(57)【要約】電力変換器は、典型的には、グレースフルスタートアップのため、および正しい動作電圧バイアスを発生させるための特有の回路を有する。典型的には、本特有の回路は、一次側「スタートアップ」コントローラの中に組み込まれる。本スタートアップコントローラはまた、いったん始動されると、電力変換器の制御の一次手段となることができる。しかしながら、二次側コントローラが、典型的には、より正確な出力電圧調整のために必要とされ、一次側スタートアップコントローラ内にすでに存在する回路を複製する。軽負荷または無負荷状態の間、ゲートドライバのオンおよびオフ切替は、二次側コントローラがスタンバイコード禁止（ディスエーブル）コマンドをスタートアップコントローラに送信するとき、停止される。
2018516525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器内のスタンバイ電力を低減させるための方法であって、
一次側スタートアップコントローラおよび二次側コントローラを電力変換器内に提供するステップと、
前記変圧器からの二次側電圧が所望の値に到達するまで、前記スタートアップコントローラを用いて、前記電力変換器内の変圧器に結合される電力スイッチを制御し、次いで、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を前記二次側コントローラから前記スタートアップコントローラに送信することによって、前記電力スイッチを制御するステップと、
ディスエーブル信号を前記二次側コントローラから前記スタートアップコントローラに送信し、前記電力スイッチの動作を禁止し、スタンバイモードに入るステップと、
イネーブル信号を前記二次側コントローラから前記スタートアップコントローラに送信し、前記電力スイッチの動作をイネーブルにし、動作モードに戻るステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号を送信するステップは、第１のアイソレーション回路を経由して、前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号を送信するステップを含み、前記ＰＷＭ信号を送信するステップは、第２のアイソレーション回路を経由して前記ＰＷＭ信号を送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イネーブル信号、前記ディスエーブル信号、および前記ＰＷＭ信号を送信するステップは、単一アイソレーション回路を経由して前記イネーブル信号、前記ディスエーブル信号、および前記ＰＷＭ信号を送信するステップを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ディスエーブル信号は、第１のコード化信号を備え、前記イネーブル信号は、第２のコード化信号を備える、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記一次側スタートアップコントローラ内のデコード回路を用いて、前記第１のコード化信号および前記第２のコード化信号をデコードするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、前記ＰＷＭ信号周波数より高い周波数にある、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、前記ＰＷＭ信号周波数より少なくとも１０倍の周波数にある、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、約５００ｋＨｚ±約５０ｋＨｚの周波数にあり、前記ＰＷＭ信号は、約２０ｋＨｚ〜約６５ｋＨｚの周波数にある、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ハイパスフィルタを用いて、前記ＰＷＭ信号からより高い周波数のイネーブル信号およびディスエーブル信号をフィルタ処理するステップをさらに含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ハイパスフィルタは、デジタルハイパスフィルタである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ハイパスフィルタは、アナログハイパスフィルタである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
低減されたスタンバイ電力を有する電力変換器であって、
第１のＤＣ電圧に結合される、スタートアップコントローラと、
一次巻線および二次巻線を有する、変圧器であって、前記変圧器の一次巻線は、前記第１のＤＣ電圧に結合される、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スタートアップコントローラに提供するための電流測定回路と、
前記変圧器の一次巻線に結合され、前記スタートアップ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に前記変圧器の二次巻線に結合される、二次側整流器と、
前記スタートアップコントローラおよび前記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、
前記スタートアップコントローラが前記第１のＤＣ電圧を受信すると、前記電力スイッチのオンおよびオフの制御を開始し、それによって、電流が前記変圧器の一次巻線を通して流動し、
ＡＣ電圧が、前記変圧器の二次巻線を横断して発生し、
前記二次側整流器からの第２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、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を前記二次側コントローラから前記スタートアップコントローラに送信することによって、前記電力スイッチの制御を引き継ぎ、
前記二次側コントローラは、スタンバイモードに入ると、ディスエーブル信号を前記スタートアップコントローラに送信し、前記電力スイッチの動作を禁止し、
前記二次側コントローラは、イネーブル信号を前記スタートアップコントローラに送信し、前記電力スイッチの動作をイネーブルにし、動作モードに戻る、
電力変換器。
【請求項１３】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、第１のアイソレーション回路を経由して送信され、前記ＰＷＭ信号は、第２のアイソレーション回路を経由して送信される、請求項１２に記載の電力変換器。
【請求項１４】
前記イネーブル信号、前記ディスエーブル信号、および前記ＰＷＭ信号は、単一アイソレーション回路を経由して送信される、請求項１２または請求項１３に記載の電力変換器。
【請求項１５】
前記ディスエーブル信号は、第１のコード化信号を備え、前記イネーブル信号は、第２のコード化信号を備え、前記スタートアップコントローラはさらに、前記第１のコード化信号および前記第２のコード化信号をデコードするためのデコード回路を備える、請求項１２−１４のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１６】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、前記ＰＷＭ信号周波数より高い周波数にある、請求項１５に記載の電力変換器。
【請求項１７】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、前記ＰＷＭ信号周波数より少なくとも１０倍の周波数にある、請求項１２−１６のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１８】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号は、約５００ｋＨｚ±約５０ｋＨｚの周波数にあり、前記ＰＷＭ信号は、約２０ｋＨｚ〜約６５ｋＨｚの周波数にある、請求項１２−１７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１９】
前記イネーブル信号および前記ディスエーブル信号がデコードされる前に前記ＰＷＭ信号をフィルタ除去するハイパスフィルタをさらに備える、請求項１２−１８のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２０】
前記電力変換器は、フライバック電力変換器を備える、請求項１２−１９のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２１】
前記電力変換器は、フォワード変換器、ＬＬＣ変換器、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、および位相シフトフルブリッジ変換器から成る群のうちの任意の１つから選択される、請求項１２−２０のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２２】
前記電力スイッチは、電力金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１２に記載の電力変換器。
【請求項２３】
前記アイソレーション回路は、光学結合器である、請求項１４−２２のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２４】
前記アイソレーション回路は、パルス変圧器である、請求項１４−２２のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２５】
前記スタートアップコントローラは、開ループ電流調整器と、電力スイッチドライバとを備える、請求項１２−２４のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２６】
前記スタートアップコントローラは、
前記第１のＤＣ電圧に結合される入力を有する、高電圧調整器と、
前記高電圧調整器に結合される、過電圧および低電圧ロックアウト回路と、
前記過電圧および低電圧ロックアウト回路に結合される、シャットダウン回路と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と、
前記電力スイッチを駆動するためのゲートドライバであって、前記ゲートドライバは、前記シャットダウン回路に結合される、ゲートドライバと、
前記ＰＷＭ発生器、前記ゲートドライバ、および外部パルス入力間に結合される、ＰＷＭ信号選択回路と、
前記ＰＷＭ発生器に結合される、電流保護回路と、
前記外部パルス入力上のＰＷＭ信号を検出し、前記ゲートドライバを前記ＰＷＭ発生器から前記外部パルス入力に切り替えるように適合される、外部コマンド検出回路と、
外部イネーブル／ディスエーブル入力および前記シャットダウン回路に結合される、イネーブル／ディスエーブル信号検出回路と、
を備える、請求項１２−２５のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２７】
前記スタートアップコントローラは、
前記第１のＤＣ電圧に結合される入力を有する、高電圧調整器と、
前記高電圧調整器に結合される、過電圧および低電圧ロックアウト回路と、
前記過電圧および低電圧ロックアウト回路に結合される、シャットダウン回路と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と、
前記電力スイッチを駆動するためのゲートドライバであって、前記ゲートドライバは、前記シャットダウン回路に結合される、ゲートドライバと、
前記ＰＷＭ発生器、前記ゲートドライバ、および外部パルス入力間に結合される、ＰＷＭ信号選択回路と、
前記ＰＷＭ発生器に結合される、電流保護回路と、
前記外部パルス入力上のＰＷＭ信号を検出し、前記ゲートドライバを前記ＰＷＭ発生器から前記外部パルス入力に切り替えるように適合される、外部コマンド検出回路と、
前記外部パルス入力および前記シャットダウン回路に結合される、イネーブル／ディスエーブル信号検出回路と、
を備える、請求項１２−２６のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項２８】
前記スタートアップコントローラは、第１のマイクロコントローラによって提供され、前記二次側コントローラは、第２のマイクロコントローラによって提供される、請求項１２−２７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許出願）
本願は、２０１５年６月１日に出願された共有に係る米国仮特許出願第６２／１６９，４１５号に対する優先権を主張するものであり、２０１５年１１月１９日に出願された米国特許出願第１４／９４５，７２９号、２０１５年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／２０８，１２３号に関連しており、これらの全ては、あらゆる目的のために参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、電力変換器に関し、具体的には、軽負荷または無負荷状態の間、スタンバイモードにあるとき、電力変換器によって使用される電力を低減させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
電力変換器、特に、切替モードＡＣ／ＤＣ電力変換器は、典型的には、軽負荷または無負荷状態の間、使用される電力を低減させるための特有の回路を有する。低電力スタンバイモードを有する電力変換器は、軽負荷または無負荷状態の間、電力変換器を効率的に動作させるために使用され得る。本低電力スタンバイモードの間、二次側コントローラは、電力変換器変圧器の二次側上のスタートアップコントローラに、変圧器一次巻線に結合された電力スイッチの動作を禁止するようにコマンドする。しかしながら、二次側コントローラは、本低電力スタンバイモードの間、電力変換器スイッチの動作を禁止するために、二次側コンデンサ上に貯蔵されたエネルギーを使用して、制御信号をスタートアップコントローラに持続して送信しなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、電力変換器が低電力スタンバイモードにあるときに使用される電力を低減させる必要性が、存在する。
【０００５】
ある実施形態によると、電力変換器内のスタンバイ電力を低減させるための方法は、一次側スタートアップコントローラおよび二次側コントローラを電力変換器内に提供するステップと、変圧器からの二次側電圧が所望の値に到達するまで、スタートアップコントローラを用いて、電力変換器内の変圧器に結合される電力スイッチを制御し、次いで、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を二次側コントローラからスタートアップコントローラに送信することによって、電力スイッチを制御するステップと、ディスエーブル信号を二次側コントローラからスタートアップコントローラに送信し、電力スイッチの動作を禁止し、スタンバイモードに入るステップと、イネーブル信号を二次側コントローラからスタートアップコントローラに送信し、電力スイッチの動作をイネーブルにし、動作モードに戻るステップとを含んでもよい。
【０００６】
本方法のさらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号を送信するステップは、第１のアイソレーション回路を経由して、イネーブル信号およびディスエーブル信号を送信するステップを含んでもよく、ＰＷＭ信号を送信するステップは、第２のアイソレーション回路を経由してＰＷＭ信号を送信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、イネーブル、ディスエーブル、およびＰＷＭ信号を送信するステップは、単一アイソレーション回路を経由してイネーブル、ディスエーブル、およびＰＷＭ信号を送信するステップを含んでもよい。
【０００７】
本方法のさらなる実施形態によると、ディスエーブル信号は、第１のコード化信号を備えてもよく、イネーブル信号は、第２のコード化信号を備えてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、第１および第２のコード化信号をデコードするステップは、一次側スタートアップコントローラ内で第１および第２のコード化信号をデコード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、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、ＰＷＭ信号周波数より高い周波数にあってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、ＰＷＭ信号周波数の少なくとも１０倍の周波数にあってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、約５００ｋＨｚ±約５０ｋＨｚの周波数であってもよく、ＰＷＭ信号は、約２０ｋＨｚ〜約６５ｋＨｚの周波数であってもよい。
【０００８】
本方法のさらなる実施形態によると、ＰＷＭ信号からより高い周波数のイネーブル信号およびディスエーブル信号をフィルタ処理するステップは、ハイパスフィルタを使用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、ハイパスフィルタは、デジタルハイパスフィルタであってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、ハイパスフィルタは、アナログハイパスフィルタであってもよい。
【０００９】
別の実施形態によると、低減されたスタンバイ電力を有する電力変換器は、第１のＤＣ電圧に結合される、スタートアップコントローラと、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電圧に結合されてもよい、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スタートアップ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、スタートアップ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に変圧器二次巻線に結合される、二次側整流器と、スタートアップ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、スタートアップコントローラが第１のＤＣ電圧を受信すると、電力スイッチのオンおよびオフの制御を開始し、それによって、電流が変圧器一次巻線を通して流動し、ＡＣ電圧が、変圧器二次巻線を横断して発生し、二次側整流器からの第２のＤＣ電圧は、二次側コントローラに電源投入し、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、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を二次側コントローラからスタートアップコントローラに送信することによって、電力スイッチの制御を引き継ぎ、二次側コントローラは、スタンバイモードに入ると、ディスエーブル信号をスタートアップコントローラに送信し、電力スイッチの動作を禁止し、二次側コントローラは、イネーブル信号をスタートアップコントローラに送信し、電力スイッチの動作をイネーブルにし、動作モードに戻る。
【００１０】
さらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、第１のアイソレーション回路を経由して送信されてもよく、ＰＷＭ信号は、第２のアイソレーション回路を経由して送信されてもよい。さらなる実施形態によると、イネーブル、ディスエーブル、およびＰＷＭ信号は、単一アイソレーション回路を経由して送信されてもよい。さらなる実施形態によると、ディスエーブル信号は、第１のコード化信号を備えてもよく、イネーブル信号は、第２のコード化信号を備えてもよく、スタートアップコントローラはさらに、第１および第２のコード化信号をデコードするためのデコード回路を備えてもよい。さらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、ＰＷＭ信号周波数より高い周波数にあってもよい。さらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、ＰＷＭ信号周波数の少なくとも１０倍の周波数にあってもよい。さらなる実施形態によると、イネーブル信号およびディスエーブル信号は、約５００ｋＨｚ±約５０ｋＨｚの周波数にあってもよく、ＰＷＭ信号は、約２０ｋＨｚ〜約６５ｋＨｚの周波数にあってもよい。
【００１１】
さらなる実施形態によると、ハイパスフィルタが、イネーブル信号およびディスエーブル信号がデコードされ得る前に、ＰＷＭ信号をフィルタ除去するために使用されてもよい。さらなる実施形態によると、電力変換器は、フライバック電力変換器を備えてもよい。さらなる実施形態によると、電力変換器は、フォワード変換器、ＬＬＣ変換器、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、および位相シフトフルブリッジ変換器から成る群のうちの任意の１つから選択されてもよい。
【００１２】
さらなる実施形態によると、電力スイッチは、電力金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であってもよい。さらなる実施形態によると、アイソレーション回路は、光学結合器であってもよい。さらなる実施形態によると、アイソレーション回路は、パルス変圧器であってもよい。さらなる実施形態によると、スタートアップコントローラは、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。
【００１３】
さらなる実施形態によると、スタートアップコントローラは、第１のＤＣ電圧に結合される入力を有する、高電圧調整器と、高電圧調整器に結合される、過電圧および低電圧ロックアウト回路と、過電圧および低電圧ロックアウト回路に結合される、シャットダウン回路と、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と、電力スイッチを駆動するためのゲートドライバであって、シャットダウン回路に結合されてもよい、ゲートドライバと、ＰＷＭ発生器、ゲートドライバ、および外部パルス入力間に結合される、ＰＷＭ信号選択回路と、ＰＷＭ発生器に結合される、電流保護回路と、外部パルス入力上のＰＷＭ信号を検出し、ゲートドライバをＰＷＭ発生器から外部パルス入力に切り替えるように適合される、外部コマンド検出回路と、外部イネーブル／ディスエーブル入力およびシャットダウン回路に結合される、イネーブル／ディスエーブル信号検出回路とを備えてもよい。
【００１４】
さらなる実施形態によると、スタートアップコントローラは、第１のＤＣ電圧に結合される入力を有する、高電圧調整器と、高電圧調整器に結合される、過電圧および低電圧ロックアウト回路と、過電圧および低電圧ロックアウト回路に結合される、シャットダウン回路と、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と、電力スイッチを駆動するためのゲートドライバであって、シャットダウン回路に結合されてもよい、ゲートドライバと、ＰＷＭ発生器、ゲートドライバ、および外部パルス入力間に結合される、ＰＷＭ信号選択回路と、ＰＷＭ発生器に結合される、電流保護回路と、外部パルス入力上のＰＷＭ信号を検出し、ゲートドライバをＰＷＭ発生器から外部パルス入力に切り替えるように適合される、外部コマンド検出回路と、外部パルス入力およびシャットダウン回路に結合される、イネーブル／ディスエーブル信号検出回路とを備えてもよい。さらなる実施形態によると、スタートアップコントローラは、第１のマイクロコントローラによって提供されてもよく、二次側コントローラは、第２のマイクロコントローラによって提供されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示のより完全な理解は、添付の図面と併せて検討される以下の説明を参照することによって取得され得る。
【００１６】
【図１】図１は、本開示の教示による、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器の概略ブロック図を図示する。
【００１７】
【図２】図２は、本開示の具体的例示的実施形態による、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器の概略ブロック図を図示する。
【００１８】
【図３】図３は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器の概略ブロック図を図示する。
【００１９】
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が、図面に図示され、本明細書で詳細に説明される。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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
電力供給、特に、ＤＣ／ＤＣおよびＡＣ／ＤＣ電力変換器は、典型的には、それらを始動させるための特有の回路を有する。本開示の種々の実施形態によると、電力変換器は、一次側スタートアップコントローラと、二次側コントローラとを備えてもよく、スタートアップコントローラは、電力（電圧）が最初に電力変換器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しない一次側上の従来のデバイスを使用する、ＤＣ／ＤＣおよびＡＣ／ＤＣ電力変換器のスタートアップのための低コスト集積回路（ＩＣ）ソリューションを提供し、一次側上の離散構成要素を最小限にする。本開示の教示による、電力変換器の実装および動作のさらなる詳細な説明は、Ｔｈｏｍａｓ  Ｑｕｉｇｌｅｙによって２０１５年１１月１９日に出願され、「Ｓｔａｒｔ−Ｕｐ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」と題された共同所有の米国特許出願第１４／９４５，７２９号に提供されており、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。
【００２１】
「バーストモード」は、軽負荷および無負荷状態の間、例えば、電力変換器が「スタンバイモード」にあるとき、電力変換器を効率的に動作させるために使用されてもよい。本明細書に開示される種々の実施形態によると、回路は、アイソレーション回路を介して、二次側コントローラからデジタル的にコード化されたコマンドを介した電力スイッチドライブのイネーブル信号およびディスエーブルをラッチする、電力変換器の一次側上に位置するスタートアップコントローラ内に提供されてもよい。したがって、電力スイッチドライブディスエーブルコマンドが、二次側コントローラから一次側スタートアップコントローラに持続的に送信される必要がなく、それによって、スタンバイモードにあるとき、電力変換器によって使用される電力を節約する。
【００２２】
ここで図面を参照すると、例示的実施形態の詳細が、図式的に図示される。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、異なる小文字の添え字を伴って同様の番号によって表されるであろう。
【００２３】
ここで図１を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器の概略ブロック図である。概して、数字１００によって表される、電力変換器は、スタートアップコントローラ１０６と、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０と、電流センサ１１２、例えば、レジスタと、変圧器１２２と、バイアス電圧整流器１０８と、電力整流器１２４と、フィルタコンデンサ１２６と、二次側コントローラ１１８と、アイソレーション回路１１４および１１６とを備えてもよい。電力整流器１２４およびフィルタコンデンサ１２６は、適用負荷１２８に結合されてもよい。フライバック電力変換器が、説明目的のために示されるが、切替モード電力供給源内で使用される電力変換器の任意の構成、例えば、フォワード変換器、ＬＬＣ（２つのインダクタおよび１つのコンデンサの組み合わせ）変換器、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、位相シフトフルブリッジ変換器、および同等物が、利用され、本明細書に開示および請求されるものから利益を享受し得ることが検討され、本開示の範囲である。
【００２４】
スタートアップコントローラ１０６は、固定ＯＦＦ時間を伴って動作する、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であって、高電圧（ＨＶ）調整器１５０と、内部ＰＷＭ発生器１５２と、過電流保護１５４と、外部コマンド検出１５６と、ＰＷＭ源選択スイッチ１５８と、過電圧および低電圧ロックアウト１６０と、シャットダウン回路１６２と、ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１６４と、電流感知回路１６６とを備えてもよい。
【００２５】
ＡＣライン電源１０２が、一次側電力整流器およびフィルタ１０４に印加されると、ＤＣ電圧Ｖ＿Ｌｉｎｋが、生じる。本ＤＣ電圧Ｖ＿Ｌｉｎｋは、変圧器１２２の一次巻線およびスタートアップコントローラ１０６のＶＩＮ入力に結合される。スタートアップコントローラ１０６は、電圧Ｖ＿Ｌｉｎｋがその適切な動作のために十分な電圧に到達すると、アクティブとなる。いったんアクティブ化されると、スタートアップコントローラ１０６は、ＭＯＳＦＥＴゲートドライバ１６４のパルス化を開始し、これは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０をオンおよびオフにし、それによって、フライバック電力変換器１００の変圧器１２２が、エネルギーをその二次側およびバイアス電圧巻線に変換することを可能にする。スタートアップコントローラ１０６は、変圧器結合を介して、フライバック電力変換器１００の出力を線形に調整することができる、一次側電力変換器コントローラではない。これは、二次側コントローラ１１８の精度基準および電圧誤差増幅器を複製しない。
【００２６】
スタートアップコントローラ１０６は、基本的に、２つの動作モードを有する。第１のモードでは、フライバック電力変換器１００のスタートアップの間、二次側コントローラ１１８がＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０を駆動するＰＷＭ信号の制御（コマンド）を引き継ぐまで、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０を駆動する、開ループ電流調整器として機能する。第２のモードでは、いったん二次側コントローラ１１８が完全に動作可能となると、アイソレーション回路１１６を通して、スタートアップコントローラ１０６へのＰＷＭ信号コマンドの送信を開始する。いったん二次側コントローラ１１８からの外部ＰＷＭ信号コマンド（アイソレーション回路１１６を介して）が、スタートアップコントローラ１０６によって受信されると、その内部ゲートドライバ１６４は、外部ＰＷＭ信号に結合されてもよく、それによって、二次側コントローラ１１８は、ここで、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０を制御する。
【００２７】
スタートアップコントローラ１０６は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０を通るピーク電流の調整に基づいて、開ループ様式におけるＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０の切替を制御する。電圧が、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０と直列のレジスタ１１２および変圧器１２２の一次巻線を横断して発生され、該電圧は、通過するピーク電流に比例する。本電圧は、それを感知し、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０のオン時間を調節し、ピーク電流をある設計値に限定する、スタートアップコントローラ１０６のＣ／Ｓ（電流間感知）入力に結合される。スタートアップコントローラ１０６内の内部高電圧線形調整器１５０は、その入力が、ＤＣ電圧Ｖ＿Ｌｉｎｋであって、スタートアップ変換器１０６の内部回路によって使用可能な電圧ＶＤＤを調整する。ＶＤＤは、スタートアップコントローラ１０６のゲートノードにおけるピーク電圧である。最初に、内部線形調整器は、スタートアップコントローラ１０６の動作のためにＶＤＤを供給するが、いったんＤＣ電圧が、変圧器１２２の一次側三次巻線から電力ダイオード１０８を通して提供されると、本内部線形調整器１５０は、スタートアップコントローラ１０６の内部回路への電流の供給を停止する。これは、スタートアップコントローラ１０６内の内部放熱が低減されることを可能にする。
【００２８】
ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０をオンおよびオフに駆動することは、変圧器１２２に、整流器１２４を通して、コンデンサ１２６を電圧Ｖ＿Ｏｕｔまで充電させるであろう。電力変換器１００の二次側コントローラ１１８は、二次側上に位置し、十分な電圧Ｖ＿Ｏｕｔがフィルタコンデンサ１２６上に存在するとき、二次側コントローラ１１８は、アクティブとなり、アイソレーション回路１１６、例えば、光学結合器、パルス変圧器等を通して、ゲートドライバ１６４の制御を引き継ぐ。外部コマンド検出１５６は、ＰＷＭパルスをアイソレーション回路１１６から感知し、ＰＷＭ選択スイッチ１５８に、内部ＰＷＭ発生器１５２から二次側コントローラ１１８からのＰＷＭパルスに切り替えさせるであろう。
【００２９】
変圧器１２２はまた、ダイオード１０８を介して、バイアス電圧Ｖ＿Ｂｉａｓを提供する。Ｖ＿Ｂｉａｓは、変圧器結によって、スタートアップコントローラ１０６に対して交差調整されてもよい。変圧器１２２の巻線の巻数比は、Ｖ＿Ｂｉａｓが、スタートアップコントローラ１０６の内部線形電圧調整器１５０の出力電圧設定点より高く、それによって、本内部線形電圧調整器１５０を効果的にシャットオフし、その内部放熱を低減させるようなものである。
【００３０】
電力変換器１００が、低電力スタンバイモードに入ると、二次側コントローラ１１８からのＰＷＭパルスは、停止する。しかしながら、それが生じると、スタートアップコントローラ１０６は、スタートアップモードにあると考え、スイッチ１５８に、内部ＰＷＭ発生器１５２をゲートドライバ１６４に再接続させるであろう。これは、低電力スタンバイモードに入るとき、望ましくない。スタートアップコントローラ１０６が、再びアクティブになり、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０を駆動することを防止するために、二次側コントローラ１１８は、二次側コントローラ１１８からのデジタル出力に結合される第２のアイソレーション回路１１４を介して、スタートアップコントローラ１０６へのＰＷＭＤ（ＰＷＭディスエーブル）入力上でホールドまたはスタンバイ信号をアサートしてもよい。二次側コントローラ１１８は、低電力スタンバイモードが有効である限り、またはフィルタコンデンサ上の電圧が、ある値を下回って降下し、二次側コントローラ１１８が、フィルタコンデンサ１２６を再充電するために十分に長く、スタートアップコントローラ１０６が再びアクティブになることを必要とするまで、ＰＷＭディスエーブル信号をホールドする。
【００３１】
しかしながら、二次側コントローラ１１８がＰＷＭディスエーブル信号をスタートアップコントローラ１０６へのＰＷＭＤ入力上に能動的に維持することを要求することによって、低電力スタンバイモードの間、電力が、消費され、フィルタコンデンサ１２６は、必要以上に急速に放電するであろう。経時的に、二次側コントローラ１１８は、フィルタコンデンサ１２６上の電圧電荷をリフレッシュするために、低電力スリープモードから出て、次いで、スタートアップコントローラ１０６を再度イネーブルにする必要があり、次いで、その後のみ、二次側コントローラ１１８は、低電力スリープモードに戻ることができる。したがって、必要とされるのは、二次側コントローラがスタートアップコントローラ１０６へのＰＷＭディスエーブル信号を維持する必要性を排除し、それによって、より長い時間期間にわたって低電力スリープモードに留まる方法である。
【００３２】
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、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器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、電力変換器は、本明細書に前述される電力変換器１００と実質的に同一に機能するが、スタートアップコントローラ２０６内のスリープコマンド検出回路２７０の追加と、二次側コントローラ２１８からの異なるシャットダウンおよびイネーブルプロトコルとを除く。ここで、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所望すると、そのゲート出力は、スタートアップコントローラ２０６に送信されるＰＷＭパルスが存在せず、簡略コード化シャットダウンコマンドが、アイソレーション回路１１４を介して、スタートアップコントローラ２０６に送信されるようにホールドされるであろう。次いで、二次側コントローラ２１８は、最小限の電流をフィルタコンデンサ１２６から引き込む、受動（信号が生成されない）低電力スリープモードに入る。二次側コントローラ２１８が、ウェークアップし、フィルタコンデンサ１２６を再充電するか、または再び適用負荷１２８への負荷電流の供給を開始するかのいずれかを行うと、これは、アイソレーション回路１１４を介して、スタートアップコントローラ２０６に簡略コード化イネーブルコマンドをアサートし、スリープコマンド検出回路２７０は、イネーブルコマンドをデコードし、スタートアップコントローラ２０６は、次いで、アイソレーション回路１１６を介して、二次側コントローラからのＰＷＭパルスを用いて、通常動作を再開する。スタートアップコントローラ２０６をスタンバイスリープモードにラッチすることによって、二次側コントローラ２１８は、アイソレーション回路１１４を介して、スタートアップコントローラ２０６のＰＷＭＤ入力をもはや持続的に駆動する必要がなくなる。したがって、二次側コントローラ２１８は、フィルタコンデンサ１２６から殆どエネルギー（より低い電流引き込み）を消費しない。
【００３３】
ここで図３を参照すると、描写されるのは、本開示の別の具体的例示的実施形態による、スタンバイ電力引き込みを低減させるために適合される、電力変換器の概略ブロック図である。概して、数字３００によって表される、電力変換器は、本明細書に前述される電力変換器２００と実質的に同一に機能するが、スリープコマンド検出回路２７０および第２のアイソレーション回路１１４は、排除され、要求される集積回路パッケージピンカウントは、８つのピンから７つのピンに削減され、したがって、１つのスペアピンを他の目的のために利用可能に残す。
【００３４】
外部コマンド検出３５６が、ここでは、正常動作ＰＷＭパルスを検出し、アイソレーション回路１１６を介して、二次側コントローラ３１８からのコマンドをディスエーブルおよびイネーブルにするために使用される。動作ＰＷＭパルスならびにディスエーブルおよびイネーブルコマンドは、二次側コントローラ３１８のゲート出力からスタートアップコントローラ３０６のパルス入力への信号ライン上で多重化される。動作ＰＷＭパルスならびにディスエーブルおよびイネーブルコマンドを同一信号ライン上で多重化するために、異なるパルス周波数が、使用される。例えば、許容可能ＰＷＭパルスストリーム周波数範囲は、約２０ｋＨｚ〜約６５ｋＨｚであってもよい。ディスエーブルおよびイネーブルコマンドのための許容可能周波数範囲は、約５００ｋＨｚ±約５０ｋＨｚであってもよい。動作ＰＷＭパルスストリームまたはディスエーブルおよびイネーブルコマンドは、相互に排他的である（同時に生じない）ため、外部コマンド検出３５６は、それが受信するパルスの周波数を区別するだけでよい、例えば、イネーブル／ディスエーブル信号を検出するとき、より低い周波数ＰＷＭパルスを無視し、高周波数ディスエーブルおよびイネーブルコマンドのみに反応するであろう。その区別のために、アナログまたはデジタルのいずれか（好ましくは、デジタル）である、単純ハイパスまたは周波数選択フィルタが、採用される必要がある。
【００３５】
単純アナログハイパスフィルタが、２つの構成要素、すなわち、コンデンサ（入力から出力）と、レジスタ（出力から接地）とを有するように説明され得る。抵抗値および静電容量値は、「ブレイク周波数」を判定する。ブレイク周波数は、入力信号振幅の半分が出力に存在するときの周波数として説明されることができる。これは、「３ｄＢブレイクポイント」としても知られる。したがって、本願では、通常ＰＷＭ周波数は、３ｄＢブレイクポイントよりはるかに低く（フィルタの出力は、ほぼゼロの振幅信号である）、スリープコマンド「バースト周波数」は、３ｄＢブレイクポイントよりはるかに高い（出力は、入力振幅のほぼ１００％）。振幅の差異は、単純回路が２つの信号タイプを容易に区別することを可能にする。単純デジタルフィルタは、直列のシフトレジスタのセットとなるであろう。高周波数「バースト」は、５００ｋＨｚにあって、５０％デューティサイクルを有し得る。５００ｋＨｚは、２μｓの期間を有する。例えば、５００ｋＨｚ信号の立ち上がりエッジは、第１のレジスタを０状態から１状態に設定し、また、例えば、２．２μｓの持続時間のタイマをトリガするとする。次の立ち上がりエッジが、タイマの２．２μｓ持続時間の終了前に現れる場合、直列の第１および第２のレジスタは両方とも、「１」に設定される。例えば、直列の５つのシフトレジスタがあるとする。５つ全てが、「１」にあるとき、回路は、有効スリープコマンドが発行されていると判定する。任意の時間において、２．２μｓが、次の立ち上がりエッジを伴わずに、その持続時間全体を経過する場合、信号は、「スリープ」コマンドではないと判定され、検出回路は、リセットされる。
【００３６】
ここで、二次側コントローラ３１８が、低電力スリープモードに入ることを所望すると、単一アイソレーション回路１１６を介して、「高周波数バースト」ディスエーブルコマンドをスタートアップコントローラ３０６のパルス入力に発行するであろう。外部コマンド検出３５６は、本高周波数バーストディスエーブルコマンドを検出し、シャットダウン回路１６２をスタンバイスリープ状態にホールドし、これは、ゲートドライバ１６４がＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０をオンおよびオフにパルス化することを禁止する（ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０をオフに維持する）であろう。次いで、二次側コントローラ３１８は、最小限の電流をフィルタコンデンサ１２６から引き込む、受動（ＰＷＭ駆動信号が生成されない）低電力スリープモードに入る。
【００３７】
「高周波数バースト」ディスエーブルコマンドの検出は、ディスエーブルコマンドが外部コマンド検出３５６によって認識され得る前に、有限数のサイクルをとる。したがって、外部ＭＯＳＦＥＴスイッチ１１０は、電力変換器３００を動作の「連続伝導モード（ＣＣＭ）」に入れさせ得る、「高周波数バースト」周波数においてゲートされるであろう。電流保護１５４は、電力変換器３００をＣＣＭ状態から保護するであろうが、外部コマンド検出３５６が「高周波数バースト」ディスエーブルコマンドを認識するために十分な時間をかけることを防止しない。
【００３８】
二次側コントローラ３１８は、「ウェークアップ」し、フィルタコンデンサ１２６をリフレッシュし、次いで、「スリープ」モードに戻り得る。これは、単一アイソレーション回路１１６を介して、単一パルスをスタートアップコントローラ３０６のパルス入力に送信することができ、これは、スタートアップコントローラ３０６のスタートアップ機能が機能することを可能にする。または、二次側コントローラ３１８は、単一アイソレーション回路１１６を介して、通常ＰＷＭ信号をスタートアップコントローラ３０６のパルス入力に送信し、再充電自体を制御してもよい。いずれの場合も、いったんコンデンサがリフレッシュされると、二次側コントローラ３１８は、「高周波数バースト」を発行し、スリープに戻ってもよい。二次側コントローラ３１８は、「ウェークアップ」し、再び適用負荷１２８への負荷電流の供給を開始してもよい。これは、単一アイソレーション回路１１６を介して、スタートアップコントローラ３０６のパルス入力への通常ＰＷＭコマンドを再開することによって行われる。二次側コントローラ３１８が、「スリープ」があまりに長い期間にわたって生じることを可能にする場合、スタートアップコントローラ３０６のＶＤＤピン上の電圧は、最終的に、ＯＶＬＰ／ＵＶＬＯ回路１６０によって設定されたＵＶＬＯレベルを下回って減弱し、スタートアップコントローラ３０６がスタートアップモードに入ることを可能にするであろう。二次側コントローラ３１８は、Ｖ＿Ｏｕｔ上の電圧の上昇を監視し、スタートアップコントローラ３０６がウェークアップしていることを判定し、スタートアップモードにおいて、次いで、それ自体がウェークアップし、制御を回復する（スリープモードに再度入るか、または通常動作を継続するかのいずれか）。このように、常時、スリープモード状態から出るための方略がある。
【００３９】
本明細書に説明および請求される制御方法は、切替モード電力供給源、例えば、フライバック電力変換器、フォワード変換器、ＬＬＣ変換器、ハーフブリッジ変換器、フルブリッジ変換器、位相シフトフルブリッジ変換器、および同等物において使用される電力変換器の他の構成と併用されてもよいことが検討され、本開示の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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