CN110445396A - 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法 - Google Patents

具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110445396A
CN110445396A CN201910753435.6A CN201910753435A CN110445396A CN 110445396 A CN110445396 A CN 110445396A CN 201910753435 A CN201910753435 A CN 201910753435A CN 110445396 A CN110445396 A CN 110445396A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active
load
power supply
signal
control signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910753435.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李伊珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jingyi Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
Jingyi Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jingyi Semiconductor Co Ltd filed Critical Jingyi Semiconductor Co Ltd
Priority to CN201910753435.6A priority Critical patent/CN110445396A/zh
Publication of CN110445396A publication Critical patent/CN110445396A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种具有主动式假性负载的开关电源***，包括有开关电源控制器，控制开关变换器将一输入电压转化为一输出电压反馈电路，生成反馈信号表征所述输出电压的值；电源电压生成电路，生成电源电压，该电源电压由开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成，主动式假性负载，接收并根据反馈信号，决定是否接入到电源电压和***地之间。

Description

具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法
技术领域
本发明涉及电子电路，具体涉及一种具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法。
背景技术
在当前环保节能的重要性不断提升的大背景下，目前对电源效率的要求越来越高。当前的开关电源在工作过程中，主要依靠反馈回路，对负载和输出变化进行控制，以确保输出的稳定。
当开关电源的负载处于待机状态时，对开关电源每一周期的能量需求很小，为了提高这一场景下开关电源的效率，现有技术经常采用的一种方式是调整开关电源的工作频率，使开关电源工作于脉冲频率调制(PFM)模式。当负载处于待机状态时，开关电源的工作频率对应降低，工作周期延长，以适应当前负载的输出需求。
然而，采用PFM模式控制的开关电源，在面对不同的应用场景时，往往也因为各种原因需要设定一个最大的开关周期(即最小开关频率)。例如，对于原边控制型的反激式变换器，为了保证反馈回路对电源输出端的瞬态响应能力，需要设置最小开关频率。当负载对能量的需求小于最大开关周期内所输出的能量，开关电源输出端上无法消耗掉的就会使得输出电压逐渐不断变大，令电源***失效。为了避免这种极端情况的发生，常见的处理方式是在输出端接入一个假性负载(dummy load)。使得负载极低甚至为零的情况下，开关电源在输出端能够及时消耗掉多余的能量，确保输出的稳定性。
假性负载同样也应用于过压保护领域，在输出电压因不明原因异常升高时，通过接入假性负载，可以在一定程度上，减缓过压破坏以保护其他负载。
但是，在负载正常的情况下，假性负载的存在，会额外消耗能量，使得电源***的效率降低。同时，现有技术中的假性负载在接入时，接入位置往往位于输出端，此处的参考地电位和***地电位不同，因此必须采用分立元件完成而无法集成进入***内部，不仅增加了物料成本，也使得***芯片封装时，需要预留相应的管脚进行控制。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，提出了具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法。
在本发明的第一方面，提出了一种具有主动式假性负载的开关电源***，包括：开关电源控制器，输出一个开关电源控制信号；开关变换器，接受所述开关电源控制信号的控制，将一输入电压转化为一输出电压；反馈电路，连接到所述开关变换器，形成反馈信号，所述反馈信号能够表征所述输出电压的值；电源电压生成电路，耦接所述开关变换器，用于生成电源电压，其中，所述电源电压由所述开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成；主动式假性负载，接收所述反馈信号，所述主动式假性负载根据所述反馈信号，决定是否接入到所述电源电压和所述***地之间。
在某些实施例中，所述主动式假性负载包括：主动负载控制信号发生器，接收所述反馈信号，根据所述反馈信号，生成至少一个主动负载控制信号；主动负载，耦接所述主动负载控制信号发生器，接收所述至少一个主动负载控制信号，在所述至少一个主动负载控制信号提示满足主动负载工作条件时，选择性地将所述主动负载接入到电源电压和***地之间，而在所有主动负载控制信号均提示不满足主动负载工作条件时，同电源电压和***地断开。
进一步的，在一些实施例中，所述主动负载控制信号发生器包括，误差放大器，接收所述反馈信号，生成误差放大信号；一组或并联多组比较器单元，每个比较器单元分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，其中，每个正相输入端接收所述误差放大信号，每个所述反相输入端分别接收一个参考信号，每个输出端的各自输出一个主动负载控制信号，其中，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
其中，所述误差放大器可以进一步耦接所述开关电源控制器，所述开关电源控制器根据所述误差放大信号，生成所述开关电源控制信号。
在一实施例中，所述主动负载控制信号发生器包括：一组或并联多组比较器单元，每个比较器单元分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，每个正相输入端接收所述反馈信号，每个所述反相输入端分别接收一个参考信号，每个输出端的各自输出一个所述主动负载控制信号，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
在一实施例中，所述电源电压生成电路包括：隔离二极管，阳极接收所述输出电压；储能电容，连接在所述隔离二极管的阴极和***地之间，所述储能电容上的电压为电源电压。
在另一实施例中，所述开关变换器为隔离式开关变换器，所述隔离式开关变换器具有一个主变压器，包括原边绕组，副边绕组和辅助绕组，所述原边绕组接收输入电压，所述副边绕组向所述输出电压提供能量；所述电源电压生成电路包括：隔离二极管，阳极连接到所述辅助绕组的一端；储能电容，所述储能电容连接在所述隔离二极管的阴极和***地之间，所述储能电容上的电压为电源电压。
本发明的第二方面，公开了一种1.具有主动式假性负载的开关电源***的控制方法，包括：采用开关变换器将一输入电压转换成一输出电压，并自所述开关变换器获得一电源电压，其中，所述电源电压由所述开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成；生成一个反馈信号，其中，所述反馈信号可表征所述输出电压的值；接收并根据所述反馈信号，输出至少一个主动负载控制信号提示是否满足主动负载工作条件；以及在所述至少一个主动负载控制信号提示满足主动负载工作条件时，选择性地将至少一个主动负载接入到电源电压和***地之间，而在所有主动负载控制信号均提示未满足主动负载工作条件时，将主动负载同电源电压和***地断开。
本发明实施例所公开的具有主动式假性负载的开关电源***及其控制方法，能够有效减少假性负载的能量损耗，提高效率，同时能够避免将假性负载设置于***封装外部，减少封装的管脚数量和外部元件占用空间。
附图说明
在下面所有附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
图1示出了根据本发明一个实施例的具有主动式假性负载的开关电源***100的结构模块示意图；
图2示出了依据本发明一个实施例的主动式假性负载105和开关电源控制器101的具体结构示意图；
图3示出了依据本发明另一个实施例的主动式假性负载105和开关电源控制器101的具体结构示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例中的主动负载202的电路示意图；
图5所示为根据本发明另一实施例的主动负载202的电路示意图；
图6所示为根据本发明一个实施例的开关变换器102和电源电压生成电路104的结构示意图；
图7所示为根据本发明另一个实施例的开关变换器102和电源电压生成电路104的结构示意图；
图8所示为根据本发明一个实施例的具有主动式假性负载的开关电源***的控制方法800。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的启示。如本文中所使用，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。
图1示出了根据本发明一个实施例的具有主动式假性负载的开关电源***100的结构模块示意图。如图1所示，开关电源***100包括：开关电源控制器101，输出一个开关电源控制信号CTRL。开关变换器102，接受开关电源控制信号CTRL的控制，通过功率开关Q1的开通和关断，将自输入端输入的一输入电压VIN在输出端转化为一输出电压VOUT，输出端上的输出电流为IOUT。在反馈电路103，连接到开关变换器103，形成反馈信号VFB。反馈信号VFB能够表征所述输出电压的值。在图示实施例中，反馈电路103为一分压器，耦接到开关变换器102的输出端和开关变换器102的输出地PGND，通过对输出电压VOUT进行分压，形成反馈信号VFB。本领域普通技术人员能够理解，在其他实施例中，反馈电路103可以采用任何合适的结构来形成对输出电压VOUT的反馈信号VFB，或者，如下文实施例将会说明的那样，反馈信号VFB并非直接由输出电压VOUT生成，而只需能够表征VOUT的值即可。本发明对此不作限制。电源电压生成电路104，耦接开关变换器102，用于生成电源电压VCC，VCC用于对开关电源***100自身进行供电，包括为开关电源控制器101、开关变换器102(如有需要，图中以虚线标示)、反馈电路103(如有需要，图中以虚线标示)和主动式假性负载105进行供电。其中，电源电压VCC由开关变换器102工作时所传递的能量的一部分生成，即，开关变换器102在工作状态下，当功率开关Q1开通，会自输入电压VIN获取能量，这些能量的一部分经由电源电压生成电路104，被转化用于生成电源电压VCC。有关电源电压生成电路104的具体结构将在下文中进一步介绍。主动式假性负载105，接收反馈信号VFB，并根据反馈信号VFB，决定是否接入到电源电压VCC和***地GND之间。需要特别说明的是，开关变换器102的输出地PGND和***地GND二者可能不具有相同电位。
在图示实施例中，一旦开关电源***100发生轻载或过压现象时，使得VOUT异常上升时，VFB会对应发生变化，主动式假性负载105可根据VFB所反馈的情况，在合适的时候接入到电源电压VCC和***地GND之间。此时，电源电压VCC、主动式假性负载105和***地GND形成一电流通路，由于电源电压VCC由开关变换器102工作时所传递的能量的一部分生成，在形成电流通路后，可对开关变换器102所传递的能量进行消耗，从而能够抑制这些能量堆积于开关变换器102的输出端，致使输出电压VOUT异常上升。而当VOUT正常时，主动式假性负载105则可根据VFB的反馈情况，自VCC和GND之间断开，从而有效减少无谓的能量消耗，提高效率
另一方面，由于主动式假性负载105接入时，连接到***地GND，而不是开关电源变换器102的输出地(由VOUT供电的负载接入到输出端和输出地之间)，***地GND可位于开关电源***的内部，当在电源电压VCC和***地GND之间接入主动式假性负载105时，所形成的整个电流通路可以都位于以单晶片(Monolithic)方式封装出开关电源集成电路内部，而无需采用额外的管脚进行外接。
图2示出了依据本发明一个实施例的主动式假性负载105和开关电源控制器101的具体结构示意图。如图2所示，在图示实施例中，主动式假性负载105包括：主动负载控制信号发生器201，通过管脚FB接收所反馈信号VFB，根据反馈信号VFB，生成至少一个主动负载控制信号ALC。主动负载202，耦接主动负载控制信号发生器201，接收至少一个主动负载控制信号ALC，在至少一个主动负载控制信号ALC提示满足主动负载工作条件时，选择性地将主动负载202接入到电源电压VCC和***地GND之间，而在所有主动负载控制信号ALC均提示不满足主动负载工作条件时，同电源电压VCC和***地GND断开。在本文中，“选择性地将主动负载202接入”，意为可选择将主动负载202的全部可用负载接入，或者选择主动负载202的部分可用负载接入(例如在具有多个负载单元的情况下，选择部分负载单元接入，或者调节可变式负载的值，以大于零小于最大负载值的方式接入)。
图示实施例中，以采用单个主动负载控制信号ALC控制主动式假性负载105为例进行说明。主动负载控制信号发生器201可包括：误差比较电路2011，接收反馈信号VFB，生成误差放大信号EA。误差比较电路2011可以为一个误差放大器，具有正相端，反相端和输出端。正向端接收反馈信号VFB，反相端接收一个参考值VREF，输出端输出误差放大信号EA。
主动负载控制信号发生器201进一步可包括：一组或并联多组比较器单元2012，在图示实施例中，以存在n组比较器单元为例进行说明。每个比较器单元2012分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，其中，每个正相输入端接收误差放大信号EA，每个反相输入端分别接收一个参考信号VTH1、VTH2、……、VTHn(如只有一组比较器单元则仅有VTH1)，每个输出端的各自输出一个主动负载控制信号ALC1、ALC2、……、ALCn(只有一组主动负载控制信号则仅有ALC1)，其中，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号VTH1、VTH2、……、VTHn各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
特别的，在某些实施例中，误差比较电路201所输出的误差放大信号EA还进一步提供给开关电源控制器101，用于根据该误差放大信号EA，生成开关电源控制信号CTRL。
在图2所示的实施例中，示出了一种简单的基于峰值电流控制的反馈控制环路作为开关电源控制器101。误差放大信号EA被输送给一个控制回路比较器12的正相端。控制回路比较器12的反相端接收一个锯齿波信号Vt，使得控制回路比较器12的输出端输出一个方波信号，作为开关电源控制信号CTRL。锯齿波信号Vt可采用电流感测电路13，对开关变换器102的输出电流Iout进行感测采样获得。
这样，误差放大器2011和误差放大信号EA获得了复用，在保证主动式假性负载性能和功能的同时，无需增加多余的元件增大占用面积。
本领域技术人员能够理解，在其他实施例中，可以采用任意其他合适的控制方式，来实现依据误差放大信号EA生成开关电源控制信号CTRL，本领域普通技术人员可以自行决定。同样的，在另外一些实施例中，误差放大信号EA可以仅输出给主动负载控制信号发生器202，而开关电源控制器101可以不依赖误差放大信号EA来生成开关电源控制信号CTRL。
图3示出了依据本发明另一个实施例的主动式假性负载105和开关电源控制器100的具体结构示意图。
相比于图2所示的实施例，图3所示实施例中，主动负载控制信号发生器201不包括误差比较电路EA，而是直接由反馈信号VFB连接到一组或并联多组比较器单元2012。每个比较器单元2012分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，其中，每个正相输入端接收反馈信号VFB，每个反相输入端分别接收一个参考信号VTH1、VTH2、……、VTHn(只有一组比较器单元则仅有VTH1)，每个输出端的各自输出一个主动负载控制信号ALC1、ALC2、……、ALCn(只有一组主动负载控制信号则仅有ALC1)，其中，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号VTH1、VTH2、……、VTHn各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
开关电源***可以进一步包括一反馈引脚FB。反馈引脚FB位于集成电路芯片封装体上，具有位于封装体内的内部端和位于封装体外的外部端。外部端FBe耦接至反馈电路103，接收反馈信号VFB，内部端FBi同时耦接至主动式假性负载105和开关电源控制器101，开关电源控制器101根据所述反馈信号VFB，生成开关电源控制信号CTRL。
在图3所述的实施例中，开关电源控制器101采用了基于脉冲频率调制的控制模式。开关电源控制器101包括：开通比较器1011、计时器1012、触发器1013。其中，开通比较器1011具有正相输入端，反相输入端和输出端，正相输入端耦接接收一开通参考信号VON，反相输入端接收反馈信号VFB，输出端耦接置触发器1013的置位端S。计时器1012的输入端耦接开通比较器1011的输出端，输出端耦接到触发器1013的复位端R。计时器1012在开通比较器1011的输出信号发生跳变时开始计时，经过以恒定时间后，输出一复位信号到触发器1013的复位端复位触发器1013。触发器1013的输出端Q输出开关电源控制信号CTRL。
本领域技术人员能够理解，在其他实施例中，可以采用任意其他合适的控制方式，来实现依据反馈信号VFB生成开关电源控制信号CTRL，本领域普通技术人员可以自行决定。
需要说明的是，在某些实施例中，开关电源***100可以同时具有多种控制模式，例如，开关电源控制器101可以同时具有图2所示实施例中的基于电流控制的脉宽调制(PWM)模式，和图3所示实施例中的基于恒定导通时间(COT)的脉冲频率调制(PFM)模式，以择一的方式对开关变换器102进行控制。同样的，图3所示实施例中的主动式假性负载105和图2实施例中的主动式假性负载105可以同时存在于同一实施例中，使得在开关电源***100无论选择何种控制方式，均可以在满足条件时接入VCC和GND之间。
图4示出了根据本发明一个实施例中的主动负载202的电路示意图。如图4所示，主动负载202为一个受控的泄放(Bleeding)电流源，耦接于电源电压VCC同***地GND之间。图示实施例中，以单个主动负载控制信号ALC数量为1个的情况进行说明。主动负载202接收主动负载控制信号ALC，当主动负载控制信号ALC指示未满足主动负载工作条件时，泄放电流源输出的电流为零，相当于主动负载202未接入电路。当主动负载控制信号ALC指示满足主动负载工作条件时，泄放电流源输出一个泄放电流Ib，相当于主动负载202接入电路。典型的，泄放电流Ib的值可以为1mA-100mA。
本领域普通技术人员能够理解，主动负载202也能够采用其他类型的合适负载，例如电阻，通过主动负载控制信号ALC控制的开关，来接入到电源电压VCC和***地GND之间，从而实现相近的效果。
进一步的，在一个实施例中，主动负载控制信号发生器201可以用运算放大器单元取代比较器单元，以实现输出的主动负载控制信号ALC为一个模拟信号。主动负载控制信号ALC的值进一步提示接入主动负载的大小。当主动负载为一个泄放电流源时，泄放电流源为一个可变电流源，根据主动负载控制信号ALC的值，决定输出的泄放电流Ib的值，使得主动负载202能够根据具体的外部负载实际情况和/或应用环境，微调接入电路的假性负载的大小，更加精准地平衡瞬态响应性能同工作效率之间的关系。
图5所示为根据本发明另一实施例的主动负载202的电路示意图。其中，主动负载控制信号发生器201包含了多组并联的比较器单元，每个比较器单元各自输出一个主动负载控制信号ALC1，ALC2，……，ALCn，其中，每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。主动负载202包括并联的多个受控的泄放电流源，每个泄放电流源分别受到主动负载控制信号ALC1，ALC2，……，ALCn的控制，在分别满足各自的接入条件时，每个泄放电流源分别开始输出泄放电流Ib1，Ib2,……Ibn。其中每个泄放电流源所输出的泄放电流Ib1，Ib2，……，Ibn可以相同，也可以不同。例如Ib1、Ib2、……、Ibn的电流值可以以斐波拉契数列的形式排列。使得主动负载202能够根据具体的外部负载实际情况和/或应用环境，微调接入电路的假性负载的大小，更加精准地平衡瞬态响应性能同工作效率之间的关系。
图6所示为根据本发明一个实施例的开关变换器102和电源电压生成电路104的结构示意图。开关变换器102，接受开关电源控制器101所输出的开关控制信号CTRL的控制，将输入电压VIN转化为输出电压VOUT。具体的，在图6所示的实施例中，开关变换器102为一个非隔离式降压(Buck)变换器，具有接收开关控制信号CTRL的功率开关1021，续流二极管1022，输出电感1023和输出电容1024。在其他实施例中，开关变换器102可以为具有任何合适的隔离式或非隔离式开关电源拓扑结构，包括但不限于升压(boost)变换器，降压-升压(buck-boost)变换器，反激(fly-back)变换器，正激(forward)变换器，半桥(half-bridge)变换器，全桥(full-bridge)变化器或其他谐振/准谐振变换器拓扑结构，例如相移全桥，谐振半桥LLC，有源钳位正激/反激等等。
电源电压生成电路104可包括隔离二极管1041，阳极耦接至输出电压VOUT，阴极连接到一个储能电容Cs。储能电容Cs连接在隔离二极管1041的阴极和***地GND之间，储能电容Cs两端的电压即为电源电压VCC。
电源电压生成电路104所获取的能量，来自于输出电压VOUT，即输入电压VIN首先经由开关变换器102的功率开关将能量传递至输出端，再由输出端将能量传递至电源电压VCC。当储能电容Cs具有足够能量时，使得电源电压VCC高于输出电压VOUT时，隔离二极管截止，输出电压VOUT停止对储能电容充电。而当储能电容Cs的能量消耗，使得电源电压VCC下降至输出电压VOUT以下时，隔离二极管导通，使得输出电压VOUT对储能电容Cs充电。
这样获得的电源电压VCC不仅具有小于输出电压VOUT的纹波值，而且，使得当电源电压VCC和***地GND之间接入主动式假性负载时，所消耗的能量间接来源于VOUT，从而抑制输出电压VOUT的异常上升。
图7所示为根据本发明另一个实施例的开关变换器102和电源电压生成电路104的结构示意图。如图7所示，开关变换器102为隔离式反激开关变换器，接受开关电源控制器101所输出的开关控制信号CTRL的控制，将输入电压VIN转化为输出电压VOUT。其中，隔离式开关变换器102具有一个主变压器112，包括原边绕组1121，副边绕组1122和辅助绕组1123。其中，原边绕组1121接收输入电压VIN，副边绕组1122耦接续流二极管Dc和滤波电容Cout，向输出电压VOUT供电。具体的，原边绕组1121第一端接收输入电压VIN，第二端同一个功率开关1021的第一端耦接，功率开关1021的控制端接收开关控制信号CTRL，由开关控制信号CTRL控制开通和关断，功率开关1021的第二端耦接至原边地PGND。副边绕组1122的第一端耦接至续流二极管Dc的阳极，第二端连接副边地SGND，输出电容Cout耦接在续流二极管Dc的阴极和副边地SGND之间，提供输出电压VOUT。
电源电压生成电路104具有一个隔离二极管1041和一个储能电容Cs。辅助绕组1123连接隔离二极管1041的阳极，隔离二极管1041的阴极连接到一个储能电容Cs。储能电容Cs上的电压即为电源电压VCC。
在一个实施例中，反馈电路103可耦接至辅助绕组1123，生成反馈信号VFB。尽管反馈信号VFB并非直接由VOUT生成，但由于反激变换器本身的特性，VFB仍然能够表征VOUT的值。
电源电压生成电路104所获取的能量，来自于原边绕组1121，即输入电压VIN首先经由开关变换器102的功率开关开通时，将能量传递至原边绕组1121，再在功率开关1021关断时，由原边绕组将能量传递至副边绕组1122和辅助绕组1123。当储能电容Cs具有足够能量时，使得电源电压VCC高于开关管关断期间辅助绕组1123两端的电压时，隔离二极管截止，辅助绕组上无电流流过。此时，原边绕组1121所传递的全部能量将传递至副边绕组1122，再由副边绕组1122传递给输出端上的VOUT。而当储能电容Cs的能量消耗，使得电源电压VCC下降至低于开关管关断期间辅助绕组1123两端的电压时，隔离二极管104导通，使得辅助绕组上产生电流，对储能电容Cs充电。
这样，当电源电压VCC和***地GND之间接入主动式假性负载105时，流过辅助绕组上的电流增大，根据反激变换器原副边安匝比相同的原理，此时流过副边绕组1122上的电流将对应减小，使得输出电压VOUT的异常升高的情况得到抑制。
本领域具有普通水平的技术人员能够了解，隔离式开关变换器并不限于图示实施例中的反激变换器，而可以采用任何本领域常见的隔离式开关变换器拓扑，例如半桥变换器，正激变换器，隔离式降压变换器，隔离式升压变换器等等，本发明对此不作限制。
图8所示为根据本发明一个实施例的主动式假性负载的控制方法800。如图8所示，主动式假性负载控制方法800包括：
步骤801：采用开关变换器将一输入电压VIN转换成一输出电压VOUT，并自开关变换器获得一电源电压VCC，其中，电源电压VCC由开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成；
步骤802：生成一个反馈信号VFB，其中，反馈信号VFB可表征输出电压VOUT的值；
步骤803：接收并根据反馈信号VFB，输出至少一个主动负载控制信号ALC提示是否满足主动负载工作条件；
步骤804：在所述至少一个主动负载控制信号ALC提示满足主动负载工作条件时，选择性地将至少一个主动负载接入到电源电压VCC和***地GND之间，而在所有主动负载控制信号ALC均提示未满足主动负载工作条件时，将主动负载同电源电压VCC和***地GND断开。
在一个实施例中，接收并根据反馈信号VFB，输出至少一个主动负载控制信号ALC提示是否满足主动负载工作条件包括：
将反馈信号VFB同一参考信号VREF进行误差比较，生成误差放大信号EA；
将误差放大信号EA同一阈值VTH1进行比较，生成主动负载信号ALC
在另一个实施例中，接收并根据反馈信号VFB，输出至少一个主动负载控制信号ALC提示是否满足主动负载工作条件包括包括：
将反馈信号VFB同一阈值VTH1进行比较，生成主动负载信号ALC
进一步的，在一个实施例中，方法800包括：
根据反馈信号VFB或误差放大信号EA，生成多个主动负载控制信号ALC1，ALC2，……，ALCn，其中，每个主动负载控制信号对应一个主动负载，每个主动负载控制信号所对应的主动负载工作条件不同。
在任一主动负载控制信号的提示满足主动负载工作条件时，选择性地将该主动负载控制信号对应的主动负载接入到电源电压VCC和***地GND之间，而在任一主动负载控制信号提示未满足主动负载工作条件时，将该主动负载控制信号对应的主动负载同电源电压VCC和***地GND断开。
在一个实施例中，将至少一个主动负载接入到电源电压VCC和***地GND之间包括：开启至少一个泄放电流源，在电源电压VCC和***地之间形成泄放电流。
以上对根据本发明实施例的控制方法及步骤的描述仅为示例性的，并不用于对本发明进行限定。另外，一些公知的控制步骤及所用控制参数等并未给出或者并未详细描述，以使本发明清楚、简明且便于理解。发明所属技术领域的技术人员应该理解，以上对根据本发明各实施例的控制方法及步骤的描述中所述使用的步骤编号并不用于表示各步骤的绝对先后顺序，这些步骤并不按照步骤编号顺序实现，而可能采用不同的顺序实现，也可能同时并列地实现，并不仅仅局限于所描述的实施例。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种具有主动式假性负载的开关电源***，包括：
开关电源控制器，输出一个开关电源控制信号；
开关变换器，接受所述开关电源控制信号的控制，将一输入电压转化为一输出电压；
反馈电路，连接到所述开关变换器，形成反馈信号，所述反馈信号能够表征所述输出电压的值；
电源电压生成电路，耦接所述开关变换器，用于生成电源电压，其中，所述电源电压由所述开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成；
主动式假性负载，接收所述反馈信号，所述主动式假性负载根据所述反馈信号，决定是否接入到所述电源电压和所述***地之间。
2.如权利要求1所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述主动式假性负载包括：
主动负载控制信号发生器，接收所述反馈信号，根据所述反馈信号，生成至少一个主动负载控制信号；
主动负载，耦接所述主动负载控制信号发生器，接收所述至少一个主动负载控制信号，在所述至少一个主动负载控制信号提示满足主动负载工作条件时，选择性地将所述主动负载接入到电源电压和***地之间，而在所有主动负载控制信号均提示不满足主动负载工作条件时，同电源电压和***地断开。
3.如权利要求2所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述主动负载控制信号发生器包括，
误差放大器，接收所述反馈信号，生成误差放大信号；
一组或并联多组比较器单元，每个比较器单元分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，其中，每个正相输入端接收所述误差放大信号，每个所述反相输入端分别接收一个参考信号，每个输出端的各自输出一个主动负载控制信号，其中，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
4.如权利要求3所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述误差放大器进一步耦接所述开关电源控制器，所述开关电源控制器根据所述误差放大信号，生成所述开关电源控制信号。
5.如权利要求2所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述主动负载控制信号发生器包括：一组或并联多组比较器单元，每个比较器单元分别具有正相输入端，反相输入端和输出端，每个正相输入端接收所述反馈信号，每个所述反相输入端分别接收一个参考信号，每个输出端的各自输出一个所述主动负载控制信号，在存在并联多组比较器单元时，每个参考信号各不相同，使得每个主动负载控制信号所代表的主动负载接入条件不同。
6.如权利要求5所述的具有主动式假性负载的开关电源***，进一步包括一设于集成电路封装体之上的反馈引脚，所述反馈引脚具有内部端和外部端，所述外部端耦接至所述反馈电路，接收所述反馈信号，所述内部端同时耦接至所述主动式假性负载和所述开关电源控制器，所述开关电源控制器根据所述反馈信号，生成所述开关电源控制信号。
7.如权利要求2所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述主动负载包括一个或多个负载单元，每个负载单元包括一个受控的泄放电流源，耦接于所述电源电压同所述***地之间，分别对应被一个主动负载控制信号所控制，当对应的所述主动负载控制信号指示未满足主动负载工作条件时，所述泄放电流源输出的电流为零，当所述主动负载控制信号指示满足主动负载工作条件时，所述泄放电流源输出一个泄放电流。
8.如权利要求7所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，每个所述泄放电流源在工作时输出的泄放电流不同。
9.如权利要求1所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中，所述电源电压生成电路包括：
隔离二极管，阳极接收所述输出电压；
储能电容，连接在所述隔离二极管的阴极和***地之间，所述储能电容上的电压为电源电压。
10.如权利要求1所述的具有主动式假性负载的开关电源***，其中：
所述开关变换器为隔离式开关变换器，所述隔离式开关变换器具有一个主变压器，包括原边绕组，副边绕组和辅助绕组，所述原边绕组接收输入电压，所述副边绕组向所述输出电压提供能量；
所述电源电压生成电路包括：
隔离二极管，阳极连接到所述辅助绕组的一端；
储能电容，所述储能电容连接在所述隔离二极管的阴极和***地之间，所述储能电容上的电压为电源电压。
11.一种具有主动式假性负载的开关电源***的控制方法，包括：
采用开关变换器将一输入电压转换成一输出电压，并自所述开关变换器获得一电源电压，其中，所述电源电压由所述开关变换器工作时所传递的能量的一部分生成；
生成一个反馈信号，其中，所述反馈信号可表征所述输出电压的值；
接收并根据所述反馈信号，输出至少一个主动负载控制信号提示是否满足主动负载工作条件；
在所述至少一个主动负载控制信号提示满足主动负载工作条件时，选择性地将至少一个主动负载接入到电源电压和***地之间，而在所有主动负载控制信号均提示未满足主动负载工作条件时，将主动负载同电源电压和***地断开。
CN201910753435.6A 2019-08-15 2019-08-15 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法 Pending CN110445396A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910753435.6A CN110445396A (zh) 2019-08-15 2019-08-15 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910753435.6A CN110445396A (zh) 2019-08-15 2019-08-15 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110445396A true CN110445396A (zh) 2019-11-12

Family

ID=68435791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910753435.6A Pending CN110445396A (zh) 2019-08-15 2019-08-15 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110445396A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414342A (zh) * 2013-07-02 2013-11-27 西南交通大学 动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制方法
CN203352442U (zh) * 2013-07-02 2013-12-18 西南交通大学 动态调节开关变换器定频恒定通断时间控制装置
CN104052266A (zh) * 2014-06-15 2014-09-17 西南交通大学 电容电流型恒定导通时间控制技术及其装置
CN104300773A (zh) * 2014-10-17 2015-01-21 深圳航天科技创新研究院 一种简单的自适应假负载电路
CN105406713A (zh) * 2015-12-23 2016-03-16 无锡硅动力微电子股份有限公司 高精度快速瞬态响应控制电路
CN103956896B (zh) * 2013-03-29 2016-08-17 成都芯源***有限公司 一种电压转换电路以及控制方法
US10250142B1 (en) * 2018-03-28 2019-04-02 M3 Technology Inc. Advanced constant off-time control for four-switch buckboost converter
CN110061611A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 晶艺半导体有限公司 主动式假性负载、开关电源变换器及控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956896B (zh) * 2013-03-29 2016-08-17 成都芯源***有限公司 一种电压转换电路以及控制方法
CN103414342A (zh) * 2013-07-02 2013-11-27 西南交通大学 动态电压调节开关变换器的定频恒定通断时间控制方法
CN203352442U (zh) * 2013-07-02 2013-12-18 西南交通大学 动态调节开关变换器定频恒定通断时间控制装置
CN104052266A (zh) * 2014-06-15 2014-09-17 西南交通大学 电容电流型恒定导通时间控制技术及其装置
CN104300773A (zh) * 2014-10-17 2015-01-21 深圳航天科技创新研究院 一种简单的自适应假负载电路
CN105406713A (zh) * 2015-12-23 2016-03-16 无锡硅动力微电子股份有限公司 高精度快速瞬态响应控制电路
US10250142B1 (en) * 2018-03-28 2019-04-02 M3 Technology Inc. Advanced constant off-time control for four-switch buckboost converter
CN110061611A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 晶艺半导体有限公司 主动式假性负载、开关电源变换器及控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8488340B2 (en) Power converter with boost-buck-buck configuration utilizing an intermediate power regulating circuit
US7391190B1 (en) Apparatus and method for three-phase buck-boost regulation
US8243410B2 (en) Transient voltage compensation system and method
Garcia et al. A new family of single stage AC/DC power factor correction converters with fast output voltage regulation
US5781421A (en) High-frequency, high-efficiency converter with recirculating energy control for high-density power conversion
CN104022640A (zh) 基于共振的单个电感器输出驱动的dc-dc转换器及方法
US20140306677A1 (en) Current detection circuit and switching regulator thereof
US20060255777A1 (en) Apparatus and method for improving voltage converter low load efficiency
Chang et al. Single-inductor four-switch non-inverting buck-boost dc-dc converter
Yu et al. A novel dual-input ZVS DC/DC converter for low-power energy harvesting applications
CN109617429A (zh) 电压转换集成电路、高压buck变换器及控制方法
Li et al. A capacitor-free control scheme for a primary-side controlled flyback converter
US8331110B2 (en) Switching capacitor—PWM power converter
US11811317B2 (en) Controller for a power supply and a power supply
CN213990297U (zh) 一种无线充电接收装置和无线充电装置
CN114094854A (zh) 一种电源变换***及其控制芯片和供电控制电路
Rodríguez et al. A novel single-stage single-phase DC uninterruptible power supply with power-factor correction
McRae et al. Hybrid serial-output converter for integrated LED lighting applications
Zhao et al. DC-DC power conversions and system design considerations for battery operated system
CN110445396A (zh) 具有主动式假性负载的开关电源***及控制方法
Rodriguez et al. A single-stage rectifier with PFC and fast regulation of the output voltage
Bagci et al. Low-power photovoltaic energy harvesting with parallel differential power processing using a SEPIC
Kumar et al. A cascaded buck-flyback structure for high voltage step down applications
Wu et al. Universal input single-stage PFC AC/DC converter with reduced DC-bus voltage stress
Ma et al. A current mode buck/boost DC-DC converter with automatic mode transition and light load efficiency enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191112

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication