[发明专利]具有提高的轻负载效率的开关式电源

说明书

一种可操作以控制开关式电源(200)中的开关元件的开关的控制电路(210)。控制电路(210)包括开关控制信号生成器(220)，可操作以生成用于开关这些开关元件的控制信号，以使得开关式电源(200)将输入电压(V_in)转换成输出电压(V_out)。控制电路(210)进一步包括操作模式设置模块(260)，其可操作以接收指示流到连接开关式电源(200)的负载(R)的电流的信号(I)，并且可操作以使得开关式电源(200)生成控制信号以便基于电流以连续导通模式或脉冲跳跃模式来操作开关式电源(200)。在脉冲跳跃模式中，开关元件在开关式电源(200)的至少一个开关周期内被关闭，但是开关式电源继续对负载(R)供电。操作模式设置模块(260)可操作以监测指示电流的信号(I)以确定电流是否超过阈值，并且可操作以生成控制信号，以使得在电流超过阈值时开关式电源(200)以连续导通模式操作，并且在确定电流已经降到阈值或者低于阈值时开关式电源(200)的操作从连续导通模式被改变到脉冲跳跃模式，以使得脉冲跳跃模式是从连续导通模式进入。

技术领域

本发明一般性地涉及开关式电源(开关模式电源或开关模式的电源)的领域，并且更具体地，涉及控制开关式电源中的开关元件的方案，该方案在以轻负载运行时提高开关式电源的效率。

背景技术

开关式电源(SMPS)是一类熟知的电源转换器，由于其小的尺寸和重量以及高的效率而具有各种各样的应用。例如，SMPS被广泛用在个人计算机和便携式电子设备、诸如蜂窝电话。SMPS通过高频率地(通常是数十到数百kHz)对开关元件进行开关、开关元件诸如电源MOSFET来实现这些优点，开关的频率或占空比定义了输入电压被转换到期望的输出电压的效率。开关式电源多年来已经被设计用于50到100％的负载范围中的高功率效率。这已经使得诸如同步整流之类的技术被采用，这些技术使得在较高电流水平的高效率。

图1示出了已知的硬开关的、隔离的SMPS的背景示例，该SMPS即将输入电压V_in转换到输出电压V_out而同时通过隔离变压器将输入与输出隔离的SMPS。如所示出的，SMPS 100以全桥式(DC到DC)转换器的形式被提供，它的初级侧上具有初级侧驱动电路，该初级侧驱动电路具有晶体管Q1、Q2、Q3和Q4(其可以例如是场效应晶体管，诸如MOSFET或IGBT)，这些晶体管连接在电源的输入之间并且连接到全桥式布置中的隔离变压器110的初级绕组111。晶体管Q1-Q4因此被配置为响应于被应用在其上的开关控制信号而驱动初级绕组111。

晶体管的开关由开关控制电路来控制，该开关控制电路包括开关驱动电路120、脉冲宽度调制(PWM)控制器和误差信号生成器140。驱动电路120和PWM控制器130一起用作为开关控制信号生成器。更具体地，驱动电路120生成要被应用到晶体管Q1-Q4的栅极的相应驱动脉冲，以便于将晶体管打开或关闭，驱动脉冲根据由PWM控制器130提供到驱动电路120的开关控制信号而生成。进而，PWM控制器130被布置为接收由误差信号生成器140生成的误差信号。误差信号提供SMPS 100的输出(在这里是输出电压V_out)与针对输出的基准(在本示例中是基准电压V_ref)之间的差异的度量。在本示例中，来自误差信号生成器140的误差信号穿过在SMPS 100的初级侧电路和次级侧电路之间提供的电隔离壁垒150(例如，一个或多个光电转换器)。