CN115441738B - 功率变换器、电源适配器与电子设备 - Google Patents

功率变换器、电源适配器与电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种功率变换器、电源适配器以及电子设备，该功率变换器包括变压器、第一开关管、输出电容、初级侧控制电路、负载检测电路、次级侧控制电路以及反馈电路；利用负载检测电路实时检测功率变换器的输出端的负载信号，根据负载信号判断功率变换器的输出端是否正常连接有便携式设备，在所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备的情况下，初级侧控制电路以及次级侧控制电路均关闭，进入零功耗模式。从而大大降低了功率变换器的输出端在空载情况下的内部功耗。

Description

功率变换器、电源适配器与电子设备
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种功率变换器、电源适配器与电子设备。
背景技术
隔离功率变换器通常用于电源适配器，为电池供电的便携式设备提供电源。
当便携式设备与电源适配器耦合时，隔离功率变换器为正常运行和电池充电提供了一个调节输出。然而，在大多数使用情况下，便携式设备在一天中仅有很短的时间内与电源适配器连接。
而即使便携式设备没有耦合到电源适配器，电源适配器仍然必须保持一个调节输出。在很多时候，数百万空闲的电源适配器连接到交流电网，而不是连接到便携式设备。电源适配器由于保持输出调节和等待便携式设备的耦合而产生内部功耗，数以百万计的空闲电源适配器导致了巨大的能源浪费。
为了减少内部功耗，现有技术电源适配器采用跳跃模式操作。跳跃模式操作使用一种众所周知的技术，即脉冲频率调制(PFM)。在跳跃式运行的情况下，功率变换器的电源开关以保持电源适配器内部功耗的功率平衡的频率循环，从而使得电源适配器保持适当的输出调节。然而该方式由于即使在便携式设备没有耦合到电源适配器的情况下，所有的初级侧和次级侧的控制功能仍然必须保持活跃以保证输出调节，因而依然存在较大的内部功耗。
发明内容
本发明提供一种功率变换器、电源适配器与电子设备，以解决现有的功率变换器内部功耗大的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种功率变换器，包括：变压器、第一开关管、输出电容、初级侧控制电路、负载检测电路、次级侧控制电路以及反馈电路；其中：
所述变压器包括初级侧绕组与次级侧绕组，所述初级侧绕组的第一端直接或间接接入待变换的输入电压，所述初级侧绕组的第二端连接至所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端经第一电阻接地；
所述输出电容的一端连接至所述功率变换器的输出端，另一端接地；
所述初级侧控制电路的输入端接收来自所述反馈电路输出的反馈信号，所述初级侧控制电路的输出端连接所述第一开关管的控制端；
所述负载检测电路用于实时检测功率变换器的输出端的负载信号，并将检测到的负载信号发送至所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路用于：基于所述负载信号判断功率变换器的输出端的负载状态，并基于所述负载状态控制所述反馈电路发送所述反馈信号给所述初级侧控制电路；其中，所述负载状态至少包括正常连接状态与非正常连接状态；所述正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端正常连接有便携式设备，所述非正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备；所述反馈信号至少包括第一反馈信号与第二反馈信号，其中所述第一反馈信号匹配于所述正常连接状态，所述第二反馈信号匹配于所述非正常连接状态；所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备包括所述功率变换器的输出端未连接有便携式设备或者所述功率变换器的输出端处于轻负载状态；
在所述负载状态为正常连接状态下，所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路正常工作；
在所述负载状态为非正常连接状态下，所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路关闭，进入零功耗模式。
在本发明的一个实施例中，所述第二反馈信号包括进入零功耗信号以及退出零功耗信号，其中，所述进入零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由正常连接有便携式设备到与便携式设备分离的转变；所述退出零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由未正常连接有便携式设备到与便携式设备正常连接的转变。
在本发明的一个实施例中，当所述初级侧控制电路接收到所述进入零功耗信号后，所述初级侧控制电路在发送确认进入零功耗信号给所述次级侧控制电路后进入零功耗模式；所述次级侧控制电路在收到所述确认进入零功耗信号后进入零功耗模式。
在本发明的一个实施例中，当所述初级侧控制电路接收到所述退出零功耗信号后，所述初级侧控制电路在发送确认退出零功耗信号给所述次级侧控制电路后退出零功耗模式，进入正常工作；所述次级侧控制电路在收到所述确认退出零功耗信号后退出零功耗模式，进入正常工作。
在本发明的一个实施例中，在所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路处于零功耗模式的情况下，所述负载状态还包括低压状态，所述低压状态用于表征所述功率变换器的输出端的输出电压低于一预设的电压阈值；
所述第二反馈信号还包括低压反馈信号，所述低压反馈信号匹配于所述低压状态；
当所述负载状态为低压状态时，所述次级侧控制电路控制所述反馈电路发送所述低压反馈信号给所述初级侧控制电路；
所述初级侧控制电路接收到所述低压反馈信号后，从零功耗模式进入开关模式，以使所述功率变换器的输出端的输出电压恢复到正常的电压值，之后再次进入零功耗模式。
在本发明的一个实施例中，所述反馈电路包括第一支路、第二支路、支路选择电路以及光隔离电路；其中：
所述第一支路与所述第二支路并联在所述功率变换器的输出端与所述支路选择电路的输入端之间；
所述支路选择电路的输出端连接所述光隔离电路；所述支路选择电路的控制端连接所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路基于所述状态信号控制所述支路选择电路选择所述第一支路或所述第二支路与所述光隔离电路连通；
其中，所述第一支路与所述第二支路输出给所述光隔离电路的信号的类型不同；在所述第一支路与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第一反馈信号给所述初级侧控制电路；在所述第二支路与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第二反馈信号给所述初级侧控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述第一支路为模拟信号传输支路，所述第二支路为数字信号传输支路。
在本发明的一个实施例中，所述第一支路为恒流源支路，所述第二支路为开关支路。
在本发明的一个实施例中，所述支路选择电路为数据选择器，所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端与所述第二支路的第二端分别接在所述数据选择器的不同的数据输入端；
所述数据选择器的输出端连接所述光隔离电路；所述数据选择器的控制端连接所述次级侧控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述支路选择电路包括第三开关器件与第四开关器件，其中所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端连接所述第三开关器件的输入端，所述第二支路的第二端连接所述第四开关器件的输入端；
所述第三开关器件的输出端与所述第四开关器件的输出端均连接所述光隔离电路；所述第三开关器件的控制端与所述第四开关器件的控制端均连接所述次级侧控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述反馈电路包括第一支路以及光隔离电路；其中：
所述第一支路的第一端连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端连接所述光隔离电路；
所述第一支路上设置有开关器件，所述开关器件的控制端连接所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路基于所述状态信号控制所述开关器件的通断，以使所述第一支路产生不同的输出信号给所述光隔离电路，所述光隔离电路基于所述输出信号发送相应的所述反馈信号给所述初级侧控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述光隔离电路包括：发光二极管、稳压单元、光敏元件、第二电阻以及第三电阻；其中：
所述发光二极管的正极连接所述支路选择电路的输出端，其负极连接所述稳压单元的第一端；
所述第二电阻的第一端连接所述功率变换器的输出端，其第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端接地；
所述稳压单元的控制端连接至所述第二电阻的第一端，所述稳压单元的第二端接地；
所述光敏元件的第一端接地，其第二端连接所述初级侧控制电路的输入端；
所述发光二极管的发光强度与所述支路选择电路的输出端输出的信号的大小成比例；所述光敏元件用于接收所述发光二极管的光信号并将接收到的光信号转换成电信号，反馈给所述初级侧控制电路。
在本发明的一个实施例中，所述稳压单元为齐纳二极管。
根据本发明的第二方面，提供了一种电源适配器，包括本发明第一方面及可选方案所述的功率变换器。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括本发明第二方面的电源适配器。
本发明提供的功率变换器、电源适配器以及电子设备，利用负载检测电路实时检测功率变换器的输出端的负载信号，根据负载信号判断功率变换器的输出端是否正常连接有便携式设备，在所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备的情况下，初级侧控制电路以及次级侧控制电路均关闭，进入零功耗模式。从而大大降低了功率变换器的输出端在空载情况下的内部功耗。
在一些优选实施方式中，所述初级侧控制电路接收到所述进入零功耗信号和/或所述退出零功耗信号后，均对相应信号进行确认后才进行工作状态的切换，从而确保了初级侧和次级侧的控制的同步。
在一些优选实施方式中，反馈电路包括两种不同信号类型的支路，通过两种不同信号类型的支路控制不同类型的反馈信号的传输，从而可以方便地将功率变换器的输出端的负载状态进行反馈，简化了控制。
在一些优选实施方式中，考虑到电路存在的微小损失，比如输出电容的漏电，在所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路处于零功耗模式的情况下，所述负载状态还包括低压状态，所述低压状态用于表征所述功率变换器的输出端的输出电压低于一预设的电压阈值；当所述负载状态为低压状态时，控制所述初级侧控制电路从零功耗模式进入开关模式，以使所述功率变换器的输出端的输出电压恢复到正常的电压值，之后再次进入零功耗模式。从而在降低空载情况下的内部功耗的同时维持了输出端的电压的调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种电源适配器的拓扑示意图；
图2是本发明一实施例中功率变换器的构造示意图一；
图3是本发明一实施例中功率变换器的构造示意图二；
图4是本发明一实施例中功率变换器的构造示意图三；
图5是本发明一实施例中功率变换器的构造示意图四；
图6是本发明一实施例中功率变换器的构造示意图五；
图7是本发明一实施例中功率变换器的控制流程示意图一；
图8是本发明一实施例中功率变换器的控制流程示意图二；
图9是本发明一实施例中功率变换器的控制波形示意图。
附图标记说明：
1-初级侧控制电路；
2-负载检测电路；
3-次级侧控制电路；
4-反馈电路；
41-第一支路；
42-第二支路；
43-支路选择电路；
44-发光二极管；
45-稳压单元；
46-光敏元件；
5-便携式设备；
6-交流电源；
7-整流单元；
Cin-输入侧电容；
Vin-输入电压；
Np-初级侧绕组；
Ns-初级侧绕组；
S1-第一开关管；
R1-第一电阻；
V_FB-反馈电压；
Cout-输出侧电容；
MUX-数据选择器；
SA-第三开关器件；
SD-第四开关器件；
SAC-第三开关器件控制信号；
SDC-第四开关器件控制信号；
RF1-第二电阻；
RF2-第四电阻；
Vout-输出电压。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
随着技术的发展，各种类型的电子产品层出不穷，渗透到人们生活的方方面面，这些电子产品在使用时要么需要连接市电，要么需要预先充电，因为很多电子产品的电压与市电不匹配，所以这些终端设备需要通过电源适配器才能连接市电充电。
如图1所示，电源适配器的一端连接电网，另一端连接负载，该电网通常为居民使用的市电的供电网络，负载可以为各类型的便携式设备(终端设备)。如：手机、平板电脑、笔记本电脑、电子穿戴设备、电子眼镜、电动牙刷、吸尘器和电动自行车等。
电源适配器的内部组成通常包括交直流转换电路、功率变换器以及滤波电路。滤波电路分别与功率变换器和交直流转换电路连接；其中，交直流转换电路用于将电网中的交流电转换为直流电，功率变换器用于将直流电转换到负载所需的电压范围，为负载提供直流电压；滤波电路用于过滤交直流转换电路和功率变换器中的噪声。
关于交直流转换电路和滤波电路本申请中不做过多介绍。本申请仅针对其中的功率变换器进行重点介绍。
很多时候，电源适配器是连接到交流电网，但是并未连接到便携式设备；此时，电源适配器为了保持输出调节以等待便携式设备的耦合，从而产生大量的内部功耗。
针对此种情况，申请人研究并分析了现有技术中的做法，发现现有技术中均无法解决该内部功耗的问题，究其原因是因为现有的功率变换器，并未主动去监测电源适配器的输出端的负载的连接情况，即使在空闲状态下(即电源适配器未连接有便携式设备)，其初级侧和次级侧的控制功能需要保持活跃以保证输出调节，从而造成了较大的内部功耗。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种功率变换器，以解决电源适配器在空闲状态下的内部功耗大的问题。
请参考图2-图5，本发明实施例提供了一种功率变换器，包括：变压器、第一开关管S1、输出电容Cout、初级侧控制电路1、负载检测电路2、次级侧控制电路3以及反馈电路4；其中：
所述变压器包括初级侧绕组Np与次级侧绕组Ns，所述初级侧绕组Np的第一端直接或间接接入待变换的输入电压Vin，所述初级侧绕组Np的第二端连接至所述第一开关管S1的输入端，所述第一开关管S1的输出端经第一电阻R1接地；
所述输出电容Cout的一端连接至所述功率变换器的输出端，另一端接地；
所述初级侧控制电路1的输入端接收来自所述反馈电路4输出的反馈信号；所述初级侧控制电路1的输出端连接所述第一开关管S1的控制端，对第一开关管S1进行控制；
所述负载检测电路2用于实时检测功率变换器的输出端的负载信号，并将检测到的负载信号发送至所述次级侧控制电路3；其中，功率变换器的输出端的输出电压用Vout表示，便携式设备5一般连接在该输出端；负载信号一般包括便携式设备5两端的电压以及流过便携式设备5的电流，根据检测到的电压与电流可以计算出负载的大小；
所述次级侧控制电路3用于：基于所述负载信号判断功率变换器的输出端的负载状态，并基于所述负载状态控制所述反馈电路4发送所述反馈信号给所述初级侧控制电路1；其中，所述负载状态至少包括正常连接状态与非正常连接状态；所述正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端正常连接有便携式设备5，所述非正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备5；所述反馈信号至少包括第一反馈信号与第二反馈信号，其中所述第一反馈信号匹配于所述正常连接状态，所述第二反馈信号匹配于所述非正常连接状态；其中所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备5包括所述功率变换器的输出端未连接有便携式设备5或者所述功率变换器的输出端处于轻负载状态，轻负载状态指的是虽然功率变换器的输出端连接有便携式设备5，但电流很小；
在所述负载状态为正常连接状态下，所述初级侧控制电路1以及所述次级侧控制电路3正常工作；其中正常工作指的是初级侧控制电路1以及所述次级侧控制电路3的控制功能保持正常；
在所述负载状态为非正常连接状态下，所述初级侧控制电路1以及所述次级侧控制电路3关闭，进入零功耗模式；在零功耗模式下，初级侧控制电路1以及所述次级侧控制电路3的控制功能关闭，从而电路没有内部功耗。
本发明实施例提供的功率变换器，利用负载检测电路2实时检测功率变换器的输出端的负载信号，根据负载信号判断功率变换器的输出端是否正常连接有便携式设备5，在所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备5的情况下，初级侧控制电路1以及次级侧控制电路3均关闭，进入零功耗模式。从而大大降低了功率变换器的输出端在空载情况下的内部功耗。其中，零功耗模式指的是控制功能关闭，电路不再工作。
在本发明的一个实施例中，所述第二反馈信号包括进入零功耗信号以及退出零功耗信号，其中，所述进入零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由连接有便携式设备5到与便携式设备5分离的转变；所述退出零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由未正常连接有便携式设备5到与便携式设备5正常连接的转变。
作为优选实施方式，初级侧控制电路1与次级侧控制电路3之间的通信需要进行确认，其体现在：当所述初级侧控制电路1接收到所述进入零功耗信号后，所述初级侧控制电路1需要发送确认进入零功耗信号给所述次级侧控制电路3，然后再进入零功耗模式；所述次级侧控制电路3在收到所述确认进入零功耗信号后进入零功耗模式。
具体地，如图7所示，假如当前功率变换器的输出端正常连接有便携式设备，次级侧控制电路3根据负载检测电路2检测到的负载信号，判断功率变换器的输出端是否与便携式设备分离，若没有分离，则初级侧控制电路1与次级侧控制电路3均正常工作。若发生分离，则次级侧控制电路3控制反馈电路发送进入零功耗信号给初级侧控制电路1，初级侧控制电路1在收到进入零功耗信号后需进行确认，若未收到初级侧控制电路1的确认，则次级侧控制电路3继续控制反馈电路发送进入零功耗信号给初级侧控制电路1；若收到初级侧控制电路1的确认，则次级侧控制电路3进入零功耗模式，且初级侧控制电路1在确认后也进入零功耗模式。
进一步地，初级侧控制电路1与次级侧控制电路3之间的通信需要进行确认还体现在：当所述初级侧控制电路1接收到所述退出零功耗信号后，所述初级侧控制电路1需要发送确认退出零功耗信号给所述次级侧控制电路3，然后退出零功耗模式，进入正常工作；所述次级侧控制电路3在收到所述确认退出零功耗信号后退出零功耗模式，进入正常工作。
具体地，如图8所示，假如当前功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备，次级侧控制电路3根据负载检测电路2检测到的负载信号，判断功率变换器的输出端是否与便携式设备连接，若没有连接，则初级侧控制电路1与次级侧控制电路3均保持零功耗模式。若发生连接，则次级侧控制电路3控制反馈电路发送退出零功耗信号给初级侧控制电路1，初级侧控制电路1在收到退出零功耗信号后需进行确认，若未收到初级侧控制电路1的确认，则次级侧控制电路3继续控制反馈电路发送退出零功耗信号给初级侧控制电路1；若收到初级侧控制电路1的确认，则次级侧控制电路3退出零功耗模式，且初级侧控制电路1在确认后也退出零功耗模式。
初级侧控制电路与次级侧控制电路的这种通信方式，确保了初级侧和次级侧的控制的同步。
考虑到电路存在的微小损失，比如输出电容Cout的漏电，在所述初级侧控制电路1以及所述次级侧控制电路3处于零功耗模式的情况下，所述负载状态还包括低压状态，所述低压状态用于表征所述功率变换器的输出端的输出电压Vout低于一预设的电压阈值；所述第二反馈信号还包括低压反馈信号，所述低压反馈信号匹配于所述低压状态。当所述负载状态为低压状态时，所述次级侧控制电路3控制所述反馈电路4发送所述低压反馈信号给所述初级侧控制电路1，控制所述初级侧控制电路1从零功耗模式进入开关模式，以使所述功率变换器的输出端的输出电压Vout恢复到正常的电压值，之后再次进入零功耗模式。从而在降低空载情况下的内部功耗的同时维持了输出端的电压的调节。
作为一种实施方式，所述反馈电路4包括第一支路41、第二支路42、支路选择电路43以及光隔离电路。其中，所述第一支路41与所述第二支路42并联在所述功率变换器的输出端与所述支路选择电路43的输入端之间；所述支路选择电路43的输出端连接所述光隔离电路；所述支路选择电路43的控制端连接所述次级侧控制电路3；所述次级侧控制电路3基于所述状态信号控制所述支路选择电路43选择所述第一支路41或所述第二支路42与所述光隔离电路连通。其中，所述第一支路41与所述第二支路42输出给所述光隔离电路的信号的类型不同；在所述第一支路41与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第一反馈信号给所述初级侧控制电路1；在所述第二支路与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第二反馈信号给所述初级侧控制电路1。
其中，一个实施例中，如图2所示，所述支路选择电路43为数据选择器MUX；所述第一支路41的第一端与所述第二支路42的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路41的第二端与所述第二支路42的第二端分别接在所述数据选择器MUX的不同的数据输入端；不同的数据输入端代表了数据选择器MUX的不同的通道；所述数据选择器MUX的输出端连接所述光隔离电路；所述数据选择器MUX的控制端连接所述次级侧控制电路3。具体地，次级侧控制电路3对数据选择器MUX进行控制，以控制数据选择器MUX的不同的通道导通，例如第一支路41所连接的通道导通或者第二支路42所连接的通道导通；从而控制第一支路41或者第二支路42与光隔离电路连接。
其中，另一个实施例中，如图3所示，所述支路选择电路43包括第三开关器件SA与第四开关器件SD，其中所述第一支路41的第一端与所述第二支路42的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路41的第二端连接所述第三开关器件SA的输入端，所述第二支路42的第二端连接所述第四开关器件SD的输入端；所述第三开关器件SA的输出端与所述第四开关器件SD的输出端均连接所述光隔离电路；所述第三开关器件SA的控制端与所述第四开关器件SD的控制端均连接所述次级侧控制电路3。所述次级侧控制电路3基于所述状态信号控制发送给第三开关器件SA的控制端的控制信号SAC与发送给第三开关器件SA的控制端的控制信号SDC，以使得第三开关器件SA或第四开关器件SD导通，从而控制第一支路41或者第二支路42与光隔离电路连接。
当然，应该意识到，支路选择电路43并不限于数据选择器MUX或开关管，其还可以为其他的形式，只要能够实现对不同支路的选通功能，则均在本发明的保护范围之内。
其中，所述第一支路例41如可以为模拟信号传输支路，所述第二支路42例如可以为数字信号传输支路。如图4及图5所示，作为一种具体实施方式，所述第一支路41为恒流源支路，具体地，其包括一恒流源。所述第二支路42为开关支路，具体地，其包括一开关管。
其中，当所述第二支路42开关管时，开关管的控制端接收一控制信号，该控制信号优选地为由次级侧控制电路3产生的控制信号，以简化电路结构。在此情况下，次级侧控制电路3一方面根据负载状态控制支路选择电路43选择第一支路41还是第二支路42与光隔离电路连接，另一方面控制第二支路42的导通与关断，以形成不同类型的数字信号传输至光隔离电路。
当然，构成第二支路42的开关管的控制端的控制信号还可以为额外的PWM控制电路产生的控制信号。控制信号的各种实现形式均在本发明的保护范围之内。
当然，应该意识到，本发明的模拟信号传输支路不限于恒流源，任何用于传输模拟信号的电路形式均在本发明的保护范围之内，例如第一支路41还可以由电阻构成或者还可以包括电阻。同时，本发明的数字信号传输支路不限于开关，任何用于传输数字信号的电路形式均在本发明的保护范围之内，例如第二支路42还可以由电阻构成或者还可以包括电阻。
现有技术中，反馈信号一般仅为模拟信号，从而反馈信号所代表的状态非常有限。而本发明通过两种不同信号类型的支路控制不同类型的反馈信号的传输，从而可以方便地将功率变换器的输出端的负载状态进行反馈，简化了控制。并且，由于数字信号可以实现多种不同的变化，从而可以进行多种不同状态信息的反馈，例如功率变换器的输出端由正常连接有便携式设备到与便携式设备分离的转变状态、功率变换器的输出端由未正常连接有便携式设备到与便携式设备正常连接的转变状态以及低压状态等。并且数字信号的实现类型存在多样化的选择，例如不同的脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲数量等均可代表不同的数字信号。
当然，以上反馈电路仅为一种举例，本发明中的反馈电路还可以为其他形式，只要能把功率变换器的输出端的不同的负载状态进行反馈即可。具体的，作为另一种举例，所述反馈电路还可以包括第一支路以及光隔离电路；其中：
所述第一支路的第一端连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端连接所述光隔离电路；
所述第一支路上设置有开关器件，所述开关器件的控制端连接所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路基于所述状态信号控制所述开关器件的通断，以使所述第一支路产生不同的输出信号给所述光隔离电路，所述光隔离电路基于所述输出信号发送相应的所述反馈信号给所述初级侧控制电路。例如，所述次级侧控制电路基于所述状态信号控制所述开关器件的通断，以使得第一支路产生产生不同的脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲数量等输出信号，并通过所述光隔离电路反馈给所述初级侧控制电路。
作为一种具体实施方式，所述光隔离电路包括：发光二极管44、稳压单元45、光敏元件46、第二电阻RF1以及第三电阻RF2；其中：
所述发光二极管44的正极连接所述支路选择电路43的输出端，其负极连接所述稳压单元45的第一端；
所述第二电阻RF1的第一端连接所述功率变换器的输出端，其第二端连接所述第三电阻RF2的第一端，所述第三电阻RF2的第二端接地；
所述稳压单元45的控制端连接至所述第二电阻RF2的第一端，所述稳压单元45的第二端接地；第二电阻RF1以及第三电阻RF2构成分压网络，以对稳压单元45的控制端进行控制；
所述光敏元件46的第一端接地，其第二端连接所述初级侧控制电路1的输入端；
所述发光二极管44的发光强度与所述支路选择电路43的输出端输出的信号的大小成比例；所述光敏元件46用于接收所述发光二极管44的光信号并将接收到的光信号转换成电信号，反馈给所述初级侧控制电路1。
作为一种具体实施方式，稳压单元45例如可以为齐纳二极管；当然，本发明并不以此为限，其他类型的稳压单元也在本发明的保护范围之内。
具体地，例如，发光二极管44接收第一支路41或第二支路42输出的信号，例如电压信号；并在所接收的信号的作用下发光，其发光的强度与所接收的信号的大小成比例。光敏元件46将发光二极管44的光信号转换成电信号并进行处理后发送一反馈信号给初级侧控制电路1，例如发送电压信号V_FB给初级侧控制电路1。
关于本发明实施例提供的功率变换器的控制波形，请参考图9，在图9中，便携式设备连接情况指的是功率变换器的输出端与便携式设备的连接情况，该连接情况包括：连接、分离、连接到分离的转变以及分离到连接的转变。Vout代表检测到的功率变换器的输出端的输出电压，V_OPTO代表发光二极管44接收到的支路选择电路43的输出端输出的信号，例如可以为输出电压，具体的，V_OPTO以及V_FB在连接状态下为模拟电压，在非连接状态下是数字电压，其中图9中重点示意出数字信号的情况，即重点示意出便携式设备与功率变换器的输出端分离的情况、从连接到分离的转变以及从分离到连接的转变。V_FB代表光敏元件46传输给初级侧控制电路1的反馈信号。
在便携式设备与功率变换器的输出端稳定连接的情况下，发光二极管44接收到的为第一支路41输出的模拟信号，此种情况为常见的反馈方式，图9中不进行具体体现。图9的重点在于示意出数字信号的控制方式。如图9所示，在功率变换器的输出端与便携式设备分离的情况下，次级侧控制电路3控制第二支路42与发光二极管44连接，具体的：
当功率变换器的输出端与便携式设备发生由连接到分离的转变，第二支路42发送两个窄脉冲波信号给发光二极管44，该两个窄脉冲波信号代表进入零功耗信号；光敏元件46根据发光二极管44的发光情况解析出对应的电信号，并发送反馈信号V_FB给初级侧控制电路1，初级侧控制电路1收到进入零功耗信号后进行确认，例如也反馈两个窄脉冲波代表进入零功耗模式确认，初级侧控制电路1在发出确认信号后进入零功耗模式，并且次级侧控制电路3在接收到初级侧控制电路1的确认信号后也进入零功耗模式。
在零功耗模式状态下，若负载检测电路2检测到功率变换器的输出端的输出电压Vout低于一阈值V_T，如图9的A部分所示；则第二支路42发送一个宽脉冲波信号给发光二极管44，该两个窄脉冲波信号代表低压状态；光敏元件46根据发光二极管44的发光情况解析出对应的电信号，并发送反馈信号V_FB给初级侧控制电路1，初级侧控制电路1在收到该宽脉冲波信号后进入开关模式，以将Vout恢复至正常值。基于这种对输出电压Vout的调节功能，从而使得输出电压Vout始终保持在正常范围内，从而始终保持输出调节。
当功率变换器的输出端与便携式设备发生由分离到连接的转变，第二支路42发送三个窄脉冲波信号给发光二极管44，该三个窄脉冲波信号代表退出零功耗信号；光敏元件46根据发光二极管44的发光情况解析出对应的电信号，并发送反馈信号V_FB给初级侧控制电路1，初级侧控制电路1收到退出零功耗信号后进行确认，例如也反馈三个窄脉冲波代表退出零功耗模式确认，初级侧控制电路1在发出确认信号后退出零功耗模式，并且次级侧控制电路3在接收到初级侧控制电路1的确认信号后也退出零功耗模式。
当然，图9仅是一种举例，初级侧控制电路1与次级侧控制电路3之间的数字信号交互还可以采用其他的信号形式，例如其他的脉冲宽度、脉冲幅度、脉冲数量等来代表不同的数字信号。
此外，本发明实施例还提供了一种电源适配器，如图6所示，其除了包括如图5所示的功率变换器之外，还包括交直流转换电路7以及滤波电路。交直流转换电路7例如为由二极管构成的整流电路，滤波电路例如为输入电容Cin。交直流转换电路7连接电网6，用于将电网6中的交流电转换为直流电，输入电容Cin用于过滤交直流转换7电路和功率变换器中的噪声。并且功率变换器的次级侧还包括输出二极管Dout。
此外，本发明实施例提供了一种电子设备，包括本发明前述实施例中的电源适配器，还包括相应的便携式设备。电源适配器与便携式设备可以组成成套电子设备，当然，电源适配器也可以独立于相应的便携式设备，成为独立的产品。
在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：变压器、第一开关管、输出电容、初级侧控制电路、负载检测电路、次级侧控制电路以及反馈电路；其中：
所述变压器包括初级侧绕组与次级侧绕组，所述初级侧绕组的第一端直接或间接接入待变换的输入电压，所述初级侧绕组的第二端连接至所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端经第一电阻接地；
所述输出电容的一端连接至所述功率变换器的输出端，另一端接地；
所述初级侧控制电路的输入端接收来自所述反馈电路输出的反馈信号，所述初级侧控制电路的输出端连接所述第一开关管的控制端；
所述负载检测电路用于实时检测功率变换器的输出端的负载信号，并将检测到的负载信号发送至所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路用于：基于所述负载信号判断功率变换器的输出端的负载状态，并基于所述负载状态控制所述反馈电路发送所述反馈信号给所述初级侧控制电路；其中，所述负载状态至少包括正常连接状态与非正常连接状态；所述正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端正常连接有便携式设备，所述非正常连接状态用于表征所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备；所述反馈信号至少包括第一反馈信号与第二反馈信号，其中所述第一反馈信号匹配于所述正常连接状态，所述第二反馈信号匹配于所述非正常连接状态；所述功率变换器的输出端未正常连接有便携式设备包括所述功率变换器的输出端未连接有便携式设备或者所述功率变换器的输出端处于轻负载状态；
在所述负载状态为正常连接状态下，所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路正常工作；
在所述负载状态为非正常连接状态下，所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路关闭，进入零功耗模式；
所述第二反馈信号包括进入零功耗信号以及退出零功耗信号，其中，所述进入零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由正常连接有便携式设备到与便携式设备分离的转变；所述退出零功耗信号匹配于所述功率变换器的输出端由未正常连接有便携式设备到与便携式设备正常连接的转变。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，当所述初级侧控制电路接收到所述进入零功耗信号后，所述初级侧控制电路在发送确认进入零功耗信号给所述次级侧控制电路后进入零功耗模式；所述次级侧控制电路在收到所述确认进入零功耗信号后进入零功耗模式。
3.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，当所述初级侧控制电路接收到所述退出零功耗信号后，所述初级侧控制电路在发送确认退出零功耗信号给所述次级侧控制电路后退出零功耗模式，进入正常工作；所述次级侧控制电路在收到所述确认退出零功耗信号后退出零功耗模式，进入正常工作。
4.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，在所述初级侧控制电路以及所述次级侧控制电路处于零功耗模式的情况下，所述负载状态还包括低压状态，所述低压状态用于表征所述功率变换器的输出端的输出电压低于一预设的电压阈值；
所述第二反馈信号还包括低压反馈信号，所述低压反馈信号匹配于所述低压状态；
当所述负载状态为低压状态时，所述次级侧控制电路控制所述反馈电路发送所述低压反馈信号给所述初级侧控制电路；
所述初级侧控制电路接收到所述低压反馈信号后，从零功耗模式进入开关模式，以使所述功率变换器的输出端的输出电压恢复到正常的电压值，之后再次进入零功耗模式。
5.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述反馈电路包括第一支路、第二支路、支路选择电路以及光隔离电路；其中：
所述第一支路与所述第二支路并联在所述功率变换器的输出端与所述支路选择电路的输入端之间；
所述支路选择电路的输出端连接所述光隔离电路；所述支路选择电路的控制端连接所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路基于状态信号控制所述支路选择电路选择所述第一支路或所述第二支路与所述光隔离电路连通；
其中，所述第一支路与所述第二支路输出给所述光隔离电路的信号的类型不同；在所述第一支路与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第一反馈信号给所述初级侧控制电路；在所述第二支路与所述光隔离电路连通的情况下，所述光隔离电路发送所述第二反馈信号给所述初级侧控制电路。
6.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述第一支路为模拟信号传输支路，所述第二支路为数字信号传输支路。
7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，所述第一支路为恒流源支路，所述第二支路为开关支路。
8.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述支路选择电路为数据选择器，所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端与所述第二支路的第二端分别接在所述数据选择器的不同的数据输入端；
所述数据选择器的输出端连接所述光隔离电路；所述数据选择器的控制端连接所述次级侧控制电路。
9.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述支路选择电路包括第三开关器件与第四开关器件，其中所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端均连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端连接所述第三开关器件的输入端，所述第二支路的第二端连接所述第四开关器件的输入端；
所述第三开关器件的输出端与所述第四开关器件的输出端均连接所述光隔离电路；所述第三开关器件的控制端与所述第四开关器件的控制端均连接所述次级侧控制电路。
10.根据权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述反馈电路包括第一支路以及光隔离电路；其中：
所述第一支路的第一端连接所述功率变换器的输出端，所述第一支路的第二端连接所述光隔离电路；
所述第一支路上设置有开关器件，所述开关器件的控制端连接所述次级侧控制电路；
所述次级侧控制电路基于状态信号控制所述开关器件的通断，以使所述第一支路产生不同的输出信号给所述光隔离电路，所述光隔离电路基于所述输出信号发送相应的所述反馈信号给所述初级侧控制电路。
11.根据权利要求5-9任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述光隔离电路包括：发光二极管、稳压单元、光敏元件、第二电阻以及第三电阻；其中：
所述发光二极管的正极连接所述支路选择电路的输出端，其负极连接所述稳压单元的第一端；
所述第二电阻的第一端连接所述功率变换器的输出端，其第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端接地；
所述稳压单元的控制端连接至所述第二电阻的第一端，所述稳压单元的第二端接地；
所述光敏元件的第一端接地，其第二端连接所述初级侧控制电路的输入端；
所述发光二极管的发光强度与所述支路选择电路的输出端输出的信号的大小成比例；所述光敏元件用于接收所述发光二极管的光信号并将接收到的光信号转换成电信号，反馈给所述初级侧控制电路。
12.根据权利要求11所述的功率变换器，其特征在于，所述稳压单元为齐纳二极管。
13.一种电源适配器，其特征在于，包括权利要求1至12任一项所述的功率变换器。
14.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求13所述的电源适配器。
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