[发明专利]针对到低负载操作的电源模式转换的调节

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)而要求享有2012年3月7日提交的共同未决的美国临时专利申请号61/608,031的优先权，其全文通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及对开关功率变换器进行控制以在转换至低负载或空载状态时减少功率变换器的输出电源波形的失真。

背景技术

对便携式电子设备所提出的效率要求对在有所变化的负载状态下调节功率形成了挑战。这些挑战包括在待机模式下几乎不消耗电力，而在设备针对有效功率模式操作而突然接入时提供全功率。并且对于许多利用电池进行操作的设备而言，这些对于省电的要求越来越关注于低负载和空载的能量节约。

为了应对这些挑战，许多便携式电子设备使用了开关功率调节器，其基于负载状态以不同操作模式进行操作。例如，开关功率变换器通常在重负载状态期间使用PWM(脉冲宽度调制)而在轻负载状态期间使用PFM(脉冲频率调制)。PWM操作模式在包括导电损耗和开关损耗在内的动态损耗占据优势的较高负载状态下通常比PFM操作模式更具效率。另一方面，PFM操作模式在诸如开关功率变换器所拉动的静态电流之类的静态损耗占据优势的较低负载状态下通常比PWM操作模式更具效率。使用这些技术，多模式的开关功率变换器在更宽的负载状态范围上提供了有所提高的效率。

但是，使用多模式操作可能通过从一种模式切换至另一种模式而在输出电压中引入失真。这些失真可能是由于开关功率变换器的调节在不同操作模式之间的转换点处的不连续所导致。例如，在来自两个操作模式的控制电压需求在转换点处有所不同时，可能出现不连续。这些差异会在转换点处产生所不期望的输出电压波纹数量。另外，在不了解开关功率变换器的变压器特性的情况下，根据用来对转换点(即，边界)任一侧的功率进行调节的操作模式来预先确定转换点可能是非常困难的。

发明内容

实施例包括一种用于通过使用开关在第一操作模式下进行操作的情况下已被导通的点作为基准点确定在第二操作模式下何时导通开关来确定转换点处的操作状态，而从第一操作模式转换为第二操作模式的功率调节方法。使用该基准点，开关功率变换器确定用于对开关在第二操作模式中的开关周期进行调节的控制周期。在一个实施例中，该基准点与开关在第一操作模式中的断开持续时间的结束相一致。使用该基准点，该开关功率变换器能够确定转换时的操作状态，并且因此从诸如VMS(波谷模式开关)的第一操作模式平滑地转换为诸如PFM的另一种操作模式。使用该基准点来确定在第二操作模式下何时导通开关还允许控制器在变压器特性不可知的所有操作状态的情况下并且以使得减少在转换期间所不想要的输出电压波纹(其可能是不期望的)的方式对到PFM操作模式的转换进行调节。

说明书中所描述的特征和优势并非是无所不包的，并且特别地，许多额外的特征和优势在考虑到附图和说明书的情况下对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，应当注意的是，说明书中所使用的语言原则上已经出于可读性和指示性的目的而进行了选择，而并非被选择对发明主题进行限制或约束。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，能够容易地理解本公开的实施例的教导。

图1是图示根据一个实施例的开关功率变换器的电路图。

图2A图示了根据一个实施例的图1的开关功率变换器在PWM操作模式中的操作波形。

图2B图示了根据一个实施例的图1的开关功率变换器在VMS操作模式中的操作波形。

图2C图示了根据一个实施例的图1的开关功率变换器在PFM操作模式中的操作波形。

图3图示了根据一个实施例的图1的开关功率变换器在VMS操作模式中的操作。

图4是用于图示根据一个实施例的在图1的开关功率变换器的操作模式之间的转换的图形。

图5图示了根据一个实施例的图1的开关功率变换器用于使用停滞时间(T_d)作为控制变量在转换到PFM操作模式时对开关周期进行调节的操作波形。

具体实施方式

附图和以下描述仅通过说明而涉及本公开的优选实施例。从以下讨论应当注意的是，这里所公开的结构和方法的可替换实施例将容易被识别为在不背离本公开的原则的情况下可能被利用的可行的替换物。