專利名稱：用于超低空閑功率操作的原邊控制電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及減少電子設備中的功耗。更具體地，本發(fā)明涉及用于啟動電源或設備 內的超低空閑功率模式的電路和方法。
背景技術：
對較低功耗和環(huán)境友好的消費設備的不斷增長的需要導致了對具有“綠色”技術 的電源電路的關注。例如，平均來說，連續(xù)“接電源”的筆記本電源適配器有67%的時間處 于空閑模式。即使是符合耗電低于0. 5瓦特/小時的規(guī)定要求的電源適配器，這種長期的 空閑時間累積也能達到每年每個適配器3000瓦時的浪費電能。當計算多個空閑電源適配 器的浪費電能時，功率損失是相當可觀的。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的各個方面，公開了用于在通電設備的空閑模式期間將功耗減小到超 低級別，諸如有效功率的大約1/10到1/1000或更少的方法和電路。在示例實施例中，超低 空閑電源給電子設備，諸如例如，筆記本計算機、移動電話、藍牙耳機、智能電話、MP3播放器 和便攜GPS系統(tǒng)供電。超低空閑電源可以包括初級電路、次級電路和控制電路。次級電路 諸如通過隔離器件耦合到初級電路。初級電路從控制電路接收控制信號，以便適合地控制 初級電路的狀態(tài)。在示例實施例中，控制電路包括邏輯控制單元，其監(jiān)視并且評估通電設備是否處 于空閑模式，并且如果是，將提供控制信號，該控制信號被配置為通過控制開關電路改變初 級電路狀態(tài)來控制初級電路的狀態(tài)。通過分離和/或禁止初級電路，電源的功耗被在空閑 操作期間基本上減小到超低級別。


當結合附圖考慮時，可以通過參考詳細描述和權利要求書得出對本發(fā)明的更全面 的理解，在所有附圖中，類似的附圖標記指示類似的元件，并且圖1示出了根據示例實施例，配置為用于在空閑模式期間減少功耗的示例電源的 方框圖；圖2示出了根據示例實施例，配置有用于在空閑模式期間減少功耗的初級電路的 示例電源的另一個方框圖；圖3示出了根據示例實施例，配置有用于在空閑模式期間減少功耗的初級電路的 示例電源的電路圖；圖4示出了根據示例實施例，配置有用于在空閑模式期間減少功耗的初級電路的 示例電源的電路圖/示意圖；和圖5示出了根據示例實施例，配置有用于在空閑模式期間減少功耗的初級電路的 示例電源的電路圖/示意圖。
具體實施例方式此處可以根據各個功能組件和各個處理步驟描述本發(fā)明。應當理解，這些功能組 件可以被配置為執(zhí)行特定功能的任意數目的硬件或結構組件實現。例如，本發(fā)明可以采用 各種集成組件，諸如緩沖器、電流鏡，以及包括各種電子器件，例如，電阻器、晶體管、電容 器、二極管等的邏輯器件，可以針對各種預期目的適合地配置這些電子器件的值。另外，可 以在任意集成電路應用中實施本發(fā)明。然而僅出于說明的目的，此處將結合用于電源電路 的開關功率轉換器描述本發(fā)明的示例實施例。另外，應當注意，雖然各種組件被在示例電路 中適當地耦合或連接到其它組件，不過也可以通過組件之間的直接連接，或通過經由位于 其間的其它組件或器件的連接實現這些連接和耦合。根據本發(fā)明的各個方面，公開了配置為用于在空閑模式期間將功率減小到超低級 別，諸如有效功率的大約1/10到1/1000或更少的電源。在示例實施例中，并且參考圖1，超 低空閑電源100包括初級電路110、次級電路120和控制電路130。在示例實施例中，超低 空閑電源100給諸如筆記本計算機、移動電話、藍牙耳機、智能電話、MP3播放器和便攜GPS 系統(tǒng)的電子設備供電。另外，輸出電源是交流電(AC)或直流電(DC)，并且與初級電路110 相連。次級電路120與初級電路110通信?？刂齐娐?30監(jiān)視并且控制初級電路110的狀 態(tài)。雖然控制電路130在圖1中被示出為連接到初級電路110的組件，控制電路130還可 被集成在初級電路110內或以其它方式被認為包括在初級電路110內，這兩個組件都是電 源100的原邊部分，并且示出的實施例僅用于說明目的。在示例實施例中，監(jiān)視和/或評估 初級電路110的行為和/或特性。如果初級電路110的被監(jiān)視的行為和/或特性表明該電 子設備現在基本上未從超低空閑電源100汲取功率，則控制電路130促使或進行控制以斷 開或禁用初級電路110。在一個實施例中，基本上沒有功率旨在表達輸出功率在典型最大輸 出負載在大約0-1 %的范圍內。在示例實施例中，控制電路130被配置為通過控制開關電路 以改變初級電路狀態(tài)并且改變電源100的操作模式，例如，從初級電路110斷開或禁止輸入 功率，來控制初級電路Iio的狀態(tài)。在示例實施例中，控制電路130控制初級電路110，以便 根據輸入功率級別改變超低空閑電源100的模式。然而，還可以觀察和監(jiān)視各種其它狀態(tài)， 諸如與初級電路其它組件操作的速率、電流級別等等。通過基本上禁止或斷開初級電路110，可以降低超低空閑電源110的功耗。在一個 實施例中，基本上禁止初級電路被配置為初級電路110的開關電路是靜態(tài)的，并且僅汲取 無信號電流。在另一個實施例中，基本上禁止初級電路被配置為開關電路不再切換，并且初 級電路110的電容器和次級電路120的電容器是靜態(tài)的，并且不以波紋電流充電。在另一 個實施例中，基本上禁止初級電路被配置為從初級電路110徹底去除電源。在示例實施例中，超低空閑電源100具有三個模式有效、正?？臻e和超低空閑。 有效模式是給電子設備供電時超低空閑電源100的有效功能。正常空閑模式是超低電源被 連接到輸入功率源，但是未有效地給電子設備供電時的模式。在示例實施例中，超低空閑電 源100在切換到超低空閑模式之前驗證當前狀態(tài)是正?？臻e模式。在超低空閑模式期間，初級電路110被基本上禁止或斷開，與在正?？臻e模式期 間相比，這充分減少了功耗的速度。另外，在另一個實施例中，超低空閑電源100還可以包 括低占空比“喚醒”期，以便將空閑時間從恒定空閑改變?yōu)殚L時段的零功率和短時段的空閑功率。在示例實施例中，在周期的“喚醒”時間期間，超低空閑電源100操作以便在次級電 路120上提供輸出。如果連接的電子設備需要比空閑功率更多的功率，則初級電路110被 配置為保持接通。一旦從次級電路120的功率汲取返回到空閑模式，超低空閑電源100將 在一段時間后進入超低空閑模式。根據一個示例實施例，并且參考圖2，超低空閑電源200包括初級電路210、次級電 路220和控制電路230。安全邊界250將初級電路210和次級電路220分隔開。超低空閑 電源200接收可以是AC或DC的功率輸入201，并且將功率輸出202傳輸到電子設備，功率 輸出202也可以是AC或DC。在示例實施例中，初級電路210包括輸入電路212、能量存儲單元214和調制器 216。輸入電路212配置為保護、濾波和/或整流初級電路210的輸入功率。在一個實施例 中，輸入電路212包括輸入EMI濾波器和整流器，并且可以包括用于保護、濾波和/或整流 的任意其它器件。在示例實施例中，輸入電路212包括受控開關，其配置為禁止或斷開初級 電路210中的組件的功率輸入。另外，能量存儲單元214被配置為平滑整流后的直流，并且 用于存儲能量。能量存儲單元214可以包括能量存儲電容器或任意其它能量存儲器件或電 路。調制器216配置為驅動電介質隔離器件，諸如例如，變壓器。在示例實施例中，調制器 216可以包括PWM控制器和/或MOSFET。根據一個示例實施例，控制電路230監(jiān)視初級電路210的行為，并且基于通過初級 電路210傳輸的功率、初級電路210組件的操作速度、調制器216中的脈沖寬度、能量存儲 器件214內包含的存儲電容器中的波紋電流、來自AC輸入201的輸入電流、初級電路210 內損耗組件的溫度和/或流過初級電路210內的開關電路的電流中的至少一個或它們的組 合，便于實現對超低空閑電源200的模式控制。例如，如果輸出負載處于基本上低功率大約 幾十秒鐘，則控制電路230可以便于實現將超低空閑電源200改變?yōu)槌涂臻e模式。在示例 實施例中，在返回正常功率模式之前，超低空閑電源200保持在超低空閑模式某個時間段， 例如，幾十分鐘。如果初級電路210的行為指示返回正常功率模式之后較大的輸出負載需 求，則控制電路230將超低空閑電源200保持在正常操作模式中，直到檢測到正?？臻e模式 為止。在示例實施例中，超低空閑電源200的模式由于所選擇的準則而改變，并且該準則可 以包括固定準則、模板和/或學習到的準則。根據一個示例實施例，控制電路230包括邏輯控制單元240和功率控制單元232。 邏輯控制單元240配置為，例如，通過監(jiān)視調制器216的操作來監(jiān)視初級電路210，并且輸出 向初級電路210反饋信息的控制信號。在示例實施例中，邏輯控制單元240包括監(jiān)視和控 制設備。監(jiān)視和控制設備可以包括組合邏輯機、狀態(tài)機和/或微處理器。監(jiān)視和控制設備 還可以包括配置為監(jiān)視調制器216的操作的無源組件。功率控制單元232，其可以包括例如 組合邏輯機、狀態(tài)機和/或微處理器，功率控制單元232例如通過控制調制器216的操作來 控制初級電路210的操作。功率控制單元232還可以包括利用雙極性晶體管或MOSFET的 開關。例如，功率控制單元232可以從邏輯控制單元240接收控制信號，并且諸如通過控制 開關Si、S2、S3和/或S4的操作，啟動或禁止調制器216的多個部分。在示例實施例中，并且參考圖2和3，初級電路210通過變壓器319給次級電路220 傳遞功率。另外，初級電路210連接到第一地315，并且次級電路220連接到被以安全邊界 250隔開的第二地325。除了包括全波橋電路314、積分器316、具有電阻器Rl和/或其它組件的電流到電壓轉換器317、以及能量存儲單元214之外，初級電路210還可以配置有具 有脈沖寬度調制器(PWM)控制器311和M0SFET313的調制器216。調制器216內的組件，諸如PWM控制器311和MOSFET 313，用于以高頻速率對來自 輸入電路212的輸入DC斬波，以便驅動變壓器319，并且將來自變壓器319的原邊(左側) 的功率傳遞到副邊(右側)。斬波速率或占空比與輸出202上的負載直接成正比。在示例實施例中，邏輯控制單元240可以監(jiān)視PWM控制器311，以監(jiān)視指示超低空 閑電源200應當改變?yōu)槌涂臻e模式的行為。PWM控制器311包括具有開/關狀態(tài)和一種 調制速度的分立組件。PWM控制器311的開/關狀態(tài)控制傳輸給次級電路220的功率。例 如，在一個實施例中，從PWM控制器311進入調制器216內的晶體管開關，諸如MOSFET 313 的脈沖速率實質上影響功率輸出202處傳遞的輸出功率。在另一個實施例中，PWM控制器 311可以使用具有固定速率的可變寬度脈沖串，以便控制功率輸出202處的功率。在另一個 實施例中，PWM控制器311還可以使用速率和寬度的組合，以便控制傳輸到次級電路220的 功率。在示例實施例中，當PWM控制器311檢測到正常輕載狀態(tài)時，該速率和脈沖寬度被 減小到比正常負載狀態(tài)低很多。在示例實施例中，比正常低很多被定義為在大約1-90瓦特 范圍的負載狀態(tài)期間，低于大約IkHz的脈沖速率。在另一個實施例中，比正常低很多被定 義為空閑狀態(tài)期間幾毫秒時間段中的幾微秒的脈沖寬度。PWM控制器311的輸出速率的這 種改變可在輸入mi處被采樣或檢測。例如，邏輯控制單元240可以采樣PWM控制器311 的DRV輸出，并且可以測量驅動脈沖的速率(頻率)。在低功率級別，PWM控制器311將操 作于通常被稱為“周期跳躍(cycle skipping)”的低脈沖速率模式。當功率輸出202處的 負載低于大約20瓦特時通常發(fā)生周期跳躍，并且隨著負載從接近零改變到大約20瓦特，脈 沖速率將從幾百脈沖/秒改變?yōu)閹浊}沖/秒。另外，這種變遷到降低的PWM速率和減小 的寬度模式以及在該模式中的操作可被邏輯控制單元240檢測到，邏輯控制單元240監(jiān)視 在輸入IN2處從積分器316的輸出觀察到的來自PWM控制器311的脈沖的速率(其中，PWM 控制器311的DRV輸出的脈沖速率可被積分器316積分，以便提供與202處的負載成比例 的DC電壓)，和/或輸入IN3處的電流到電壓轉換器317(其中MOSFET開關313中的電流 被電阻器Rl轉換為電壓，并且結果電流與功率輸出202處的負載電流成比例地改變)。在 一個實施例中，減小的寬度還可被描述為減小的占空比，其中占空比指PWM輸出脈沖處于 有效、或高、或以PWM信號的速率或周期驅動開關元件的時間的比例。一旦檢測到，邏輯控制單元240還可以通過掛起調制器216內的以及否則初級電 路210內的開關來減小功率。在示例實施例中，通過邏輯控制單元MO向開關S1、S2、S3和 /或S4發(fā)送信號掛起開關，以便選擇性地將PWM控制器311從其功率輸入、HV (高壓輸入)、 VDD (控制器操作電壓)或其對MOSFET 313的驅動斷開。根據一個示例實施例，來自初級電路210的功率通過變壓器319跨越安全邊界250 傳輸到次級電路220。安全邊界250創(chuàng)建初級電路和次級電路之間的非直接接觸，以便防 止不想要的電傳輸。在示例實施例中，安全邊界250包括電介質隔離組件。電介質隔離組 件可以包括變壓器、電容耦合或光耦合器。另外，電介質隔離組件可以是適合于滿足安全要 求Underwriters Laboratory 60950標準的任意組件。根據安全法規(guī)，安全邊界250出現 在初級電路210內包括AC，以及從次級電路傳輸DC功率的實施例中。在附加實施例中，安全邊界可以存在，但不是需要的，或可以根本不存在。例如，在具有DC輸入和DC輸出的實 施例中可以沒有安全邊界。在示例實施例中，變壓器319包括原邊繞組PWl、副邊繞組SWl以及副邊繞組SW2。 副邊繞組SW2通過開關S3給PWM控制器311提供操作功率，而副邊繞組SWl提供次級電路 220的輸出電壓。初級電路210內的二極管Dl和電容器C2用于整流和平滑副邊繞組SW2 的AC輸出，從而PWM控制器311的輸入VDD是直流(DC)。在示例實施例中，PWM控制器311 包括與能量存儲電容器214通信并且被開關S2控制的高壓(HV)輸入。使用HV輸入在加 電時啟動PWM控制器311的功能，一旦PWM控制器311驅動MOSFET 313和原邊繞組PWl， 則VDD輸入提供正常操作電壓。在示例實施例中，在電源“接通”狀態(tài)，開關S1-S4被正常 閉合，從而PWM控制器311可以加電并且正常工作。在示例實施例中，次級電路220還包括輸出電路222。輸出電路222配置為將來 自初級電路210的功率轉換為用于電子設備的功率輸出202處的所希望的功率負載。在示 例實施例中，輸出電路222包括濾波電容器。在另一個實施例中，在超低空閑電源200接收 AC功率并且傳輸DC功率的情況下，輸出電路222可以包括至少一個整流器?？刂齐娐?30配置為通過控制開關S1-S4以便控制調制器216，來控制初級電路 210的狀態(tài)。這些開關可以包括FET類型的晶體管開關，或可以包括繼電器，諸如固態(tài)或 Triac或閉鎖型繼電器，或適合于供電的任意其它開關設備或機制。根據示例實施例，控制 電路230使用功率控制單元232，以便通過開關S2-S4控制調制器216的操作。功率控制 單元232從邏輯控制單元240接收控制信號，并且通過控制開關S2、S3和/或S4啟動或禁 止開關元件216的若干部分。在另一個示例實施例中，功率控制單元232還可以控制開關 Si，以便有效地去除開關元件216的全部電源。由從功率控制單元232傳遞的功率控制信 號指示開關元件216的啟動和禁止。該功率控制信號具有至少兩個狀態(tài)正?？臻e和超低 空閑。另外，在示例實施例中，控制電路230將其當前狀態(tài)保持在存儲器內。在一個實施例 中，使用晶體管鎖存實現存儲器。另外，在示例實施例中，控制電路230的默認非編程狀態(tài) 為正?？臻e。在示例實施例中，對當前模式的選擇基于PWM控制器311的歷史速率?？捎杀O(jiān)視 來自PWM控制器311的輸出的輸入mi的邏輯控制單元240確定這種歷史速率?？梢曰?PWM控制器311的過去速率確定一個模板，并且將其用于確定超低空閑電源應當操作于哪 個模式。例如，該模板可以確定一旦PWM控制器311處于空閑模式多于15分鐘，這種使用 可以指示輸出設備在一個長的持續(xù)時間內將不需要有效供電，并且超低空閑電源應當切換 到超低空閑模式。在一個實施例中，超低功耗低于大約0. 5瓦特。在另一個實施例中，超低功耗是有 效狀態(tài)功率的大約1/10到1/1000或更小。在一個實施例中，例如，在正?？臻e模式中的電 源消耗大約為300mW，并且在超低空閑模式期間的功耗在大約OmW到大約300mW之間。這種超低空閑電源電路可被用于各種應用。例如，當被用于給電子設備諸如膝上 計算機、移動電話、藍牙耳機、智能電話、MP3播放器、視頻游戲系統(tǒng)和便攜GPS系統(tǒng)供電時， 超低空閑電源可以減少浪費的功耗。在示例實施例中，超低空閑電源200可以減少使用AC 離線切換器的電子設備上的浪費的功耗。電源200中可以包括各種其它特征、設備和功能，以便便于實現改進的操作和/或提供反饋信息。例如，在示例實施例中，雖然圖2或3中未示出，超低空閑電源200可以包 括位于連接尖端或電源主體處的物理機械待機開關。該待機開關可被用于將超低空閑電源 200的模式從有效模式或正常空閑模式手動改變?yōu)槌涂臻e功率模式。另外，該待機開關可 被用于將超低空閑電源200的模式從超低空閑功率模式手動改變?yōu)橛行Ｊ交蛘？臻e 模式。另外，在示例實施例中，超低空閑電源200包括至少一個照明指示器，以便示出電源 的模式。在另一個實施例中，超低空閑電源200包括指示關于功耗的統(tǒng)計的設備。另外，該 設備可以是量表、諸如LCD或LED的顯示器，并且該統(tǒng)計可以包括節(jié)省的瓦特、功率級別、電 源效率等。在另一個實施例中，邏輯控制單元240監(jiān)視環(huán)境光狀態(tài)，并且確定環(huán)境光是否是 暗的。根據一種示例操作方法，并且參考圖2和3，當電源200最初被連接到功率輸入201 時，電源200正常工作，并且通過給電子輸出設備提供輸出功率來響應負載狀態(tài)?？刂齐娐?230以正常空閑模式啟動，同時邏輯控制單元240通過輸入mi-IN3監(jiān)視調制器216的行 為，并且確定功率輸出在某個時間段上是輕載還是沒有負載。在示例實施例中，當功率輸出負載低于預定閾值時，電源狀態(tài)從正常空閑改變到 超低空閑。該預定閾值可以是固定的、動態(tài)的和/或學習到的。在一個實施例中，輕負載是 落在該預定閾值之下的任意輸出負載。如果在調制器216處檢測到輕有效或非有效，邏輯控制單元MO向功率控制單元 232發(fā)送改變/控制信號。一旦收到該信號，功率控制單元232將狀態(tài)從正?？臻e改變?yōu)?超低空閑。另外，功率控制單元232向開關S2、S3和S4傳遞另一個信號，從而通過斷開開 關Si、S2、S3、S4或其組合而禁止調制器216。一旦調制器216被禁止，則開關元件中浪費 的功率被消除，并且僅損失來自能量存儲單元214的非常小的泄露電流。結果，消耗功率的 電路被斷開，并且電源200進入“沉寂”，并且其中在該斷開時間期間，極大地最小化了連接 到AC輸入的組件所消耗的功率。在一個示例的操作方法中，如果邏輯控制單元MO向功率控制單元232發(fā)送信號 以便閉合開關Si、S2、S3和S4，則邏輯控制單元240監(jiān)視調制器216的行為。如果調制器 216內的切換頻率或速率增加，從而指示功率輸出202處的負載需要，則邏輯控制單元MO 向功率控制單元232發(fā)送信號，以便將狀態(tài)改變回正常空閑模式。在示例實施例中，超低空 閑電源200保持在正?？臻e模式中，直到負載狀態(tài)指示減小的或“零”功率狀態(tài)為止。在另 一個示例實施例中，邏輯控制單元240可以包括內部計時器，以便周期地將超低空閑電源 狀態(tài)改變回正常空閑，從而次級電路組件可以保持電能。在示例實施例中，即使當超低空閑電源200處于超低空閑模式時，能量存儲單元 214也通過開關Sl周期地連接到功率輸入201。這導致從超低空閑模式到正?？臻e模式或 有效模式的迅速轉變，而沒有給能量存儲單元214重新充電的延遲。即使開關元件216在 超低空閑模式中被禁止，這也可以發(fā)生。參考圖4，可以結合電源400的另一個示例實施例， 進一步公開附加細節(jié)和操作特征。根據這個示例實施例，輸入電路212包括輸入電路312 和整流器314。輸入電路312包括用于輸入端子210處的AC輸入功率的RC濾波電路，并且 可被以各種方式構造或重新布置，以便提供電涌保護和/或濾波功能。整流器314包括全 波橋整流器電路，但是類似地可以包括各種其它整流器配置。在示例實施例中，開關S1-S4 包括FET類型的開關，但是還可適合地被以各種其它開關器件和組件諸如繼電器取代。開 關S1-S4配置為將功率耗用從其來源斷開。積分器316包括二極管D2和由邏輯控制單元
9240使用的電容器C4。為了給PWM控制器311和功率控制232提供受調節(jié)的功率，初級電 路210還包括包含二極管D1、電容器C2、電阻器R7、齊納二極管Zl和電容器C5的電路。次 級電路220包括二極管D3和電容器C3，它們用于整流和濾波副邊繞組SWl的脈動輸出，以 便由功率輸出202使用。在電源400的啟動過程中，所有FET開關S1-S4處于“閉合”狀態(tài)，允許電源400 正常啟動。雖然示出了 N溝道，但開關S1-S4按照需要可以是N溝道或P溝道種類的。輸 入電路212的濾波后的AC輸出經過FET開關Si，并且給能量存儲單元214充電。隨著能量 存儲單元214上的電壓上升，少量電流被電阻器R4和R5通過FET開關S2 “拾取”，并且饋 送到PWM控制器311的HV輸入。這個HV (高電壓)輸入電流開始啟動PWM控制器311內 的電路，并且短脈沖開始出現在PWM控制器的輸出DRV (驅動)上。這些脈沖經過FET開關 S4到達MOSFET 313的柵極。該柵極驅動MOSFET 313，使得MOSFET 313打開和關閉，其中 這種切換驅動變壓器319的PWl原邊繞組。變壓器副邊繞組SW2通過變壓器耦合來接收驅 動脈沖，并且將脈動輸出電壓提供給二極管D1。二極管Dl和電容器Cl對該脈沖進行整流 和濾波，并且給電阻器R7產生非穩(wěn)壓DC電壓。電阻器R7電流在該DC電壓到達齊納二極 管Zl和大容量電容器C5之前限制這個DC電壓。電容器C5是大值電容器，當電源400的 其余部分被控制電路230關閉時，其可用于保持給功率控制232供電。齊納二極管Zl和電 容器C5上的電壓是經穩(wěn)壓并且平滑的DC電壓，該DC電壓被功率控制232使用，并且還被 通過FET開關S3饋送到PWM控制器311，到達PWM控制器311的輸入VDD (主電源輸入)。 一旦PWM控制器311感測到其VDD輸入上的穩(wěn)定輸入，則PWM控制器311將加寬DRV輸出 上的脈沖寬度，并且增加該脈沖的頻率。這個啟動過程使得變壓器副邊SWl接收更寬的高 頻脈沖，并且在功率輸出202處從D3和C3產生DC電壓輸出。202處的電壓電平被以本領 域的技術人員已知的方法反饋到PWM控制器311 (出于清楚起見未示出反饋路徑)。這個反 饋處理完成穩(wěn)壓環(huán)路，并且此時電源處于正常操作。關于負載級別檢測，在功率級別處于大約20瓦特到最大輸出功率范圍內時的正 常操作期間，PWM控制器311通常將以大約60KHz (每秒60，000個脈沖)的固定頻率產生直 至大約50%占空比的變化寬度輸的出脈沖。隨著功率輸出202處的負載在這個輸出范圍上 改變，電源400內的反饋將使得PWM控制器311調整DRV輸出處的輸出脈沖，以便調節(jié)202 處的輸出電壓。當輸出負載處于大約20瓦特到實際上沒有負載之間時，PWM控制器311的 輸出脈沖將具有與功率輸出202處的負載成比例的較短的持續(xù)時間和更低的頻率。邏輯控 制單元240將使用在輸入mi_IN3處接收的這種脈沖信息，以便確定功率輸出202處的近 似負載，并且將使得功率控制單元232基于功率輸出202處的負載改變調制器216的功能。當邏輯控制單元240監(jiān)視了輸入mi_IN3并且確定了功率輸出202上存在低負 載或零負載狀態(tài)時，邏輯控制單元240將使得功率控制單元232發(fā)送信號，以便操作開關 S1-S4，從而有選擇地斷開原邊上的電路以便減小空閑功率級別。例如，控制電路230將首 先斷開FET開關S3和S2，去除PWM控制器311的所有電能。其次，可以斷開FET開關S4,以 便去除MOSFE T313的柵極的任何殘留驅動。這防止MOSFET 313由于來自PWM控制器311 的DRV輸出的泄漏電流而導通。最后，斷開FET開關Si，以便去除從輸入電路212達到能量 存儲單元214的經整流的DC。當處于高輸入電壓時，保持能量存儲單元214完全充電所需 的泄漏電流是相當大的。根據另一個示例實施例，僅存在Si，并且其在低空閑時被斷開，以便去除所有電能，并且使得可以進入超低功率空閑模式。控制電路230重新閉合Sl便于實 現所有電路重新供電，并且允許電源正常操作。一旦調制器216和其它初級電路被開關S1-S4隔離，僅借助大容量電容器C5上的 電荷給邏輯控制單元240和功率控制單元232供電。在示例實施例中，電容器C5將具有足 夠大的值，以便給邏輯控制單元240和功率控制單元232供電幾十分鐘。在其它電路停用， 即，沒有電能的時間期間，邏輯控制單元240和功率控制單元232處于低功率睡眠模式，它 們僅從電容器C5汲取幾毫微安培。邏輯控制單元240可以周期地醒來，并且指示功率控制 單元232給電容器C5重新充電。在示例實施例中，重新充電的電容器C5允許邏輯控制單 元240和功率控制單元232返回低功率睡眠模式，直到電容器C5需要重新充電，或恢復調 制器216的電能以便測試負載狀態(tài)。為了測試負載狀態(tài)，功率控制單元232同時閉合所有 開關(S卩，S1-S4)，以便重新建立系統(tǒng)加電時的初始啟動狀態(tài)。在另一個示例實施例中，功率控制單元232被指示短暫閉合開關Si，以便保持能 量存儲單元214充電。能量存儲單元214的這種預充電便于系統(tǒng)在恢復操作時迅速啟動。 在一個實施例中，為了確定何時返回接通或加電，邏輯控制單元240感測功率控制單元232 的輸入VDD處的電壓，并且當a)功率控制單元232的輸入VDD上的電壓達到臨界低電平并 且必須被重新充電時，或b)在已經經過了一段時間之后，將重新激勵電源400。功率控制單 元232將同時閉合所有4個開關S1-S4，以便重新建立系統(tǒng)加電時的初始啟動狀態(tài)。因為能 量存儲單元214已被保持充電，這種啟動處理要比“冷”掉電啟動快。當電源400啟動時， 大容量電容器C5被重新充電，以便繼續(xù)給功率控制單元232的輸入VDD提供電壓。一旦電源400開啟并且被邏輯控制單元240根據輸入mi_IN3處的信號測量為正 在運行，邏輯控制單元240將再次進行測量，并且確定功率級別。如果在關閉時間期間功率 輸出202處的負載增加了，則邏輯控制單元240將允許電源400正常運行。如果功率輸出 202負載繼續(xù)為低或接近零，則邏輯控制單元240將再次以功率控制單元232向FET開關 S1-S4發(fā)送信號，以便將電源400設置為超低功率狀態(tài)。根據一個示例實施例，并且參考圖5，結合電源500公開其它細節(jié)和操作特征。根 據這個示例實施例，輸入電路212包括輸入電路312和整流器314。輸入電路312包括用于 輸入端子201處的AC輸入功率的RC濾波電路，并且可被以用于提供電涌保護和/或濾波 功能的各種方式構造或重新布置。整流器314包括全波橋整流器電路，但是類似地可以包 括各種其它整流器配置。另外，積分器316包括二極管D2和電容器C4。次級電路220包括 二極管D3和電容器C3，它們用于對副邊繞組SWl的脈動輸出進行整流和濾波，以便由功率 輸出202使用。在示例實施例中，單個開關Sl位于PWM控制器311和MOSFET源電阻器Rl的原邊 接地回路上。如果開關Sl斷開，則即使PWM控制器311和MOSFET 313可能具有從整流器 314提供的電壓，也沒有到PWM控制器311和MOSFET 313的地315的回路。在示例實施例 中，瞬態(tài)開關SWl被激活，并且導致開關Sl閉合。作為例子，開關SWl可以是按鈕開關，但 是開關SWl可以包括用于提供瞬態(tài)開關功能的任意開關或器件。開關Sl的閉合允許PWM 控制器311開始操作并且驅動MOSFET 313。另外，在另一個示例實施例中，監(jiān)視調制器216 的行為。如果積分器316的輸出存在低功率空閑狀態(tài)的指示，開關Sl在某個時間段之后斷 開。斷開開關Sl去除調制器216的接地回路，并且電源500配置為關閉，直到開關SWl被再次激活。在示例實施例中，電源500包括配置有手動重啟選擇的功率控制單元，而不是配 置為周期地重啟電源500的功率連接。 上面已經參考各種示例實施例描述了本發(fā)明。然而，本領域的技術人員將認識到， 可以對示例實施例進行改變和修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，除了上面所示的電路之 外，可以用其它類型的電源電路實現各種示例實施例。可以根據特定應用或考慮與系統(tǒng)操 作相關聯的任意數目的因素，適合地選擇這些替換方案。另外，這些和其它改變或修改旨在 被包括在下面的權利要求書中所表達的本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種配置有超低空閑功率模式的電源，所述電源包括初級電路，配置為從外部功率源接收功率；次級電路，耦合到所述初級電路，并且配置為提供功率輸出；和控制電路，配置為監(jiān)視所述初級電路，并且控制所述初級電路，從而當檢測到空閑功率 模式時，基本上禁止所述初級電路。
2.如權利要求1所述的電源，其中所述控制電路監(jiān)視所述初級電路內的占空比、開關 速率或電流流動中的至少一個，以便確定功率級別高于預定閾值還是低于預定閾值。
3.如權利要求2所述的電源，其中所述控制電路包括配置為監(jiān)視所述初級電路的邏輯 控制單元，以及配置為控制所述初級電路的功率控制單元。
4.如權利要求3所述的電源，其中所述邏輯控制單元和所述功率控制單元包括組合邏 輯機、狀態(tài)機或微處理器中的至少一個。
5.如權利要求3所述的電源，其中所述初級電路包括調制器電路，配置為驅動變壓器 或其它電介質隔離設備中的至少一個。
6.如權利要求5所述的電源，其中所述邏輯控制單元配置為監(jiān)視所述調制器電路的信號。
7.如權利要求5所述的電源，其中所述功率控制電路配置為控制至少一個開關，以便 控制所述調制器電路。
8.如權利要求5所述的電源，其中所述調制器電路包括MOSFET或其它晶體管驅動器中 的至少一個和PWM控制器。
9.如權利要求1所述的電源，還包括待機開關，配置為將所述電源從超低空閑功率模 式轉換到有效模式或正?？臻e模式。
10.如權利要求1所述的電源，還包括待機開關，配置為將所述電源從有效模式或正常 空閑模式轉換到超低空閑功率模式。
11.一種配置為便于實現電源中的超低空閑功率模式的電路，所述電路包括輸入電路，配置為對輸入功率進行濾波和整流；耦合到所述輸入電路的能量存儲電路；耦合到所述能量存儲電路的調制器，所述調制器配置為以高頻速率調制輸入功率以便 驅動變壓器，并且將功率從該變壓器的原邊傳輸到該變壓器的副邊；和控制電路，配置為監(jiān)視所述調制器，并且控制所述初級電路，從而當所述控制電路確定 基本上不存在負載時，所述初級電路基本上被禁止，從而將電源被配置為處于超低空閑功 率模式中。
12.如權利要求11的電路，其中所述控制電路監(jiān)視所述調制器的占空比或開關速率中 的至少一個，以便確定是否基本上不存在負載。
13.如權利要求11的電路，其中所述控制電路包括配置為監(jiān)視所述調制器的邏輯控制 單元，以及配置為控制所述電路的功率控制單元。
14.如權利要求11的電路，其中所述調制器包括PWM控制器以及MOSFET或其它晶體管 驅動器中的至少一個。
15.如權利要求13的電路，其中所述邏輯控制單元包括耦合到所述調制器以便監(jiān)視所 述調制器的輸出的至少一個輸入，所述調制器的輸出包括輸出脈沖速率、占空比和電流級別中的至少一個。
16.如權利要求15的電路，其中耦合到所述調制器以便監(jiān)視直接來自所述調制器內的 PWM控制器的輸出脈沖速率的所述至少一個輸入中的至少一個是來自耦合到所述調制器內 的PWM控制器的積分器的輸出，以及來自耦合到所述調制器內的PWM控制器的電流到電壓 轉換器的輸出。
17.如權利要求13的電路，其中所述電路包括耦合在所述功率控制單元和所述調制器 之間的至少一個開關器件，從而所述功率控制單元斷開所述至少一個開關器件，以便禁止 所述調制器。
18.一種便于實現在空閑功率操作過程中具有超低功耗的電源的方法，所述方法包括監(jiān)視所述電源的初級電路的特性，并且確定何時出現基本上沒有負載的狀態(tài)；當檢測到所述基本上沒有負載的狀態(tài)時，基本上禁止所述電源的所述初級電路，以便 產生超低功率模式。
19.如權利要求18所述的方法，所述方法還包括當所述控制電路確定存在功率負載 時，啟動所述電源。
20.如權利要求18所述的方法，其中所述確定何時出現基本上沒有負載的狀態(tài)包括檢 測所述初級電路內何時出現低的占空比或開關速率或電流流動中的至少一個。
21.如權利要求19所述的方法，其中當所述初級電路的占空比或開關速率或電流流動 中的至少一個增加到一個閾值級別之上時，發(fā)生所述啟動所述電源。
22.如權利要求18所述的方法，其中所述監(jiān)視包括使得控制電路監(jiān)視所述初級電路內 的占空比或開關速率或電流流動中的至少一個，以便確定是否存在所述基本上沒有負載的 狀態(tài)。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述控制電路監(jiān)視調制器的活動，以確定是否存 在基本上沒有負載的狀態(tài)。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述控制電路監(jiān)視直接來自所述調制器內的PWM 控制器的輸出脈沖速率或占空比中的至少一個。
25.如權利要求23所述的方法，其中所述控制電路監(jiān)視來自耦合到所述調制器內的 PWM控制器的積分器的輸出。
26.如權利要求^所述的方法，其中所述控制電路監(jiān)視來自耦合到所述調制器內的 PWM控制器的電流到電壓轉換器的輸出。
27.如權利要求18所述的方法，其中所述監(jiān)視初級電路的特性包括喚醒周期，以便便 于實現測試輸出汲取或對所述電源的內部電路重新充電中的至少一個。
全文摘要
公開了一種用于在空閑模式中將功耗減少到超低級別，諸如，有效功率的大約1/10到1/1000或更低的方法和電路。一種超低空閑電源包括初級電路、次級電路和控制電路?？刂齐娐繁O(jiān)視所述初級電路的行為，并且確定是否存在空閑狀態(tài)或沒有負載狀態(tài)，并且如果是，則斷開初級電路。通過斷開初級電路，該超低空閑電源的功耗被減小到超低級別。
文檔編號H02M3/156GK102089962SQ200980127253
公開日2011年6月8日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權日2008年5月29日
發(fā)明者R·G·杜波斯 申請人:Igo公司