自适应多模式数字控制方案，该方案在不引起诸如可闻噪声或者多度电压纹波之类的性能问题的情况下提高开关式功率转换器的轻负载效率（并因此提高整体平均效率）。实施方式包括开关式功率转换器，该转换器在达到生成可闻噪声的开关频率之前使用第二脉宽调制（ＰＷＭ）模式来减小功率转换器中的电流。随着跨越功率转换器的输出的负载被减小，功率转换器从高负载条件下的第一ＰＷＭ模式转变到第一脉频调制（ＰＦＭ）模式，继而转变到第二ＰＷＭ模式，并且最后转变到第二ＰＦＭ模式。在第二ＰＦＭ模式期间，开关频率下降到可闻频率水平。然而，功率转换器中的电流在转变到第二ＰＦＭ模式之前在第二ＰＷＭ模式中被减小。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在不只一个操作模式中控制开关型功率转换器，以提高功率转换器在轻负载条件下的效率。
技术介绍
开关型功率转换器的效率很大程度上由两种类型的损耗决定开关损耗和传导损耗。在大多数开关型功率转换器中，随着跨越功率转换器的输出的负载的减小，开关损耗起较大作用。相反，随着负载的增加，传导损耗起较大作用。为了减小高负载条件和低负载条件两者下的损耗，某些传统的开关型功率转换器在不同的负载条件下使用脉宽调制(PWM) 和脉频调制(PFW)。在较高负载条件下，PWM模式通常比PFM模式更高效。在较低负载条件下，PFM通常比PWM模式更高效。在PWM模式中，功率转换器的控制器以固定开关频率接通开关型功率转换器的开关，但是通过调节在每个开关周期期间开关保持接通的时间来改变开关的占空比。相反，在 PFM模式中，将开关接通固定持续时间，但是根据负载而改变开关频率。具体地，在PFM模式中，随着负载的增加而增加开关频率，并且随着负载的减小而降低开关频率。某些传统的功率转换器根据负载条件而以PFM模式和PWM模式两者操作，以在变化的负载条件下获得高效率。图1是图示这样的常规功率转换器在由线J-K代表的恒定电压(CV)模式中的操作的图表。线K-L代表功率转换器在恒定电流(CC)模式中的操作。在 CV模式中，输出电压Vout保持恒定。因此，负载与输出电流Iout成比例。如图1中所示， 在13到14之间的高负载条件期间，功率转换器以PWM模式操作。在轻负载条件(输出电流低于阈值输出电流I3)下，功率转换器以PFM模式操作。通常将阈值水平I3设定为低于功率转换器可以处理的最大电流(或者负载)的10%。然而，阈值水平I3的这种低设定无助于提高在25%负载处的效率。因此，具有低阈值水平I3的常规PWM/PFM控制并不会帮助提高整体平均效率——例如，如由诸如 US-EPA2. 0和EU-CoC之类的全球能量标准所定义的整体平均效率。这样的标准基于对在四个负载点25%负载、50%负载、75%负载和100%负载处的效率求平均而指定了功率转换器的平均效率。因此，期望在较高负载条件(例如最大电流的50%)处转变到PFM模式，以利用PFM模式的功率节省特征。然而，使用常规控制方法，在较高负载条件下从PWM模式到PFM模式的转变遭受严重的性能问题之害，诸如由PWM模式与PFM模式之间的不平滑转变而引起的过度电压纹波。其他常规功率转换器在贯穿负载条件的整个范围中均以PFM模式操作。仅以PFM 模式操作的功率转换器在开关频率下降到16kHz左右时遭受可闻噪声之害。鉴于可能的负载的宽动态范围，使用这种技术很难保持在音频带之外。某些常规功率转换器在贯穿负载条件的整个范围中均以PWM模式操作。这样的常规功率转换器以超过可闻范围的开关频率操作，并且因此并不生成可闻噪声。然而，仅以 PWM模式操作的功率转换器在轻负载条件下遭受低效率之害。除了活动模式效率(其中功率转换器提供的输出功率是旨在用于功率转换器的最大输出的分数)之外，与无负载条件相关联的功率消耗是全球能量标准的另一调控目标。无负载条件指的是这样一种功率转换操作条件在该条件期间，功率转换器的输入连接到功率源，但是其输出并未连接到任何负载。在无负载条件下，虽然功率转换器的输出功率和负载为零，但是其仍然消耗一定的输入功率，这主要是由以下导致由开关引起的开关损耗和传导损耗、控制器自身消耗的功率，以及功率转换器内部的电阻器和电容器所消耗的功率。
技术实现思路
本专利技术的实施方式包括自适应多模式数字控制方法，该方法在不引起诸如较大可闻噪声或者多度电压纹波或者劣化的动态负载响应之类的性能问题的情况下提高开关型功率转换器轻负载效率。开关型功率转换器包括将负载电耦合到功率源或者将其从功率源电解耦的开关。耦合到开关的开关控制器对开关的接通时间和关断时间作出控制。开关控制器包括数字逻辑，用于生成控制开关的接通时间和关断时间的脉冲信号。数字逻辑在负载超过第一负载水平时调制脉冲信号的宽度并且将脉冲的频率保持在第一频率。数字逻辑还在负载下降到低于第一负载水平但是超过第二负载水平时调制脉冲信号的频率并且保持脉冲信号的宽度恒定。数字逻辑在负载下降到低于第二负载水平但是超过第三负载水平时调制脉冲信号的宽度并且将脉冲信号的频率保持在第二频率(低于第一频率)。在一个实施方式中，第二频率高于可闻频率范围。通过在PFM模式中调制脉冲信号的频率之前以第二频率在PWM模式中调制脉冲信号的宽度来减小功率转换器中的电流。 因此，在通过频率调制达到可闻频率范围之前，功率转换器中的电流被显著减小。以这种方式，当功率转换器以轻负载条件操作时，功率转换器生成的可闻噪声被显著减小。在一个实施方式中，当负载超过第四负载水平但是不超过第三负载水平时，以PFM 模式调制脉冲信号的频率并且将脉冲信号的宽度保持恒定。当负载超过第五负载水平但是不超过第四负载水平时，以PWM模式调制脉冲信号的宽度并且将脉冲信号的频率保持在第三频率。可以确定第三频率，以将响应于从无负载或者非常轻负载条件起的负载到功率转换器的初始连接的、功率转换器的输出电压的下冲保持在允许的范围内。以这种方式，功率转换器可以在从无负载条件或者非常轻负载条件起负载初始地连接到功率转换器时显示出改善的动态性能。在说明书中描述的特征和优势并非包括一切的，特别地，鉴于附图和说明书，对本领域普通技术人员来说许多附加特征和优势将是明显的。此外，应当注意的是，说明书中所使用的语言主要是为了可读性和指导性的目的而选择的，而不是为了描绘或者限制本专利技术主题而选择的。 附图说明通过将以下详细描述与附图结合考虑，可以容易地理解本专利技术的实施方式的教示。图1是图示常规开关型功率转换器中的操作的模式的图表。图2A是根据一个实施方式，图示开关型功率转换器的电路图。图2B是根据一个实施方式，图示开关型功率转换器的控制器的脚位的示图。图2C是根据一个实施方式，图示开关型功率转换器的控制器的内部电路的框图。图3A是根据一个实施方式，图示开关型功率转换器的操作模式的图表。图;3B是根据一个实施方式，图示实现图3A的操作模式的开关型功率转换器中的控制器的数字逻辑控制块的示例电路的框图。图3C是根据一个实施方式，图示实现图3A的操作模式的控制器的数字逻辑控制块的负载检测器的框图。图3D是根据一个实施方式，图示实现图3A的操作模式的开关型功率转换器的操作模式的状态转变图。图4A是图示在115V线输入电压下根据一个实施方式的开关型功率转换器的经测量效率与常规开关型功率转换器的经测量效率之对比的图表。图4B是图示在230V线输入电压下根据一个实施方式的开关型功率转换器的经测量效率与常规开关型功率转换器的经测量效率的对比的图表。图5A是根据另一实施方式，图示开关型功率转换器的操作模式的图表。图5B是根据一个实施方式，更详细地图示在轻负载条件下的图5A的操作模式的图表。图5C是根据一个实施方式，图示实现图5A和图5B的操作模式的开关型功率转换器中的控制器的示例控制模块的框图。图5D是根据一个实施方式，图示实现图5A和图5B的操作模式的开关型功率转换器的操作模式的状态转变图。具体实施例方式附图和以下描述仅通过示例说明的方式涉及本专利技术的优选实施方式。应当注意的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种功率转换器，包括：开关，其将负载电耦合到功率源或者将负载从功率源电解耦；以及开关控制器，其耦合到所述开关以用于控制所述开关的接通时间和关断时间，所述开关控制器包括生成用于控制所述开关的接通时间和关断时间的脉冲信号的数字逻辑，所述数字逻辑配置用于：响应于所述负载超过第一负载水平，调制所述脉冲信号的宽度并且将所述脉冲信号的频率保持在第一频率；响应于所述负载减小到低于所述第一负载水平但是超过第二负载水平，调制所述脉冲信号的所述频率并且保持所述脉冲信号的所述宽度恒定；以及响应于所述负载减小到低于所述第二负载水平但是超过第三负载水平，调制所述脉冲信号的所述宽度并且将所述脉冲信号的所述频率保持在低于所述第一频率的第二频率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：艾沃特有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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