JP2014223020A - 制御回路および電力変換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】無調整の休止動作モードを用いて軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を減らすための制御回路を実現する装置を提供する。
【解決手段】制御回路は、制御回路に結合されるべき電力スイッチの切換えを制御する駆動信号を発生させて、電力変換器出力に結合されるべき１つ以上の負荷のエネルギ要件に応答して電力変換器出力へのエネルギの流れを調整するよう結合される駆動信号発生器を含む。無調整の休止モード制御回路は、１つ以上の負荷のエネルギ要件が第１の期間よりも長くしきい値を下回ると、駆動信号発生器を休止状態にすることによって、駆動信号発生器による電力変換器出力へのエネルギの流れの調整を中止するように結合される。駆動信号発生器は、休止状態時に１つ以上の負荷のエネルギ要件の変化に応答しないよう結合される。無調整の休止モード制御回路は、第２の期間の経過後に駆動信号発生器をパワーアップするよう結合される。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、代理人番号が５５１０Ｐ１４２であり２００８年５月２９日に出願された係属中の米国通常出願番号第１２／１２９，４７４号に関する。
背景情報
開示の分野
本発明は、概して、切換えモード電力変換器におけるエネルギの送出を調整する制御回路に関し、より特定的には、本発明は、無調整の休止動作モードを用いることによって軽負荷または無負荷状態下で切換えモード電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路に関する。
背景
電力変換器制御回路は、多くの目的および用途に用いられ得る。電力変換器のエネルギ消費を減らすことができる制御回路機能が求められている。具体的には、軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路が特に求められている。これが求められているのは、電力変換器のいくつかの用途においては、長期間にわたってエネルギの送出がほとんどまたは全く必要とされていないためである。このような用途の一例として、携帯電話用のＡＣ−ＤＣ充電器が挙げられる。ＡＣ−ＤＣ充電器は、携帯電話自体がＡＣ−ＤＣ充電器の出力ケーブルから完全に外されている場合でも、しばしば、家またはオフィスにあるＡＣ電源コンセントに接続されたままにされる。このような状態はしばしば無負荷状態と称される。さらに、携帯電話やデジタルスチルカメラ等の用途においては、ユニット内のバッテリが完全に充電されると、ＡＣ−ＤＣ充電器の出力によって電力供給されているユニットが停止する。これらの状態では、ユニットのエネルギ要件が劇的に低下するので、ＡＣ−ＤＣ充電器にとって非常に軽い負荷状態となる。この状態は、しばしばスタンバイまたはスリープモードと称され、長期間存在し得る。したがって、これらの非常に軽い負荷のスタンバイまたはスリープモード状態で、ＡＣ−ＤＣ充電器を高効率で、または言い換えれば可能な限り低いエネルギ消費で動作させることも求められている。
切換えモード電力変換器のための既存の制御回路は、典型的には、制御回路に結合された電源スイッチのスイッチング周波数を下げてスイッチング損失と呼ばれる一種のエネルギ損失を低減させることによって、電力変換器のエネルギ消費を低減させる。スイッチング周波数を下げている間、制御回路は、電力供給されるべきユニット（たとえば、携帯電話ハンドセットまたはデジタルスチルカメラ）が、ＡＣ−ＤＣ充電器出力に接続されるとすぐに、またはスリープ／スタンバイモードを終えてより多くのエネルギを要求するとすぐにエネルギを受取ることができるように電力変換器の出力電圧を維持することによって、稼動したままにされる。
添付の図面を参照しつつ、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施例を説明する。添付の図面においては、同様の参照番号は、特に規定のない限り、さまざまな図全体を通じて同様の要素を指す。
本発明の教示内容に従った、無調整の休止動作モードを用いることにより軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路の例を使用する例示的なフライバック電力変換器を示す概略図である。 本発明の教示内容に従った、無調整の休止動作モードを用いることにより軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路の別の例を使用する別の例示的なフライバック電力変換器を示す概略図である。 本発明の教示内容に従った、無調整の休止動作モードを用いることにより軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路のさらに別の例を使用するさらに別の例示的なフライバック電力変換器を示す概略図である。 本発明の教示内容に従った、軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路を示す例示的なブロック図である。 一例においては図４Ａのブロック図の制御回路から得られる例示的なタイミングおよび信号の波形を示す図である。 一例においては図４Ａのブロック図の制御回路から得られる例示的な波形を示す図である。 一例においては図４Ａのブロック図の制御回路から得られる例示的な波形を示す図である。 本発明の教示内容に従った、無調整の休止動作モードを用いることにより軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路のさらに別の例を使用するさらに別の例示的なフライバック電力変換器を示す概略図である。 軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させるさまざまな制御回路の典型的なイッチング周波数対負荷特性を示すグラフである。 本発明の教示内容に従った、軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路の例示的な制御特性を示すグラフである。 本発明の教示内容に従った、無調整の休止動作モードを用いることにより軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させるための例示的な方法を示すフローチャートである。
詳細な説明
無調整の休止動作モードを用いることによって軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させる制御回路を実現するための方法および装置を開示する。以下の説明においては、本発明の完全な理解を助けるために多数の具体的な詳細を述べる。しかしながら、本発明を実施するのにこの具体的な詳細を用いる必要がないことは当業者には明らかであるだろう。他の場合には、本発明を曖昧にすることを避けるために、周知の材料または方法は詳細には説明していない。
この明細書全体を通じて言及される「一実施例」、「実施例」、「一例」または「例」とは、実施例または例に関連して記載された特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。このため、この明細書全体を通じてさまざまな箇所に現われる「一実施例においては」、「実施例においては」、「一例」または「例」という語句は、必ずしもすべてが同じ実施例または例を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つ以上の実施例または例におけるいずれかの好適な組合せおよび／または下位の組合せで組合わされてもよい。加えて、この明細書中に添付された図が当業者への説明を目的としたものであり、図面が必ずしも縮尺通りに描かれているわけではないことが認識される。
無調整の休止動作モードを用いることによって軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させるための制御回路をここで説明する。本発明の例は、軽負荷または無負荷状態下で電力変換器のエネルギ消費を低減させるために無調整の休止動作モードを実現する方法および装置を含む。以下の説明においては、たとえば携帯電話が電力変換器の出力に接続され、そのバッテリを充電している場合にあり得る通常の動作状態下で、電力変換器の入力からその出力へのエネルギの流れを調整するさまざまな電力変換器回路において用いられるいくつかの例示的な制御回路を詳述する。電力変換器の入力から出力へのエネルギの流れは、電力変換器内に変圧器を含み得るがいくつかの電力変換器構成においては単純なインダクタであり得るエネルギ伝達要素を通るエネルギの流れとしても説明することができる。この説明では、電力変換器の出力が無負荷または軽負荷状態下にあると確認される場合、たとえば、制御回路が用いられているＡＣ−ＤＣ充電器の出力から携帯電話が物理的に外されている場合、記載された例示的な制御回路が、電力変換器の入力から出力までのエネルギの流れがもはや調整されない動作モードに如何に移行するかを詳述する。これらの状態下では、電力変換器の入力から出力までのエネルギ伝達は、制御回路のユーザによってプログラムされているかまたは制御回路自体の内部にあるタイマ回路を用いて予めプログラムされている期間にわたって実質的にゼロにまで減らされる。この期間中、回路は、この開示の名称で言及されている無調整の休止動作モードにある。この無調整の休止モード期間中、エネルギを節約するために制御回路自体の電力消費が可能な限り抑えられる。この説明では、この無調整の休止動作モード期間の後に、制御回路が、電力変換器の入力から出力へのエネルギの流れを如何に再開させ、再び調整するかを詳述する。しかしながら、非常に軽い負荷または無負荷状態が依然として存在している場合、制御回路は再びこれを検出し、無調整の休止モード動作期間を再開させることとなる。
図１は、例示の目的で、電力変換器１００の概略図を示す。電源とも称されることがあるこの電力変換器１００は、エネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れを調整する制御回路１１５を使用する。図示された例においては、制御回路１１５は、本発明の教示内容に従って、無調整の休止動作モードを用いることによって軽負荷または無負荷状態下で電力変換器１００のエネルギ消費を低減させるのに用いられる無調整の休止モード制御回路１４０を含む。一例においては、電力変換器１００は、一次接地１０７と二次リターン１２６とが互いから電気的に絶縁されている絶縁フライバック変換器である。なお、他の例では、電力変換器１００は、本発明の教示内容に従って一次接地１０７と二次リターン１２６とが電気的にともに接続されても、非絶縁であり得る。本発明の教示内容から利益を得ることができる他の非絶縁電力変換器構成はさらに、バック、ＣＵＫまたはＳＥＰＩＣ変換器を含み得る。なお、さらに他の例では、電力変換器１００は、本発明の教示内容に従って２つ以上の出力を有してもよい。
図示される例に示されるように、制御回路１１５は駆動信号発生器ブロック１５４を含み、これは、電力スイッチ１０５を駆動するために結合されるべき駆動信号１２２を発生させる。一例においては、電力スイッチ１０５は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラトランジスタなどである。電力スイッチ１０５は、ＤＣ入力電圧１０１および出力電力ダイオード１１７に結合されるエネルギ伝達要素１０９の入力巻線１０３に結合される。一例においては、ＤＣ入力電圧１０１は、図示されないＡＣ電圧のソースに結合された整流回路の出力である。コンデンサ１０６は、電力変換器入力端子１９０および１９１に結合されており、電力スイッチ１０５がオン状態にあるときに、第１および第２の入力端子１９０および１９１、エネルギ伝達要素１０９、巻線１０３ならびに電力スイッチ１０５を流れる電流を切換えるための低インピーダンス源をもたらす。一例においては、制御回路１１５およびスイッチ１０５は、ハイブリッドまたはモノリシック集積回路として製造され得る集積回路の一部を形成し得る。図示される例に示されるように、制御回路１１５はフィードバック信号１１４を受信するように結合され、これは、一例では電圧信号であるが、他の例では、電流信号、または、本発明の教示内容から利益を得つつ電力変換器１００出力のパラメータを表わす他の信号であってもよい。
図示される例において電力変換器１００が最初に入力電圧源１０１に接続されると、制御回路１１５は起動電流を得て制御回路の動作を開始させる。これは、バイパス端子１７０に結合される外部バイパスコンデンサ１３３を充電することによってなされる。図１の例においては、この起動電流は、制御回路１１５に内蔵されたレギュレータ回路１３５に結合される、電力スイッチ１０５の高電圧接続ノード１３４から得られる。レギュレータ回路１３５からの出力１３２は、外部バイパスコンデンサ１３３に結合され、また制御回路１１５に内蔵された回路素子用の電圧供給レールでもある。別の例においては、接続ノード１３４は、入力端子１９０に結合され得るか、または、電力スイッチ１０５および制御回路１１５が単一のダイ上に集積される場合および／もしくは単一の半導体パッケージに組込まれる場合には電力スイッチ１０５の構造に内蔵されたノードに結合され得る。
図示される例では、レギュレータ回路１３５は、一例においては典型的に一次接地１０７に対して５０〜４００Ｖの範囲内にあるノード１３４の高電圧を変換し、レール１３２の最大電圧をより低い電圧に調整し、これを用いて制御回路１１５を動作させることができる。当初、バイパスコンデンサ１３３両端の電圧は実質的にゼロであり、レギュレータ回路１３５が電流を与えることによってバイパスコンデンサ１３３を充電する。バイパスコンデンサ１３３の電圧が、一例では典型的に約６ボルトのオーダである、制御回路１１５の適正な動作にとって十分なものになると、内蔵の不足電圧回路（under-voltage circuit）（図示せず）によって制御回路１１５が動作を開始させることが可能となり、これにより、駆動信号１２２で電力スイッチ１０５の切換が開始される。これによって次に、エネルギが入力端子１９０および１９１からエネルギ伝達要素１０９を通って流れ始める。
エネルギ伝達要素１０９は、入力巻線１０３、出力巻線１１０、および低電圧（一例では、典型的に１０〜３０Ｖの範囲内にある）補助巻線１０８を含む。フィードバック信号１１４は、抵抗器１１１および１１２によって形成される抵抗分周器を通って補助巻線１０８から制御回路１１５に結合される。加えて、補助巻線コンデンサ１７５が十分に充電されると、制御回路１１５は、抵抗器１７１を介して、制御回路１１５を動作させるための供給電流１８０を受ける。図示される例では、このように低電圧補助巻線１０８から電流を得るほうが、レギュレータ回路１３５が高電圧ノード１３４から電流を得るよりも効率的である。したがって、抵抗器１７１を介して供給電流ＩCC１８０を得ることができる場合、典型的にはレギュレータ回路ブロック１３５の動作は無効になる。
一例においては、制御回路１１５は駆動信号発生器１５４を含み、駆動信号発生器１５４は駆動信号１２２を発生させて、これが電力スイッチ１０５を駆動するよう結合され、電力スイッチ１０５は、フィードバック信号１１４に応答して電力スイッチ１０５がオンおよびオフに切換えられる周波数を調整することによってエネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れを調整する。このスイッチング周波数の調整は、多くの方法で実現可能であり、その方法には、制御回路１１５内の発振器（図示せず）の周波数を変えること、制御回路１１５内の固定周波数発振器から得られる電力スイッチ１０５の切換サイクルを選択的に有効および無効にすること（しばしばオン／オフ制御と称される）、電力スイッチ１０５の固定オン時間を用いて電力スイッチ１０５のオフ時間を変えること、または、電力スイッチ１０５の固定オフ時間を用いて電力スイッチ１０５のオン時間を変えること、が含まれる。スイッチ１０５がオンであれば、コンデンサ１０６からのエネルギは、エネルギ伝達要素１０９の入力巻線１０３に伝達される。スイッチがオフであれば、入力巻線１０３に保存されたエネルギは、出力巻線１１０および補助巻線１０８に伝達される。出力巻線１１０からのエネルギは、順方向バイアスの出力電力ダイオード１１７を通ってコンデンサ１１８と、予負荷インピーダンス（preload impedance）１９４に結合される負荷１２１と、出力端子１９２および１９３とに流れる電流で、電源１００の出力に伝達される。この例では、スイッチング周波数はエネルギの流れを調整するのに用いられる変数であるため、電力スイッチ１０５が切換わる周波数は、エネルギ伝達要素１０９を流れる総エネルギ程度のものとなる。
図１の例においては、制御回路１１５は、電力変換器１００の第１および第２の入力端子１９０および１９１からエネルギ伝達要素１０９を通って電力変換器出力端子１９２および１９３、予負荷インピーダンス１９４、制御回路供給端子１７０、ならびにフィードバック端子１２３に加えてフィードバック構成要素１１１および１１２に送出される総エネルギを調整するよう結合される。３ワット（毎秒３ジュールのエネルギ）の負荷１２１に全負荷出力電力を与える例示的な携帯電話充電器では、予負荷１９４、制御回路１１５、供給電流１８０およびフィードバック電流１３１が消費するエネルギは、典型的には、負荷１２１が消費するエネルギの１％未満である。一例においては、予負荷１９４がいっしょに取外される。しかしながら、負荷１２１を物理的に取外すことによって、または負荷１２１がスタンバイ動作モードであるときに、出力負荷電流１２０が実質的に除かれた場合、もし存在する場合には予負荷１９４と、制御回路１１５と、供給電流１８０と、フィードバック電流１３１とを組合せたエネルギ消費が、エネルギ伝達要素１０９を流れるエネルギの実質的に１００％になり得る。
上述のように、図１の例では、電力スイッチ１０５のスイッチング周波数は、エネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れを調整するのに用いられる変数であるため、スイッチング周波数は、エネルギ伝達要素１０９の巻線１０８および１１０に結合される回路素子の総エネルギ要件または要求を示すものである。したがって、図示される例においては、電力スイッチ１０５のスイッチング周波数がしきい値を下回ると、これは、出力電流１２０が実質的にゼロにまで低下したことと、このため、負荷１２１が実質的にエネルギを全く必要としない無負荷または非常に軽い負荷状態が存在することとを示すものとして用いられる。言い換えれば、負荷１２１のエネルギ要件がしきい値を下回ると、無負荷または非常に軽い負荷状態が確認されたことになる。
これらの状態下で、制御回路１１５は一例では無調整の休止モード制御回路１４０を含む。無調整の休止モード制御回路１４０は、負荷１２１のエネルギ要件が或るしきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回っていた場合、ある期間にわたって駆動信号発生器１５４をパワーダウンすることによって駆動信号発生器１５４を休止状態にするよう結合されるパワーダウン／リセット信号１５７を発生させるように結合される。駆動信号発生器１５４がパワーダウンされているこの期間中、駆動信号発生器１５４は駆動信号１２２をもはや発生させず、エネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れをもはや調整しない。一例においては、駆動信号発生器１５４がパワーダウンされて電力スイッチ１０５の切換が無効になっている期間の長さは、バイパスコンデンサ１３３が、一例では５．８〜６．４ボルトの範囲内にある通常の動作電圧から、一例では３ボルトであり得るより低い電圧にまで放電するのにかかる時間の長さによって決定される。この時間中、出力コンデンサ１１８も予負荷インピーダンス１９４を介して放電し、このため、出力電圧１１９も低下する。したがって、この例においては、バイパスコンデンサ１３３はタイマの一部としても機能して、出力電流１２０が実質的にゼロにまで低下し、このため無負荷または非常に軽い負荷状態が存在することが示されることに応答して期間を決定する。この時間中、コンデンサ１７５も抵抗器１７１および１１１を介して放電し、このため、コンデンサ１７５両端の電圧も低下する。別の例では、駆動信号発生器１５４がパワーダウンされて電力スイッチ１０５の切換が無効になっている期間の長さは、制御回路１１５の外部にあるがバイパスコンデンサ１３３ではないコンデンサを備えるタイマ回路によって決定され得る。さらなる例においては、駆動信号発生器１５４がパワーダウンされて電力スイッチ１０５の切換が無効になっている期間の長さは、制御回路１１５内に完全に集積されているためこの目的のための外部コンデンサを必要としないタイマ回路によって決定され得る。
この期間中に制御回路のエネルギ消費を可能な限り減らすために、内部レギュレータ回路ブロック１３５も、ノード１３４からレギュレータ回路１３５を通って流れる電流が実質的になくなるように、かつレギュレータ回路ブロック１３５が消費するエネルギが実質的にゼロになるように、パワーダウン／リセット信号１５７に応答してパワーダウンされる。制御回路１１５の駆動信号発生器１５４がエネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れを調整するのを中止するこの無調整の休止モード期間中、制御回路１１５は、無調整の休止モード期間が経過するまで、端子１２３において受信されるフィードバック信号に応答しない。したがって、この無調整の休止モード期間中は、レギュレータ回路ブロック１３５をパワーダウンさせるのに加えて、パワーダウン／リセット信号１５７に応答して、制御回路１１５内の実質的にすべての他の回路素子もパワーダウンされ、供給レール１３２から切断される。この切断は、結果として電力消費を減らすものであり、当業者にとって公知であるように、単純な半導体負荷スイッチを用いて達成可能である。
一例においては、負荷１２１のエネルギ要件がしきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回った場合にのみ、無調整の休止モード期間が開始されるので、短期間の過渡的なエネルギ要件の状態または事象が電力変換器１００の出力において無荷重状態として誤って解釈されることがなくなる。一例においては、このような負荷過渡事象は、負荷１２１として電力変換器１００の出力に結合された携帯電話バッテリの完全充電から携帯電話バッテリの細流充電への突然の変化によってもたらされるおそれがある。この種の負荷過渡事象は、しばしば、携帯電話の充電への応用時に発生し、その後、携帯電話ハンドセットが完全充電に戻ると直ちに負荷が急上昇する可能性がある。このような負荷またはエネルギ要件の過渡事象は負荷１２１によって制御され、このため、制御回路１１５が正確に応答しなければならない負荷１２１のエネルギ要件が変化する。制御回路１１５が負荷エネルギ要件の突然の低下に直ちに反応した場合、一例ではバッテリ負荷の充電速度に影響を及ぼすために望ましい条件ではない高いエネルギが負荷によって要求されると、制御回路１１５は無調整の休止モード期間に入っただろう。負荷１２１のエネルギ要件がしきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回った場合にのみ無調整の休止モード期間が開始されることを確実にすることにより、過渡負荷事象を誤って解釈するリスクが低減される。
図４Ａを参照して以下により詳細に説明するように、制御回路１１５においてパワーアップされたままとなる回路ブロックは、無調整の休止モード制御回路１４０の一部であり、これは一例では、バイパスコンデンサ１３３両端の電圧がいつ３Ｖのより低いしきい値にまで低下するかを検出する内部パワーアップ回路ブロックを含む。したがって、図示される例では、バイパスコンデンサ１３３両端の電圧が３Ｖのより低いしきい値にまで低下したときに無調整の休止モード期間が経過したと考えられ、この時点で、パワーアップ回路ブロックが内部リセット信号を無調整の休止モード制御回路１４０内に与えて、パワーダウン／リセット信号１５７をリセットし、制御回路１１５の起動動作を再開して、入力電圧源１０１が最初に接続された場合に関して上述したように回路素子をパワーアップする。
したがって、図示される例では、バイパスコンデンサ１３３は、パワーダウン／リセット信号１５７に応答して制御回路１１５の起動動作が再開されると再充電される。バイパスコンデンサ１３３は、レギュレータ回路１３５を流れる電流を用いて再充電され、バイパスコンデンサ１３３両端の電圧が、制御回路１１５の正確な動作のために必要な不足電圧しきい値電圧（一例では約６Ｖ）を再び上回ると、駆動信号発生器１５４がパワーアップされ、駆動信号１２２を発生させて電力スイッチ１０５の切換を再開する。この時点で、駆動信号発生器１５４は、端子１２３において受信されるフィードバック信号に再び応答し、エネルギが再びエネルギ伝達要素１０９を流れて、コンデンサ１７５および１１８で失われたエネルギを補充する。この時間中、電力スイッチ１０５のスイッチング周波数は高くなるだろう。しかしながら、コンデンサ１７５および１１８のエネルギが補充された後、負荷１２１が依然としてエネルギを実質的に全く必要としない場合、スイッチング周波数は再びしきい値を下回ることとなり、この状態がしきい値期間よりも長く持続する場合、再びパワーダウン／リセット信号１５７のパワーダウンを開始させることとなり、これにより、上述のように、再び制御回路１１５の駆動信号発生器１５４が、エネルギ伝達要素１０９を通るエネルギの流れの調整を中止することになる。ある期間にわたってパワーダウンして休止状態になり、その後に起動および再開切換期間が続くこの動作は、負荷１２１のエネルギ要件が再び増大するまで継続的に繰返される。このため、電力スイッチのスイッチング周波数がしきい値よりも高く維持され、そして、制御回路１１５が、エネルギ伝達要素巻線１０８および１１０に対する総負荷が必要とするエネルギに従ってエネルギ伝達要素を通るエネルギの流れを継続的に調整する。
制御回路１１５の他の例においては、無調整の休止モード動作期間に続いて、無調整の休止モード制御回路１４０内の内部リセット信号が、入力電圧源１０１の最初の接続時における通常の起動よりも消費エネルギが少ない低電力リスタートシーケンスを開始し得ることが認識される。たとえば、一例では、低電力リスタートシーケンスは、上述のようにレギュレータ回路１３５を流れる電流を用いてバイパスコンデンサ１３３を不足電圧しきい値よりも高い値にまで再充電することを含み得る。しかしながら、電力スイッチ１０５の切換が再開すると、出力コンデンサ１１８は、電力変換器１００の出力における無負荷状態が依然として存在していることを示す速度で放電中であるかどうかを単に検出できる程度にしか部分的に再充電され得ず、この場合、次に無調整の休止モード動作期間が繰返されることとなる。この低電力リスタート機能によってエネルギ消費がさらに減ることになるが、結果として電力変換器全体の複雑さまたはコストが増加する可能性があることが認識される。コストまたは複雑さの増加は、以前に低電力の無調整動作モードであったことを記憶するための回路素子や、出力コンデンサ１１８の放電速度を検出するための回路素子、または出力電圧１１９の通常の調整値よりも低い電圧状態で出力電流を検出する他の何らかの方法を制御回路１１５に追加することによってもたらされるだろう。
なお、図１は、補助巻線１０８がエネルギ伝達要素１０９の非絶縁巻線であることを示している。したがって、本発明の教示内容の利点は、絶縁巻線、非絶縁巻線およびそれらの組合せを備えたエネルギ伝達要素を含む電力変換器に適用され得ることが認識される。非絶縁巻線の例には、非絶縁検知巻線、非絶縁バイアス巻線、非絶縁出力巻線などが含まれる。なお、本発明の教示内容に従って、１つ以上の負荷がエネルギ伝達要素のさまざまな巻線に結合され得る。実際に、図１は、図示される例において予負荷インピーダンス１９４および負荷１２１がともに出力巻線１１０に結合されていることを示している。したがって、１つ以上の異なる負荷の組合せがエネルギ伝達要素の巻線の異なる組合せに結合され得ることにより、結果として本発明の教示内容に従った無調整の休止動作モードを含む電力変換器の利点を享受し得る多くのさまざまな負荷および巻線構成がもたらされることが認識される。
たとえば、エネルギ伝達要素１０９が非絶縁検知巻線を含む例においては、１つ以上の負荷のうちの１つが非絶縁検知巻線に結合されてもよい。別の例では、１つ以上の負荷のうちの１つが絶縁出力巻線に結合され得るのに対して、１つ以上の負荷のうちの別の１つが非絶縁検知巻線に結合され得る。非絶縁バイアス巻線を含む例では、負荷のうち１つ以上が非絶縁バイアス巻線に結合され得る。別の例では、１つ以上の負荷のうちの１つが絶縁出力巻線に結合され得るのに対して、１つ以上の負荷のうちの別の１つが非絶縁バイアス巻線に結合され得る。エネルギ伝達要素が非絶縁出力巻線を含む例では、１つ以上の負荷のうちの１つが、非絶縁出力巻線に結合される組合された検知およびバイアス負荷であり得る。エネルギ伝達要素が絶縁出力巻線および非絶縁出力巻線を含む例では、１つ以上の負荷のうちの１つが絶縁出力巻線に結合され得るのに対して、１つ以上の負荷のうちの別の１つは、非絶縁出力巻線に結合される組合された検知およびバイアス負荷を含む負荷であり得る。
図２は、本発明の教示内容から利益を得る制御回路２１５を用いた別の例示的な電力変換器回路２００を示す。この電力変換器回路例の機能は、図１に示される電力変換器回路例と多くの局面が共通している。図１の回路と比較したときの相違点は、通常の動作状態下での制御回路２１５の動作電流がすべてレギュレータ回路２３５を通じて得られるように抵抗器１７１が省かれていることである。したがって、エネルギ伝達要素巻線２０８は、フィードバック電流ＩFB２３１を発生させるコンデンサ２７５両端のフィードバック電圧を与える検知巻線としてのみ用いられる。しかしながら、負荷２２１が必要とするエネルギがしきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回る場合があるが、これは一例では電力スイッチ２０５のスイッチング周波数がしきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回ることによって検出されるものであり、この場合の動作は、図１の回路の動作と同じである。それらの状況では、無調整の休止動作モードが開始され、レギュレータ回路２３５が無効になり、無調整の休止モード制御回路２４０の一部を除く実質的にすべての回路ブロックが供給レール２３２から切断されるのに対して、外部バイパスコンデンサ２３３の電圧は、その通常の動作電圧から、無調整の休止モード制御回路２４０によって検出されるパワーアップしきい値電圧にまで放電する。この例では、次に、バイパスコンデンサ２３３が、一例では約６ボルトであるその通常の動作電圧レベルにまで再充電され、電力スイッチ２０５の切換が再開される。
図３は、本発明の教示内容から利益を得る制御回路３１５を用いた別の例示的な電力変換器回路３００を示す。図３に示される例示的な電力変換器３００の機能は、図２に示される電力変換器回路と多くの局面が共通している。図２の電力変換器回路２００と比較したときの相違点は、ダイオード２１３およびコンデンサ２７５が除かれていることである。したがって図２の電力変換器回路２００と共通しているのは、通常の動作状態下での制御回路３１５の動作電流がレギュレータ回路３３５を通じて得られることである。さらに、エネルギ伝達要素の巻線３０８は、一次接地電位ノード３０７に対して相対的にノード３１３のＡＣ電圧を与える。結果として、フィードバック電流ＩFB３３１は、電力スイッチ３０５の切換サイクル中に正負両方の値を有する。ＩFB３３１は、電力スイッチ３０５のオン時間中は実質的に常に負の電流となり、電力スイッチ３０５のオフ時間のうち少なくとも或る一期間には正の電流となる。しかしながら、負荷３２１が必要とするエネルギが、しきい値期間よりも長期にわたってしきい値を下回る場合があるが、これは一例では電力スイッチ３０５のスイッチング周波数が予め定められた期間にわたってしきい値を下回ることによって検出されるものであり、この場合の動作は、図１および図２の例示的な電力変換器回路の動作と同様である。それらの状況では、無調整の休止動作モードが開始され、一例ではレギュレータ回路３３５が無効になり、無調整の休止モード制御回路３４０の一部を除く制御回路３１５の実質的にすべての回路ブロックが供給レール３３２から切断されるのに対して、外部バイパスコンデンサ３３３の電圧は、その通常の動作電圧から、無調整の休止モード制御回路３４０によって検出されるパワーアップしきい値電圧にまで放電する。次いで、バイパスコンデンサ３３３は、一例では約５．８ボルトであるその通常の動作電圧レベルにまで再充電され、電力スイッチ３０５の切換が再開される。
図４Ａは、本発明の教示内容に従った例示的な制御回路１１５、２１５または３１５のいずれかに適用され得る制御回路４１５の一部の例示的な簡略ブロック図４００を示す。図４Ａは、制御回路ブロック図１１５、２１５および３１５よりも多くの詳細を示しているが、依然として、本発明の説明に必要なレベルの詳細のみを示すよう意図された簡略図である。したがって、詳細な制御回路４１５のブロック図において明白となるようなさまざまな内部回路ブロック同士のいくつかの機能的接続は、本発明の教示内容を不明瞭にするのを避けるために示されていない。
図１を参照して上述したように、図４Ａに示される例示的な構成は、電力スイッチ４０５の構造に内蔵されたノードに結合される高電圧ノード４３４を用いている。したがって、図４Ａの例示的な構成は、電力スイッチ４０５のこの内部ノードが利用可能となる単一のシリコンダイ上に制御回路４１５および電力スイッチ４０５がモノリシックに集積され得るようなものである。図示される例に示されるように、ノード４３４は制御回路４３５に結合されており、この制御回路４３５は、図１、図２および／または図３に示されるようなブロック１３５、２３５および３３５と同様の機能を有し得るものであり、かつ無調整の休止モード制御回路４４０からのパワーダウン／リセット信号４５７を受信するように結合された状態で示されている。組合されたパワーダウン／リセット信号４５７は図４Ａでは単一接続として示されているが、パワーダウン／リセット信号４５７のパワーダウン信号およびリセット信号は、別の例では別個の電気接続による別個の電気的信号であってもよいことが認識される。
図４の例においては、制御回路４１５は駆動信号発生器４５４を含み、これは、この例ではオン／オフ制御回路を含むものとして図示されている。図示される例では、駆動信号発生器４５４のオン／オフ制御回路は、ＦＢブロック４５１から出力されるＥＮ信号４５６を受信するように結合される。ＦＢブロック４５１は、ＦＢ端子４２３においてフィードバック信号を受信するように結合される。図示される例では、ＦＢブロック４５１は、電力スイッチ４０５の切換が必要でないときは出力ＥＮ信号４５６をローとして発生させるが、電力スイッチ４０５の切換が必要であるときはハイとして発生させる。他の例では、ＦＢ端子４２３およびＦＢブロック４５１は、図１、図２および／または図３を参照して上述したように、外部の回路構成に応じてＤＣまたはＡＣフィードバック信号を受信および処理するよう適合され得る。
図４Ａに示されるように、制御回路４１５の無調整の休止モード制御回路４４０の一例は、図示のとおり結合されるパワーダウン（ＰＤ（power down））検出ブロック４５８、イベントカウンタ４９８、パワーアップ（ＰＵ（power up））検出ブロック４４２、およびラッチ回路４５９を含む。電力変換器の出力においてエネルギ伝達要素に結合される１つ以上の負荷、たとえば図１、図２および図３におけるそれぞれの負荷１２１、２２１および３３１など、のエネルギ要件がしきい値を下回ると、内部ＥＮ信号４５６は、発振器４５２の１２８サイクルより長い間ローであり続けることになる。図示される例では、ＰＤ検出ブロック４５８は、１２８分割回路として機能する７ビットカウンタを含む。他の例では、ＰＤ検出ブロック４５８が５０〜２５０の発振器サイクル範囲にわたって分割回路としての役割を果たすよう設計され得ることが認識される。したがって、無調整の休止モード制御回路４４０のＰＤ検出ブロック４５８の７ビットカウンタが１２８の発振器サイクルにわたってハイのＥＮ信号４５６を受信しない場合、ＰＤ検出ブロック４５８は論理ハイ状態のパルス４６１を出力し、イベントカウンタ回路ブロック４９８への入力を計測し、ブロック４９８に内蔵されたカウンタを１ずつ増分する。次いで、駆動信号４２２が再びハイになって、電力変換器の出力においてエネルギ伝達要素に結合された負荷（または複数の負荷）がより多くのエネルギを必要とすることをＦＢ端子４２３におけるフィードバック信号が示していることが示される場合、ＰＤ検出ブロック４５８がリセットされる。したがって、ＥＮ信号４５６がハイになり、駆動信号４２２が次いでハイになる。この例では、駆動信号４２２もイベントカウンタブロック４９８に結合される。一例においては、駆動信号４２２が１２８の発振器カウント以下で複数回にわたってハイになる場合、イベントカウンタ４９８もリセットされる。というのも、このことは、ＰＤ検出ブロック４５８からの論理ハイパルスを生成するのに十分なエネルギ要件の事前の如何なる減少も過渡事象であったこと、かつ、駆動信号４２２が１２８未満の発振器４５２のサイクルにわたってローとなる状態でゲート駆動信号が再び生成されていることを示しているからである。しかしながら、１２８以下の発振器４５２カウントでイベントカウンタブロック４９８が駆動信号４２２のパルスを１つしか受信しないのであれば、イベントカウンタはリセットされない。無調整の休止モード制御回路４４０のＰＤ検出ブロック４５８の７ビットカウンタが、１２８回の発振器サイクルにわたってハイのＥＮ信号４５６を受信しないのであれば、ＰＤ検出ブロック４５８は再び、イベントカウンタ回路ブロック４９８への入力として用いられるパルス４６１を論理ハイ状態で出力し、ブロック４９８に内蔵されたカウンタを別の１ずつ増分する。イベントカウンタブロック４９８のカウンタが、ｎ（一例では４）までカウントする場合、ブロック４９８が論理ハイ信号４９７を出力し、ラッチ回路４５９をトリガして、制御回路４１５のほとんどの内部回路ブロックにパワーダウン／リセット信号４５７を送信する。図示される例では、パワーダウン／リセット信号４５７を受信するよう結合されたこれらのブロックは、フィードバック回路ブロック４５１、発振器回路ブロック４５２、電力スイッチ４０５を流れる電流を検出する過電流検出回路ブロック４５３、駆動信号発生器ブロック４５４、および７ビットカウンタ４５８を含む。一例では、パワーダウン／リセット信号４５７に応答してこれらのすべてのブロックがパワーダウンされると、コントローラ４１５は、電流ＩCC４８０をわずかに２〜５μＡしか消費しない。
したがって、一例においては、イベントカウンタ４９８がｎ個の連続するイベントをカウントし、その間に、駆動信号４２２の論理ハイ状態同士の間の時間が１２８の発振器４５２サイクルを上回ると、無調整の休止モード動作の期間が開始される。１２８の発振器サイクルの値が、発振器４５２以外の手段によって測定される如何なる期間または如何なる数の発振器サイクルにも修正され得ることが認識される。
図４Ｂは、一例では図４Ａのブロック図内に生成され得る波形を示す。図４Ｂは、一例では図４Ａの駆動信号４２２と同じであり得るゲート駆動パルス４６２のシーケンス、一例では図４Ａのブロック４５８内のカウントであり得るＰＤカウンタ４６３のカウント、および、一例では図４Ａのブロック４９８内のカウントであり得るイベントカウント４６４についての一例を示す。イベントカウンタカウント４６４が０である時点４６８でシーケンスが開始される。この例においては、ラベル４７３は、時間４６８と４７１との間の示された期間中に記録された発振器カウントの数である。１２８未満の発振器カウントがＰＤカウンタカウント４６３に記録されてから、次のゲート駆動信号４６２が時点４７１で受信される。したがって、ＰＤカウントが時間４７１でリセットされ、イベントカウンタカウント４６４は０のままとなる。しかしながら、時点４７２では、１２８の発振器サイクルが受信されており、イベントカウンタカウント４６４が増分される。別の例では、次のゲート駆動信号４９７のハイパルスの受信時にイベントカウンタが増分され得ることが認識される。同様に、この例では、ゲート駆動信号が時点４６５で受信されると、ＰＤカウンタカウント４６３が時点４６６で再び１２８の発振器サイクルをカウントし、このため、イベントカウンタカウント４６４が時点４６６で再び増分される。しかしながら、時点４６７では、別のゲート駆動信号が、１２８未満で、ＰＤカウンタカウントで受信される。したがって、この例では、ＰＤカウンタカウント４６３およびイベントカウンタカウント４６４がともに時点４６７でリセットされる。図４Ｂの例においては、時点４６７と時点４６９との間には、１２８を越える発振器サイクルで分離された４つの連続するゲート駆動信号があり、このため、イベントカウンタカウントが４の値に達する。この例においては、図４Ａにおけるｎのイベントカウンタしきい値は４である。結果として、時点４６９で、パワーダウンまたは無調整の休止モード動作期間が開始される。
パワーダウン／リセット信号４５７に応答してレギュレータ回路４３５がオフにされるので、外部バイパスコンデンサ４３３はもはやレギュレータ回路４３５を通じて充電されず、バイパスコンデンサ４３３が放電し始めることとなり、バイパス電圧４５０が降下し始めることとなる。図示される例では、バイパス電圧４５０は、約６ボルトから、内部で設定されるＰＵ検出電圧である約３ボルトにまで降下することとなる。この例に示されるように、ＰＵ検出ブロック４４２はバイパス電圧４５０を検出するように結合されたままとなり、無調整の休止モード中には活性状態であり続ける（ラッチ回路４５９も同様である）。一例では、ＰＵ検出ブロック４４２は、バイパス電圧４５０がいつ３ボルトのＰＵしきい値にまで低下したかを判断する、バイパスコンデンサ４３３に結合された比較器を含む。バイパス電圧４５０が３ボルトのＰＵしきい値にまで降下すると、ＰＵ検出ブロック４４２から出力されるＰＵリセット信号４４１がハイになり、これにより、ラッチ回路４５９からのパワーダウン／リセット信号４５７がハイになり、レギュレータ回路４３５がバイパスコンデンサ４３３の充電を再開する。
一例では、バイパスコンデンサ４３３が再充電されると、コントローラ回路４１５の他の内部回路ブロックのいくつかまたはすべての機能も再開し得る。バイパスコンデンサ４３３は約６ボルトにまで充電されることとなり、また、ＰＤ検出ブロック４５８は、１２８の発振器サイクル毎に少なくとも１回ハイのＥＮ信号４５６が存在しているかどうかを検知し始めることになる。存在しない場合、ＰＤ検出ブロック４５８は、再び、７ビットカウンタ４５８からの出力信号４６１に論理パルスを生成させ、イベントカウンタブロック４９８内でカウントを開始させ、当該カウントがｎのカウントに達した場合には、ラッチ回路４５９を再トリガして新たなシャットダウンサイクルを開始させる。
上述のように、図４Ａに示される具体例においては、電力スイッチに結合されたエネルギ要素を通るエネルギの流れを調整するのにオン／オフ制御体系を利用する制御回路４１５が説明のために示されている。制御回路４１５が、エネルギの流れを調整し、無負荷または軽負荷状態を検出するために他の公知の制御体系を利用して、本発明の教示内容に従った無調整の休止モード動作から利益を得ることができることが認識される。
たとえば、別の例では、フィードバック信号の大きさをＦＢブロック４５１によって検知して、無負荷または軽負荷状態を検出することができる。このような例においては、フィードバック信号の大きさは電圧値または電流値であり得る。この例では、ＦＢブロック４５１が、無負荷または軽負荷状態を示す、フィードバック端子４２３において受信されるフィードバック信号の大きさを検出すると、ＦＢブロック４５１がＰＤ検出ブロックに信号４５６を出力して無負荷または軽負荷状態を示すこととなる。さらに別の例では、無負荷または軽負荷状態は、駆動信号４２２の低スイッチング周波数を検出することによって検出され得る。一例では、駆動信号４２２のスイッチング周波数は、フィードバック信号を受信するように結合されるＦＢブロック４５１を通じて検出され得る。このような例では、駆動信号４２２のスイッチング周波数は、フィードバック端子４２３において受信されるフィードバック信号から得られてもよい。別の例では、ＰＤ検出ブロック４５８は、駆動信号４２２を受信して駆動信号４２２の低スイッチング周波数状態を検出して、無負荷または軽負荷状態を検出するよう結合され得る。
図５Ａおよび図５Ｂは、一例では上述の図４Ａにおけるバイパスコンデンサ４３３のバイパス電圧４５０に該当する例示的な電圧波形を示す。図５Ｂは、図５Ａの波形５００からの領域５０２の拡大図である波形５０１を示す。この例では、図５Ａおよび図５Ｂに示される時間では、無調整の休止モード期間５０３中、バイパスコンデンサ４３３の値は１０μＦ、発振器４５２の周波数は１００ｋＨｚ、電流消費（ＩCC４８０）は２μＡである。また、レギュレータ回路４３５は、期間５０４中にバイパスコンデンサ４３３を３Ｖから６Ｖにまで再充電する際に、バイパスコンデンサ４３３を２ｍＡで充電するものと仮定される。期間５０５は未定の値「ｘ」ミリセカンドである。というのも、これは、たとえばコンデンサ１１８、２１８または３１８などの出力コンデンサ、ならびにたとえばコンデンサ１７５および２７５などの、補助エネルギ伝達要素巻線に結合される他のキャパシタンスを再充電するのにかかる期間であるからである。したがって、期間５０５はこれらのコンデンサの選択関数であるが、典型例では５〜２０ミリセカンドの範囲であり得る。期間５０６は、１００ｋＨｚの発振器が１２８サイクルまでカウントするのにかかる時間であり、次いで、イベントカウンタをｎ倍（この例ではｎ＝４）に増分してから、図示の例において、負荷のエネルギ要件がしきい値より低く、期間５０６にわたってそうであったことを再び認識し、さらに、制御回路が本発明の教示内容に従った無調整の休止モード動作期間を再開する。一例では、図４Ａに関して上述したように、期間５０６が、連続した駆動信号４２２のハイ／ローのイベントが１２８の発振器サイクルを上回る期間で分離されている一連のｎ個のイベントで構成されていることが認識される。
図６は、本発明の教示内容から利益を得る別の例示的な電力変換器６００を示す。図示のとおり、図６の例示的な回路は、上述の図１、図２および／または図３と多くの局面が共通している。しかしながら、図６の回路がフィードバック信号６３９を発生させるのに光結合素子６１１および二次フィードバック回路ブロック６９４を使用するという相違点もある。制御回路６１５の場合、電流６３１は、カリフォルニア州（California）サンノゼ(San Jose）のパワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド（Power Integrations, Inc.）が製造する集積回路のたとえばTOPSwitch（登録商標）ファミリで使用されるような、制御回路６１５への組合されたフィードバック電流および供給電流である。
したがって制御回路６１５の例では、外部バイパスコンデンサ６３３の値によって、無調整の休止モード期間が決定される。負荷回路６２１が必要とするエネルギがいつしきい値を下回っていたかを検出して、無調整の休止動作モードを開始するのに用いられる変数は、電力スイッチ６０５のスイッチング周波数であってもよい。しかしながら、制御回路６１５の例では、図８を参照して説明するように、負荷回路６２１が必要とするエネルギがいつしきい値を下回ったかを検出して無調整の休止動作モードを開始するために、ＩC６３１フィードバック信号などのフィードバック信号の大きさを用いてもよい。フィードバック信号の大きさはＩC６３１電流の電流値であってもよいし、または別の例では、その大きさはＩC６３１電流に応答する電圧値であってもよい。
図７は、本発明の例示的な教示内容の利益を得ることができ得る制御回路のいくつかの例示的な負荷対スイッチング周波数特性を示す。特性７０３は、上述の単純なオン／オフ制御または可変周波数制御体系に特有のものであり、負荷とスイッチング周波数とが線形的に関係している。このタイプの制御体系を用いる制御回路の例には、TinySwitch（登録商標）、LinkSwitch（登録商標）-LP、LinkSwitch（登録商標）-TN、およびLinkSwitch（登録商標）-XTが挙げられるが、これらはすべてカリフォルニア州サンノゼのパワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド（Power Integrations, Inc.）によって製造される。
例示的な特性７０３の場合、軽負荷／無負荷状態７１２における動作は、たとえば、スイッチング周波数が、負荷がしきい値７０８を下回ったことを示すしきい値７０７を下回ると検出され得る。特性７０４は、各負荷状態においてどの過電流しきい値を用いるかを決定するための状態機械および複数の電力スイッチ過電流しきい値レベルを有するオン／オフ制御回路に特有である。このタイプの制御体系を用いる制御回路の例には、TinySwitch（登録商標）-II、TinySwitch（登録商標）-III、PeakSwitch（登録商標）およびLinkSwitch（登録商標）-IIが挙げられるが、これらはすべて、カリフォルニア州サンノゼのパワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド（Power Integrations, Inc.）によって製造されている。特性７０５は、高負荷状態７１０および/または中負荷状態７１１における動作が典型的には一定の平均的なスイッチング周波数７１３で行われるが、軽負荷および無負荷領域７１２では平均的なスイッチング周波数が低下するＰＷＭ制御回路特性に特有なものである。このタイプの制御体系を用いる制御回路の例には、TOPSwitch（登録商標）-FXおよびTOPSwitch（登録商標）-GXが挙げられ、これらはともにカリフォルニア州サンノゼのパワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド（Power Integrations, Inc.）で製造される。特性７０６は、高負荷状態７１０および中負荷状態７１１の一部における動作が典型的には一定の平均的なスイッチング周波数７１４で行われるが、中負荷状態７１１の他の部分および軽負荷／無負荷状態７１２領域では平均的なスイッチング周波数が低下する、より複雑な制御体系を有するＰＷＭ制御回路に特有なものである。このタイプの制御体系を用いる制御回路の例には、カリフォルニア州サンノゼのパワー・インテグレーションズ・インコーポレーテッド（Power Integrations, Inc.）が製造するTOPSwitch（登録商標）-HXが挙げられる。
使用される制御体系に関わらず、共通要因は、スイッチング周波数が軽負荷／無負荷状態で低下し、このため、電力変換器の出力における軽負荷または無負荷状態を検出するための方法として使用できることである。これは、これらまたは他の軽負荷動作体系、たとえば平均的なスイッチング周波数が軽負荷／無負荷状態下でも低下するバーストモードなど、を用いる他の多数の制御回路に当てはまる。
図８は、デューティサイクル８０１対Ｉc８０２電流特性の例を示しており、これは一例では、図６を参照した上述の回路構成に当てはまり得る。図８の例示的な特性が示すように、軽負荷／無負荷状態の検出は電力スイッチのスイッチング周波数を検出することに限定されない。図８の例示的な特性に示されるように、電力変換器の出力に対する負荷の低下は、ラベル８０４によって示されるようにＩc８０２電流の増加によって示される。したがって、デューティサイクルが実質的にゼロにまで低下するしきい値Ｉc電流８０５の検出は、イベントカウンタまたはタイマと組合わせて、電力変換器の出力における負荷のエネルギ要件が或る期間にわたってしきい値を下回っていたことを示すものとして使用可能であり、このため、本発明の教示内容に従った無調整の休止モード動作期間を開始するのに使用され得る。他の制御体系を用いれば、軽負荷／無負荷状態を示すのに使用することができ、したがって本発明の教示内容に従った無調整の休止動作モードを開始するのに用いることができる、他の方法があることが認識される。
図９は、本発明に従った無調整の休止動作モードを電力変換器内で実現する１つの例示的な方法を説明するフローチャート９００を概略的に示す。この例に示されるように、ブロック９０１において電力変換器を起動し、ブロック９０２においてエネルギを負荷に送出する。ブロック９０３において、負荷のエネルギ要件に関するフィードバック情報を受信し、ブロック９０４において、負荷のエネルギ要件が、軽負荷／無負荷状態を示し得るしきい値未満であるかどうかを判定する。しきい値未満でない場合、ブロック９０５においてエネルギ送出を調整し、ブロック９０３において再びフィードバック情報を受信する。しかしながら、ブロック９０４において、負荷のエネルギ要件が、軽負荷／無負荷状態を示し得るしきい値未満であると判定された場合、ブロック９１０において、この状態が予め定められた期間よりも長く存在していたかどうかを判断する。存在していた場合、ブロック９０６においてエネルギ送出の調整を中止し、ブロック９０７において無調整の休止モード期間を開始する。ブロック９０６または９０７のいずれにおいても、無調整の休止モード期間中のエネルギ消費を減らすために、不要な回路ブロックはパワーダウンされる。ブロック９０８において、無調整の休止モード期間が完了しているかどうかを判定する。完了している場合、ブロック９０９において電力変換器をリスタートし、その後ブロック９０２に戻って、エネルギを負荷に送出する。一例では、ブロック９０８におけるＹＥＳ判定が、電力変換器の当初の起動が行われるブロック９０１に直接的に接続されている場合、ブロック９０９が省かれ得ることが認識される。しかしながら、ブロック９０９があれば、無調整の休止モード動作期間が完了したときに異なる起動モードが可能となり、これはたとえば、電源の通常の起動よりも低いエネルギ消費状態での起動を含み得、これによって、たとえば制御回路ブロックのすべてが稼動状態になくても軽負荷または無負荷状態の有無を確かめることができ、したがって、エネルギ消費をさらに減らすことができる。ブロック９０４において、負荷のエネルギ要件がしきい値未満でない場合、または、ブロック９１０において、しきい値未満である負荷のエネルギ要件の状態がしきい値期間よりも長く存在していなかった場合、ブロック９０５において、負荷へのエネルギの送出が再び調整され、ブロック９０３において、負荷のエネルギ要件に関する情報が受信される。
要約書に記載されていることを含む本発明の図示される例の上記の説明は、網羅的であること、または開示される厳密な形態に限定することを意図するものではない。例示を目的として本発明の具体的な実施例およびその例をこの明細書中において説明しているが、本発明のより広範な精神および範囲から逸脱することなく、同等のさまざまな変更が可能である。実際には、具体的な電圧、電流、周波数、電力範囲値、時間などが説明のために記載されており、本発明の教示内容に従って他の値も他の実施例および例において使用され得ることが認識される。
これらの変更は、上記の詳細な説明に鑑みて本発明の例に加えることができる。添付の特許請求の範囲で用いられる用語は、本明細書および請求項に開示される具体的な実施例に本発明を限定するよう解釈されるべきでない。むしろ、その範囲は全体が、請求項解釈についての確立された教義に従って解釈されることとなる添付の特許請求の範囲によって判断されるべきである。したがって、本明細書および図面は、限定的なものではなく例示的なものとして見なされるべきである。
１００ 電力変換器、１０５ 電力スイッチ、１０７ 一次接地、１０９ エネルギ伝達要素、１１５ 制御回路、１２２ 駆動信号、１４０ 無調整の休止モード制御回路。

Claims (14)

  1. 電力変換器において使用する制御回路であって、前記制御回路は、
    電力スイッチの切換を制御するための駆動信号を発生させて、前記電力変換器の出力を調整するように結合される駆動信号発生器と、
    前記駆動信号の２つのパルス間の時間がしきい値期間を上回るかどうかを示すために前記駆動信号発生器に結合されたパワーダウン検出回路と、
    前記パワーダウン検出回路に結合されて、前記パワーダウン検出回路が、前記駆動信号のパルス間の時間がしきい値連続回数にわたって前記しきい値期間を上回ったことを示す場合、第１の期間にわたって前記駆動信号発生器を休止状態にするイベント検出回路とを含む、制御回路。
  2. 前記制御回路の外部にあるタイマに結合されるべき端子をさらに含み、
    前記第１の期間が前記タイマに応答して決定される、請求項１に記載の制御回路。
  3. 前記第１の期間が経過した後に前記駆動信号発生器をパワーアップするよう結合されたパワーアップ検出回路をさらに含む、請求項１に記載の制御回路。
  4. 前記駆動信号発生器が休止状態であり、前記第１の期間の経過後に負荷のエネルギ要件の変化に応答する場合、前記駆動信号発生器は、前記負荷のエネルギ要件の変化に応答しないように結合される、請求項１に記載の制御回路。
  5. 前記パワーダウン検出回路に結合された発振器をさらに含み、
    前記しきい値期間は、前記発振器の発振器サイクルのしきい値数を含む、請求項１に記載の制御回路。
  6. 前記パワーダウン検出回路は、前記発振器のサイクルをカウントするためのパワーダウンカウンタを含み、
    前記イベント検出回路は、前記パワーダウン検出回路が発振器サイクルの前記しきい値数をカウントする回数をカウントするためのイベント検出カウンタを含む、請求項５に記載の制御回路。
  7. 前記パワーダウンカウンタはさらに、前記パワーダウンカウンタが発振器サイクルの前記しきい値数をカウントする前に駆動信号パルスの発生に応答してリセットされるよう結合される、請求項６に記載の制御回路。
  8. 前記イベント検出カウンタはさらに、前記パワーダウンカウンタが発振器サイクルの前記しきい値数をカウントする前に駆動信号パルスの発生に応答してリセットされるよう結合される、請求項６に記載の制御回路。
  9. 前記第１の期間は、動作が休止状態になると、外部バイパスコンデンサがより低いしきい値にまで放電するのにかかる時間である、請求項１に記載の制御回路。
  10. 前記制御回路は、前記外部バイパスコンデンサの電圧と前記より低いしきい値との比較に応じてパワーアップ信号を生成するように構成される、請求項９に記載の制御回路。
  11. 電力変換器であって、
    前記電力変換器の入力と出力との間に結合されるエネルギ伝達要素と、
    前記電力変換器の前記入力から前記出力へのエネルギの伝達を調整するよう前記エネルギ伝達要素に結合されるスイッチと、
    前記スイッチの切換えを制御するよう前記スイッチに結合される制御回路とを含み、
    前記制御回路は、
    前記出力に結合されるべき１つ以上の負荷のエネルギ要件に応答して前記出力を調整するために、前記スイッチの切換えを制御するべき駆動信号を発生させるよう結合される駆動信号発生器と、
    前記１つ以上の負荷の前記エネルギ要件が第１の期間よりも長くしきい値を下回ると、前記駆動信号発生器を休止状態にすることによって、前記駆動信号発生器による前記出力の調整を中止するように結合される無調整の休止モード制御回路とを含み、前記駆動信号発生器は、休止状態であれば、前記１つ以上の負荷のエネルギ要件の変化に応答しないように結合され、前記無調整の休止モード制御回路は、第２の期間の経過後に前記駆動信号発生器をパワーアップするように結合され、前記駆動信号発生器は、前記第２の期間の経過後に前記１つ以上の負荷のエネルギ要件の変化に再び応答するように結合される、電力変換器。
  12. 前記制御回路は、前記１つ以上の負荷のエネルギ要件を表すフィードバック信号を受信するように結合される、請求項１１に記載の電力変換器。
  13. 前記第１の期間は、整数Ｎ個の連続する駆動信号間の時間が第３の期間を上回ると、前記第２の期間の開始を行うイベントカウンタによって決定される、請求項１１に記載の電力変換器。
  14. 前記第３の期間は、前記制御回路の一部を形成する発振器回路の５０〜２５０サイクルの間の期間である、請求項１３に記載の電力変換器。
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