[发明专利]有超低无负载功耗的最优动态负载响应的开关功率转换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月7日提交的共同待决美国临时申请No.61/430,904的优先权，该临时申请以全文引用方式并入本申请。

技术领域

概括地说，本文所公开的实施例涉及功率转换器，并且更为具体地说，涉及具有开关控制器的功率转换器，所述开关控制器适应性地设定功率转换器的开关循环的频率，以实现最优的动态负载响应(DLR)。

背景技术

典型地，开关功率转换器要求在功率转换器的输出电压和参考电压之间提供“误差”信号的误差电路，以调整输出电压。误差电路提供指示输出电压相对于参考电压的幅度和极性(正或负)的误差信号。误差信号允许功率转换器通过响应于该误差信号来增加或减小递送给功率转换器的输出端的功率的量来调整输出电压。

典型地，传统的功率转换器通过感测为模拟值的输出电压，并且导出感测到的输出电压和为模拟值的参考电压之间的差，来生成误差信号。将感测到的输出电压和参考电压之间的差进行放大，以基于经放大的信号来适当地调整输出电压。取决于转换器中所使用的控制方案，传统的功率转换器也可以使用模数转换器(A/D转换器)来生成误差信号。其他传统的功率转换器可以使用模拟误差放大器来生成误差信号。

在许多传统的隔离式开关功率转换器中，直接在变压器电路的次级侧感测输出电压，并且将其与一般而言固定于选定电压的参考电压进行比较。这允许基于该比较来将功率转换器的输出电压调整到目标电平。

备选地，其他传统的隔离式开关功率转换器并不直接感测输出电压。与之相对，这些转换器只感测开关功率转换器的变压器电路的初级侧的信号以检测输出电压电平。这些仅初级信号与固定于选定电压的参考电压进行比较，以使得功率转换器的输出电压被调整到目标电平。这些隔离式开关功率转换器通常称为仅初级反馈转换器。

对于用于向便携设备(例如，智能手机、膝上型计算机)提供经调整的功率的开关功率转换器而言，开关功率转换器有三种工作模式：待机模式、充电模式和操作模式。

待机模式是当开关功率转换器耦合到AC市电(即，供电电压)，但是与电子设备断开时。因此，开关功率转换器在低负载条件(即，无负载)下进行操作。在待机模式期间，开关功率转换器必须在无负载条件下维持输出电压调整。此外，为了满足强制的环境标准，开关功率转换器必需使得内部功耗最小化。举例而言，根据5星级能量标准，在230V交流输入电压下，蜂窝电话充电器的最大可允许待机功耗通常是30mW。

在待机模式所采用的方法中，脉冲频率调制是有效的并且经常使用的方法，其中，响应于无负载条件，开关转换器的操作频率降低到待机模式操作频率。功耗的新趋势要求超低的待机功耗，例如，小于10mW并且甚至小于5mW，这需要低得多的无负载操作频率以调整输出电压。

充电模式是当开关功率转换器耦合到AC市电和电子设备这两者时。因此，开关功率转换器在负载条件下进行操作。此处，开关功率转换器提供经调整的功率，以在电子设备不在活动使用中的情况下对电子设备的内部电池进行充电。在这种情况中，在当电子设备初始连接到开关功率转换器时，在开关功率转换器上置有一次性的“低到高”动态负载。在这种情形下，开关功率转换器从待机模式转换到充电模式。在该转换期间，操作频率从待机操作频率增加到与负载条件相关联的较高频率。响应于输出负载的突然增加，存在输出电压的初始下降，以及输出电压的过冲振荡(overshoot ringing)。输出电压下降和振荡的量很大程度上基于输出滤波器组件和控制环路的速度。一旦连接，置于开关电源上的负载通常是静态的，并且随着电池充电状态逐渐地增加而缓慢地改变。

与之相对，当开关功率转换器从充电模式转换到待机模式时，在开关功率转换器上置有一次性的“高到低”动态负载。当开关控制器检测到高到低的动态负载时，开关功率转换器被置于待机模式，而开关频率相关联地降低到对应于无负载条件的待机操作频率。在这种情况中，当高到低的动态负载被置于转换器上时，存在相关联的输出电压的上升和过冲振荡。