(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力スイッチを備える電力変換装置で使用されるコントローラーであって、
前記電力スイッチにより伝導されるスイッチ電流を表す電流検出信号と電流限界値とを比較するように接続された比較器であって、
当該比較器が、前記スイッチ電流が前記電流限界値に達したか否かを表す比較器出力信号を出力する、
当該比較器と、
前記電力変換装置の出力を表すフィードバック信号と前記比較器出力信号とを受信するように接続された駆動回路であって、
当該駆動回路が、前記比較器出力信号に応答して、前記電力スイッチのスイッチングを制御して前記電力変換装置の出力を調節する駆動信号を生成するように接続されており、
前記スイッチ電流が前記電流限界値に達した場合、当該駆動回路が前記電力スイッチをオフに切り替える、
当該駆動回路と、
前記フィードバック信号を受信することと、初期電流限界値を表す初期電流限界値信号を生成することとを行うように接続された電流限界値生成器であって、
前記電流限界値が、前記初期電流限界値に応答する、
当該電流限界値生成器と、
前記電力変換装置の軽負荷状態の出力と検出とをすることと、軽負荷信号を出力することとを行うように接続された軽負荷検出回路と、
変調信号を出力することと、前記軽負荷状態を示す前記軽負荷信号に応答して、前記初期電流限界値を変調することとを行うように接続された電流限界値変調回路と、
を備えるコントローラー。
【請求項２】
前記軽負荷状態が検出されない場合、前記電流限界値が実質的に前記初期電流限界値であり、
前記軽負荷状態が検出された場合、前記電流限界値が実質的に前記変調信号により変調された前記電流限界値である、
請求項１のコントローラー。
【請求項３】
前記初期電流限界値が閾値未満である場合、前記軽負荷検出回路は、前記軽負荷状態であると判定する、
請求項１のコントローラー。
【請求項４】
前記初期電流限界値が、複数の異なる値のリストから選択される、
請求項１のコントローラー。
【請求項５】
前記変調信号が、三角波形、または、のこぎり波形である、
請求項１のコントローラー。
【請求項６】
前記電流限界値変調回路が、
クロック信号を受信することと、前記クロック信号に応答して、カウントをインクリメントまたはデクリメントすることとを行うように接続されたカウンターをさらに備え、
前記変調信号が、前記カウントの前記インクリメントまたはデクリメントに応答する、
請求項１のコントローラー。
【請求項７】
前記コントローラーが、
前記変調信号と前記初期電流限界値とを受信することと、前記電流限界値を出力することとを行うように接続された算術演算素子であって、
前記電流限界値が、前記変調信号と前記初期電流限界値との算術演算に応答する、
当該算術演算素子と、
前記軽負荷信号によって制御されるように接続されたスイッチであって、
当該スイッチがオンである場合、前記算術演算素子が、前記変調信号を受信する、
当該スイッチと、
をさらに備える、請求項１のコントローラー。
【請求項８】
前記変調信号が、デジタルステップ信号である、
請求項１のコントローラー。
【請求項９】
前記コントローラーが、ジッタ信号を出力するように接続されたジッタ発生器をさらに含み、
前記ジッタ発生器が、前記電力スイッチのスイッチング周波数を変調する、
請求項１のコントローラー。
【請求項１０】
前記ジッタ信号が、算術演算素子により、または、クロック信号を生成するように接続された発振器により受信される、
請求項９のコントローラー。
【請求項１１】
前記コントローラーが、前記フィードバック信号を受信することと、イネーブル信号を出力することとを行うように接続されたイネーブル回路をさらに含み、
前記イネーブル回路が、前記電力スイッチをオンに切り替えることを判定する、
請求項８のコントローラー。
【請求項１２】
前記コントローラーが、前記フィードバック信号を受信することと、イネーブル信号を出力することとを行うように接続されたイネーブル回路をさらに含み、
前記イネーブル回路が、前記電力スイッチをオンに切り替えることを判定し、
前記ジッタ信号が、前記イネーブル回路により受信される、
請求項１０のコントローラー。
【請求項１３】
電力スイッチを備えるスイッチング電力変換装置用のコントローラーであって、
前記電力スイッチにより伝導される電流を表す電流検出信号と、フィードバック信号に応答して生成される電流限界値とを比較することと、前記電力スイッチにより伝導される前記電流が前記電流限界値を上回ったことを示す前記比較に応答して、前記電流が前記電流限界値を上回ったことを示す信号を出力することとを行う比較器と、
前記電流が前記電流限界値を上回ったことを示す前記信号に応答して、前記電力スイッチをオフ状態に切り替える電力スイッチ駆動回路と、
前記スイッチング電力変換装置における軽負荷を検出することと、前記スイッチング電力変換装置における前記軽負荷に応答して、軽負荷信号を出力することとを行うように接続された軽負荷検出回路と、
前記スイッチング電力変換装置における前記軽負荷を示す前記軽負荷信号に応答して、前記電流限界値を変調する電流限界値変調回路であって、前記軽負荷信号が前記スイッチング電力変換装置における前記軽負荷を示している場合を除いて、前記電流限界値変調回路が前記電流限界値を変調しない、電流限界値変調回路と、
を備えるコントローラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電力変換装置を制御することに関する。より具体的には、本発明の例は、変化する負荷条件下でスイッチング電力変換装置を制御することに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年４月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／１４５，８２０号の利益を主張し、同出願の内容は、参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
電子装置（例えば、携帯電話、タブレット、ノートパソコンなど）は、動作に電力を使用する。スイッチング電力変換装置は、それらが高効率であり、寸法が小さく、さらに、重さが軽いという理由から、現在の多くの電子機器に給電するために一般的に使用される。従来の壁のコンセント差込口は、高電圧の交流を提供する。スイッチング電力変換装置では、エネルギー変換素子を使用して、高電圧の交流（ＡＣ）入力が変換されて、適切に調節された直流電流（ＤＣ）出力を負荷に提供する。動作時、スイッチング電力変換装置において、デューティ比（典型的には、総スイッチング周期に対するスイッチのオン期間の比）を変化させることにより、スイッチング周波数を変化させることにより、または、スイッチの単位時間あたりのオン／オフパルスの数を変化させることにより、所望の出力を提供するように、スイッチがオン及びオフに切り替えられる。
【０００４】
以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態が説明され、別段の指定がない限り、異なる図の中の同様の参照番号は、同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の教示に従った、入力電圧を受信して、負荷における出力電圧及び出力電流を生成する例示的な電力変換システムを示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の教示に従った、例示的な電力変換装置での様々な動作モードにおける例示的なスイッチ電流のタイミング図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の教示に従った、電力変換システムが軽負荷であると例示的な軽負荷検出回路が判定したときの、例示的な変調信号、初期電流限界値、及び結果として得られる電流限界値のタイミング図を示す。
【図２】図２は、本発明の教示に従った、例示的な電力変換装置に含まれ得る例示的なコントローラーを示す。
【図３】図３Ａは、本発明の教示に従った、例示的な電力変換装置の例示的なコントローラーに含まれ得る例示的な変調回路を示す。図３Ｂは、本発明の教示に従った、例示的な変調回路に含まれ得る例示的な結果として得られる変調信号を示す。
【図４】図４Ａは、本発明の教示に従った、例示的な電力変換装置例示的なコントローラーに含まれ得る他の例示的な変調回路を示す。図４Ｂは、本発明の教示に従った、例示的な変調回路に含まれ得る例示的な結果として得られる変調信号を示す。
【図５】図５は、本発明の教示に従った例示的な電力変換装置に含まれ得る他の例示的なコントローラーを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面中の複数の図にわたり、対応する参照符号は、対応する構成要素を示す。当業者は、図中の要素が簡潔かつ明確であるように描かれていること、及び、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解すると考えられる。例えば、図中のいくつかの要素の寸法は、本発明の様々な実施形態をより理解しやすくするため、他の要素より誇張されている場合がある。さらに、市販に適した実施形態で有用または必要な、一般的だがよく理解されている要素は、多くの場合、本発明に係るこれらの様々な実施形態の図が見づらくならないように、描かれていない。
【０００７】
以下の説明では、本発明を十分に理解できるように、多くの具体的な詳細事項が記載されている。本発明を実施する際に具体的な詳細事項を必ずしも使用する必要がないことが、当業者には明らかだと考えられる。他の例では、本発明が理解しにくくならないように、よく知られた材料または方法は、詳細には説明されていない。
【０００８】
本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」についての言及は、実施形態または例に関連して説明されている特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所における「一実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態において（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態または実施例を参照しているわけではない。さらに、１つ以上の実施形態または例において、特定の特徴、構造または特性が、任意の適切な組み合わせ、及び／または、部分的組み合せで組み合わされ得る。特定の特徴、構造または特性は、説明されている機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書と共に提供される図が当業者への説明を目的としていること、及び、図面が必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではないことが理解される。
【０００９】
本発明の例において、電力変換装置のコントローラーは、電力変換装置が軽負荷状態であるか検出し得る。電力変換装置が軽負荷状態である場合、スイッチング周波数は、可聴ノイズ範囲内であり得る。コントローラーが軽負荷状態を検出すると、コントローラーは、スイッチング周波数がもはや可聴ノイズ範囲内ではなくなるように、電力スイッチのスイッチング周波数を変調し得る。一例において、電力スイッチは、オンに切り替わり、電力スイッチにより伝導される電流（スイッチ電流と呼ばれる）が電流限界値に達するまで、オフに切り替わらない。電流限界値を変調することにより、電力スイッチのスイッチング周波数が、変調され得る。さらに、電流限界値は、結果として得られる変調されたスイッチング周波数が可聴ノイズ範囲外となるように、変調される。一例において、電流限界値の１５％の変調は、電力スイッチのスイッチング周波数における約３０％の変調をもたらし得る。コントローラーは、さらに、事前変調された電流限界値から、電力変換装置が軽負荷状態であるか判定し得る。事前変調された電流限界値が閾値未満である場合、コントローラーは、電力変換装置が軽負荷状態であると判定する。他の例において、事前変調された電流限界値は、電流限界値のリストから選択され得る。事前変調されたものが電流限界値の最小値である場合、コントローラーは、電力変換装置が軽負荷状態であると判定し得る。
【００１０】
図１Ａは、入力電圧ＶＩＮ１０６を受信して、負荷１２４における出力電圧ＶＯ１２０と出力電流ＩＯ１２２とを生成する例示的な電力変換システム１００を示す。一例において、入力電圧ＶＩＮ１０６は、入力電圧源（図示せず）から受信された、整流されてフィルタに通されたＡＣ入力電圧ＶＲＥＣＴ１０２である。入力電圧ＶＩＮ１０６及び出力電圧ＶＯ１２０は、入力の戻り１０８に対して正である。電力変換システム１００は、出力電流ＩＯ１２２、出力電圧ＶＯ１２０、またはその両方などの出力を調節するため、コントローラー１３０によって制御される電力変換装置１１０を含む。電力変換装置ブロック１１０は、典型的には、少なくとも１つの電力スイッチＳ１  １１２と、少なくとも１つのエネルギー変換素子１１４と、少なくとも１つのコンデンサ１１６とを含む。電力スイッチＳ１  １１２は、一次スイッチとも呼ばれ得る。電力変換システム１１０は、それに応じて、電力変換装置ブロック１１０のスイッチとエネルギー変換素子とコンデンサとを配設することによるバック型変換器の多くの変形例の１つであるように構成され得る。電力変換装置の任意の数の形態が、本発明の教示による利益を享受することが理解されるべきである。
【００１１】
コントローラー１３０は、電力スイッチＳ１  １１２により伝導されるスイッチ電流を表すスイッチ電流検出信号１４７を受信するように接続されている。コントローラー１３０は、さらに、電力変換装置の出力（出力電圧ＶＯ１２０、出力電流ＩＯ１２２、またはその両方）を表すフィードバック信号ＵＦＢ１２８を受信するように接続されている。コントローラー１３０は、フィードバック信号ＵＦＢ１２８とスイッチ電流検出信号１４７とに応答して、電力スイッチＳ１  １１２のスイッチングを制御するため、駆動信号１３３を出力する。フィードバック信号ＵＦＢ１２８は、検出回路１２６から受信され得る。図１Ａに示されるように、コントローラー１３０は、駆動回路１３２、比較器１４６、電流限界値生成器１３４、軽負荷検出回路１３６、及び変調回路１４０を含む。コントローラー１３０は、さらに、発振器１５０、二次スイッチ１４４、及び算術演算素子１３８も含む。
【００１２】
示されている例において、コントローラー１３０は、単一のコントローラーとして示されているが、コントローラー１３０に示されている要素は、別の一次コントローラー、二次コントローラー、またはその両方に含まれ得る。一次コントローラーは、一次スイッチのスイッチング（電力スイッチＳ１  １１２など）を制御し、二次コントローラーは、二次スイッチのスイッチングを制御する。同期整流器は、電源の二次側に実装され得る。一次コントローラーと二次コントローラーとは、通信リンクを介して通信し得る。一例において、一次コントローラーと二次コントローラーとは、コントローラー１３０として示されているハイブリッドまたはモノリシック集積回路のいずれかとして製造される集積回路の一部として形成され得る。一例において、一次スイッチ１１２も、コントローラー１３０と共に、単一の集積回路パッケージに一体化され得る。他の例において、二次スイッチは、コントローラー１３０と共に、単一の集積回路パッケージに一体化され得る。しかし、他の例において、一次コントローラーと二次コントローラーとの両方が、単一のコントローラーパッケージに含まれる必要はなく、例えば、別のコントローラーパッケージに実装され得ることが理解されるべきである。加えて、一例において、一次コントローラーと二次コントローラーとが、別の集積回路として形成され得る。
【００１３】
駆動回路１３２及び電流限界値生成器１３４は、フィードバック信号ＵＦＢ１２８を受信するように接続されている。駆動回路１３２は、フィードバック信号ＵＦＢ１２８に応答して、電力スイッチ１１２のスイッチングを制御し得る。例えば、駆動回路１３２は、電力スイッチ１１２のオン期間、オフ期間、スイッチング周波数、または単位時間あたりのパルス数を制御する駆動信号１３３を出力し得る。駆動信号は、長さの変化する論理ハイ値と論理ロー値とをとる方形パルス波形であり得、前エッジ間の時間は、スイッチング周期ＴＳＷと呼ばれ得る。スイッチング周期ＴＳＷは、ＡＣライン周期ＴＡＣよりかなり小さいものであり得る。加えて、駆動回路１３２は、電流限界値比較器１４６の出力を受信し得る。図示されるように、電流限界値比較器１４６は、（その反転入力で）スイッチ電流検出信号１４７を介してスイッチ電流ＩＳＷ１１８を受信することと、（その非反転入力で）電流限界値ＵＬＩＭ１４５を受信することとを行うように接続されている。スイッチ電流ＩＳＷ１１８が電流限界値ＵＬＩＭ１４５に達したとき、駆動回路１３２は、（図１Ｂでさらに図示されるように）電力スイッチ１１２をオフに切り替える駆動信号１３３を出力する。電流限界値生成器１３４は、フィードバック信号ＵＦＢ１２８に応答して、コントローラー１３０に対する初期電流限界値ＵＰＬ１３５を決定し得る。一例において、コントローラーが軽負荷状態でないとき、電流限界値ＵＬＩＭ１４５は、実質的に初期電流限界値ＵＰＬ１３５である。
【００１４】
コントローラー１３０は、さらに、任意選択的に、イネーブル回路１２７（破線で図示）を含み得、イネーブル回路１２７は、フィードバック信号ＵＦＢ１２８を受信し、イネーブル信号ＵＥＮ１２９を出力し得る。イネーブル信号ＵＥＮ１２９は、電力スイッチ１１２を有効化または無効化するための情報を、コントローラー１３０に提供する。さらに、イネーブル信号ＵＥＮ１２９は、１つ以上の有効化イベントを含み得、これにより、電力スイッチ１１２を有効化（または、無効化）する。例えば、イネーブル信号ＵＥＮ１２９内の有効化イベントが受信されると、電力スイッチ１１２が有効化され（すなわち、オンに切り替えられ）得る。一例において、イネーブル回路１２７は、イネーブル信号ＵＥＮ１２９を出力し、イネーブル信号ＵＥＮ１２９は、一例において、あるパルス長の方形パルス波形である。イネーブル信号ＵＥＮ１２９内の有効化イベントは、電力スイッチ１１２を有効化（または無効化）するパルスまたはパルス列であり得る。駆動回路１３２は、イネーブル信号ＵＥＮ１２９に応答して、駆動信号１３３を出力し得る。一例において、駆動回路１３２がイネーブル信号ＵＥＮ１２９から有効化パルスを受信すると、駆動回路１３２が電力スイッチ１１２をオンに切り替える。さらに、電流限界値生成器１３４は、イネーブル信号１２９に応答して、初期電流限界値ＵＰＬ１３５の値を決定し得る。一例において、電流限界値生成器１３４は、イネーブル信号ＵＥＮ１２９内の有効化パルスの周波数（または、時間間隔）に応答して、初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５の値を決定し得る。
【００１５】
軽負荷検出回路１３６は、初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５と閾値ＵＴＨ１３７とを受信するように接続されている。本例において図１Ａに示す、軽負荷検出回路１３６は、比較器１３６として示されており、その非反転入力で閾値ＵＴＨ１３７が受信される間に、その反転入力で初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５が受信される。軽負荷検出回路１３６は、初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５が閾値ＵＴＨ１３７未満である場合、電力変換システム１００が軽負荷状態であるか判定する。図示されるように、軽負荷検出回路１３６の出力は、初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５が閾値ＵＴＨ１３７未満である場合に論理ハイであり得、その他の場合に論理ローであり得る軽負荷信号ＵＬＬ１４２である。一例において、閾値は、初期電流限界値ＵＰＬ１３５の最大値の５０％に、実質的に等しい値であり得る。
【００１６】
変調回路１４０は、変調信号ＵＭＯＤ１４１を出力するように接続されており、電力変換システムが軽負荷状態であると軽負荷検出回路１３６が判定した場合に、初期電流限界値ＵＰＬ１３５を変調する。図示されるように、変調回路１４０は、発振器１５０からシステムクロック１４３を受信し得、システムクロック１４３は、周期ＴＳＹＳをもち得る。変調回路１４０は、システムクロック１４３に応答して、変調信号ＵＭＯＤ１４１を出力し得る。一例において、変調信号ＵＭＯＤ１４１は、Ｎ×ＴＳＹＳに実質的に等しい周期の、のこぎり波形または三角波形であり得る。一例において、Ｎの値は、８×１６であり得る。Ｎの値は、システム周期が変調された回数と、一周期あたりのサイクル数とを表す。変調信号ＵＭＯＤ１４１の振幅は、初期電流限界値ＵＰＬ１３５の値のＸ％であり得る。一例において、Ｘ％の値は、１５％であり得る。他の例において、Ｘの範囲は、５％と４０％との間であり得る。さらに、図３Ｂ及び４Ｂで図示されるように、変調信号ＵＭＯＤ１４１は、ステップ状のこぎり波形またはステップ状三角波形であり得る。しかし、その波形が十分な振幅をもつ場合、あらゆる波形が、変調信号ＵＭＯＤ１４１として使用され得ることが理解されるべきである。
【００１７】
さらに、コントローラー１３０には、二次スイッチ１４４と算術演算素子１３８とが含まれ得る。算術演算素子は、初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５を受信するように接続されている。一例において、算術演算素子は、端末装置であり得る。算術演算素子は、さらに、二次スイッチ１４４が閉状態の時、または導通している時に、変調信号ＵＭＯＤ１４１を受信する。軽負荷検出回路１３６から出力される軽負荷信号ＵＬＬ１４２は、スイッチＳ２  １４４のスイッチングを制御し得る。電力変換システム１００が軽負荷状態であることを軽負荷信号ＵＬＬ１４２が示す場合、二次スイッチ１４４がオンになり（言い換えると、閉状態になる、または、導通する）、及び、算術演算素子１３８により変調信号ＵＭＯＤ１４１が受信され得る。電力変換システム１００が軽負荷状態であることを軽負荷信号ＵＬＬ１４２が示さない場合、二次スイッチ１４４がオフ（言い換えると、非導通または開状態）になり、及び、算術演算素子１３８が変調信号ＵＭＯＤ１４１を受信しない。一例において、算術演算素子１３８は、変調信号ＵＭＯＤ１４１と初期電流限界値信号ＵＰＬ１３５とに任意の数の算術関数（加算、減算、乗算、除算）を実行して、電流限界値ＵＬＩＭ１４５を出力し得る。しかし、（軽負荷状態であることを軽負荷検出回路１３６が検出していないため）算術演算素子１３８が変調信号ＵＭＯＤ１４１を受信しない場合、出力された電流限界値ＵＬＩＭ１４５は、実質的に、初期電流限界値ＵＰＬ１３５である。一例において、軽負荷状態が検出された場合、算術演算素子１３８は、変調信号ＵＭＯＤ１４１を初期電流限界値ＵＰＬ１３５に加算し得る。
【００１８】
図１Ｂは、様々な動作モード、特に、連続的な導通モード（ＣＣＭ）と不連続な導通モード（ＤＣＭ）とにおける例示的なスイッチ電流ＩＳＷ１１８のタイミング図１０１を示す。任意のスイッチング周期ＴＳＷ１５２中、一次スイッチ１１２は、駆動信号１３３に応答して、導通し得る。スイッチング周期ＴＳＷ１５２は、オン期間ｔＯＮ１５０とオフ期間ｔＯＦＦ１５１との２つの時間セクションに区分され得る。スイッチオン期間ｔＯＮ１５０は、スイッチング周期ＴＳＷ１５２のうち、スイッチＳ１  １１２が導通し得る部分を表す。スイッチオフ期間ｔＯＦＦ１５１は、スイッチング周期ＴＳＷ１５２のうち、一次スイッチ１１２が導通できない残りの部分を表す。図１Ｂの電流波形は、２つの基本的な動作モードを示す。図の右側の台形は、連続的な導通モード（ＣＣＭ）の特徴であるのに対し、図の左側の三角形は、不連続な導通モード（ＤＣＭ）の特徴である。ＣＣＭ中、スイッチ電流ＩＳＷ１１８は、スイッチオン期間ｔＯＮ１５０の開始の直後では、実質的に非ゼロである。ＤＣＭ時、スイッチ電流ＩＳＷ１１８は、スイッチオン期間ｔＯＮ１５０の開始の直後では、実質的にゼロである。スイッチオフ期間ｔＯＦＦ１５１の間、スイッチ電流ＩＳＷ１１８は、実質的にＣＣＭとＤＣＭとの両方でゼロである。加えて、スイッチ１１８は、スイッチ電流が電流限界値ＵＬＩＭ１３５に達すると、オフに切り替わり得る。加えて、最小スイッチング周期ＴＳＷ１５２は、システムクロックＴＳＹＳの期間と実質的に等しい値であり得ることに注意すべきである。
【００１９】
図１Ｃは、例示的な変調信号ＵＭＯＤ１４１と、初期電流限界値ＵＰＬ１３５と、電力変換システム１００が軽負荷状態である（すなわち、二次スイッチ１４４が導通している）と軽負荷検出回路１３６が判定した場合に結果として得られる電流限界値ＵＬＩＭ１４５とのタイミング図１０３を示す。示される例において、変調信号ＵＭＯＤ１４１は、周期をＮ×ＴＳＹＳ１５４（システムクロック１４３の周期のＮ倍）とする、のこぎり波形であり、振幅１５６は、初期電流限界値ＵＰＬ１３５の値のＸ％に実質的に等しい。示される例において、変調信号ＵＭＯＤ１４１の最小値は、実質的にゼロである。初期電流限界値ＵＰＬ１３５は、一定の非ゼロ値として図示される。図１Ｃの例の場合、算術演算素子は、変調信号ＵＭＯＤ１４１を初期電流限界値ＵＰＬ１３５に加算して、電流限界値ＵＬＩＭ１４５を出力し得る。従って、結果として得られる電流限界値ＵＬＩＭ１４５は、実質的に、周期Ｎ×ＴＳＹＳ１５４と初期電流限界値ＵＰＬ１３５の値のＸ％に実質的に等しい振幅１５６とをもつ、のこぎり波形である。電流限界値ＵＬＩＭ１４５の最小値は、初期電流限界値ＵＰＬ１３５の値（非ゼロ値として示されている）に実質的に等しい。
【００２０】
図２は、コントローラー１３０の一例であり得る、例示的なコントローラー２３０を示す。コントローラー２３０は、コントローラー１３０と同様であるが、変調回路２４０は、カウンター２４８とデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）２４９とを含むものとして図示される。加えて、電流限界値生成器２３４は、複数の値の１つから初期電流限界値ＵＰＬ２３５を選択し得、軽負荷検出回路は、初期電流限界値ＵＰＬ２３５が複数の値の最小値である場合に、軽負荷信号ＵＬＬ２３９を出力し得る。
【００２１】
電流限界値生成器２３４は、フィードバック信号ＵＦＢ２２８に応答して、または、代替的にイネーブル信号ＵＥＮ２２９に応答して、複数の値から初期電流限界値ＵＰＬ２３５を選択し得る。示される例において、電流限界値生成器２３４は、ＬＩＭ＿１、ＬＩＭ＿２からＬＩＭ＿Ｍまでの、列記したＭ個の値をとり得る。軽負荷信号ＵＬＬ２３９は、初期電流限界値ＵＰＬ２３５が値ＬＩＭ＿１（複数の値の最小値として図示されている）に実質的に等しい場合、軽負荷状態であると判定（及び、論理ハイ値を出力）し得る。そうではない場合、軽負荷検出信号ＵＬＬ２３９は、軽負荷状態であることを示さない（及び、論理ローである）。しかし、選択された複数の値が電力変換システムの軽負荷状態を示す場合には、初期電流限界値ＵＰＬ２３５が、複数の値の２つ以上（ＬＩＭ＿１及びＬＩＭ＿２など）に実質的に等しいとき、軽負荷信号ＵＬＬ２３９が論理ハイであり得ることが理解されるべきである。
【００２２】
変調回路２４０は、カウンター２４８とＤＡＣ２４９とを含むものとして図示される。カウンター２４８は、システムクロック２４３を受信するように接続し得、システムクロック２４３に応答して、そのカウント値をインクリメントまたはデクリメントする。図示されるように、カウンターは、Ｚビットカウンターであり、そのカウント値は、ＤＡＣ２４９に出力される。Ｂ１は、カウンター２４８の最下位ビット（ＬＳＢ）であり、ＢＺは、最上位ビット（ＭＳＢ）である。図示されるように、カウンター２４８の内部カウントにおけるＭＳＢ（ＢＺ）と前の２ビットとが、ＤＡＣ２４９に出力される。ＤＡＣ２４９は、カウンター２４８からビットを受信して、変調信号ＵＭＯＤ２４１を出力する。一例において、変調信号ＵＭＯＤ２４１は、ステップ状三角波形、若しくはステップ状のこぎり波形、または、あらゆる他のステップ状波形であり得る。しかし、任意の数のビットが、ＤＡＣ２４９へ出力され得ることが理解されるべきである。出力されるビットの数は、変調信号ＵＭＯＤ２４１の粒度に対応し得る。例えば、変調信号ＵＭＯＤ２４１がステップ状波形である場合、カウンター２４８により出力されるビットの数は、変調信号ＵＭＯＤ２４１のステップ数に対応し得る。一例において、１ステップは、１６スイッチングサイクルを含み得る。一例において、３ビットは、８ステップに対応する。加えて、使用されるビット数は、さらに、変調信号ＵＭＯＤ２４１の周期ＮＴＳＹＳを決定し得、Ｎは、変調信号ＵＭＯＤ２４１のステップとスイッチングサイクル数とを乗算することを含む。例えば、３ビットは、システムクロック周期ＴＳＹＳの（８×１６）倍の期間に対応する。
【００２３】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に関連して示される変調回路と変調信号との一例であり得る、例示的な変調回路３４０と、結果として得られる変調信号ＵＭＯＤ３４１とを示す。示される例において、変調回路３４０は、変調信号ＵＭＯＤ３４１として、ステップ状のこぎり波を出力する。変調回路３４０は、カウンター３４８とＤＡＣ３４９とを含むものとして図示される。カウンター３４８は、システムクロック３４３を受信するように接続し得、システムクロック３４３に応答して、そのカウント値インクリメントまたはデクリメントする。図示されるように、カウンターは、Ｚビットカウンターであり、そのカウント値は、ＤＡＣ３４９に出力される。ＤＡＣ３４９は、いくつかの電流源（３５８、３６０、及び３６２）とスイッチ（３５９、３６１、及び３６３）とを含むものとして図示される。電流源の値は、それに関連するカウンター３４８のビットに応じて重み付けされる。例えば、スイッチ３５９は、ビットＢＺによって制御され、関連する電流源３５８は、値
0006688138.tif 000002
をもつ。スイッチ３６１は、ビットＢＺ−１により制御され、関連する電流源３６０は、値
0006688138.tif 000003
をもつ。スイッチ３６３は、ビットＢＺ−２によって制御され、関連する電流源３６２は、値
0006688138.tif 000004
をもつ。従って、電流源３５８の値は、電流源３６０の値の２倍であり、以降も同様である。一例において、スイッチ（３５９、３６１、及び３６３）により受信される論理ハイ値は、閉状態の（または、言い換えると、有効化された）スイッチに対応し得、論理ロー値の場合は逆となる。図示されるように、変調信号ＵＭＯＤ３４１が、スイッチ（３５９、３６１、及び３６３）が閉状態にある電流源（３５８、３６０、及び３６２）の合計となるように、電流源（３５８、３６０、及び３６２）が接続される。
【００２４】
図３Ｂは、図３Ａの変調回路３４０の場合に出力された変調信号ＵＭＯＤ３４１を示す。ビット（ＢＺ−２）３６８、（ＢＺ−１）３６６、及びＢＺ３６４がすべて、論理ローである場合、スイッチ（３５９、３６１、及び３６３）が開状態になり、さらに、変調信号ＵＭＯＤ３４１が実質的にゼロとなる。システムクロック３４３に応答して、カウンター３４８がインクリメントするとき、各ビットもインクリメントし、スイッチ（３５９、３６１、及び３６３）が、それぞれ、開状態及び閉状態になる。加えて、変調信号ＵＭＯＤ３４１の各ステップは、変調信号ＵＭＯＤ３４１の値を実質的に
0006688138.tif 000005
ぶん増やす。変調信号ＵＭＯＤ３４１の最大値は、振幅Ｘ％ＬＩＭ＿１であり、
0006688138.tif 000006
である。変調信号ＵＭＯＤ３４１のグラフの下方のビット（ＢＺ−２）３６８、（ＢＺ−１）３６６、及びＢＺ３６４の表は、変調信号ＵＭＯＤ３４１の各値に対するビット（ＢＺ−２）３６８、（ＢＺ−１）３６６、及びＢＺ３６４の値を示す。
【００２５】
図４Ａ及び図４Ｂは、図２に関連して示される変調回路と変調信号との一例であり得る、例示的な変調回路４４０と結果として得られる変調信号ＵＭＯＤ４４１とを示す。図４Ａの変調回路４４０は、図３Ａと同様であるが、カウンター４４８は、（Ｚ＋１）ビットカウンターであり、変調回路４４０は、さらに、論理回路４９０を含む。変調回路４４０は、変調信号ＵＭＯＤ４４１としてステップ状三角波形を出力する。論理回路４９０は、ビット（ＢＺ−２）４６８と（ＢＺ−１）４６６とＢＺ４６４と（ＢＺ＋１）４９２とを受信することと、ビット（ＣＺ−２）と（ＣＺ＋１）とＣＺとを出力することとを行うように接続されており。本例の場合、ビット（ＢＺ＋１）は、ＭＳＢである。ビット（ＢＺ＋１）４９２が論理ローである場合、ビット（ＣＺ−２）と（ＣＺ＋１）とＣＺとが、それぞれ、ビット（ＢＺ−２）４６８、（ＢＺ−１）４６６、及びＢＺ４６４に実質的に等しい。従って、ビット（ＢＺ＋１）４９２が論理ローである場合、ビット（ＣＺ−２）と（ＣＺ＋１）とＣＺとが、（０，０，０）からカウントアップし、変調信号ＵＭＯＤ４４１が、変調信号ＵＭＯＤ３４１と同様になる。ビット（ＢＺ−１）が論理ハイである場合、論理回路４９０は、ビット（ＢＺ−２）４６８と（ＢＺ−１）４６６とＢＺ４６４とを反転させ、出力されるビット（ＣＺ−２）と（ＣＺ＋１）とＣＺとが実質的にビット（ＢＺ−２）４６８と（ＢＺ−１）４６６とＢＺ４６４とを反転させたものとなる。従って、ビット（ＣＺ−２）と（ＣＺ＋１）とＣＺとが、（１、１、１）からカウントダウンし、変調信号ＵＭＯＤ４４１が減少する。変調信号ＵＭＯＤ３４１のグラフの下方のビット（ＢＺ−２／ＣＺ−２）４６８、（ＢＺ−１／ＣＺ−１）４６６、（ＢＺ／ＣＺ）４６４、及び（ＢＺ＋１）４９２の表は、変調信号ＵＭＯＤ４４１の各値に対する各ビットの値を示す。変調信号ＵＭＯＤ４４１の結果として得られる波形は、図３Ｂに示す変調信号と同様であるが、周期は、実質的に１６×Ｎ×ＴＳＹＳ、すなわち、図３Ｂに示す変調信号の周期の２倍である。変調信号ＵＭＯＤ４４１の各ステップは、変調信号ＵＭＯＤ４４１の値を実質的に
0006688138.tif 000007
ぶん増加または減少させる。変調信号ＵＭＯＤ４４１の最大値は、振幅Ｘ％ＬＩＭ＿１であり、
0006688138.tif 000008
である。
【００２６】
図５は、図１Ａ及び図２に関連して説明されたコントローラーと同様の、他の例示的なコントローラー５３０を示す。しかし、図示されたコントローラー５３０は、ジッタ信号ＵＪＴＲ５７１を出力するジッタ発生器５７０をさらに含む。出力されるジッタ信号ＵＪＴＲ５７１は、電力スイッチのスイッチング周波数に継続的にジッタを発生させることに使用され得る。一例において、ジッタ発生器５７０は、ジッタ信号ＵＪＴＲ５７１を生成して、電源の電磁妨害（ＥＭＩ）放射、特に、電源のＥＭＩ放射の大きさを低減する。周波数ジッタは、スイッチング周波数の高調波におけるエネルギーを広げて、いくつかの種類のＥＭＩ放射の大きさを低減させることに使用され得る。
【００２７】
示される例において、ジッタ信号ＵＪＴＲ５７１は、イネーブル回路５２７で導入され得、さらに、周波数にジッタを発生させ得、これにより、イネーブル信号ＵＥＮ５２９のパルスの生成を可能にする。ジッタ信号ＵＪＴＲ５７１は、算術演算素子５３８を介して初期電流限界値ＵＰＬ５３５にも導入され得る。本例の場合、初期電流限界値ＵＰＬ５３５は、ジッタ信号ＵＪＴＲ５７１により継続的に変調され得、電力変換装置が軽負荷状態である場合、変調信号ＵＭＯＤ５４１によりさらに変調され得る。加えて、ジッタ信号は、システムクロック５４３の周波数にジッタを発生させる発振器５５０にも導入され得る。
【００２８】
本発明に関して示された例についての上記の説明は、要約で説明されている事項を含め、網羅的であることも、開示されている形態そのものに限定されることも意図されていない。本発明の特定の実施形態及び例は、本明細書において例示を目的として説明されており、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力領域値、時間などは、説明のために提示されること、及び、本発明の教示に従った他の実施形態および実施例において他の値が使用され得ることが理解される。
【００２９】
実施形態
本発明は、添付された請求項で規定されるが、本発明は、さらに（代替的に）、以下の実施形態に従って規定され得ることが理解されるべきである。
【００３０】
１．電力スイッチを備える電力変換装置で使用されるコントローラーであって、
電力スイッチにより伝導されるスイッチ電流を表す電流検出信号と電流限界値とを比較するように接続された比較器であって、
スイッチ電流が電流限界値に達したか否かを表す比較器出力信号を当該比較器が出力する、
当該比較器と、
電力変換装置の出力を表すフィードバック信号と比較器出力信号とを受信するように接続されている駆動回路であって、
比較器出力信号に応答して、電力スイッチのスイッチングを制御して電力変換装置の出力を調節する駆動信号を生成するように当該駆動回路が接続されており、
スイッチ電流が電流限界値に達した場合、当該駆動回路が電力スイッチをオフに切り替える、
当該駆動回路と、
フィードバック信号を受信して初期電流限界値信号を生成するように接続された電流限界値生成器であって、
電流限界値が、初期電流限界値に応答する、
当該電流限界値生成器と、
電力変換装置の軽負荷状態の出力と検出とをすることと、軽負荷信号を出力することとを行うように接続された軽負荷検出回路と、
軽負荷状態を示す軽負荷信号に応答して、変調信号を出力することと、初期電流限界値を変調することとを行うように接続された電流限界値変調回路と、
を備えるコントローラー。
【００３１】
２．軽負荷状態が検出されない場合、電流限界値が実質的に初期電流限界値であり、
軽負荷状態が検出された場合、電流限界値が実質的に、変調信号により変調された電流限界値である、
実施形態１のコントローラー。
【００３２】
３．軽負荷検出回路は、初期電流限界値が閾値未満である場合、軽負荷状態であると判定する、
実施形態１のコントローラー。
【００３３】
４．初期電流限界値信号が、複数の異なる値の１つであり得る、
実施形態１のコントローラー。
【００３４】
５．軽負荷検出回路は、初期電流限界値が複数の異なる値の最小値である場合、軽負荷状態であると判定する、
実施形態４のコントローラー。
【００３５】
６．変調回路が、最小でも、初期電流限界値の大きさの５％ぶん初期電流限界値を変調する、
実施形態１のコントローラー。
【００３６】
７．変調回路が、初期電流限界値の大きさの実質的に１５％ぶん初期電流限界値を変調する、
実施形態１のコントローラー。
【００３７】
８．変調回路が、初期電流限界値の大きさの５〜４０％の波形であり得る、または、初期電流限界値の大きさの５〜４０％の振幅距離をもち得る、
実施形態１のコントローラー。
【００３８】
９．変調回路が、三角波形、または、のこぎり波形であり得る、
実施形態８のコントローラー。
【００３９】
１０．変調回路が、
クロック信号を受信することと、クロック信号に応答してカウントをインクリメントまたはデクリメントすることとを行うように接続されたカウンターをさらに備え、
変調信号が、カウントのインクリメントまたはデクリメントに応答する
実施形態１のコントローラー。
【００４０】
１１．コントローラーが、
変調信号と初期電流限界値とを受信することと、電流限界値を出力することとを行うように接続された算術演算素子であって、
電流限界値が、変調信号と初期電流限界値との算術演算に応答する、
当該算術演算素子と、
軽負荷信号によって制御されるように接続されたスイッチであって、
当該スイッチがオンである場合、算術演算素子が変調信号を受信し得る、
当該スイッチと、
をさらに備える、実施形態１のコントローラー。
【００４１】
１２．算術演算素子が、端末装置である、
実施形態１０のコントローラー。
【００４２】
１３．変調信号が、デジタルステップ信号であり得る、
実施形態１のコントローラー。
【００４３】
１４．コントローラーが、ジッタ信号を出力するように接続されたジッタ発生器をさらに含み、
ジッタ発生器が、電力スイッチのスイッチング周波数を変調し得る、
実施形態１のコントローラー。
【００４４】
１５．ジッタ信号が、算術演算素子により、または、クロック信号を生成するように接続された発振器により受信され得る、
実施形態１３のコントローラー。
【００４５】
１６．コントローラーが、フィードバック信号を受信することと、イネーブル信号を出力することとを行うように接続されたイネーブル回路をさらに含み、
イネーブル回路が、電力スイッチをオンに切り替えることを判定し得る、
実施形態１３のコントローラー。
【００４６】
１７．ジッタ信号が、イネーブル回路により受信され得る、
実施形態１５のコントローラー。
【００４７】
１８．電力スイッチを備えるスイッチング電力変換装置用のコントローラーであって、
電力スイッチにより伝導される電流を表す電流検出信号と電流限界値とを比較することと、電力スイッチにより伝導される電流が電流限界値を上回ったことを示す比較に応答して、それを示す信号を出力することとを行う比較器と、
電流限界値を上回る電流を示す信号に応答して電力スイッチをオフ状態に切り替える電力スイッチ駆動回路と、
スイッチング電力変換装置における軽負荷を検出することと、それに応答して軽負荷信号を出力することとを行うように接続された軽負荷検出回路と、
スイッチング電力変換装置における軽負荷を示す軽負荷信号に応答して、電流限界値を変調する電流限界値変調回路と、
を備えるコントローラー。
【００４８】
１９．軽負荷が、全負荷での電力消費の実質的に２５％未満の電力消費を有する負荷である、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００４９】
２０．電流限界値変調回路が、電流限界値を少なくとも５％ぶん変調する、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００５０】
２１．軽負荷検出回路が、事前変調された電流限界値が閾値未満であることに応答して、軽負荷を検出する、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００５１】
２２．閾値が、電流限界値の最大値より実質的に５０％小さい、
実施形態２１のコントローラー。
【００５２】
２３．電力スイッチ駆動回路により出力される電力スイッチ駆動信号のスイッチング周波数を変調するように接続された周波数変調回路をさらに備え、
駆動信号のスイッチング周波数は、電力スイッチがいつオフ状態からオン状態に切り替わるか規定する、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００５３】
２４．コントローラーが、フィードバック信号に応答して事前変調電流限界値を生成する電流限界値生成回路をさらに備え、
電流限界値変調回路が、
変調信号を生成する変調回路と、
変調信号と事前変調電流限界値とを受信するように接続された算術演算回路であって、
当該算術演算回路が、変調信号を使用して事前変調電流限界値を変調し、変調電流限界値を生成する、
当該算術演算回路と、
を備える、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００５４】
２５．変調回路が、
クロック信号を出力するように接続された発振器と、
クロック信号を受信することと、クロック信号に応答して、カウントをインクリメントまたはデクリメントすることとを行うように接続されたカウンターと、
を備え、
変調信号が、カウントのインクリメントまたはデクリメントに応答する、
実施形態２３のコントローラー。
【００５５】
２６．フィードバック信号に応答して、電流限界値生成回路が、事前変調電流限界値を複数の異なる値の１つに設定する、
実施形態２３〜２４のいずれか１つのコントローラー。
【００５６】
２７．軽負荷検出回路は、事前変調電流限界値が複数の異なる値の１つの最小値に設定された場合、軽負荷であると判定する、
実施形態２５のコントローラー。
【００５７】
２８．電流限界値生成回路が、イネーブル回路により生成されたイネーブル信号に応答して、事前変調電流限界値を生成し、
イネーブル回路が、フィードバック信号に応答して、電力スイッチを有効化するか判定する、
実施形態２３〜２４のいずれか１つのコントローラー。
【００５８】
２９．コントローラーが、周波数変調回路を備え、
周波数変調回路が、ジッタ信号を生成するジッタ発生器を備える、
実施形態２３〜２５または２７のいずれか１つのコントローラー。
【００５９】
３０．算術演算回路が、ジッタ信号を受信することと、ジッタ信号と変調信号との両方を使用して事前変調電流限界値を変調することとを行うように接続されている、
実施形態２８のコントローラー。
【００６０】
３１．発振器が、ジッタ信号を受信することと、ジッタ信号を使用してクロック信号を変調することとを行うように接続されている、
実施形態２８のコントローラー。
【００６１】
３２．イネーブル回路が、ジッタ信号を受信することと、ジッタ信号を使用してイネーブル信号を変調することとを行うように接続されている、
実施形態２８のコントローラー。
【００６２】
３３．電力スイッチを備えるスイッチング電力変換装置用のコントローラーであって、
電力スイッチに対する駆動信号のスイッチング周波数を変調するように接続された周波数変調回路であって、
駆動信号のスイッチング周波数が、電力スイッチがいつオフ状態からオン状態に切り替わるか規定する、
当該周波数変調回路と、
電流限界値を変調する電流限界値変調回路であって、
電流限界値が、電力スイッチがいつオン状態からオフ状態に切り替わるか規定する、
当該電流限界値変調回路と、
を備えるコントローラー。
【００６３】
３４．スイッチング電力変換装置における軽負荷を検出することと、それに応答して、軽負荷信号を出力することとを行うように接続された軽負荷検出回路と、
軽負荷信号に応答して電流限界値の変調をオンとオフとに切り替えるスイッチと、
をさらに備える、実施形態３３のコントローラー。
【００６４】
３５．軽負荷が、全負荷での電力消費の実質的に２５％の電力消費を有する負荷である、
実施形態３４のコントローラー。
【００６５】
３６．軽負荷検出回路が、事前変調された電流限界値が閾値未満であることに応答して、軽負荷を検出する、
先行するいずれか１つの実施形態のコントローラー。
【００６６】
３７．電流限界値変調回路が、
変調信号を生成する変調回路と、
変調信号と事前変調電流限界値とを受信するように接続された算術演算回路であって、
当該算術演算回路が、変調信号を使用して事前変調電流限界値を変調して変調電流限界値を生成する、
当該算術演算回路と、
を備える、実施形態３３〜３６のいずれか１つのコントローラー。
【００６７】
３８．変調回路が、
クロック信号を出力するように接続された発振器と、
クロック信号を受信することと、クロック信号に応答して、カウントをインクリメントまたはデクリメントすることとを行うように接続されたカウンターと、
を備え、
変調信号が、カウントのインクリメントまたはデクリメントに応答する、
実施形態３７のコントローラー。
【００６８】
３９．フィードバック信号に応答して、電流限界値生成回路が、事前変調電流限界値を複数の異なる値の１つに設定する、
実施形態３７〜３８のいずれか１つのコントローラー。
【００６９】
４０．周波数変調回路が、ジッタ信号を生成するジッタ発生器を備える、
実施形態３７〜３９のいずれか１つのコントローラー。
【００７０】
４１．算術演算回路が、ジッタ信号を受信することと、ジッタ信号と変調信号との両方を使用して事前変調電流限界値を変調することとを行うように接続されている、
実施形態４０のコントローラー。
【００７１】
４２．発振器が、ジッタ信号を受信することと、ジッタ信号を使用してクロック信号を変調することとを行うように接続されている、
実施形態４０のコントローラー。
【図１Ａ】
0006688138.tif 000009
【図１Ｂ】
0006688138.tif 000010
【図１Ｃ】
0006688138.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006688138.tif 000014
【図５】
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