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公開番号2024058585
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2023141878
出願日2023-08-31
発明の名称スイッチング電源の動作モード制御方法、回路及びスイッチング電源
出願人ダイオーズインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20240418BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電圧、負荷及び入力線電圧に基づいて、スイッチング電源が異なる動作モードに入ることを総合的に制御するスイッチング電源の動作モード制御方法、回路及びスイッチング電源を提供する。
【解決手段】方法は、出力電圧が第1の所定電圧閾値より小さく、かつ負荷が重負荷である場合は、スイッチング電源がCCM(連続導通モード)又はDCM(不連続導通モード)のモードで動作するよう制御することで、スイッチング電源に低出力電圧の需要がある場合に、QR(擬似共振モード)の制限によってスイッチング電源の動作周波数が低くなり、かつ、損壊しやすくなるという問題を回避し、出力電圧が第1の所定電圧閾値を下回らず、かつ、負荷が重負荷である場合は、入力線電圧に基づいて、スイッチング電源がCCMまたはDCM又はQRの中のいずれかのモードで動作するよう制御することで、スイッチング電源の動作効率を保証している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング電源の動作モード制御方法において、
前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断し、
もし小さければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の重負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭの動作モードに入るよう制御し、
もし小さくなければ、前記スイッチング電源の負荷が前記所定の重負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御することを含むことを特徴とする、
スイッチング電源の動作モード制御方法。
続きを表示（約 3,200 文字）【請求項２】
前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断した後、さらに、
もし小さければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の軽負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含むことを特徴とする、
請求項１に記載のスイッチング電源の動作モード制御方法。
【請求項３】
前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断した後、さらに、
もし小さくなければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の軽負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含むことを特徴とする、
請求項１に記載のスイッチング電源の動作モード制御方法。
【請求項４】
前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御することが、
前記入力線電圧が第２の所定電圧閾値より大きい場合は、前記スイッチング電源が前記ＱＲの動作モードに入るよう制御し、
前記入力線電圧が前記第２の所定電圧閾値を下回る場合は、前記スイッチング電源が前記ＣＣＭまたはＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含むことを特徴とする、
請求項１～３のいずれかに記載のスイッチング電源の動作モード制御方法。
【請求項５】
前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御することが、
前記入力線電圧の全電圧範囲内で、前記スイッチング電源が前記ＱＲの動作モードに入るよう制御することを含むことを特徴とする、
請求項１～３のいずれかに記載のスイッチング電源の動作モード制御方法。
【請求項６】
スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さく、かつ前記スイッチング電源の負荷が所定の重負荷条件に合致する場合に第１クロック信号を生成し、前記出力電圧が前記第１の所定電圧閾値を下回らず、かつ前記負荷が前記所定の重負荷条件に合致する場合に前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて第２クロック信号を生成するためのモード制御モジュールと、
前記第１クロック信号に基づいて前記スイッチング電源のパワースイッチの状態を制御することで、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭの動作モードに入るよう制御し、前記第２クロック信号に基づいて前記パワースイッチの状態を制御することで、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御するためのパワースイッチ制御モジュールと、を含むことを特徴とする、
スイッチング電源の動作モード制御回路。
【請求項７】
前記モード制御モジュールは、クロック出力セレクタと、第１クロックモジュールと、第２クロックモジュールとを含み、
前記第１クロックモジュールの出力端と前記第２クロックモジュールの出力端はそれぞれ前記クロック出力セレクタの第１クロック入力端及び第２クロック入力端と接続されており、前記クロック出力セレクタの出力端は前記モード制御モジュールの出力端であり、
前記第１クロックモジュールは前記第１クロック信号を生成するために用いられ、かつ前記第１クロック信号の周波数は前記負荷の大きさと正相関を呈しており、
前記第２クロックモジュールは、前記スイッチング電源の一次共振波形のボトム数が所定のボトム数閾値を下回る場合、前記一次共振波形に基づいて第２クロック信号を生成し、前記一次共振波形のボトム数が所定のボトム数閾値より大きい場合は、周波数と前記負荷の大きさとが正相関を呈する第２クロック信号を生成するために用いられ、
前記クロック出力セレクタは、前記出力電圧が前記第１の所定電圧閾値より小さく、かつ前記負荷が前記所定の重負荷条件に合致する場合に前記第１クロックモジュールが生成した第１クロック信号を出力し、前記出力電圧が前記第１の所定電圧閾値を下回らず、かつ前記負荷が前記所定の重負荷条件に合致する場合に前記第２クロック出力セレクタが出力した第２クロック信号を出力するために用いられることを特徴とする、
請求項６に記載のスイッチング電源の動作モード制御回路。
【請求項８】
前記第２クロックモジュールは、第２クロックサブモジュールと、ボトムロックモジュールと、第２クロック出力セレクタとを含み、
前記第２クロックサブモジュールの出力端と前記ボトムロックモジュールの出力端はそれぞれ前記第２クロック出力セレクタの第１入力端及び第２入力端と接続され、前記第２クロック出力セレクタの出力端は前記クロック出力セレクタの第２クロック入力端と接続されており、
前記第２クロックサブモジュールは、前記スイッチング電源の一次共振波形のボトム数が所定のボトム数閾値より大きい場合に第２クロックサブ信号を生成するために用いられ、前記第２クロックサブ信号の周波数と前記一次共振波形のボトム数は負相関を呈し、前記一次共振波形のボトム数と前記負荷の大きさは負相関を呈しており、
前記ボトムロックモジュールは、前記一次共振波形のボトム数が前記所定のボトム数閾値を上回らない場合に、前記一次共振波形が前記ボトム数分のボトム部分で展開するよう制御するために用いられ、かつ前記ボトム数分のボトム部分で展開する一次共振波形を第２クロックボトム信号としており、
前記第２クロック出力セレクタは、前記一次共振波形のボトム数が前記所定のボトム数閾値より大きい場合に、前記ボトムロックモジュールが生成した第２クロックボトム信号を前記第２クロック信号として前記クロック出力セレクタに出力し、前記一次共振波形のボトム数が前記所定のボトム数閾値を上回らない場合は、前記第２クロックサブモジュールが生成した第２クロックサブ信号を前記第２クロック信号として前記クロック出力セレクタに出力するために用いられることを特徴とする、
請求項７に記載のスイッチング電源の動作モード制御回路。
【請求項９】
前記パワースイッチ制御モジュールは、アンドゲートと、Ｄフリップフロップと、駆動回路とを含み、
前記アンドゲートの第１入力端及び前記Ｄフリップフロップのクロック信号入力端は、いずれも前記モード制御モジュールの出力端と接続され、前記Ｄフリップフロップの正相出力端は前記アンドゲートの第２入力端と接続されており、前記アンドゲートの出力端は前記駆動回路の入力端と接続され、前記駆動回路の出力端は前記パワースイッチ制御モジュールの出力端として前記パワースイッチの制御端と接続されており、
前記駆動回路が、前記アンドゲートの出力端が出力する信号を増幅して、前記パワースイッチの状態を制御するために用いられることを特徴とする、
請求項６に記載のスイッチング電源の動作モード制御回路。
【請求項１０】
前記モード制御モジュールがさらに、前記スイッチング電源の出力電圧が前記第１の所定電圧閾値より小さく、かつ前記負荷が所定の軽負荷条件に合致する場合に第３クロック信号を生成するために用いられ、
前記パワースイッチ制御モジュールがさらに、前記第３クロック信号に基づいて前記パワースイッチの状態を制御することで、前記スイッチング電源がＤＣＭの動作モードに入るよう制御するために用いられることを特徴とする、
請求項６に記載のスイッチング電源の動作モード制御回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、２０２２年１０月１３日に中国特許局に提出された、出願番号２０２２１１２５３６５７．Ｘ、発明の名称「スイッチング電源の動作モード制御方法、回路及びスイッチング電源」の中国特許出願の優先権を請求しており、そのすべての内容は引用により本願に組み込まれている。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
本発明はスイッチング電源制御分野に関し、特に広い出力範囲のスイッチング電源の動作モード制御方法、回路及びスイッチング電源に関する。
【背景技術】
【０００３】
スイッチング電源は、その回路構造が簡単で、マルチ直流出力を高効率で提供できるという特徴から、幅広く応用されている。スイッチング電源の動作モードには、ＣＣＭ（ＣｏｎｔｉｎｏｕｓＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅ、連続導通モード）、ＤＣＭ（ＤｉｓｃｏｎｔｉｎｏｕｓＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅ、不連続導通モード）、ＱＲ（Ｑｕａｓｉ－Ｒｅｓｏｎａｎｔ、擬似共振モード）が含まれている。従来の技術では、スイッチング電源の後端に接続される負荷が重負荷で、かつ入力線電圧が高電圧である場合、スイッチング電源がＱＲモードで動作するよう制御される。しかし、スイッチング電源に広めの出力電圧需要がある場合、例えば低めの出力電圧需要がある場合には、ＱＲモード自体の特性によりスイッチング電源の動作周波数が制限され、スイッチング電源内の変圧器の応力が増加し、磁気素子の飽和やスイッチング電源の損壊といった問題が発生しやすくなる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、スイッチング電源の動作モード制御方法、回路及びスイッチング電源を提供することにあり、スイッチング電源の出力電圧、負荷及びスイッチング電源の入力線電圧に基づいて、スイッチング電源が異なる動作モードに入ることを総合的に制御することができる。
【０００５】
上記の技術的課題を解決するために、本発明では、以下を含むスイッチング電源の動作モード制御方法を提供している。
【０００６】
前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断すること、
もし小さければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の重負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭの動作モードに入るよう制御すること、
もし小さくなければ、前記スイッチング電源の負荷が前記所定の重負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御すること。
【０００７】
好適には、前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断した後、さらに、
もし小さければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の軽負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含む。
【０００８】
好適には、前記スイッチング電源の出力電圧が第１の所定電圧閾値より小さいかどうかを判断した後、さらに、
もし小さくなければ、前記スイッチング電源の負荷が所定の軽負荷条件に合致する場合、前記スイッチング電源がＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含む。
【０００９】
好適には、前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて、前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御することは、
前記入力線電圧が第２の所定電圧閾値より大きい場合は、前記スイッチング電源が前記ＱＲの動作モードに入るよう制御し、
前記入力線電圧が前記第２の所定電圧閾値を上回らない場合は、前記スイッチング電源が前記ＣＣＭまたはＤＣＭの動作モードに入るよう制御することを含む。
【００１０】
好適には、前記スイッチング電源の入力線電圧に基づいて前記スイッチング電源がＣＣＭまたはＤＣＭ、またはＱＲの動作モードに入るよう制御することは、
前記入力線電圧の全電圧範囲内で、前記スイッチング電源が前記ＱＲの動作モードに入るよう制御することを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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