[发明专利]具有初级侧动态负载检测和初级侧反馈控制的开关功率变换器

说明书

技术领域

本发明大体涉及开关电源，更特别地涉及具有初级侧感应反馈的动态负载检测。

背景技术

传统的反激功率变换器(flyback power converter)包括用于将电力从电源输送至负载的功率级(power stage)。功率级中的开关将负载电耦合至电源或者将负载从电源解耦，耦合至开关的开关控制器控制开关的接通时间和断开时间。开关的接通时间和断开时间可以由控制器基于表示输出功率、输出电压或输出电流的反馈信号进行更改以对其进行调节。能量在开关接通时储存在变压器的气隙中，并且在开关断开时转移至负载。除此之外，通过测量输出电流(或输出电压)并且将输出电流(或输出电压)反馈至初级侧控制器能够实现调节，因此这可以被用于更改开关的接通时间和断开时间。

为了提高成本性能并且减小整体尺寸，很多商业可用的隔离式电源仅采用初级的反馈控制。通过在各个接通和断开周期期间感应初级侧信号，次级输出和负载情况能够被检测出，因此能够被控制调节。这包括恒压和恒流两种工作模式。

很多电子设备要求电源在宽的工作条件下提供受控调节电源，增加了初级侧感应和控制的难度。诸如智能手机和平板电脑等便携式电子设备为这种设备的示例。

图1示出用于向负载提供受控调节输出的示例开关功率变换器的工作曲线。当诸如电子设备等负载连接到电源或者当未连接负载时，可能发生出现在开关电源的工作情况。例如，在恒定电压模式(CVM)101中，开关电源供给在由CVM范围104表示的特定容差范围内的固定电压的调节后的DC输出。CVM101一般表示电子设备的内部电池完全充满电，电源的固定的电压输出提供电子设备正常工作所用的工作电力。

在恒定电流模式(CCM)102中，电源提供固定的电流输出。CCM102一般表示电子设备的内部电池未完全充满电，电源的恒定电流输出允许电子设备的内部电池有效地充电。

最后，在空载情况103中，电子设备与电源断开连接。在空载情况103中，预期电子设备与电源重新连接，开关电源可以维持在CVM范围104内受调节的电压输出。

为了方便，终端用户有时经常在没有负载连接至电源输出时将电源遗留连接至交流电源。因为电源即使在空载情况下也维持受调节的输出电压，所以通常采用双模式控制方法。在存在标称负载期间，采用脉宽调制。然而，当负载接近于空载时，难以将占空比维持到足够低以维持调节输出。因此，可以添加预负载或虚负载，然而，工作效率和空载功率损耗被不利地影响。此外，因为电源经常在未连接至电子设备时而长时间地连接至交流电源，所以政府和环境机构对空载功率损耗设了最大限制。

在该情况下，一种技术是对于控制器改变其在低负载或空载情况下的调节模式。在空载情况下，接通或断开开关功率变换器的电源的脉冲频率显著降低，以维持输出电压调节，导致开关功率变换器的接通和断开周期之间的时间期间长。这对依赖于电源开关的接通和断开周期以获得反馈信号的初级侧感应控制方案提出重大挑战。在开关的接通周期之间的时间期间，由于未产生反馈信号，所以控制器不能得知输出电压的状态。如果电子设备在开关的一个长断开周期期间重新连接至电源(表示动负载变化)，则初级侧控制器在开关的下一个接通周期之前不接收关于次级侧输出电压的变化的反馈。在此期间，输出电压可能因此显著下降，超过由调节质量指标所规定的可允许的电压下降。

发明内容

这里说明的实施例包括开关功率变换器中的初级侧动态负载检测的系统和方法，其不负面地影响空载功率损耗。系统和方法包括增大输出电压的状态的有效感应频率，允许改善对次级输出的动态情况的检测。一旦检测到动态负载情况，则初级侧控制器可以采取控制动作以维持输出调节。此外，增大的采样频率对空载功率损耗或输出调节几乎不具有影响。

在一个实施例中，开关功率变换器包括变压器，所述变压器包括耦合至输入电压的第一初级绕组、第二初级绕组、耦合至所述开关功率变换器的输出的次级绕组和位于所述变压器的初级侧的辅助绕组。跨所述次级绕组的输出电压被反射为跨所述辅助绕组的反馈电压。第一开关耦合至所述变压器的所述初级绕组，使得在所述初级绕组中，响应于所述第一开关接通而产生电流，响应于所述第一开关断开而不产生电流。第二开关耦合至所述变压器的所述第二初级绕组，使得在所述第二初级绕组中，响应于所述第二开关接通而产生电流，响应于所述第二开关断开而不产生电流。在所述第一开关的断开周期期间和所述第二开关的断开周期期间产生跨所述辅助绕组的反馈电压。