JP2018523961A

JP2018523961A - スリープ／ウェイクモードを伴う電力コンバータ

Info

Publication number: JP2018523961A
Application number: JP2018503664A
Authority: JP
Inventors: トーマスクイグリー，
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2018-08-23
Also published as: EP3338352B1; EP3338352A1; KR20180048609A; WO2017035045A1; TW201722047A; US9705408B2; US20170054376A1; CN107969162A; CN107969162B

Abstract

オフライン電力コンバータは、負荷解除または非アクティブ（無負荷需要）時、非常に少量の電力を引き出し、電力消費は、起動コントローラおよび／または二次側コントローラがスリープモードに入ることを可能にすることによってさらに低減され得る（コントローラ内の機能はシャットダウンされる）。起動コントローラまたは二次側コントローラのいずれかに関するエネルギー貯蔵コンデンサが、低充電状態に到達すると、いずれかのコントローラは、それ自体および他方のコントローラをウェイクさせ、それによって、両方のエネルギー貯蔵コンデンサが、コントローラが低電力スリープモードに戻るために十分にリフレッシュされるまで、電力コンバータがアクティブになることを可能にすることができる。非常に少量の電力をＡＣラインから引き出す本サイクルは、電力コンバータがアウェイクのまま（動作モード）で、電力を負荷に送達することを要求されるまで継続する。

Description

（関連特許出願）
本出願は、同一出願人の、２０１５年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／２０８，１２３号に対して優先権を主張し、２０１５年１１月１９日に出願された米国特許出願第１４／９４５，７２９号および２０１５年６月１日に出願された米国仮特許出願第６２／１６９，４１５号に関連する。上記文献の全ては、全ての目的のためにここで参照することによって本明細書において援用される。

（技術分野）
本開示は、電力コンバータに関し、特に、軽負荷または無負荷条件の間、電力コンバータを低電力スリープモードに効率的に置き、次いで、負荷が電力をそこから要求するとき、電力コンバータをスリープモードからウェイクさせることに関する。

（背景）
電力コンバータ、特に、スイッチモードＡＣ／ＤＣ電力コンバータは、典型的には、軽負荷および無負荷条件の間に使用される電力を低減させるための一意の回路網を有する。低電力スタンバイモードを有する電力コンバータは、軽負荷および無負荷条件の間、電力コンバータを効率的に動作させるために使用され得る。電力コンバータがスリープモードで負荷解除または非アクティブ（無負荷需要）であるとき、オフライン電力コンバータが非常に少量の電力を引き出すための要件は、ますます厳しくなっている。

（要約）
したがって、電力コンバータがスリープモードにあるときに使用される電力を低減させるための必要性が存在する。

ある実施形態によると、電力コンバータにおいて低電力スリープモードに入り、そこから出るための方法は、一次側起動コントローラと、変圧器に結合される電力スイッチと、一次側エネルギー貯蔵コンデンサとを備え得る、一次側エネルギー貯蔵回路を提供するステップと、二次側コントローラと、二次側エネルギー貯蔵コンデンサとを備え得る、二次側エネルギー貯蔵回路を提供するステップと、変圧器を通して一次側および二次側エネルギー貯蔵回路を結合するステップと、起動の間、二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の動作電圧が所望の値に到達するまで、一次側起動コントローラを用いて電力スイッチを制御するステップと、低電力スリープモードに入るステップであって、一次側および二次側回路網は、低ＩＱモードにおいて、その個別のエネルギー貯蔵コンデンサ内に貯蔵されるエネルギーから動作し、エネルギー貯蔵コンデンサのうちのいずれか１つ上の個別の電圧が、個別の低電圧限界未満またはそれと等しくなり得るとき、一次側起動コントローラのいずれかは、それ自体をウェイクさせることができるか、または二次側コントローラは、それ自体および一次側起動コントローラをウェイクさせることができるかのいずれかであって、それによって、一次および二次エネルギー貯蔵コンデンサは、個別の電圧の両方がその個別の低電圧限界を上回り得るまで充電され得る、ステップとを含んでもよい。

本方法のさらなる実施形態によると、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回り得ることの判定した後、一次側起動コントローラが低電力スリープモードに入るステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、一次側高電圧限界を超えたと判定した後、一次側高電圧限界タイマを始動させるステップと、一次側高電圧限界タイマがタイムアウトした後、一次側起動コントローラによって引き出される電流を増加させるステップとを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、一次側起動コントローラが低電力スリープモードにあり得ると判定した後、二次側コントローラが低電力スリープモードに入るステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、一次側起動コントローラがスリープモードにあり得ると判定するステップは、電力スイッチが切り替わり得ないことを判定するステップを含んでもよい。

本方法のさらなる実施形態によると、二次側コントローラが低電力スリープモードになる前に、二次側コントローラを用いて二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させるステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させるステップは、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を増加させてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回り得ると判定した後、一次側起動コントローラが低電力スリープモードに入るステップを含んでもよい。

本方法のさらなる実施形態によると、電力スイッチを制御するステップは、第１のＤＣ電圧を一次側起動コントローラに印加するステップと、一次側起動コントローラを用いて電力スイッチをオンおよびオフにするステップであって、第１のＤＣ電圧および電力スイッチは、変圧器の一次巻線に結合され得、それによって、ＡＣ電圧が、変圧器の二次巻線上に生成され得る、ステップと、第２の整流器を用いて変圧器の二次巻線からのＡＣ電圧を整流し、二次側コントローラおよび負荷に給電するための第２のＤＣ電圧を提供するステップと、第２のＤＣ電圧が所望の電圧値にあり得るとき、電力スイッチの制御を起動コントローラから二次側コントローラに転移するステップとを含んでもよい。

別の実施形態によると、低電力スリープモードを有する電力コンバータは、第１のＤＣ電圧に結合される一次側起動コントローラと、一次および二次巻線を有する変圧器であって、変圧器一次巻線は、第１のＤＣ電圧に結合され得る、変圧器と、変圧器の一次巻線を通る電流を測定し、測定された一次巻線電流を一次側起動コントローラに提供するための電流測定回路と、変圧器一次巻線に結合され、一次側起動コントローラに結合され、一次側起動コントローラによって制御される、電力スイッチと、第２のＤＣ電圧を提供するための、変圧器二次巻線に結合される二次側整流器と、一次側起動コントローラおよび二次側整流器に結合される、二次側コントローラとを備えてもよく、一次側起動コントローラおよび二次側コントローラは、低電力スリープモードを有してもよい。

さらなる実施形態によると、一次側起動コントローラが第１のＤＣ電圧を受信すると、一次側起動コントローラは、電力スイッチのオンおよびオフを制御し始めてもよく、それによって、電流が、変圧器一次巻線を通して流動してもよく、ＡＣ電圧が、変圧器二次巻線を横断して展開してもよく、二次側整流器からのＤＣ電圧は、二次側コントローラに電源投入してもよく、二次側コントローラは、第２のＤＣ電圧が所望の電圧レベルに到達すると、電力スイッチの制御を一次側起動コントローラから引き継いでもよい。

さらなる実施形態によると、一次側起動コントローラは、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回り得るとき、低電力スリープモードに入ってもよい。さらなる実施形態によると、二次側コントローラは、一次側起動コントローラが低電力スリープモードにあり得るとき、低電力スリープモードに入ってもよい。さらなる実施形態によると、電力スイッチは、一次側起動コントローラが低電力スリープモードにあり得るとき、切り替わり得ない。さらなる実施形態によると、二次側コントローラは、低電力スリープモードになる前に、二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させてもよい。さらなる実施形態によると、二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が上昇し得るとき、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧はまた、上昇してもよく、一次側起動コントローラは、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の本電圧上昇を検出してもよく、それによって、低電力スリープモードになってもよい。

さらなる実施形態によると、一次側起動コントローラは、入力および出力を有する電圧調整器と、電圧調整器出力に結合される内部バイアス電圧回路と、電圧調整器出力に結合される不足および過電圧ロックアウト回路と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を発生させるための電流調整器および論理回路と、論理回路に結合される固定オフ時間回路と、論理回路に結合され、外部電力スイッチの制御のためのＰＷＭ制御信号を提供する、電力ドライバと、論理回路に結合され、外部ＰＷＭ制御信号を受信するように適合される、外部ゲートコマンド検出回路であって、外部ＰＷＭ制御信号が検出され得るとき、外部ゲートコマンド検出回路は、外部電力スイッチの制御を論理回路から外部ＰＷＭ制御信号に変化させる、外部ゲートコマンド検出回路と、内部電流調整器に結合される出力と電流感知入力に結合される入力とを有する、第１および第２の電圧コンパレータとを備えてもよい。

さらなる実施形態によると、消去回路が、電流感知入力と第１および第２の電圧コンパレータ入力との間に結合されてもよい。さらなる実施形態によると、固定オフ時間回路時間周期は、コンデンサの静電容量値によって判定されてもよい。さらなる実施形態によると、一次側起動コントローラは、開ループ電流調整器と、電力スイッチドライバとを備えてもよい。さらなる実施形態によると、一次側起動コントローラは、単純低コストアナログデバイスであってもよい。さらなる実施形態によると、二次側コントローラは、マイクロコントローラ、アナログコントローラ、ならびに組み合わせアナログおよびデジタルコントローラから成る群から選択されてもよい。

本開示のより完全な理解が、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって得られ得る。

図１は、本開示の具体的例示的実施形態による、電力コンバータ内のスタンバイ電力を低減させるために適合される、起動コントローラの低電圧バージョンの概略ブロック図を図示する。図２は、本開示の具体的例示的実施形態による、図１に示される起動コントローラを使用することによってスタンバイ電力を低減させるために適合される、電力コンバータの概略ブロック図を図示する。図３は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、電力コンバータ内のスタンバイ電力を低減させるために適合される、起動コントローラの高電圧バージョンの概略ブロック図を図示する。図４は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、図３に示される起動コントローラを使用することによってスタンバイ電力を低減させるために適合される、電力コンバータの概略ブロック図を図示する。

本開示は、種々の修正および代替形態を被るが、その具体的例示的実施形態は、図面に示され、本明細書に詳細に説明される。しかしながら、具体的例示的実施形態の本明細書の説明は、本開示を本明細書に開示される特定の形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。

（詳細な説明）
電力供給源、特に、ＤＣ／ＤＣおよびＡＣ／ＤＣ電力コンバータは、典型的には、それらを起動させるための一意の回路網を有する。本開示の種々の実施形態によると、電力コンバータは、一次側起動コントローラと、二次側コントローラとを備えてもよく、起動コントローラは、電力（電圧）が最初に電力コンバータの一次側に印加されるとき、電力を二次側コントローラに送信するために利用される。これは、二次側コントローラのリソースを複製せず、一次側の離散コンポーネントを最小限にする、一次側の従来のデバイスを使用したＤＣ／ＤＣおよびＡＣ／ＤＣ電力コンバータの起動のための低コスト集積回路（ＩＣ）ソリューションを提供する。本開示の教示による、電力コンバータの実装および動作のより詳細な説明は、ＴｈｏｍａｓＱｕｉｇｌｅｙによって２０１５年１１月１９日に出願され、「Ｓｔａｒｔ−ｕｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒａＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒ」と題され、あらゆる目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる、共同所有の米国特許出願第１４／９４５，７２９号に提供される。

オフライン電力コンバータが、負荷解除または非アクティブ（無負荷需要）であるとき、非常に少量の電力を引き出すために、ますます厳しくなる要件に伴って、電力消費は、起動コントローラおよび／または二次側コントローラがスリープモードに入ることを可能にすることによってさらに低減され得る（コントローラ内の機能はシャットダウンされ、したがって、非常に少量の静止電流を引き出す）。起動コントローラまたは二次側コントローラのいずれかに関するエネルギー貯蔵コンデンサが、低充電状態に到達すると、いずれかのコントローラは、それ自体および他方のコントローラをウェイクさせ、それによって、両方のエネルギー貯蔵コンデンサが、コントローラが低電力スリープモードに戻るために十分にリフレッシュされるまで、電力コンバータがアクティブになることを可能にすることができる。非常に少量の平均電力をＡＣラインから引き出す本サイクルは、電力コンバータがアウェイクのまま（動作モード）で、電力を負荷に送達することを要求されるまで継続する。

種々の実施形態によると、起動コントローラ概念（低電圧（ＬＶ）または高電圧（ＨＶ）実施形態のいずれか）は、基本的には、入力コマンドを内部開ループ電流調整器（デフォルト状態）から、または外部コマンドが検出されるとき、外部コントローラ、例えば、二次側コントローラからのいずれかにおいて受信し得る、一次側電力スイッチゲートドライバである。いったん外部コマンドが停止すると、ある時間周期後、ゲートドライバへの入力は、デフォルト状態に戻る。いずれの状態でも、起動コントローラは、電力コンバータを過電流と不足電圧および過電圧とから保護する。同節のＴｈｏｍａｓＱｕｉｇｌｅｙによる「Ｓｔａｒｔ−ｕｐＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒａＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒ」を参照されたい。加えて、不足電圧／過電圧検出が、起動コントローラおよび／または二次側コントローラを低電力スリープモードに置くことによって、電力コンバータ内の電力消費をさらに低減させるために使用されてもよい。

ここで図面を参照すると、例示的実施形態の詳細が、概略的に図示される。図面中の同様の要素は、同様の番号によって表され、類似要素は、異なる小文字の添字を伴って同様の番号によって表されるであろう。

ここで図１を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態による、電力コンバータ内のスタンバイ電力を低減させるために適合される、起動コントローラの低電圧バージョンの概略ブロック図である。起動コントローラ１０６ａは、低電圧調整器１３０と、内部バイアス電圧回路１３２と、第１の電圧コンパレータ１３４と、第２の電圧コンパレータ１３８と、固定消去時間回路１４０と、内部電流調整器および論理回路１３６と、外部ゲートコマンド検出回路１４２と、信号バッファ１４４と、論理回路１３６によって制御されるスイッチ１４６と、ＭＯＳＦＥＴドライバ１４８と、固定オフ時間タイマ１５０と、過電圧および不足電圧ロックアウト回路１５２と、電圧シャント保護１５４と、シャントタイマ１５８とを備えてもよい。不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）回路１５２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチ２３６（図２）のゲートを適切に強化するために十分な電圧が利用可能であることを確実にする。

起動コントローラ１０６ａは、固定オフ時間に伴って動作する、パルス幅変調（ＰＷＭ）源開ループピーク電流モードコントローラを備えてもよく、図２に示されるような電力コンバータ２００の一次側のＭＯＳＦＥＴ電力スイッチ２３６を駆動するように適合される、ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１４８を有する。初期起動の間、内部電流調整器および論理回路１３６は、ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１４８にパルスを発し、電力コンバータ２００の電力スイッチ２３６が、その二次側へのエネルギーを変換することを可能にする。電力コンバータのメインコントローラは、二次側に位置し、アクティブになると、絶縁回路２４８、例えば、起動コントローラ１０６ａのパルスノード（ピン）に結合される光学結合器、パルス変圧器等を介して、起動コントローラ１０６ａのゲートドライバ１４８へのゲートコマンドをオンおよびオフにすることによって、二次電圧を制御することができる。過電圧および不足電圧ロックアウト回路１５２は、例えば、限定ではないが、９〜１６ボルトの電圧ヒステリシス値を有してもよい。２つの電流感知コンパレータ１３４および１３８が、それぞれ、内部電圧基準Ｖ_ＲＥＦ１およびＶ_ＲＥＦ２を提供されてもよい。

低電圧バージョン起動コントローラ１０６ａに関するノード（ピン）説明は、以下の通りである。
Ｖ_ＩＮ−は、起動コントローラ１０６ａへの入力電圧である。
Ｇａｔｅ−ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１５０の出力である。ＭＯＳＦＥＴドライバ１４８は、ＵＶＬＯ回路１５２ｂによって阻止され得る。
Ｃ／Ｓ−電流感知、外部感知抵抗器を横断する電圧を感知する。監視は、ＭＯＳＦＥＴドライバ１４８が最初に外部ＭＯＳＦＥＴ電力スイッチ２３６をオンにするときに固定消去時間回路１４０によって消去され得る。
ＧＮＤ−ＭＯＳＦＥＴドライバ１４８の信号回路およびＤＣリターンの両方のための接地またはコモン。
ＰＷＭＤ−低に引き下げられると、内部ＰＷＭ源からＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１４８へのゲートコマンドを阻止する。
ＰＵＬＳＥ−ＰＷＭ信号を外側源（二次側コントローラ）から受け取る。ＰＷＭ信号が検出されると、内部発生されたＰＷＭ信号は、ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１４８によって無視される（そこから阻止される）。

Ｖ_ＩＮは、起動コントローラ１０６ａのためのバイアス源である。抵抗器２２６（図２）は、起動コントローラ１０６ａへの電流を限定する。Ｖ_ＩＮは、低電圧調整器１３０への入力であり、その出力は、Ｖ_ＤＤである。Ｖ_ＩＮは、動作バイアスをゲートドライバ１４８に提供する。Ｖ_ＩＮは、過電圧ロックアウト（ＯＶＬＯ）回路１５２ａおよび不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）回路１５２ｂによって監視される。Ｖ_ＤＤは、調整された低電圧バイアスを起動コントローラ１０６ａに提供する。シャント保護回路１５４が、それに対する過電圧からの保護のためにＶ_ＩＮに結合されてもよい。

ここで図２を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態による、図１に示される起動コントローラを使用することによってスタンバイ電力を低減させるために適合される、電力コンバータの概略ブロック図である。概して、数字２００によって表される、フライバック電力コンバータは、一次ラインフィルタ／整流器２０２と、コンデンサ２２２、２４０、２４４、２５０、２５２、および２５４と、抵抗器２２６、２２８、２３０、２３８、および２３９と、ダイオード２３２、２４２、および２６０と、電流センサ２３４、電力切替トランジスタ２３６と、変圧器２４１と、絶縁回路２４６および２４８と、起動コントローラ１０６ａと、二次側コントローラ２１８とを備えてもよい。一次ラインフィルタ／整流器２０２は、ヒューズ２０３と、インダクタ２０４および２１４と、抵抗器２０６、２１０、および２２０と、コンデンサ２０８および２１８と、ダイオードブリッジ整流器２１２とを備えてもよい。

ＡＣ電力が、図２に示される電力コンバータ２００に印加されるとき、起動コントローラ１０６ａは、非アクティブ低静止状態にある。抵抗器２２６は、コンデンサ２５０を充電する。ＵＶＬＯ回路１５２ｂは、例えば、限定ではないが、約９ボルト〜約１６ボルトのヒステリシスバンドを有してもよい。Ｖ_ＩＮが１６ボルトに到達すると、起動コントローラ１０６ａは、アクティブになり、ゲートドライバ１４８を用いて、電力スイッチ２３６、例えば、電力金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の駆動を開始する。電力コンバータ２００の二次側では、コンデンサ２４４が充電され、二次側コントローラ２１８は、約４．５ボルトのそのＶ／Ｓノード上の電圧でアクティブ化するであろう。二次側コントローラ２１８は、次いで、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ａのパルスノードにコマンドを送信することによって、電力スイッチ２３６のゲーティングの制御を開始する。二次側コントローラ２１８は、コンデンサ２４４上の電圧を約２０ボルトに調整してもよい。本電圧は、変圧器２４１の一次側バイアス巻線Ｔ１に変圧器結合され、Ｖ_ＩＮダイオード２６０をブートストラップするために使用されてもよい。変圧器Ｔ１巻線のスケーリングは、コンデンサ２４４を横断する電圧が約２０ボルトであるとき、Ｖ_ＩＮにおける電圧が約１５ボルトであるようなものである。抵抗器２２６は、値が高過ぎると、起動コントローラ１０６ａのゲートドライバのための必要電流を供給できない。したがって、本ブートストラップ電圧は、コンデンサ２５０が９ボルトを下回って放電する前に完了されなければならない。

二次側コントローラ２１８が、低電力スリープモードに入ることを決定すると、コンデンサ２４０を横断する電圧を上昇させ、ひいては、起動コントローラ１０６ａのＶ_ＩＮ上の電圧を上昇させる。ＯＶＬＯ回路１５２ａは、例えば、限定ではないが、約１７ボルト〜約１９ボルトのヒステリシスバンドを有してもよい。Ｖ_ＩＮが１９ボルトを超えると、ＯＶＬＯ回路１５２ａは、起動コントローラ１０６ａを低電力スリープモードに置く。二次側コントローラ２１８は、そのＶ＿ＱＲ入力ノードにおける変圧器の二次巻線２４１上の電圧を監視し、それによって、起動コントローラ１０６ａが電力スイッチ２３６の駆動（ゲーティング）を停止したことを判定することができる。いったんそれが生じると、二次側コントローラ２１８は、次いで、低電力スリープモードに入る。そのスリープモードの間、起動コントローラ１０６ａの静止電流（ＩＱ）は、非常に低く、ＩＱを上回る抵抗器２２６を通る電流は、シャント１５４を通して流動する。シャントブレークオーバ電圧は、約２１ボルトであってもよい。

低電力スリープモードからウェイクさせるためには、いくつかの方法がある。１つの方法は、いったんシャント回路１５４がアクティブになると、シャントタイマ１５８が始動され得るというものであり得る。時間が経過後、ＩＱが、抵抗器２２６が供給し得るものを上回る電流まで増加され、コンデンサ２５０が放電を開始する。いったんＶ_ＩＮが１７ボルトを下回って降下すると、ＵＶＬＯ回路１５２ｂは、解除され、起動コントローラ１０６ａが、ウェイクし、その内部電流調整器および論理回路１３６を使用して、電力スイッチ２３６のゲーティングを開始する。本ゲーティングは、Ｖ_ＩＮが再び１９ボルトを超えるまで、コンデンサ２４０およびコンデンサ２５０をリフレッシュし、次いで、起動コントローラ１０６ａは、低電力スリープモードに再び入ってもよい。他の方法は、二次側コントローラ２１８が、コンデンサ２４０を横断する電圧が特定の閾値を下回って降下したことを判定し得ることであり得る。これが生じると、二次側コントローラ２１８は、そのスリープモードからウェイクし、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ａのパルスノード（ピン）にゲートパルスを送信する。起動コントローラ１０６ａは、本パルスを検出し、そのスリープモードからウェイクし、それによって、そのＩＱが増加し、コンデンサ２５０の放電を開始する。Ｖ_ＩＮが約１７ボルトを下回って降下すると、電力スイッチ２３６のゲーティングが再び開始する。いったんコンデンサ２４４および２５０は、電圧リフレッシュされると、起動コントローラ１０６ａのＯＶＬＯ回路１５２ａは、起動コントローラ１０６ａを低電力スリープモードに戻してもよい（Ｖ_ＩＮは、１９Ｖを超える）。いったん二次側コントローラ２１８が、電力スイッチゲーティングが停止したことを判定すると、また、低電力スリープモードに戻る。二次側コントローラ２１８が、アウェイクでいることを決定する場合、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ａのパルスノード（ピン）に信号を送信し、起動コントローラ１０６ａをウェイクさせる。いったんＯＶＬＯ回路１５２ａが解除されると、二次側コントローラ２１８は、起動コントローラ１０６ａを通して電力スイッチ２３６をゲーティングすることによって、電力コンバータ２００を能動的に調整してもよい。

ここで図３を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態による、電力コンバータ内のスタンバイ電力を低減させるために適合される、起動コントローラの高電圧バージョンの概略ブロック図である。起動コントローラ１０６ｂは、高電圧調整器３３０と、内部バイアス電圧回路１３２と、第１の電圧コンパレータ１３４と、第２の電圧コンパレータ１３８と、固定消去時間回路１４０と、内部電流調整器および論理回路１３６と、外部ゲートコマンド検出回路１４２と、信号バッファ１４４と、論理回路１３６によって制御されるスイッチ１４６と、ＭＯＳＦＥＴドライバ１４８と、固定オフ時間タイマ１５０と、過電圧および不足電圧ロックアウト回路３５２とを備えてもよい。不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）回路３５２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ２３６（図４）のゲートを適切に強化するために十分な電圧が利用可能であることを確実にする。

起動コントローラ１０６ｂは、固定オフ時間に伴って動作する、パルス幅変調（ＰＷＭ）源開ループピーク電流モードコントローラを備えてもよく、図４に示されるような電力コンバータ４００の一次側の電力スイッチ２３６を駆動するように適合されるＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１４８を有する。Ｖ_ＩＮは、起動コントローラ１０６ｂのための初期バイアス源である。Ｖ_ＩＮは、直接、図４に示されるように、整流されたＡＣライン（ＤＣ＋、フィルタ／整流器ブロック２０２の出力）に結び付けられてもよい。Ｖ_ＩＮは、ＨＶ調整器３３０への入力であり、その出力は、Ｖ_ＤＤである。Ｖ_ＤＤは、低電圧バイアスを起動コントローラ１０６ｂの内部回路に提供する。Ｖ_ＤＤもまた、ゲートドライバ１４８のためのバイアスであり、その出力は、起動コントローラ１０６ｂのゲートノードに結合される。

Ｖ_ＤＤは、不足電圧ロックアウト（ＵＶＬＯ）回路３５２ｂおよび過電圧ロックアウト（ＯＶＬＯ）回路３５２ａによって監視される。ＡＣ電力が図４に示される電力コンバータ４００に印加されるとき、起動コントローラ１０６ｂは、非アクティブ低電力静止状態にある。Ｖ_ＤＤは、コンデンサ２５０を充電する。ＵＶＬＯ回路３５２ｂは、例えば、限定ではないが、約９ボルト〜約９．５ボルトのヒステリシスバンドを有してもよい。Ｖ_ＤＤが９．５ボルトに到達すると、起動コントローラ１０６ｂは、アクティブになり、その内部電流調整器回路１３６からのコマンドを用いて電力スイッチ２３６をゲーティグする。コンデンサ２４４は、充電され、二次側コントローラ２１８は、約４．５ボルトでアクティブになる。二次側コントローラ２１８は、次いで、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ｂのパルスノード（ピン）にパルスコマンドを送信することによって、電力スイッチ２３６のゲーティングの制御を引き継ぐ。二次側コントローラは、コンデンサ２４０上の電圧を約２０ボルトに調整する。本電圧は、ダイオード２６０を介してＶ_ＤＤをブートストラップする、一次側バイアス巻線Ｔ１に変圧器結合される。変圧器２４１のＴ１巻線のスケーリングは、コンデンサ２４０を横断する電圧が約２０ボルトに等しいとき、Ｖ_ＩＮにおける電圧が約１５ボルトに等しいようなものである。Ｖ_ＤＤが約１５ボルトであるとき、そのＨＶ調整器３３０の空乏モードＦＥＴをオフにし、ひいては、Ｖ_ＩＮに整流されたＡＣラインからの電流を実質的にゼロに降下させ、それによって、起動コントローラ１０６ｂ内の電力および熱消散を節約する。

二次側コントローラ２１８が、低電力スリープモードに入ることを決定すると、コンデンサ２４０を横断する電圧を上昇させ、ひいては、起動コントローラ１０６ｂのＶ_ＤＤ上の電圧を上昇させる。ＯＶＬＯ回路３５２ａは、例えば、限定ではないが、約１７ボルト〜約１９ボルトのヒステリシスバンドを有してもよい。Ｖ_ＩＮが１９ボルトを超えると、ＯＶＬＯ回路３５２ａは、起動コントローラ１０６ｂを低電力スリープモードに置く。二次側コントローラ２１８は、そのＶ＿ＱＲ入力ノードにおける変圧器の二次巻線２４１上の電圧を監視し、それによって、起動コントローラ１０６ｂが電力スイッチ２３６の駆動（ゲーティング）を停止したことを判定することができる。いったんこれが生じると、二次側コントローラ２１８は、次いで、低電力スリープモードに入る。

低電力スリープモードからウェイクさせるためには、いくつかの方法がある。そのスリープモードの間、起動コントローラ１０６ｂの静止電流（ＩＱ）は、非常に低い。１つの方法は、スリープモードにおいて、起動コントローラ１０６ｂのＶ_ＤＤが、ＩＱのある低値を有し、コンデンサ２５０をゆっくりと放電させるであろうものであり得る。いったんＶ_ＤＤが１７ボルトを下回って降下すると、ＵＶＬＯ回路３５２ｂは、解除され、起動コントローラ１０６ｂは、ウェイクし、その内部電流調整器および論理回路１３６を使用して、電力スイッチ２３６のゲーティングを開始する。本ゲーティングは、Ｖ_ＤＤが１９ボルトを超えるまで、コンデンサ２４０および２５０をリフレッシュし、起動コントローラ１０６ｂは、その低電力スリープモードに再び入る。他の方法は、二次側コントローラ２１８が、コンデンサ２４０を横断する電圧が特定の閾値を下回って降下したことを判定し得るものである。これが生じると、二次側コントローラ２１８は、ウェイクし、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ｂのパルスノード（ピン）にゲートパルスを送信する。起動コントローラ１０６ｂは、これを検出し、ウェイクし、そのＶ_ＤＤＩＱを増加させ、コンデンサ２５０の放電を開始する。Ｖ_ＤＤが１７ボルトを下回って降下すると、電力スイッチ２３６のゲーティングが、再び開始する。いったんコンデンサ２４４および２５０が、電圧リフレッシュされると、起動コントローラ１０６ｂのＯＶＬＯ回路３５２ａは、起動コントローラ１０６ｂを低電力スリープモードに戻してもよい（Ｖ_ＩＮは、１９Ｖを超える）。いったん二次側コントローラ２１８が、電力スイッチゲーティングが停止したことを判定すると、また、低電力スリープモードに戻る。二次側コントローラ２１８が、アウェイクでいることを決定する場合、絶縁回路２４８を介して起動コントローラ１０６ｂのパルスノード（ピン）に信号を送信し、起動コントローラ１０６ｂをウェイクアップする。いったんＯＶＬＯ回路３５２ａが解除されると、二次側コントローラ２１８は、起動コントローラ１０６ｂを通して電力スイッチ２３６をゲーティングすることによって、電力コンバータ４００を能動的に調整してもよい。

Claims

電力コンバータにおいて低電力スリープモードに入り、そこから出るための方法であって、前記方法は、
一次側エネルギー貯蔵回路を提供するステップであって、前記一次側エネルギー貯蔵回路は、
一次側起動コントローラと、
変圧器に結合された電力スイッチと、
一次側エネルギー貯蔵コンデンサと
を備える、ステップと、
二次側エネルギー貯蔵回路を提供するステップであって、前記二次側エネルギー貯蔵回路は、
二次側コントローラと、
二次側エネルギー貯蔵コンデンサと
を備える、ステップと、
前記変圧器を通して前記一次側および二次側エネルギー貯蔵回路を結合するステップと、
起動の間、前記二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の動作電圧が所望の値に到達するまで、前記一次側起動コントローラを用いて前記電力スイッチを制御するステップと、
低電力スリープモードに入るステップであって、前記一次側および二次側回路網は、低ＩＱモードにおいて、その個別のエネルギー貯蔵コンデンサ内に貯蔵されるエネルギーから動作し、前記エネルギー貯蔵コンデンサのうちのいずれか１つ上の個別の電圧が個別の低電圧限界未満またはそれと等しくなると、前記一次側起動コントローラは、それ自体をウェイクさせることができるか、または前記二次側コントローラは、それ自体および前記一次側起動コントローラをウェイクさせることができるかのいずれかとなり、それによって、前記一次および二次エネルギー貯蔵コンデンサは、個別の電圧の両方がその個別の低電圧限界を上回るまで充電される、ステップと
を含む、方法。
前記一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回ったと判定した後、前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードに入るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記一次側高電圧限界を超えたと判定した後、一次側高電圧限界タイマを始動させるステップと、前記一次側高電圧限界タイマがタイムアウトした後、前記一次側起動コントローラによって引き出される電流を増加させるステップとをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードにあると判定した後、前記二次側コントローラが前記低電力スリープモードに入るステップをさらに含む、前記請求項のうちの１項に記載の方法。
前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードにあると判定するステップは、前記電力スイッチが切り替わっていないことを判定するステップを含む、請求項４に記載の方法。
前記二次側コントローラが前記低電力スリープモードになる前に、前記二次側コントローラを用いて前記二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させるステップをさらに含む、前記請求項のうちの１項に記載の方法。
前記二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させるステップは、前記一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を増加させる、請求項６に記載の方法。
前記一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回ったと判定した後、前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードに入るステップをさらに含む、請求項６または請求項７に記載の方法。
前記電力スイッチを制御するステップは、
第１のＤＣ電圧を前記一次側起動コントローラに印加するステップと、
前記一次側起動コントローラを用いて前記電力スイッチをオンおよびオフにするステップであって、前記第１のＤＣ電圧および前記電力スイッチは、前記変圧器の一次巻線に結合され、それによって、ＡＣ電圧が、前記変圧器の二次巻線上に生成される、ステップと、
第２の整流器を用いて前記変圧器の二次巻線からの前記ＡＣ電圧を整流し、前記二次側コントローラおよび負荷に給電するための第２のＤＣ電圧を提供するステップと、
前記第２のＤＣ電圧が所望の電圧値になると、前記電力スイッチの制御を前記起動コントローラから前記二次側コントローラに転移するステップと
を含む、前記請求項のうちの１項に記載の方法。
低電力スリープモードを有する電力コンバータであって、前記電力コンバータは、
第１のＤＣ電圧に結合された一次側起動コントローラと、
一次および二次巻線を有する変圧器であって、前記変圧器一次巻線は、前記第１のＤＣ電圧に結合されている、変圧器と、
前記変圧器の一次巻線を通る電流を測定し、前記測定された一次巻線電流を前記一次側起動コントローラに提供するための電流測定回路と、
前記変圧器一次巻線に結合され、前記一次側起動コントローラに結合され、前記一次側起動コントローラによって制御されている、電力スイッチと、
第２のＤＣ電圧を提供するための、前記変圧器二次巻線に結合された二次側整流器と、
前記一次側起動コントローラおよび前記二次側整流器に結合されている、二次側コントローラと
を備え、
前記一次側起動コントローラおよび前記二次側コントローラは、低電力スリープモードを有する、電力コンバータ。
前記一次側起動コントローラが前記第１のＤＣ電圧を受信すると、前記一次側起動コントローラは、前記電力スイッチのオンおよびオフを制御し始め、それによって、電流が、前記変圧器一次巻線を通して流動し、
ＡＣ電圧は、前記変圧器二次巻線を横断して展開し、
前記二次側整流器からのＤＣ電圧は、前記二次側コントローラに電源投入し、
前記二次側コントローラは、前記第２のＤＣ電圧が所望の電圧レベルに到達すると、前記電力スイッチの制御を前記一次側起動コントローラから引き継ぐ、請求項１０に記載の電力コンバータ。
前記一次側起動コントローラは、一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が一次側高電圧限界を上回ると、前記低電力スリープモードに入る、請求項１０または請求項１１に記載の電力コンバータ。
前記二次側コントローラは、前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードにあるとき、前記低電力スリープモードに入る、請求項１０−１２のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記電力スイッチは、前記一次側起動コントローラが前記低電力スリープモードにあるとき、切り替わらない、請求項１０−１３のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記二次側コントローラは、前記低電力スリープモードになる前に、二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧を上昇させる、請求項１０−１４のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記二次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧が上昇すると、前記一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の電圧もまた上昇し、前記一次側起動コントローラは、前記一次側エネルギー貯蔵コンデンサ上の本電圧上昇を検出し、それによって、前記低電力スリープモードになる、請求項１５に記載の電力コンバータ。
前記一次側起動コントローラは、
入力および出力を有する電圧調整器と、
前記電圧調整器出力に結合された内部バイアス電圧回路と、
前記電圧調整器出力に結合された不足および過電圧ロックアウト回路と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を発生させるための電流調整器および論理回路と、
前記論理回路に結合された固定オフ時間回路と、
前記論理回路に結合され、外部電力スイッチの制御のためのＰＷＭ制御信号を提供する、電力ドライバと、
前記論理回路に結合され、外部ＰＷＭ制御信号を受信するように適合されている、外部ゲートコマンド検出回路であって、前記外部ＰＷＭ制御信号が検出されるとき、前記外部ゲートコマンド検出回路は、前記外部電力スイッチの制御を前記論理回路から前記外部ＰＷＭ制御信号に変更させる、外部ゲートコマンド検出回路と、
前記内部電流調整器に結合された出力と電流感知入力に結合された入力とを有する、第１および第２の電圧コンパレータと
を備える、請求項１０−１６のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記電流感知入力と前記第１および第２の電圧コンパレータ入力との間に結合された消去回路をさらに備える、請求項１０−１７のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記固定オフ時間回路時間周期は、コンデンサの静電容量値によって判定される、請求項１０−１８のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記一次側起動コントローラは、開ループ電流調整器および電力スイッチドライバを備える、請求項１０−１９のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記一次側起動コントローラは、単純低コストアナログデバイスである、請求項１０−２０のうちの１項に記載の電力コンバータ。
前記二次側コントローラは、マイクロコントローラ、アナログコントローラ、ならびに組み合わせアナログおよびデジタルコントローラから成る群から選択される、請求項１０−２１のうちの１項に記載の電力コンバータ。