开关功率变换器动态负载检测制造技术

本发明专利技术涉及开关功率变换器动态负载检测。一种次级侧动态负载检测系统和方法迅速快速地识别标识动态负载何时已经被置于输出上(例如，何时电子设备被重新连接到开关功率变换器)。一旦次级侧检测器已经检测到动态负载条件，从开关功率变换器的次级侧向在初级侧上的开关控制器传送动态负载检测信号。开关控制器然后可以响应于动态负载条件迅速适配开关。

【技术实现步骤摘要】
开关功率变换器动态负载检测
本专利技术涉及一种电源并且更具体地涉及检测开关功率变换器中的动态负载改变。
技术介绍
常规开关电源，比如反激功率变换器，通过使用开关控制器以基于一个或者多个表示输出功率、输出电压和/或输出电流的反馈信号控制开关的接通时间和关断时间来调节供给负载的功率。在从开关功率变换器断开负载时，一些常规电源将开关减少至很低频率，以便以最小功消将输出电压维持在经调节的电平。在将负载重新连接到开关功率变换器时，输出电压开始下降直至开关控制器可以经由反馈信号检测到电压降并且补偿增加的负载需求。然而，由于在开关周期之间的相对长时段，所以在开关控制器可以检测到输出电压改变并且对输出电压改变做出回应之前可以观测到大量延迟。结果，常规开关功率变换器受对变化的负载条件的不良动态响应的困扰。
技术实现思路
一种开关功率变换器和方法使能能够快速检测动态负载改变以便响应于负载改变来快速适配开关。开关功率变换器向负载提供经调节的功率。变压器包括耦合到输入电压的初级绕组和耦合到开关功率变换器的输出电压的次级绕组。变压器电气隔离开关功率变换器的与初级绕组对应的初级侧和开关功率变换器的与次级绕组对应的次级侧。开关耦合到功率变换器的初级绕组。在接通开关之时生成而在关断开关之时不生成经过初级绕组的电流。耦合到开关功率变换器的次级侧上的负载的动态负载检测器电路监测至负载的输出电压并且基于输出电压的改变速率超过阈值改变速率生成指示动态负载改变的检测信号。在开关功率变换器的初级侧上的开关控制器生成控制信号以接通或者关断开关。开关响应于控制信号在第一状态中而接通并且开关响应于控制信号在第二状态中而关断。开关控制器还被配置为响应于生成动态负载检测信号，生成开关的开关周期。本说明书中描述的特征和优点并非全部，特别是，考虑到附图、说明书和权利要求书，很多附加特征和优点对于本领域普通技术人员来说将是清楚的。此外，应当注意的是，本说明书中所使用的措词主要出于可读性和指导性的目的进行总体选择，并且可以不是被选择来界定或限定本专利技术主题。附图说明图1图示具有多个操作模式的开关功率变换器的电流-电压曲线的实施例。图2是图示具有动态负载感测能力的开关功率变换器的第一实施例的电路图。图3是图示具有动态负载感测能力的开关功率变换器的第二实施例的电路图。图4是图示具有动态负载感测能力的开关功率变换器的第三实施例的电路图。图5图示用于具有动态负载感测能力的开关功率变换器的电流-电压曲线。图6是图示具有动态负载感测能力的开关功率变换器的第四实施例的电路图。具体实施方式附图和以下描述仅通过示例而涉及本专利技术的优选实施例。从以下讨论应当注意的是，本文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要求保护的本专利技术的原理的情况下可能被利用的可行的替换形式。现在将详细参考本专利技术的若干实施例，其示例在附图中进行图示。注意到，只要可行，可以在图中使用相似或相同附图标记并且其可以指示相似或相同的功能。附图仅出于说明的目的描绘本专利技术的实施例。本领域技术人员从下文描述将会容易地认识到，在并不背离这里所描述本专利技术的原理的情况下可以采用这里所图示的结构和方法的可替换实施例。一种次级侧动态负载检测系统和方法快速地识别在开关功率变换器的输出处的动态负载改变(例如，在将电子设备重新连接到开关功率变换器时)。一旦次级侧检测器已经检测到动态负载条件，则从开关功率变换器的次级侧向在初级侧上的开关控制器传送动态负载检测信号。开关控制器然后可以响应于动态负载条件来迅速地适配开关。在一个实施例中，从开关功率变换器的次级侧向初级侧控制器传送动态负载检测信号而未使用在开关功率变换器的初级侧与次级侧之间的附加隔离部件(例如光隔离器、反馈变压器等)。在一个实施例中，开关功率变换器以多个不同操作模式操作。例如图1图示开关功率变换器的操作曲线，该开关功率变换器基于如下三个主要操作模式向电子设备提供控制和经调节的功率：(1)恒定电压模式(CVM)101；(2)恒定电流模式(CCM)102；以及(3)空载条件103。在CVM101中，开关功率变换器被配置为供应在CVM范围104表示的特定容限内的基本上固定电压的经调节的DC输出。在一个实施例中，开关功率变换器在被供电的电子设备的内部电池被完全充电时以CVM101操作。开关功率变换器的固定电压输出对将正常操作的电子设备提供操作功率。在CCM102中，开关功率变换器被配置为提供固定电流输出。在一个实施例中，开关功率变换器在电子设备的内部电池没有被完全充电时以CCM102操作。开关功率变换器的恒定电流输出允许电子设备的内部电池的高效充电。在空载条件103之下，从电子设备断开开关功率变换器。这里，开关功率变换器被配置为维持经调节的电压输出(但是不提供任何电流)，预期到电子设备将被重新连接到开关功率变换器。图2是图示向负载221(例如电子设备)提供功率的开关功率变换器200(例如，初级侧反激开关功率变换器)的实施例的电路图。开关功率变换器200包括具有初级绕组Np、次级绕组Ns和辅助绕组Na的变压器T1、开关204、开关控制器202、输出整流二极管D1、电阻器R1、R2、R3、输出滤波电容器C1以及动态负载检测器232以及其它部件。向功率变换器200输入输入电压(VIN)208，通常为整流的AC电压。开关控制器202使用具有接通时间(TON)和关断时间(TOFF)的脉冲信号206来控制开关204的接通状态和关断状态。如下文将进一步具体描述的那样，脉冲信号206可以例如使用脉冲宽度调制(PWM)或者脉冲频率调制来控制开关204的开关。当开关204在其接通时间期间接通(例如闭合)它时，在变压器T1的初级侧绕组Np中存储能量。次级绕组Ns上的电压为负并且二极管D1被反向偏压，从而阻止向负载221传输能量。在这一状态中，经由电容器C1向负载221供应能量。在开关204关断(打开)时，向变压器T1的次级侧Ns释放在变压器T1的初级绕组Np中存储的能量。二极管D1变成正向偏压，使能能够向负载221传输变压器T1中存储的能量并且对电容器C1重新充电。电阻器R1和R2形成与变压器T1的辅助绕组Na串联耦合的电压分压器，并且产生表示输出电压(VOUT)210的感测电压(VSENSE)212。在CVM操作中，控制器202监测VSENSE212并且控制开关以位置VOUT210基本上靠近期望的调节电压VREG(例如，在可允许误差范围内)。在一个备选实施例中，可以省略辅助绕组Na，并且可以代之以通过监测初级绕组Np上的电压来检测VSENSE。电阻器R3与开关204串联耦合以产生电压(ISENSE)214，其表示经过变压器T1的初级绕组Np的电流。ISENSE214也代表经过负载221的输出电流(IOUT)216，因为经过初级绕组Np的电流将与经过次级绕组Ns的电流成比例。在CCM操作中，控制器202监测ISENSE214并且控制开关以维持IOUT基本上在期望的调节电流IREG附近(例如，在可允许误差范围内)。在一个实施例中，控制器202通过使用脉冲宽度调制(PWM)控制和脉冲频率调制(PFM)控制的组合可以采用双模式控制方法。例如，在一个实施例中，在标称负载连接到开关功率变换器200并且开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向负载提供经调节的功率的开关功率变换器，所述开关功率变换器包括：变压器，包括耦合到输入电压的初级绕组和耦合到所述开关功率变换器的输出的次级绕组，所述变压器将所述开关功率变换器的与所述初级绕组对应的初级侧与所述开关功率变换器的与所述次级绕组对应的次级侧电气隔离；开关，耦合到所述变压器的所述初级绕组，在所述开关接通时生成经过所述初级绕组的电流，并且在所述开关关断时不生成经过所述初级绕组的电流；动态负载检测器电路，耦合到在所述开关功率变换器的所述次级侧上的所述负载，所述动态负载检测器电路被配置为监测至所述负载的输出电压，并且基于所述输出电压的改变速率超过阈值改变速率生成指示动态负载改变的动态负载检测信号；以及开关控制器，在所述开关功率变换器的所述初级侧上并且被配置为生成控制信号以接通或者关断所述开关，所述开关响应于所述控制信号处于第一状态而接通，并且所述开关响应于所述控制信号处于第二状态而关断，并且所述开关控制器进一步被配置为响应于生成所述动态负载检测信号，生成所述开关的开关周期。

【技术特征摘要】
2012.07.31 US 13/563,4531.一种用于向负载提供经调节的功率的开关功率变换器，所述开关功率变换器包括：变压器，包括耦合到输入电压的初级绕组和耦合到所述开关功率变换器的输出的次级绕组，所述变压器将所述开关功率变换器的与所述初级绕组对应的初级侧与所述开关功率变换器的与所述次级绕组对应的次级侧电气隔离；开关，耦合到所述变压器的所述初级绕组，在所述开关接通时生成经过所述初级绕组的电流，并且在所述开关关断时不生成经过所述初级绕组的电流；动态负载检测器电路，耦合到在所述开关功率变换器的所述次级侧上的所述负载，所述动态负载检测器电路被配置为监测至所述负载的输出电压，并且响应于所述输出电压的改变速率超过阈值改变速率生成指示动态负载改变的动态负载检测信号，所述动态负载检测信号包括跨所述变压器的所述次级绕组的电压脉冲；以及开关控制器，在所述开关功率变换器的所述初级侧上被配置为生成控制信号以接通或者关断所述开关，所述开关响应于所述控制信号处于第一状态而接通，并且所述开关响应于所述控制信号处于第二状态而关断，所述开关控制器进一步被配置为经由初级侧感测来检测所述动态负载检测信号，并且所述开关控制器进一步被配置为响应于所检测的所述动态负载检测信号，生成所述开关的开关周期。2.根据权利要求1所述的开关功率变换器，进一步包括：电压感测电路，在所述开关功率变换器的所述初级侧上，所述电压感测电路感测代表所述变压器的所述次级绕组上的电压，其中经由所述电压感测电路检测所述动态负载检测信号。3.根据权利要求2所述的开关功率变换器，所述电压感测电路包括：所述变压器的辅助绕组，在所述开关功率变换器的所述初级侧上，用于生成与所述次级绕组上的电压成比例的电压。4.根据权利要求1所述的开关功率变换器，其中所述动态负载检测器电路包括：输出偏置电压电路，用于生成代表所述输出电压的输出偏置信号；dV/dt电路，用于根据所述输出电压的改变速率生成dV/dt信号；以及脉冲发生器电路，用于接收所述输出偏置信号和所述dV/dt信号，并且响应于在所述输出偏置信号与所述dV/dt信号之间的电压差值超过电压差值阈值，生成所述动态负载检测信号。5.根据权利要求4所述的开关功率变换器，其中所述dV/dt电路包括RC电路。6.根据权利要求4所述的开关功率变换器，其中所述脉冲发生器电路包括：PNP晶体管，具有发射极、基极和集电极，其中所述输出偏置信号耦合到所述基极，所述dV/dt电路耦合到所述发射极，并且所述集电极耦合到所述变压器的所述次级绕组。7.一种控制开关功率变换器的方法，所述开关功率变换器包括：变压器，具有耦合到输入电压的初级绕组和耦合到所述开关功率变换器的输出的次级绕组；以及开关，耦合到所述变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，
申请(专利权)人：艾沃特有限公司，
类型：发明
国别省市：