기 1차측 제어기는 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간을 제어하도록 구성된 분수 밸리 제어기를 포함한다. 상기 분수 밸리 제어기는 상기 메인 스위치의 요구되는 비작동 시간에 대응하는 타겟 밸리 수를 결정하도록 구성되며, 상기 타겟 밸리 수는 비정수의 밸리에 대응한다. 상기 분수 밸리 제어기는 둘 이상의 변조된 비작동 시간 사이에서 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간을 변조하도록 구성되며, 상기 메인 스위치의 상기 변조된 비작동 시간들의 각각은 상기 공진 파형의 각각의 정수의 밸리에 대응하고, 상기 메인 스위치의 상기 둘 이상의 변조된 비작동 시간은 상기 요구되는 비작동 시간에 대응하는 평균값을 갖는다.
도 1은 일부 실시 예에 따른, 분수 밸리 스위칭을 구현하는 전력 변환기의 간략화된 개략도이다.
도 2는 일부 실시 예에 따른, 플라이백 변환기(fly-back converter)로서 구성되는 도 1의 전력 변환기의 간략화된 개략도이다.
도 3은 일부 실시 예에 따른, 도 2에 도시된 전력 변환기와 관련된 신호들의 간략화된 도표이다.
도 4는 일부 실시 예에 따른, 도 2에 도시된 전력 변환기의 1차측 제어기의 간략화된 개략도이다.
도 5는 일부 실시 예에 따른, 도 4에 도시된 1차측 제어기의 분수 밸리 제어기의 간략화된 개략도이다.
도 6 및 도 7은 일부 실시 예에 따른, 도 5에 도시된 분수 밸리 제어기의 밸리 정수 모듈레이터들의 간략화된 개략도들이다.
도 8은 일부 실시 예에 따른, 도 2에 도시된 전력 변환기와 관련된 신호들의 간략화된 도표이다.
도 9 및 도 10은 일부 실시 예에 따른, 도 2에 도시된 전력 변환기와 유사한 테스트 전력 변환기에 대한 실험 결과들의 스크린샷들이다.
여기에 설명되는 일부 실시 예는 전력 변환기의 유사-공진 작동 모드 동안 분수 밸리 스위칭을 구현하는 스위치-모드 전원 공급 기구("전력 변환기")의 분수 밸리 스위칭 제어기를 제공한다. 일부 실시 예에서, 분수 밸리 스위칭 제어기("분수 밸리 제어기")는 전력 변환기의 1차측 제어기의 일부이다. 일반적으로, 전력 변환기는 1차측 스위치("메인 스위치")를 사용하여 변압기의 1차측 권선을 통해 전류를 제어함으로써 변압기의 1차측 상의 입력 전압을 변압기 2차측 상의 출력 전압으로 변환한다. 메인 스위치의 비작동 시간 동안, 메인 스위치의 드레인 노드에서 공진 파형이 발달한다. 메인 스위치의 비작동 시간에 기초하여, 공진 파형은 하나 이상의 피크(극댓값) 및 하나 이상의 밸리(극솟값)를 포함한다. 전력 변환기의 1차측 제어기는 메인 스위치가 통상적으로 메인 스위치의 드레인-소스 전압이 극솟값(즉, 공진 파형의 밸리)일 때에만 스위칭되도록 메인 스위치의 비작동 시간을 제어하도록 구성된다. 유감스럽게도, 일부 예에서, 전력 변환기에 의해 전달될 총 전력은 비정수의 밸리에 대응할 수 있다. 비정수 밸리 수가 공진 파형의 극솟값에 대응하지 않기 때문에, 비정수 밸리 수에서 메인 스위치를 스위칭하면 드레인-소스 전압이 극솟값에 있을 때 메인 스위치가 스위칭되는 경우보다 더 큰 스위칭 손실을 초래할 것이다. 여기에 개시된 바와 같은 분수 밸리 스위칭 제어기는 바람직하게는 분수 밸리 스위칭에 의해, 메인 스위치가 통상적으로 정수의 밸리에서만 스위칭되나 전력 변환기가 여전히 비정수의 밸리에 대응하는 총 전력을 전달할 수 있게 하도록 메인 스위치의 비작동 시간을 제어한다. 여기에 개시된 바와 같이, 그러한 분수 밸리 스위칭은 분수 밸리 제어기에 의해 변조된 비작동 시간들의 각각이 각각의 정수의 밸리에 대응하도록 메인 스위치의 일련의 비작동 시간을 변조함으로써 실현된다. 변조된 비작동 시간들의 평균은 비정수(즉, 분수) 밸리에 대응하는 비작동 시간으로 수렴한다. 그에 따라, 바람직하게는, 정밀한 전력량이 전력 변환기에 의해 전달되고 스위칭 손실이 여전히 최소화된다. 추가적으로, 여기에 개시된 분수 밸리 제어기는 바람직하게는 메인 스위치의 스위칭 사이클 주파수에 기초하여 분수 밸리 스위칭을 인에이블 또는 디스에이블하여 원치 않는 가청 톤들을 방지한다. 더 나아가, 여기에 개시된 분수 밸리 제어기는 전형적인 밸리 디더링 기술들에 의해 제공되는 것보다 큰 비정수의 밸리의 분수 분해능을 제공한다.
도 1은 일부 실시 예에 따른, 전력 변환기(100)의 간략화된 회로 개략도이다. 전력 변환기(100)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 1에서 전력 변환기(100)의 일부 요소가 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 전력 변환기(100)는 도시된 바와 같이 연결되는 입력 전압 필터 블록(102), 정류기 블록(104)(AC 입력의 경우), 유사-공진 변환기 회로(106), 1차측 제어기(110)의 분수 밸리 제어기(108)("전력 변환기 제어기”), 출력 버퍼 회로(111), 컴펜세이터/아이솔레이터( "피드백 네트워크")(112), 신호 차 블록(114), 유사-공진 변환기 회로(106)의 변압기(118)의 보조 권선(116), 입력 전압 버퍼 커패시터(C1') 및 메인 스위치(M1')를 포함한다. 또한 신호 노드(120)에서의 메인 스위치(M1')의 드레인-소스 전압(VdsM1'), 입력 전압(Vin'), 신호 노드(122)에서의 조정되는 입력 전압(Vin), 보조 전압(Vaux), 출력 전압(Vout) 및 출력 전류(iload), 피드백 신호(ton), 에러 신호(eout) 및 기준 전압(Vref)이 도시된다.
전력 변환기(100)는 입력 전압(Vin')을 수신하도록 그리고메인 스위치(M1')의 작동 시간 비작동 시간에 기초하여 출력 전압(Vout) 및 출력 전류(iload)를 부하(RL')에 제공하도록 구성된다. 메인 스위치(M1')의 작동 시간 및 비작동 시간은 1차측 제어기(110)에 의해 제어된다. 1차측 제어기(110)는 입력 전압(Vin), 보조 전압(Vaux) 및 피드백 신호(예를 들어, 자화 인덕턴스 충전 시간(ton), 또는 다른 피드백 신호)를 수신하도록 그리고 메인 스위치(M1')의 작동 시간 및 비작동 시간을 제어하기 위한 메인 스위치 제어 신호(PWMM1')를 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 유사-공진 변환기 회로(106)는 플라이백, 순방향, 부스트 또는 벅 전력 변환기로서 구현된다.
도 2는 일부 실시 예에 따른, 전력 변환기(200)의 간략화된 회로 개략도이다. 전력 변환기(200)는 유사-공진 변환기 회로(106)가 플라이백 변환기로서 구현될 때 전력 변환기(100)의 예시적인 실시 예이다. 전력 변환기(200)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 2에서 전력 변환기(200)의 일부 요소가 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 전력 변환기(200)는 도시된 바와 같이 연결되는 입력 전압 필터 블록(202), 정류기 블록(204)(AC 입력의 경우), 1차측 제어기(210)의 분수 밸리 제어기(208)(“전력 변환기 제어기"), 출력 버퍼 회로(211), 컴펜세이터/아이솔레이터(“피드백 네트워크")(212), 신호 차 블록(214), 변압기(218)의 보조 권선(216), 클램프 회로(232), 전력 변환기(200)의 입력측 상의 변압기(218)의 1차 권선(234) , 전력 변환기(200)의 출력측 상의 변압기(218)의 2차 권선(236), 동기식 스위치 제어기(238), 입력 전압 버퍼 커패시터(C1), 메인 스위치(M1) 및 동기식 스위치(M2)를 포함한다. 또한 신호 노드(220)에서의 메인 스위치(M1)의 드레인-소스 전압(VdsM1), 입력 전압(Vin'), 신호 노드(222)에서의 조정되는 입력 전압(Vin), 선택적 능동 클램프 제어 신호(ACctl), 보조 전압(Vaux), 출력 전압(Vout), 출력 전류(iload), 피드백 신호(예를 들어, 자화 인덕턴스 충전 시간(ton) 또는 다른 피드백 신호), 에러 신호(eout) 및 기준 전압(Vref)이 도시된다.
전력 변환기(200)는 입력 전압(Vin')을 수신하도록 그리고메인 스위치(M1)의 작동 시간 비작동 시간에 기초하여 출력 전압(Vout) 및 출력 전류(iload)를 부하(RL)에 제공하도록 구성된다. 메인 스위치(M1)의 작동 시간 및 비작동 시간은 1차측 제어기(210)에 의해 제어된다. 1차측 제어기(210)는 입력 전압(Vin), 보조 전압(Vaux) 및 자화 인덕턴스 충전 시간(ton)(또는 다른 피드백 신호)를 수신하도록 그리고 메인 스위치(M1)의 작동 시간 및 비작동 시간을 제어하기 위한 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)를 생성하도록 구성된다.
메인 스위치(M1)는 1차 권선(234)에 연결되고 전력 변환기(200)의 스위칭 사이클의 제1 부분 동안(즉, 메인 스위치(M1)가 턴 온될 때) 입력 전압(Vin)을 사용하여 변압기(218)의 자화 인덕턴스를 충전하도록 1차 권선(234)을 통한 전류를 제어하도록 구성된다. 동기식 정류기 스위치(M2)는 스위칭 사이클의 후속 부분 동안(즉, 메인 스위치(M1)가 턴 오프될 때) 출력 버퍼 회로(211) 및 부하(RL)로 변압기(218)를 방전시키도록 이차 권선(236)을 통한 전류를 제어한다. 클램프 회로(232)는 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서 발달된 드레인-소스 전압(VdsM1)을 메인 스위치(M1)의 최대 안전 작동 전압 미만인 전압으로 제한한다. 일부 실시 예에서, 클램프 회로(232)는 자가 구동되는 능동 클램프 회로이다(예를 들어, 클램프 회로(232)는 1차측 제어기(210)에 의해 제공되는 제어 신호를 필요로 하지 않는다). 다른 실시 예들에서, 클램프 회로(232)는 선택적 능동 클램프 제어 신호(ACct1)를 사용하여 1차측 제어기(210)에 의해 제어되는 능동 클램프 회로이다. 또 다른 실시 예들에서, 클램프 회로(232)는 저항기-커패시터-다이오드(RCD) 스너버 회로이다.
피드백 네트워크(212)는 전력 변환기(200)의 출력에서의 출력 전압(Vout)과 기준 전압(Vref) 간 차를 나타내는 내부 에러 신호를 생성한다. 일부 실시 예에서, 피드백 네트워크(212)는 그 차를 내부 비례-적분(PI) 또는 비례-적분-미분(PID) 컴펜세이터를 통해 처리한다. 일부 실시 예에서, 피드백 네트워크(212)로부터의 출력은 아이솔레이터를 사용하여 전력 변환기(200)의 출력측으로부터 전력 변환기(200)의 입력측으로 미러링된다. 피드백 네트워크(212)는 피드백 신호에 기초하여 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)를 조절하는 피드백 신호를 1차측 제어기(210)에 제공한다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 피드백 신호는 메인 스위치(M1)가 변압기(218)의 자화 인덕턴스를 충전하기 위해 요구되는 작동 시간(ton)에 대응한다.
1차측 제어기(210)는 피드백 네트워크(212)로부터 피드백 신호, 입력 전압(Vin) 및 보조 전압(Vaux)을 수신하도록, 그리고 이러한 수신된 신호들에 기초하여 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)를 생성하도록 구성된다. 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)는 메인 스위치(M1)의 작동 시간 및 비작동 시간(toff)에 따라 메인 스위치(M1)를 턴 온 및 오프시킨다. 전력 변환기(200)의 유사-공진 동작 동안, 메인 스위치(M1)가 오프될 때, 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서 공진 파형이 발달한다. 공진 파형은 일련의 전압 피크(극댓값) 및 밸리(극솟값)를 포함한다. 1차측 제어기(210)는 바람직하게는 전압(VdsM1)이 극솟값, 즉 공진 파형의 밸리에 있을 때 메인 스위치(M1)가 턴 온되도록 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)를 사용하여 메인 스위치(M1)를 제어한다. 메인 스위치(M1)의 일련의 스위칭 사이클 동안, 분수 밸리 제어기(208)는 변조된 밸리들의 시퀀스의 평균이 비정수 밸리 수로 수렴하도록 메인 스위치(M1)가 턴 온되는 밸리를 변조시킨다. 예를 들어, 정수 밸리 수들의 정수 밸리 시퀀스: {2,2,2,1}은 비정수(즉, 분수) 평균값 1.75를 갖는다.
제1 스위칭 사이클(306) 동안 정수 밸리(304a-c) 및 제2 스위칭 사이클(310) 동안 정수 밸리(308a-b)를 갖는, 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 드레인-소스 전압(VdsM1)(즉, 공진 파형)의 간략화된 도표(300)가 도 3에 도시되어 있다. 1차측 제어기(210)는 메인 스위치(M1)의 비작동 시간을 조절함으로써, 부하(RL)에 전달되는 총 전력(iload, Vout)을 조절한다. 예를 들어, 1차측 제어기(210)는 메인 스위치(M1)의 비작동 시간을 조절하여 제1 스위칭 사이클(306)의 제3 밸리(304c)를 스위칭함으로써, 메인 스위치(M1)가 제2 밸리(308b) 상에서 스위칭되는 제2 스위칭 사이클(310) 동안보다 더 적은 전력이 부하(RL)로 전달되게 할 것이다.
유감스럽게도, 일부 예에서, 부하(RL)에 전달될 총 전력은 비정수의 밸리(예를 들어, 지점(312))에 대응할 것이다. 전술한 바와 같이, 메인 스위치(M1)의 드레인-소스 전압(VdsM1)이 최소가 아닐 때 메인 스위치(M1)를 스위칭하면 드레인-소스 전압(VdsM1)이 최소(즉, 정수의 밸리에 해당)일 때에만 메인 스위치(M1)가 스위칭되는 경우보다 더 큰 스위칭 손실을 초래한다. 그에 따라, 메인 스위치(M1)가 비정수의 밸리(예를 들어, 지점(312))에서 빈번하게 스위칭되는 경우, 전력 변환기(200)의 스위칭 손실은 메인 스위치(M1)가 임의의 정수로 밸리(예를 들어, 304a-c)에서 스위칭되는 경우보다 더 클 것이다.
여기에 개시된 바와 같은 분수 밸리 제어기(208)는 바람직하게는 분수 밸리 스위칭에 의해, 메인 스위치(M1)가 정수의 밸리에(즉, 밸리들 중 하나의 중간에)서만 스위칭되나 전력 변환기(200)가 여전히 비정수의 밸리에 대응하는 총 전력을 부하(RL)에 전달할 수 있게 하도록 메인 스위치(M1)의 비작동 시간을 제어한다. 추가적으로, 여기에 개시된 바와 같은 분수 밸리 전환은 그러한 비정수의 밸리가 전형적인 분수 범위보다 더 클 수 있게 한다. 예를 들어, 두 개의 인접한 밸리 사이를 디더링(dithering) 또는 호핑(hopping)하는 전형적인 밸리 디더링 접근법은 두 개의 인접한 밸리 간 평균에 대응하는 총 전력을 전달할 수 있다. 즉, 밸리 1(304a)과 밸리 2(304b) 간 호핑 또는 디더링은 밸리 1.5에 대응하는 평균에 수렴할 것이다. 그러나, 그러한 전형적인 밸리 디더링 접근법들은 정수 밸리들 간 소수 값들(예를 들어, 밸리 1.25, 밸리 1.3, 밸리 1.4, 밸리 1.45, 밸리 1.55 등에 대응하는)의 더 큰 분해능에 대응하는 총 전력을 제공할 수 없다.
일부 실시 예에 따른 1차측 제어기(210)의 세부 사항들이 도 4에 도시되어 있다. 1차측 제어기(210)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 4에서 1차측 제어기(210)의 일부 요소 및 신호가 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 1차측 제어기(210)는 도시된 바와 같이 연결되는 PWM 경사 발생기(“PWM 경사 발생기")(402), 아날로그 대 디지털 변환기(ADC) 모듈(404), 전력 최적화 제어기(406), 분수 밸리 제어기(408), 제로-크로싱 검출기(ZCD, zero-crossing detector)(410) 및 기타 모듈들(412)을 포함한다. 일부 실시 예에서, 기타 모듈들(412)은 추가 제어 회로, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로 제어기, 마이크로 프로세서, DSP, ASIC, FPGA), 휘발성 데이터 저장 장치, 통신 모듈들 또는 또 다른 구성요소들과 같은 1차측 제어기(210)의 다른 디지털 및/또는 아날로그 모듈들을 포함한다. 일부 실시 예에서, 다른 모듈들(412)의 하나 이상의 구성요소는 1차측 제어기(210)의 설명된 구성요소들 및/또는 전력 변환기(200)의 다른 구성요소들 중 하나 이상과 신호 통신할 수 있다.
ADC 모듈(404)은 피드백 신호(ton)(메인 스위치(M1)의 요구되는 작동 시간)에 기초하여 디지털화된 피드백 신호(ton(n))를 생성하도록 구성된다. ADC 모듈(404)은 또한 조정되는 입력 전압(Vin)에 기초하여 디지털화된 입력 전압(Vin(n))을 생성하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 전력 최적화 제어기(406)는 관련 출원, 미국 특허 출원 제16/020,496호에 설명된 바와 같이 메인 스위치(M1)의 요구되는 비작동 시간(toff *(n))을 생성한다. ZCD(410)는 각각의 검출된 밸리(예를 들어, 밸리들(304a-c))에 대한 밸리 검출 신호(valleydet)를 생성한다. 일부 실시 예에서, ZCD(410)는 보조 권선(216)을 사용하여 생성되는 보조 전압(Vaux)을 사용하여 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 공진 파형의 각각의 밸리들을 검출한다. 다른 실시 예들에서, ZCD(410)는 메인 스위치(M1)의 드레인 노드로부터 수신된 전압을 사용하여 또는 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 전압에 기초하여 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 공진 파형의 각각의 밸리들을 검출한다. 분수 밸리 제어기(408)는 전력 최적화 제어기(406)로부터 밸리 검출 신호(valleydet), 메인 스위치(M1)의 측정된 비작동 시간(toff(n)), 스위칭 사이클 주파수 신호(tsw(n))(메인 스위치(M1)의 스위칭주기 또는 스위칭 주파수를 나타내는 값) 및 메인 스위치(M1)에 대해 요구되는 비작동 시간(toff *(n))을 수신하도록 구성된다. 요구되는 비작동 시간(toff *(n))은 부하(RL)에 전달될 총 전력에 대응하는 메인 스위치(M1)의 계산된 비작동 시간이다. 전술한 바와 같이, 일부 예에서, 메인 스위치(M1)의 요구되는 비작동 시간(toff *(n))은 비정수의 밸리에 대응한다. 분수 밸리 제어기(408)는 일련의 변조된 비작동 시간 사이에서 메인 스위치(M1)의 비작동 시간(toff(n))을 변조하도록 구성된다. 변조된 비작동 시간은 일련의 변조된 비작동 시간에서 하나 이상의 다른 비작동 시간과 비교하여 시간이 상이한 메인 스위치(M1)의 비작동 시간이다. 즉, 일련의 변조된 비작동 시간에서, 제1 변조된 비작동 시간은 t 의 지속 기간을 가질 수 있고, 제2 변조된 비작동 시간은 t + τ의 지속 기간을 가질 수 있고, 제3 변조된 비작동 시간은 또한 t + τ의 지속 기간을 가질 수 있으며, 제4 변조된 비작동 시간은 t...의 지속 기간을 가질 수 있는 등이며, 여기서 τ는 지연이다.
각각의 변조된 비작동 시간들은 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 공진 파형의 정수의 밸리에 대응한다. 그러나, 메인 스위치(M1)의 변조된 비작동 시간들의 평균값은 비정수의 밸리에 대응하는 메인 스위치(M1)의 평균 비작동 시간으로 수렴한다. 그에 따라, 분수 밸리 제어기(408)는 바람직하게는 메인 스위치(M1)의 드레인-소스 전압(VdsM1)이 최소화되는 지점들에서 메인 스위치(M1)를 스위칭하지만, 부하(RL)에 전달되는 총 전력은 비정수의 밸리에 대응하는 총 전력과 동일하다. 분수 밸리 제어기(408)는 ZCD(410)를 사용하여 검출된 밸리 수가 분수 밸리 제어기(408)에 의해 결정된 타겟 밸리 수를 초과할때 PWM 경사 발생기(402)에 리셋 신호(PWMreset)를 송신함으로써 메인 스위치(M1)가 메인 스위치(M1)의 변조된 비작동 시간들에 따라 스위칭하게 한다.
일부 실시 예에 따른, 분수 밸리 제어기(408)의 간략화된 개략도가 도 5에 도시되어 있다. 분수 밸리 제어기(408)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 5에서 분수 밸리 제어기(408)의 일부 요소 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 일반적으로, 분수 밸리 제어기(408)는 OR 게이트(502), 밸리 카운터(504), 가청 노이즈 필터(506), 제1 신호 비교 블록(508), 제2 신호 비교 블록(510), 밸리 정수 모듈레이터(512) 및 타겟 밸리 생성기(514)를 포함한다. 가청 노이즈 필터(506)는 일반적으로 제3 신호 비교 블록(516)을 포함한다.
제1 신호 비교 블록(508)은 메인 스위치(M1)의 측정된 비작동 시간(toff(n)) 및 메인 스위치(M1)의 요구되는 비작동 시간(toff *(n))을 수신하도록 그리고 비작동 시간 조절 신호(“Incr./Dec.”)를 생성하도록 구성된다. 제1 신호 비교 블록(508)은 측정된 비작동 시간(toff(n))을 요구되는 비작동 시간(toff *(n))과 비교한다. 측정된 비작동 시간(toff(n))이 요구되는 비작동 시간(toff *(n))보다 큰 경우, 제1 신호 비교 블록(508)은 메인 스위치(M1)가 현재 스위칭되고 있는 것보다 이전 밸리에 대응하는 시점에서 메인 스위치(M1)가 스위칭되어야 함을 나타내는 감소 비작동 시간 조절 신호를 생성한다. 측정된 비작동 시간(toff(n))이 요구되는 비작동 시간(toff *(n))보다 크지 않은 경우, 제1 신호 비교 블록(508)은 메인 스위치(M1)가 현재 스위칭되고 있는 것보다 이후 밸리에 대응하는 시점에서 메인 스위치(M1)가 스위칭되어야 함을 나타내는 증분 비작동 시간 조절 신호를 생성한다.
타겟 밸리 생성기(514)는 제1 신호 비교 블록(508)으로부터 비작동 시간 조정 신호("Incr./Dec.")를 수신하고 정수 부분(즉, nint) 및 소수 부분(예를 들어, ndec)을 갖는 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))를 생성한다. 예를 들어, 타겟 밸리 수가 2.65인 경우, 정수 부분은 정수값 2에 대응하고, 소수 부분은 소수값 0.65에 대응한다. 그러나, 타겟 밸리 수는 비정수의 밸리에만 대응하는 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 메인 스위치(M1)의 몇몇 요구되는 비작동 시간(toff *(n))에 대해, 타겟 밸리 수는 0과 같은 소수 부분을 가질 수 있다.
밸리 정수 모듈레이터(512)는 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))를 수신하도록, 그리고 일련의 변조된 정수 밸리 수(valley*(n))를 생성하도록 구성된다. 변조된 정수 밸리 수는 일련의 변조된 정수 밸리 수에서 하나 이상의 다른 밸리 수와 비교하여 수가 상이한 밸리 수이다. 즉, 일련의 변조된 정수 밸리 수에서, 제1 변조된 정수 밸리 수는 1일 수 있고, 제2 변조된 정수 밸리 수는 2일 수 있고, 제3 변조된 정수 밸리 수 또한 2일 수 있으며, 제4 변조된 밸리 수는 1일 수 있는... 등이다. 바람직하게는, 일부 실시 예에서, 밸리 정수 모듈레이터(512)는 변조된 정수 밸리 수들의 비교차 시퀀스들을 생성하도록 구성된다. 정수 밸리 수들의 교차 시퀀스의 일례는 {1, 2, 1, 2, 1, 2,...}이다. 정수 밸리 수들의 비교차 시퀀스의 일례는 {1, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2,...}이다. 즉, 분수 밸리 제어기(208)는 순차적인 하나 이상의 제1 정수 밸리 수의 제1 시퀀스 바로 다음 순차적인 하나 이상의 제2 정수 밸리 수의 제2 시퀀스를 생성하도록 구성되며, 여기서 제1 시퀀스의 길이는 제2 시퀀스의 길이와 상이하고, 하나 이상의 제1 정수 밸리 수는 하나 이상의 제2 정수 밸리 수와 동일하지 않다.
변조된 정수 밸리 수들(valley*(n))의 각각은 메인 스위치(M1)의 변조된 비작동 시간에 대응한다. 그에 따라, 일련의 변조된 정수 밸리 수(valley*(n))는 비정수 밸리 수인 타겟 밸리 수와 같거나, 거의 같은(즉,"약") 평균 밸리 수에 수렴한다.
밸리 카운터(504)는 ZCD(410)로부터 valleydet 신호를 수신하고 내부 카운터를 증분시켜 검출된 밸리 카운트(valley(n))를 생성한다. 제2 신호 비교 블록(510)은 최신 검출된 밸리 카운트(valley(n))를 최신 변조된 정수 밸리 수(valley*(n))와 비교한다. 최신 검출된 밸리 카운트(valley(n))가 최신 변조된 정수 밸리 수(valley*(n))보다 큰 것으로 결정될 때, 제2 신호 비교 블록(510)은 OR 게이트(502) 및 PWM 경사 발생기(402)에 PWMreset 신호를 송신한다. PWMreset 신호 수신시, PWM 경사 발생기(402)는 메인 스위치(M1)를 인에이블하는 레벨의 메인 스위치 제어 신호(PWMM1)을 송신한다. 그에 따라, 메인 스위치(M1)는 바람직하게는 전력 변환기(200)의 출력 전력이 비정수 밸리 수에 대응하는 전력으로 수렴하더라도 정수 밸리 수에 대응하는 시점에 스위칭된다.
OR 게이트(502)는 PWMreset 신호를 수신시 리셋 신호를 밸리 카운터(504)에 송신한다. 밸리 카운터(504)는 리셋 신호를 수신시, 내부 밸리 카운트값을 초기값(예를 들어, 0)으로 리셋한다. 추가적으로, OR 게이트(502)는 블랭킹 신호를 수신시(예를 들어, 메인 스위치(M1)가 디스에이블되지 않는 시간 동안) 리셋 신호를 밸리 카운터(504)에 송신한다.
밸리 정수 모듈레이터(512)는 바람직하게는 메인 스위치(M1)의 변조된 비작동 시간들이 가청 노이즈 범위(예를 들어, 30kHz 이하)에 있는 주파수들을 생성하지 않도록 단지 메인 스위치(M1)의 스위칭 주파수가 최소 주파수 임계값보다 높을 때 분수 밸리 스위칭을 수행하도록 구성된다. 가청 노이즈 필터(506)는 PWM 경사 발생기(402)로부터 측정된 스위칭 사이클 주파수 신호(tsw(n))를 수신하고 (예를 들어, 기타 모듈들(412)의 프로세서 또는 다른 구성요소로부터, 또는 전력 변환기(200)의 구성 요소와 같은 다른 소스로부터) 최소 스위칭 사이클 주파수 임계값(tmin(n))을 수신한다. 측정된 스위칭 사이클 주파수 신호(tsw(n))가 최소 스위칭 사이클 주파수 임계값(tmin(n)) 미만인 것으로 결정되면, 제3 신호 비교 블록(516)은 분수 밸리 스위칭을 디스에이블하기 위해 디어써트된 fractionalen 신호를 밸리 정수 모듈레이터(512)로 전송한다. 측정된 스위칭 사이클 주파수 신호(tsw(n))가 최소 스위칭 사이클 주파수 임계값(tmin(n)) 미만인 것으로 결정되면, 제3 신호 비교 블록(516)은 분수 밸리 스위칭을 인에이블하기 위해 어써트된 fractionalen 신호를 밸리 정수 모듈레이터(512)로 전송한다. 그에 따라, 분수 밸리 스위칭은 바람직하게는 분수 밸리 스위칭이 원치 않는 가청 톤들을 초래할 경우 디스에이블된다.
도 6은 일부 실시 예에 따른, 밸리 정수 모듈레이터(512)를 구현하는 예시적인 밸리 정수 모듈레이터(612)의 간략화된 개략도이다. 밸리 정수 모듈레이터(612)는 일부 경우에 스위칭 사이클 주파수(tsw(n))의 절반인 톤들이 발생되는 것에 기인하여 60kHz보다 큰 스위칭 사이클 주파수들(tsw(n))에 적합하다. 밸리 정수 모듈레이터(612)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 6에서 밸리 정수 모듈레이터(612)의 일부 요소 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 밸리 정수 모듈레이터(612)는 일반적으로 mux(602)(즉, 둘 이상의 입력 신호를 수신하고 둘 이상의 입력 신호 중 하나를 mux의 출력으로 선택적으로 전달하는 구성요소), 제1 모듈레이터(604), 제2 모듈레이터(606) 및 신호 가산기 블록(608)을 포함한다. mux(602)는 가청 노이즈 필터(506)로부터 fractionalen 신호를 수신한다. fractionalen 신호가 디어써트되면, mux(602)는 제1 모듈레이터(604)로부터의 신호를 신호 가산기 블록(608)으로 전달한다. fractionalen 신호가 어써트되면, mux(602)는 제2 모듈레이터(606)로부터의 신호를 신호 가산기 블록(608)으로 전달한다. 일부 실시 예에서, 제1 모듈레이터(604)는 소수 부분(valley*(ndec))이 주어진 초기 출력 0에 대해 0.75 이상인 경우 mux(602)의 출력(inc)이 1로 전이되도록 하는 히스테리시스를 갖는 출력을 생성한다. 그러한 실시 예들에서, 제1 모듈레이터(604)는 소수 부분(valley*(ndec))이 주어진 초기 출력 1에 대해 0.25 이하인 경우 일반적으로 mux(602)의 출력(inc)이 0로 전이되도록 하는 히스테리시스를 갖는 출력을 생성한다. 분수 밸리 스위칭이 디스에이블될 때, 전력 변환기(200)의 출력 리플은 분수 밸리 스위칭이 인에이블될 때 출력 리플과 비교할 때 증가될 수 있다.
일부 실시 예에서, 제2 모듈레이터(606)는 제1 모듈레이터(604)의 히스테리시스과 상이한 히스테리시스를 사용하여 출력을 생성한다. 그러한 실시 예들에서, 제2 모듈레이터(606)는 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))의 소수 부분(valley*(ndec))에 기초하여 1과 0 사이에서 변조하는 출력을 생성한다. 즉, 대조적으로, 제1 모듈레이터(604)의 데드-밴드에 대응하는 소수값들의 범위에 대해, 제2 모듈레이터(606)는 0과 1 사이에서 변조하는 값들의 스트림을 생성한다.
mux(602)의 출력(inc)은 신호 가산기 블록(608)에 의해 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))의 정수 부분(valley*(nint))과 합산되어, 변조된 출력 밸리 수들(valley*(n))의 스트림을 생성한다.
도 7은 일부 실시 예에 따른, 밸리 정수 모듈레이터(512)를 구현하는 다른 예시적인 밸리 정수 모듈레이터(712)의 간략화된 개략도이다. 밸리 정수 모듈레이터(712)는 일부 경우에 제2 모듈레이터(706)에 의해 구현되는 k차 시그마-델타 모듈레이터에 의해 발생되는 저주파수 톤들에 기인하여 250kHz보다 큰 스위칭 사이클 주파수들(tsw(n))에 적합하다. 밸리 정수 모듈레이터(712)에 대한 설명을 간략화하기 위해 도 7에서 밸리 정수 모듈레이터(712)의 일부 요소 생략되었지만 존재하는 것으로 이해된다. 밸리 정수 모듈레이터(712)는 일반적으로 mux(702), 제1 모듈레이터(704), 제2 모듈레이터(706) 및 신호 가산기 블록(708)을 포함한다. mux(702)는 가청 노이즈 필터(506)로부터 fractionalen 신호를 수신한다. fractionalen 신호가 디어써트되는 경우, mux(702)는 제1 모듈레이터(704)로부터의 출력을 사용하여 출력(inc)을 생성한다. mux(702)에 대한 출략(inc)은 신호 가산기 블록(708)에 의해 수신된다. fractionalen 신호가 어써트되는 경우, mux(702)는 제2 모듈레이터(706)로부터의 출력을 사용하여 출력(inc)을 생성한다. 일부 실시 예에서, 제1 모듈레이터(704)는 도 6의 제1 모듈레이터(604)를 참조하여 설명된 바와 같이 출력을 생성한다.
제2 모듈레이터(706)에 의해 구현되는 k차 시그마-델타 모듈레이터는 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))의 소수 부분(valley*(ndec))를 수신하도록 소수 부분(valley*(ndec))에 기초하여 "하이들" 및 "로우들"(즉, 1들 및 0들)의 출력 스트림을 생성하도록 구성된다. 제2 모듈레이터(706)의 시그마-델타 모듈레이터는 소수 부분(valley*(ndec))의 값이 증가함에 따라 값들의 출력 스트림에서 1의 수가 증가하도록 값들의 출력 스트림을 생성한다. 유사하게, 제2 모듈레이터(706)의 시그마-델타 모듈레이터는 소수 부분(valley*(ndec))의 값이 감소함에 따라 값들의 출력 스트림에서 0의 수가 증가하도록 값들의 출력 스트림을 생성한다. 제2 모듈레이터(706)의 시그마-델타 모듈레이터의 차수는 적분기 수, 즉 이용되는 피드백 루프 수를 지시한다. 차수가 높을수록, 달성 가능한 분수 밸리 분해능이 높아진다. 제2 모듈레이터(706)의 시그마-델타 모듈레이터는 바람직하게는 히스테리시스-기반 접근법들과 비교하여 예측 주파수 성분으로 분수 밸리 스위칭의 보다 높은 분해능을 달성하기 위해 노이즈-형상의 신호로서 출력 스트림을 생성한다. 예를 들어, 변조된 밸리 정수에 의해 생성되는 변조된 정수 밸리 수들(valley*(n))의 예시적인 시퀀스(712)는 비정수 밸리 수 2.25에 수렴하는 {4, 2, 1, 2...}와 같은 시퀀스를 포함할 수 있다.
도 8은 일부 실시 예에 따른, 전력 변환기(200)의 동작을 나타내는 이와 관련된 신호들의 간략화된 도표(800)를 도시한다. 간략화된 도표(800)는 메인 스위치(M1)의 드레인-소스 전압(VdsM1)의 도표(802)(즉, 공진 파형), 타겟 밸리 수(valley*(nint, ndec))의 정수 부분(valley*(nint))의 도표(804), mux(602 또는 702)의 출력(inc)의 도표(806) 및 결과적으로 변조된 밸리 수(valley*(n))의 도표(808)를 포함한다. 간략화된 도표(800)에 도시된 예에서, 메인 스위치(M1)의 드레인 노드에서의 공진 파형의 평균 밸리 수는 비정수 밸리 수 2.5에 수렴한다.
도 9는 일부 실시 예에 따른, 전력 변환기(200)와 유사한 테스트 전력 변환기에 대한 실험 결과들의 스크린샷들(902, 904)을 도시한다. 스크린샷들(902, 904) 각각은 시간에 따른 테스트 전력 변환기의 메인 스위치의 드레인-소스 전압(VdsM1) 측정치를 도시한다. 스크린 샷(902)은 테스트 전력 변환기의 부하에 1.5A 출력을 달성하기 위한 1차 밸리와 2차 밸리 사이의 분수 밸리 스위칭을 도시한다. 스크린 샷(904)은 테스트 전력 변환기의 부하에 0.75A 출력을 달성하기 위한 4차 밸리와 5차 밸리 사이의 분수 밸리 스위칭을 도시한다.
도 10은 일부 실시 예에 따른, 전력 변환기(200)와 유사한 테스트 전력 변환기에 대한 실험 결과들의 스크린샷들(1002, 1004)을 도시한다. 스크린샷들(1002, 1004) 각각은 테스트 전력 변환기의 메인 스위치의 드레인-소스 전압(VdsM1)의 시간(1002a/1004a) 및 주파수 도메인(1002b/1004b) 측정치들을 도시한다. 스크린 샷(1002)은 분수 밸리 스위칭이 인에이블될 때(즉, fractionalen = 1) VdsM1의 시간 및 주파수 도메인 측정치들을 도시하고, 스크린 샷(1004)은 테스트 전력 변환기의 90Vac/5.1Vdc 1.5A 작동 조건에 대해 분수 밸리 스위칭이 디스에이블될 때(즉, fractionalen = 0) VdsM1의 시간 및 주파수 도메인 측정치들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 테스트 전력 변환기의 출력 전압 리플은 바람직하게는 분수 밸리 스위칭이 인에이블될 때 340mV에서 260mV로 감소된다. 분수 밸리 스위칭이 인에이블될 때 테스트 전력 변환기에 의해 60kHz 주파수 성분이 생성되지만, 60kHz 주파수 성분은 가청 노이즈 범위를 벗어난다.
하나 이상의 예가 첨부 도면들에 도시된 개시된 발명의 실시 예들을 상세하게 참조하였다. 각 예는 본 기술의 제한으로서가 아니라 본 기술의 설명으로 제공되었다. 실제로, 본 명세서는 본 발명의 구체적인 실시 예들에 대하여 상세하게 설명되었지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 전술한 내용을 이해하면, 이러한 실시 예들의 대체, 및 변경을 용이하게 구상할 수 있음을 이해될 것이다. 예를 들어, 일 실시 예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징들은 다른 실시 예와 함께 사용되어 또 다른 실시 예를 생성할 수 있다. 그에 따라, 본 주제는 첨부된 청구범위 및 그 균등물들의 범위 내에서 그러한 모든 수정 및 변형을 커버하도록 의도된다. 본 발명의 이러한 그리고 다른 수정 및 변형은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 실시될 수 있으며, 이는 첨부된 청구범위에 보다 구체적으로 제시된다. 또한, 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 전술한 설명은 단지 예일 뿐이고 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해할 것이다.

Claims (21)

  1. 전력 변환기 제어기로서,
    메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형의 타겟 밸리 수를 결정하도록 구성된 분수 밸리 제어기(fractional valley controller)를 포함하며, 상기 타겟 밸리 수는 상기 메인 스위치의 요구되는 비작동 시간에 대응하고, 상기 분수 밸리 제어기는 복수의 변조된 비작동 시간 사이에서 상기 메인 스위치의 비작동 시간을 변조하되;
    여기서:
    상기 타겟 밸리 수는 상기 메인 스위치의 상기 드레인 노드에서의 상기 공진 파형의 비정수의 밸리에 대응하고;
    상기 메인 스위치의 상기 변조된 비작동 시간들의 각각은 정수의 밸리에 대응하며;
    상기 메인 스위치의 상기 복수의 변조된 비작동 시간은 상기 요구되는 비작동 시간에 대응하는 평균값을 갖는, 전력 변환기 제어기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 변조된 비작동 시간의 각 변조된 비작동 시간은 복수의 변조된 정수 밸리 수의 각각의 변조된 정수 밸리 수에 대응하고;
    상기 복수의 변조된 정수 밸리 수는 순차적인 하나 이상의 제1 정수 밸리 수의 제1 시퀀스 바로 다음 순차적인 하나 이상의 제2 정수 밸리 수의 제2 시퀀스를 포함하고;
    상기 제1 시퀀스의 길이는 상기 제2 시퀀스의 길이와 상이하며;
    상기 하나 이상의 제1 정수 밸리 수는 상기 하나 이상의 제2 정수 밸리 수와 동일하지 않은, 전력 변환기 제어기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 스위치의 상기 요구되는 비작동 시간과 상기 메인 스위치의 측정된 비작동 시간 간 차에 기초하여 상기 타겟 밸리 수를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 타겟 밸리 생성기를 더 포함하는, 전력 변환기 제어기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 스위치를 제어하도록 구성된 PWM 경사 발생기;
    전력 최적화 제어기;
    i) 상기 PWM 경사 발생기로부터 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간의 측정치를 수신하도록, 그리고 ii) 상기 전력 최적화 제어기로부터 상기 메인 스위치의 상기 요구되는 비작동 시간을 수신하도록, 그리고 상기 비작동 시간의 상기 측정치와 상기 요구되는 비작동 시간 간 차에 기초하여 비작동 시간 조절 신호를 방출하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 비작동 시간 비교 모듈; 및
    상기 비작동 시간 조절 신호를 수신하도록 그리고 상기 비작동 시간 조절 신호에 기초하여 상기 타겟 밸리 수를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 타겟 밸리 결정 모듈을 더 포함하는, 전력 변환기 제어기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    i) 상기 메인 스위치의 스위칭 주파수가 임계 스위칭 주파수를 초과하는 경우 분수 모드 인에이블 신호를 생성하도록, 그리고 ii) 상기 메인 스위치의 상기 스위칭 주파수가 상기 임계 스위칭 주파수를 초과하지 않는 경우 분수 모드 디스에이블 신호를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 가청 노이즈 필터를 더 포함하는, 전력 변환기 제어기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 타겟 밸리 수에 기초하여 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 밸리 정수 모듈레이터를 더 포함하며, 상기 밸리 정수 모듈레이터는 상기 분수 모드 인에이블 신호 및 상기 분수 모드 디스에이블 신호를 수신하도록 구성된, 전력 변환기 제어기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 밸리 정수 모듈레이터는 상기 분수 모드 디스에이블 신호 수신시 제1 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성되고;
    상기 밸리 정수 모듈레이터는 상기 분수 모드 인에이블 신호 수신시 제2 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성되는, 전력 변환기 제어기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 모듈레이터는 두 고정된 레벨을 갖는 히스테리시스 제어기를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기 제어기.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 모듈레이터는 변화하는 제1 레벨 및 고정된 제2 레벨을 갖는 히스테리시스 제어기를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기 제어기.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 모듈레이터는 시그마-델타 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기 제어기.
  11. 전력 변환기로서,
    입력 전압을 수신하도록 구성된 1차 권선 및 출력 전압을 부하에 제공하도록 구성된 2차 권선을 갖는 변압기;
    상기 1차 권선에 연결되고 상기 1차 권선을 통해 전류를 제어하여 상기 출력 전압을 생성하도록 구성된 메인 스위치로서, 상기 메인 스위치의 드레인 노드에서의 공진 파형은 상기 메인 스위치의 비작동 시간 동안 하나 이상의 밸리를 포함하는, 상기 메인 스위치; 및
    상기 메인 스위치를 제어하도록 구성된 1차측 제어기로서, 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간을 제어하도록 구성된 분수 밸리 제어기를 포함하는, 상기 1차측 제어기를 포함하며;
    여기서:
    상기 분수 밸리 제어기는 상기 메인 스위치의 요구되는 비작동 시간에 대응하는 타겟 밸리 수를 결정하도록 구성되며, 상기 타겟 밸리 수는 비정수의 밸리에 대응하고;
    상기 분수 밸리 제어기는 복수의 변조된 비작동 시간 사이에서 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간을 변조하도록 구성되며, 상기 메인 스위치의 상기 변조된 비작동 시간들의 각각은 상기 공진 파형의 각각의 정수의 밸리에 대응하며;
    상기 메인 스위치의 상기 복수의 변조된 비작동 시간은 상기 요구되는 비작동 시간에 대응하는 평균값을 갖는, 전력 변환기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 변조된 비작동 시간의 각 변조된 비작동 시간은 복수의 변조된 정수 밸리 수의 각각의 변조된 정수 밸리 수에 대응하고;
    상기 복수의 변조된 정수 밸리 수는 순차적인 하나 이상의 제1 정수 밸리 수의 제1 시퀀스 바로 다음 순차적인 하나 이상의 제2 정수 밸리 수의 제2 시퀀스를 포함하고;
    상기 제1 시퀀스의 길이는 상기 제2 시퀀스의 길이와 상이하며;
    상기 하나 이상의 제1 정수 밸리 수는 상기 하나 이상의 제2 정수 밸리 수와 동일하지 않은, 전력 변환기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 하나 이상의 밸리의 각 밸리에 대한 밸리 검출 신호를 생성하도록 구성된 상기 1차측 제어기의 밸리 검출 회로; 및
    상기 밸리 검출 회로에 연결되고 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간 동안 상기 공진 파형의 상기 하나 이상의 밸리에 대응하는 보조 전압을 제공하도록 구성된 상기 변압기의 보조 권선을 더 포함하며, 상기 밸리 검출 회로는 상기 보조 전압에 기초하여 생성되는, 전력 변환기.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간의 측정치를 수신하도록, 그리고 ii) 상기 메인 스위치의 상기 요구되는 비작동 시간을 수신하도록, 그리고 상기 비작동 시간의 상기 측정치와 상기 요구되는 비작동 시간 간 차에 기초하여 비작동 시간 조절 신호를 방출하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 비작동 시간 비교 모듈; 및
    상기 비작동 시간 조절 신호를 수신하도록 그리고 상기 비작동 시간 조절 신호에 기초하여 상기 타겟 밸리 수를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 타겟 밸리 결정 모듈을 더 포함하는, 전력 변환기.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 타겟 밸리 수를 수신하도록 그리고 상기 타겟 밸리 수에 기초하여 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 밸리 정수 모듈레이터를 더 포함하며, 상기 변조된 정수 밸리 수들의 각각은 상기 복수의 변조된 비작동 시간의 각각의 변조된 비작동 시간에 대응하는, 전력 변환기.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 하나 이상의 밸리의 각 밸리에 대한 밸리 검출 신호를 생성하도록 구성된 상기 1차측 제어기의 밸리 검출 회로;
    상기 밸리 검출 신호들의 각각을 수신하도록 그리고 상기 밸리 검출 신호들의 각각을 수신시 밸리 카운트를 증분시키도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 밸리 카운터; 및
    최신 밸리 카운트를 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수의 최신 변조된 밸리 수와 비교하도록 그리고 상기 최신 밸리 카운트가 상기 최신 변조된 밸리 수를 초과한다는 결정시 PWM 리셋 신호를 방출하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 밸리 카운트 비교 블록을 더 포함하며, 상기 PWM 리셋 신호는 상기 메인 스위치의 상기 비작동 시간을 제어하는, 전력 변환기.
  17. 청구항 15에 있어서,
    i) 상기 메인 스위치의 스위칭 주파수가 임계 스위칭 주파수를 초과하는 경우 분수 모드 인에이블 신호를 생성하도록, 그리고 ii) 상기 메인 스위치의 상기 스위칭 주파수가 상기 임계 스위칭 주파수를 초과하지 않는 경우 분수 모드 디스에이블 신호를 생성하도록 구성된 상기 분수 밸리 제어기의 가청 노이즈 필터를 더 포함하는, 전력 변환기.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 밸리 정수 모듈레이터의 제1 모듈레이터; 및
    상기 밸리 정수 모듈레이터의 제2 모듈레이터를 더 포함하되;
    여기서:
    상기 밸리 정수 모듈레이터는 상기 분수 모드 디스에이블 신호 수신시 상기 제1 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성되고;
    상기 밸리 정수 모듈레이터는 상기 분수 모드 인에이블 신호 수신시 상기 제2 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하도록 구성되는, 전력 변환기.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 모듈레이터는 두 고정된 레벨을 갖는 히스테리시스 제어기를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 모듈레이터는 변화하는 제1 레벨 및 고정된 제2 레벨을 갖는 히스테리시스 제어기를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 모듈레이터는 시그마-델타 모듈레이터를 사용하여 상기 복수의 변조된 정수 밸리 수를 생성하는, 전력 변환기.
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