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CN102364856A - 开关电源及其空载控制电路和控制方法 - Google Patents

开关电源及其空载控制电路和控制方法 Download PDF

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CN102364856A CN2011101816827A CN201110181682A CN102364856A CN 102364856 A CN102364856 A CN 102364856A CN 2011101816827 A CN2011101816827 A CN 2011101816827A CN 201110181682 A CN201110181682 A CN 201110181682A CN 102364856 A CN102364856 A CN 102364856A
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Abstract

公开了一种开关电源及其空载控制电路和控制方法。该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路。该空载控制电路包括：空载检测电路，电耦接至负载，判断开关电源是否进入空载状态并产生空载信号；以及复载检测电路，在空载检测电路检测到空载状态后，向负载输出一电流，并将负载两端的电压与第三阈值进行比较，以检测负载是否被接入并产生复载信号；其中所述开关电路在空载检测电路检测到空载状态时被关闭，在复载检测电路检测到负载被接入时恢复正常工作。

Description

开关电源及其空载控制电路和控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种开关电源，特别地，涉及一种开关电源及其空载控制电路和控制方法。
背景技术
随着能源效率和环保的日益重要，人们对开关电源待机效率的期望越来越高，客户要求电源制造商提供的电源产品能满足BLUE ANGEL、ENERGY STAR、ENERGY 2000等绿色能源标准。为了符合这些标准，很多新技术应运而生，例如脉冲跳跃模式(pulse skipping mode)、间歇模式(burstmode)及关断时间调节(off time modulation)。这些新技术的主要思想是让开关电源在轻载(负载电流很小)或空载(负载电流为零或大约为零，或负载从开关电源的输出端断开)时能够以较低开关频率操作。
常用的空载检测方法为将一感测电阻器串联连接至负载，再将感测电阻器两端的电压与预设阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。然而，感测电阻器阻值的选取是一个问题。若感测电阻器的阻值过大，在重载状态下其功率损耗会过大，从而降低开关电源效率；若感测电阻器的阻值过小，在轻载状态下感测电阻器两端的电压信号会过小，容易受干扰而无法准确地反映负载电流。
发明内容
本发明的目的是提供一种开关电源及其空载控制电路和控制方法。
依据本发明实施例提出的一种用于开关电源的空载检测电路，包括：可变电阻电路，串联连接至负载；以及第一比较电路，电耦接至可变电阻电路的两端，将可变电阻电路两端的电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态；其中所述可变电阻电路在轻载状态下的等效电阻值比在重载状态下的等效电阻值大。
依据本发明实施例提出的一种开关电源，包括：开关电路，提供电信号以驱动负载；以及如前所述的空载检测电路，电耦接在开关电路和负载之间，判断开关电源是否处于空载状态并提供空载信号至开关电路。
依据本发明实施例提出的一种用于开关电源的空载控制电路，该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路，该空载控制电路包括：空载检测电路，电耦接至负载，判断开关电源是否进入空载状态并产生空载信号；以及复载检测电路，在空载检测电路检测到空载状态后，向负载提供一电流，并将负载两端的电压与第三阈值进行比较，以检测负载是否被接入并产生复载信号；其中所述开关电路在空载检测电路检测到空载状态时被关闭，在复载检测电路检测到负载被接入时恢复正常工作。
根据本发明的实施例，所述空载控制电路还包括计时电路，产生周期性的使能信号，使所述空载检测电路每隔一段时间进行一次空载检测。
依据本发明实施例提出的一种开关电源，包括：开关电路，提供电信号以驱动负载；以及如上所述的空载控制电路，电耦接至开关电路和负载。
依据本发明实施例提出的一种用于开关电源的空载控制方法，该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路，该空载控制方法包括：将第一开关管串联连接至负载；将第二开关管与第一开关管并联；将第一开关管和第二开关管导通；将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态，若处于轻载状态，则关断第二开关管；以及将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。
依据本发明实施例提出的一种用于开关电源的负载检测电路，包括：第一开关管，串联连接至负载；第二开关管，与第一开关管并联；第一比较电路电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断负载电流是否小于第一电流阈值，在负载电流小于所述第一电流阈值的情况下确定开关电源处于轻载状态；以及第二比较电路，电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断负载电流是否小于第二电流阈值，其中第二电流阈值大于第一电流阈值；其中在负载电流大于第二电流阈值时，第一开关管和第二开关管导通，在负载电流小于第二电流阈值时，第一开关管导通而第二开关管关断。
依据本发明实施例提出的一种用于开关电源的负载检测电路，包括：第一开关管，串联连接至负载，第一开关管的漏源极电压被调节至参考值；第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；以及第一比较电路，电耦接至第一开关管和第三开关管，将第一开关管的漏源极电压与第三开关管的漏源极电压进行比较，以判断开关电源的负载状态。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的开关电源的框图；
图2为根据本发明一实施例的开关电源的电路图；
图3为根据本发明另一实施例的开关电源的电路图；
图4为根据本发明一实施例的开关电源的电路图；
图5为图4所示空载控制电路的框图；
图6为根据本发明一实施例的图5所示空载检测电路的电路图；
图7为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502的工作流程图。
图8为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502在正常工作状态下的波形图；
图9为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502在轻载状态下的波形图；
图10为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502在空载状态下的波形图；
图11为根据本发明一实施例的图5所示复载检测电路的电路图；
图12为根据本发明一实施例的图5所示欠压重启电路的电路图；
图13为根据本发明一实施例的图5所示计时电路的电路图；
图14为根据本发明一实施例的开关控制方法的流程图；
图15为根据本发明一实施例的开关电源的电路图。
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。
图1为根据本发明一实施例的开关电源的框图，包括开关电路101以及空载检测电路102。开关电路101接收输入电压Vin，并提供电信号以驱动负载。空载检测电路102电耦接在开关电路101和负载之间，判断开关电源是否处于空载状态并提供空载信号NL至开关电路101。开关电路101可为任何直流/直流变换电路、交流/直流变换电路、交流/交流变换电路或交流/直流变换电路，可采用例如半桥、全桥、LLC、反激等拓扑结构。
空载检测电路102包括可变电阻电路103和第一比较电路104。可变电阻电路103串联连接至负载，该可变电阻电路103在轻载状态下的等效电阻值比在重载状态下的等效电阻值大。可变电阻电路103可通过MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、BJT(双结型晶体管)等可控半导体器件来实现。
第一比较电路104电耦接至可变电阻电路103，将可变电阻电路103两端的电压与第一阈值Vth1进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态，并产生空载信号NL。在一个实施例中，当可变电阻电路103两端的电压小于第一阈值Vth1时，判断为开关电源处于空载状态。在一个实施例中，当空载检测电路102检测到空载状态时，开关电路101采取脉冲跳跃模式、或间歇模式、或关断时间调节，以降低开关损耗。在一个实施例中，当空载检测电路102检测到空载状态时，开关电路101被关闭，直至空载状态消失。在一个实施例中，当空载检测电路102检测到空载状态时，开关电路101被关闭一预设时长，然后恢复正常工作。
由于可变电阻电路103在重载状态下的等效电阻值小，而在轻载状态下的等效电阻值大，从而兼顾了重载状态下的工作效率与轻载状态下的检测准确性。
图2为根据本发明一实施例的开关电源的电路图，包括开关电路201和空载检测电路202。空载检测电路202包括可变电阻电路203和第一比较电路204。可变电阻电路203包括开关管Q1和Q2。开关管Q1串联连接至负载。开关管Q2与开关管Q1并联。在重载状态下，开关管Q1和Q2均导通；在轻载状态下，开关管Q1导通而开关管Q2关断。第一比较电路204电耦接至开关管Q1，将开关管Q1的漏源极电压Vds1与阈值Vth1进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态，并产生空载信号NL。
在一个实施例中，开关管Q1和Q2为NMOS(n型MOSFET)，开关管Q2的导通电阻值小于开关管Q1的导通电阻值。在一个实施例中，开关管Q1的导通电阻值为开关管Q2导通电阻值的十倍以上。在一个实施例中，开关管Q1的导通电阻值为50mΩ，开关管Q2的导通电阻值为5mΩ，阈值Vth1为50uV。
在一个实施例中，可变电阻电路203还包括第二比较电路205。第二比较电路205电耦接至开关管Q1，将电压Vds1与阈值Vth2(例如5mV)进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态。在一个实施例中，当电压Vds1小于阈值Vth2时，判断为开关电源处于轻载状态。
在一个实施例中，第一比较电路204包括比较器COM1，第二比较电路205包括比较器COM2。可变电阻电路203还包括RS触发器FF1。比较器COM1的同相输入端接收阈值Vth1，反相输入端电耦接至开关管Q1以接收电压Vds1，输出端电耦接至开关电路201以提供空载信号NL。比较器COM2的同相输入端接收阈值Vth2，反相输入端电耦接至开关管Q1以接收电压Vds1。触发器FF1的复位端电耦接至比较器COM2的输出端，同相输出端电耦接至开关管Q2的栅极。
在一个实施例中，可变电阻电路203还包括第三比较电路206，将电压Vds1与阈值Vth3进行比较，以判断开关电源是否由轻载状态恢复至重载状态。在一个实施例中，第三比较电路206包括比较器COM3。比较器COM3的同相输入端电耦接至开关管Q1以接收电压Vds1，反相输入端接收阈值Vth3，输出端电耦接至触发器FF1的置位端。
初始状态下，开关管Q1和Q2均导通，可变电阻电路203的等效电阻值为开关管Q1和Q2导通电阻值的并联值。当负载处于轻载状态，使电压Vds1小于阈值Vth2时，比较器COM2输出高电平，触发器FF1被重设，开关管Q2被关断。此时可变电阻电路203的等效电阻值为开关管Q1的导通电阻值。当比较器COM1检测到电压Vds1小于阈值Vth1时，判断为负载处于空载状态，空载信号NL为高电平。
由于可变电阻电路103在轻载状态下的等效电阻值为开关管Q1的导通电阻值，而在重载状态下的等效电阻值为开关管Q1和Q2导通电阻值的并联值，其在重载状态下的等效电阻值小，而在轻载状态下的等效电阻值大，从而兼顾了重载状态下的工作效率与轻载状态下的检测准确性。
开关管Q1和Q2也可为PMOS(p型MOSFET)。在一个实施例中，开关管Q1和Q2分别由多个开关管并联组成。在一个实施例中，开关管Q2的导通电阻值小于开关管Q1的导通电阻值，在轻载状态下导通开关管Q1关断开关管Q2，而在重载状态下导通开关管Q2关断开关管Q1。在一个实施例中，可变电阻电路103还可包括更多开关管，例如Q3、Q4等等。根据负载电流的大小划分多个负载状态，通过在不同负载状态下导通不同的开关管或开关管组合，以实现负载越轻，可变电阻电路103的等效电阻值越大，负载越重，可变电阻电路103的等效电阻值越小。
图3为根据本发明另一实施例的开关电源的电路图，包括开关电路301和空载检测电路302。空载检测电路302包括可变电阻电路303、第一比较电路304、开关管Q3和电流源I1。可变电阻电路303包括串联连接至负载的开关管Q1，开关管Q1的漏源极电压Vds1被调节至参考值Vref，例如50mV。开关管Q3的栅极和源极分别电连接至开关管Q1的栅极和源极。电流源I1电连接至开关管Q3的漏极，为其提供一个电流值为I1的电流。第一比较电路304电耦接至开关管Q1和Q3，将开关管Q1的漏源极电压Vds1与被用作阈值Vth1的开关管Q3漏源极电压Vds3进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态并产生空载信号NL。
在一个实施例中，开关管Q1和Q3为NMOS，可变电阻电路303还包括运算放大器AMP1，第一比较电路304包括比较器COM1。运算放大器AMP1的同相输入端接收电压Vds1，反相输入端接收参考值Vref，输出端电耦接至开关管Q1和Q3的栅极。比较器COM4的同相输入端电耦接至开关管Q3的漏极，反相输入端电耦接至开关管Q1的漏极，输出端电耦接至开关电路301以提供空载信号NL。
开关管Q1的漏源极电压Vds1被运算放大器AMP1调节至参考值Vref。当负载电流Iload增大，使电压Vds1增大至大于参考值Vref，运算放大器AMP1使开关管Q1和Q3的栅源极电压增大，从而减小开关管Q1和Q3的导通电阻，降低电压Vds1。负载电流Iload越大，开关管Q1的导通电阻值越小，反之亦然。
由于开关管Q1和Q3的栅极、源极均连接在一起，开关管Q1和Q3构成电流镜，假设开关管Q1和Q3宽长比的比值为n。在一个实施例中，开关管Q1的宽长比为开关管Q3宽长比的1000倍，即n＝1000。当流过开关管Q1的电流(即负载电流Iload)为流过开关管Q3电流(即I1)的n倍时，开关管Q1的栅源极电压Vds1等于开关管Q3栅源极电压Vds3。当负载电流Iload小于n*I1时，电压Vds1小于电压Vds3，比较器COM1检测到空载状态，空载信号NL为高电平。
由于可变电阻电路303的等效电阻值，即开关管Q1的导通电阻值，随负载电流增大而减小，且开关管Q1的漏源极电压Vds1被调节至参考值Vref，从而兼顾了重载状态下的工作效率与轻载状态下的检测准确性。
图4为根据本发明一实施例的开关电源的电路图，包括开关电路401、空载控制电路407和信号隔离电路409。开关电路401采用反激拓扑结构，包括开关管S1、控制电路408、变压器T1、二极管D1、D2、以及输出电容器Cout1、Cout2。
变压器T1具有初级绕组、次级绕组和第三绕组。变压器T1初级绕组的一端接收输入电压Vin，开关管S1电耦接在变压器T1初级绕组的另一端和初级地之间。二极管D1的阳极电耦接至变压器T1次级绕组的一端，二极管D1的阴极电耦接至输出电容器Cout1的一端。输出电容器Cout1的另一端电耦接至变压器T1次级绕组的另一端和次级地。二极管D2的阳极电耦接至变压器T1第三绕组的一端，二极管D2的阴极电耦接至输出电容器Cout2的一端。输出电容器Cout2的另一端电耦接至变压器T1第三绕组的另一端和次级地。控制电路408电耦接至开关管S1的门极，以控制开关管S1的导通与关断。
空载控制电路407电耦接在变压器T1的次级绕组和负载之间，检测开关电源是否进入空载状态，例如负载是否从开关电源的输出端断开，以及负载是否重新接入，并产生反映负载状态的信号LINF。信号隔离电路409电耦接在空载控制电路407和控制电路408之间，将信号LINF传递至控制电路408。控制电路408在空载控制电路407检测到开关电源进入空载状态时将开关电路401关闭，在空载控制电路407检测到负载被重新接入时使开关电路401恢复正常工作。在一个实施例中，关闭开关电路401包括将开关电路401中的开关管均关断。在另一个实施例中，关闭开关电路401还包括停止向控制电路408提供电能。
在一个实施例中，图4所示开关电源被用作电源适配器，为笔记本电脑供电。若电源适配器与笔记本电脑的连接断开，电源适配器被关闭；若电源适配器被再次连接至笔记本电脑，电源适配器恢复正常工作。
空载控制电路407包括多个连接端：SOURCE、VCC、GND、TIMER、LINF、VSENSE、ISOURCE和DRAIN，其连接方式如图4所示。电容器C1电耦接在TIMER端和GND端之间。在一个实施例中，空载控制电路407为集成电路IC，以上连接端均为集成电路接脚。
图5为图4所示空载控制电路407的框图，包括空载检测电路502、复载(reload：重新加载)检测电路510以及触发器FF2。空载检测电路502通过DRAIN端和SOURCE端电耦接在开关电路401和负载之间，检测开关管电源是否进入空载状态。空载检测电路502可采用现有的电阻采样电路，也可采用如图1～3所示实施例中的空载检测电路。图2所示实施例中的阈值Vth1太小，不容易实现且易受干扰，而图3所示实施例中Q1的导通电阻值可变范围有限。在一个实施例中，将图2与图3所示的空载检测电路结合在一起，以克服上述障碍。
复载检测电路510在空载检测电路509检测到空载状态后，通过ISOURCE端向负载提供一电流I2，例如1uA。复载检测电路510通过VSOURCE和DRAIN端接收负载两端的电压，将其与阈值Vth4，例如1V，进行比较，以检测负载是否被重新接入，并产生复载信号RELOAD。触发器FF2的置位端电耦接至空载检测电路502以接收空载信号NL，复位端电耦接至复载检测电路510以接收复载信号RELOAD，同相输出端提供信号LINF。
在一个实施例中，空载控制电路407还包括欠压重启电路511和或门OR1。欠压重启电路511通过VCC端电耦接至二极管D2的阴极以接收电源电压Vcc，并将电源电压Vcc与阈值Vth5进行比较，并产生重启信号RST。或门OR1的一个输入端电耦接至复载检测电路510以接收复载信号RELOAD，另一个输入端电耦接至欠压重启电路511以接收重启信号RST，输出端电耦接至触发器FF2的复位端。当电源电压Vcc降低至小于阈值Vth5时，欠压重启电路511通过或门OR1和触发器FF2使开关电路401恢复正常工作。
在一个实施例中，空载控制电路407还包括计时电路512。计时电路512为空载检测电路502提供周期性的使能信号EN，使空载检测电路502每隔一段时间，例如1S，进行一次空载检测，以降低功率损耗。
图6为根据本发明一实施例的图5所示空载检测电路502的电路图，包括可变电阻电路603、第一比较电路604、开关管Q3和电流源I1。可变电阻电路603包括开关管Q1和Q2。开关管Q1通过DRAIN端和SOURCE端串联连接至负载。开关管Q2与开关管Q1并联。在一个实施例中，开关管Q2的导通电阻值小于开关管Q1的导通电阻值，开关管Q1的导通电阻值为开关管Q2导通电阻值的十倍以上。开关管Q3的栅极和源极分别电连接至开关管Q1的栅极和源极，开关管Q1和Q3构成电流镜。电流源I1电连接至开关管Q3的漏极，为其提供一个电流值为I1的电流。
在重载状态下，开关管Q1和Q2均导通；在轻载状态下，开关管Q2被关断，开关管Q1的漏源极电压Vds1被调节至参考值Vref。第一比较电路604电耦接至开关管Q1，将电压Vds1与被用作阈值Vth1的开关管Q3漏源极电压Vds3进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态并产生空载信号NL。在一个实施例中，其中若电压Vds1小于(或小于等于)电压Vds3，则判断开关电源处于空载状态，并关断开关管Q1、Q2和Q3。若电压Vds1在被调节至参考值Vref后，仍大于电压Vds3，则判断开关电源未处于空载状态，并导通开关管Q1和Q2。
在一个实施例中，开关管Q1、Q2和Q3为NMOS，开关管Q1的漏极通过DRAIN端电耦接至负载，开关管Q1的源极通过SOURCE端电连接至次级地。可变电阻电路603还包括运算放大器AMP1、第二比较电路605、比较器COM4、RS触发器FF1、非门NOT1、与门AND1以及开关管S2。第一比较电路604包括比较器COM1，第二比较电路605包括比较器COM2。
比较器COM1的同相输入端电耦接至开关管Q3的漏极，反相输入端电耦接至开关管Q1的漏极，输出端提供空载信号NL。运算放大器AMP1的同相输入端接收电压Vds1，反相输入端接收参考值Vref，输出端通过开关管S2电耦接至开关管Q1和Q3的栅极。比较器COM2的同相输入端接收阈值Vth2，反相输入端接收电压Vds1。比较器COM4的同相输入端接收电压Vds1，反相输入端接收参考值Vref。与门AND1的一个输入端通过非门NOT1电耦接至比较器COM1的输出端，另一个输入端电耦接至比较器COM4的输出端。触发器FF1的复位端电耦接至比较器COM2的输出端，置位端电耦接至与门AND1的输出端，同相输出端电耦接至开关管Q2的栅极，反相输出端电耦接至开关管S2的门极。
图7为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502的工作流程图，包括步骤7001～7006。
在步骤7001，开关管Q1和Q2被导通。此时可变电阻电路203的等效电阻值为开关管Q1和Q2导通电阻值的并联值。
在步骤7002，判断是否到达使能信号EN的时间周期。若是，则至步骤7003；若否，则继续等待。
在步骤7003，判断开关管Q1的漏源极电压Vds1是否小于(或小于等于)阈值Vth2。若是，则判断为负载处于轻载状态，至步骤7004；若否，则本次检测结束，回到步骤7001；
在步骤7004，开关管Q2被关断，开关管Q1的漏源极电压Vds1被调节至参考值Vref。
在步骤7005，在调节电压Vds1的过程中判断开关管Q1的漏源极电压Vds1是否小于(或小于等于)开关管Q3的漏源极电压Vds3。若是，则判断为负载处于空载状态，至步骤7006；若否，则本次检测结束，返回步骤7001。
由于可变电阻电路603在重载状态下的等效电阻值为开关管Q1和Q2导通电阻值的并联值，而在轻载状态下的等效电阻值为开关管Q1的导通电阻值，且此时该导通电阻值随负载减小而增大，从而兼顾了重载状态下的工作效率与轻载状态下的检测准确性。
图8～10分别为根据本发明一实施例的图6所示空载检测电路502在正常工作状态下、轻载状态下和空载状态下的波形图，其中信号Vgs1和Vgs2分别为开关管Q1和Q2的栅源极电压。在0＜t＜t1时刻，使能周期未到，开关管Q1和Q2导通，空载检测电路502不进行检测工作。在t＝t1时刻，使能周期到，空载检测电路502开始检测开关电源是否处于空载状态。
在图11为根据本发明一实施例的图5所示复载检测电路510的电路图，包括电流源I2、开关管S3以及第四比较电路1113。电流源I2的一端接收电源电压Vcc，开关管S3电耦接在电流源I2的另一端和负载之间。开关管S3受信号LINF控制。电流源I2在空载检测电路检测到空载状态时被电耦接至负载，为负载提供电流I2。第四比较电路1113电耦接至负载两端，将负载的端电压与阈值Vth4进行比较，以判断负载是否被重新接入并产生负载信号LOAD。
在一个实施例中，第四比较电路1113包括运算放大器AMP2和比较器COM5。运算放大器AMP2的同相输入端电耦接至负载的一端，反相输入端电耦接至负载的另一端。比较器COM5的同相输入端接收阈值Vth4，反相输入端电耦接至运算放大器AMP2的输出端，输出端提供复载信号RELOAD。当运算放大器AMP2的输出电压小于阈值Vth4时，判断为负载被重新接入，复载信号RELOAD为高电平。
图12为根据本发明一实施例的图5所示欠压重启电路511的电路图，包括比较器COM6。比较器COM6的同相输入端接收阈值Vth5，反相输入端通过VCC端接收电源电压Vcc，输出端提供重启信号RST。当电源电压Vcc小于阈值Vth5时，重启信号RST为高电平。
图13为根据本发明一实施例的图5所示计时电路512的电路图，包括电流源I3、比较器COM7以及开关管S4。电流源I3的一端接收电源电压Vcc，另一端通过TIMER端电耦接至电容器C1。开关管S4通过TIMER端与电容器C1并联。比较器COM7的同相输入端通过TIMER端电耦接至电容器C1，反相输入端接收阈值Vth6，输出端电耦接至开关管S4的门极，并为空载检测电路502提供周期性使能信号EN。
图14为根据本发明一实施例的用于开关电源的空载控制方法的流程图，该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路，包括步骤1401～1406。
在步骤1401，将第一开关管串联连接至负载。
在步骤1402，将第二开关管与第一开关管并联。
在步骤1403，将第一开关管和第二开关管导通。
在步骤1404，将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态。若是，则至步骤1405，否则重复步骤1404。
在步骤1405，关断第二开关管。
在步骤1406，将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态，例如判断负载是否从开关电源的输出端断开。
在一个实施例中，该空载控制方法还包括：将第三开关管的栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；向第三开关管的漏极提供一电流；在第二开关管被关断后，将第一开关管的漏源极电压调节至参考值；以及将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，若第一开关管的漏源极电压小于或等于第三开关管的漏源极电压，则判断开关电源处于空载状态。
在一个实施例中，该空载控制方法还包括：若第一开关管的漏源极电压在被调节至参考值后，仍大于第三开关管的漏源极电压，则导通第一和第二开关管。
在一个实施例中，该空载控制方法还包括：在检测到空载状态后，将开关电路关闭，并向负载提供一电流；将负载两端的电压与第三阈值进行比较，以检测负载是否被重新接入；以及若检测到负载被重新接入，使开关电路恢复正常工作。
前述的空载检测电路及方法还可用作检测其他负载状态，例如轻载。图15为根据本发明一实施例的开关电源的电路图，与图2所示开关电源类似，包括开关电路1531和负载检测电路1532。负载检测电路1532包括可变电阻电路1533和第五比较电路1534，第五比较电路1534检测负载电流是否小于第一电流阈值(即开关电源是否处于轻载状态)。可变电阻电路1533串联连接至负载，其在负载电流较大时等效电阻值较小，而在负载电流较小时等效电阻值较大。可变电阻电路1533包括开关管Q4和Q5。开关管Q4串联连接至负载。开关管Q5与开关管Q4并联。在负载电流大于(或大于等于)第二电流阈值时，开关管Q1和Q2均导通；在负载电流小于(或小于等于)第二电流阈值时，开关管Q1导通而开关管Q2关断，其中第二电流阈值大于第一电流阈值。第五比较电路1534电耦接至开关管Q4，将开关管Q4的漏源极电压Vds4与阈值Vth7进行比较，以判断负载电流是否小于第一电流阈值，并产生轻载信号LL。
在一个实施例中，开关管Q4和Q5为NMOS(n型MOSFET)，开关管Q5的导通电阻值小于开关管Q4的导通电阻值。在一个实施例中，可变电阻电路1533还包括第六比较电路1535。第五比较电路1535电耦接至开关管Q4，将电压Vds4与阈值Vth8进行比较，以判断负载电流是否小于第二电流阈值。在一个实施例中，当电压Vds4小于阈值Vth8时，判断为负载电流小于第二电流阈值。
在一个实施例中，第五比较电路1534包括比较器COM8，第六比较电路1535包括比较器COM9。可变电阻电路1533还包括RS触发器FF3。比较器COM8的同相输入端接收阈值Vth7，反相输入端电耦接至开关管Q4以接收电压Vds4，输出端电耦接至开关电路1531以提供轻载信号LL。比较器COM9的同相输入端接收阈值Vth8，反相输入端电耦接至开关管Q4以接收电压Vds4。触发器FF3的复位端电耦接至比较器COM9的输出端，同相输出端电耦接至开关管Q5的栅极。
在一个实施例中，可变电阻电路1533还包括第七比较电路1536，将电压Vds4与阈值Vth9进行比较，以判断负载电流是否由小于第二电流阈值变化为大于第二电流阈值。在一个实施例中，第七比较电路1536包括比较器COM10。比较器COM10的同相输入端电耦接至开关管Q4以接收电压Vds4，反相输入端接收阈值Vth9，输出端电耦接至触发器FF3的置位端。
初始状态下，开关管Q4和Q5均导通，可变电阻电路1533的等效电阻值为开关管Q4和Q5导通电阻值的并联值。当负载电流小于第二电流阈值，使电压Vds4小于阈值Vth8时，比较器COM9输出高电平，触发器FF3被重设，开关管Q5被关断。此时可变电阻电路1533的等效电阻值为开关管Q4的导通电阻值。当比较器COM8检测到电压Vds4小于阈值Vth7时，判断为负载电流小于第一电流阈值，即开关电源处于轻载状态，轻载信号LL为高电平。
开关管Q4和Q5也可为PMOS(p型MOSFET)。在一个实施例中，开关管Q4和Q5分别由多个开关管并联组成。在一个实施例中，开关管Q5的导通电阻值小于开关管Q4的导通电阻值，当负载电流小于第二电流阈值时导通开关管Q4关断开关管Q5，而当负载电流大于第二电流阈值时导通开关管Q5关断开关管Q4。在一个实施例中，可变电阻电路1533还可包括更多开关管。根据负载电流的大小划分多个负载状态，通过在不同负载状态下导通不同的开关管或开关管组合，以实现负载越轻，可变电阻电路1533的等效电阻值越大，负载越重，可变电阻电路1533的等效电阻值越小。
类似地，图3和图6所示的空载检测电路也可用作轻载状态检测，只是其中部分参考值和阈值需要做适应性调整。
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 (25)

1.一种用于开关电源的空载检测电路，包括：
可变电阻电路，串联连接至负载；以及
第一比较电路，电耦接至可变电阻电路的两端，将可变电阻电路两端的电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态；
其中所述可变电阻电路在轻载状态下的等效电阻值比在重载状态下的等效电阻值大。
2.如权利要求1所述的空载检测电路，其中所述可变电阻电路包括：
第一开关管，串联连接至负载；以及
第二开关管，与第一开关管并联；
其中在重载状态下，第一开关管和第二开关管导通，在轻载状态下，第一开关管导通而第二开关管关断；
第一比较电路电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。
3.如权利要求2所述的空载检测电路，还包括第二比较电路，电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态。
4.如权利要求1所述的空载检测电路，其中
所述可变电阻电路包括第一开关管，串联连接至负载，第一开关管的漏源极电压被调节至参考值；
所述空载检测电路还包括：
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；以及
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；
其中第一比较电路电耦接至第一开关管和第三开关管，将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。
5.如权利要求2所述的空载检测电路，还包括：
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；以及
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；
其中第一开关管的漏源极电压在第二开关管关断后被调节至参考值，第一比较电路将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，若第一开关管的漏源极电压小于或等于第三开关管的漏源极电压，则判断开关电源处于空载状态。
6.如权利要求5所述的空载检测电路，其中若第一开关管的漏源极电压在被调节至参考值后，仍大于第三开关管的漏源极电压，则导通所述第一和第二开关管。
7.一种开关电源，包括：
开关电路，提供电信号以驱动负载；以及
如权利要求1至6中任一项所述的空载检测电路，电耦接在开关电路和负载之间，判断开关电源是否处于空载状态并提供空载信号至开关电路。
8.一种用于开关电源的空载控制电路，该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路，该空载控制电路包括：
空载检测电路，电耦接至负载，判断开关电源是否进入空载状态并产生空载信号；以及
复载检测电路，在空载检测电路检测到空载状态后，向负载提供一电流，并将负载两端的电压与第三阈值进行比较，以检测负载是否被接入并产生复载信号；
其中所述开关电路在空载检测电路检测到空载状态时被关闭，在复载检测电路检测到负载被接入时恢复正常工作。
9.如权利要求8所述的空载控制电路，其中所述复载检测电路包括：
第二电流源，电耦接至空载检测电路，在空载检测电路检测到空载状态时被电耦接至负载的一端；以及
第三比较电路，电耦接至负载两端，将负载的端电压与第三阈值进行比较，以判断负载是否被接入并产生复载信号。
10.如权利要求8所述的空载控制电路，其中所述空载检测电路包括：
可变电阻电路，串联连接至负载；以及
第一比较电路，电耦接至可变电阻电路的两端，将可变电阻电路两端的电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否进入空载状态并产生空载信号；
其中所述可变电阻电路在轻载状态下的等效电阻值比在重载状态下的等效电阻值大。
11.如权利要求10所述的空载控制电路，其中所述可变电阻电路包括：
第一开关管，串联连接至负载；以及
第二开关管，与第一开关管并联；
其中在重载状态下，第一开关管和第二开关管导通，在轻载状态下，第一开关管导通而第二开关管关断；
第一比较电路电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否进入空载状态。
12.如权利要求11所述的空载控制电路，其中所述空载检测电路还包括第二比较电路，电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态。
13.如权利要求10所述的空载控制电路，其中
所述可变电阻电路包括第一开关管，串联连接至负载，第一开关管的漏源极电压被调节至参考值；
所述空载检测电路还包括：
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；以及
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；
其中第一比较电路电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。
14.如权利要求11所述的空载控制电路，其中所述空载检测电路还包括：
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；以及
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；
其中第一开关管的漏源极电压在第二开关管被关断后被调节至参考值，第一比较电路将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，若第一开关管的漏源极电压小于或等于第三开关管的漏源极电压，则判断开关电源处于空载状态。
15.如权利要求14所述的空载控制电路，其中若第一开关管的漏源极电压在被调节至参考值后，仍大于第三开关管的漏源极电压，则导通所述第一和第二开关管。
16.如权利要求8所述的空载控制电路，还包括：
欠压锁定电路，将电源电压与第四阈值进行比较，产生重启信号；
或门，电耦接至复载检测电路和欠压锁定电路，以接收复载信号和重启信号；以及
触发器，其置位端电耦接至空载检测电路以接受空载信号，复位端电耦接至或门的输出端，输出端电耦接至所述开关电路。
17.一种开关电源，包括：
开关电路，提供电信号以驱动负载；以及
如权利要求8至16中任一项所述的空载控制电路，电耦接至开关电路和负载。
18.一种用于开关电源的空载控制方法，该开关电源包括为负载提供电信号的开关电路，该空载控制方法包括：
将第一开关管串联连接至负载；
将第二开关管与第一开关管并联；
将第一开关管和第二开关管导通；
将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断开关电源是否处于轻载状态，若处于轻载状态，则关断第二开关管；以及
将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断开关电源是否处于空载状态。
19.如权利要求18所述的空载控制方法，还包括：
将第三开关管的栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；
向第三开关管的漏极提供一电流；
在第二开关管被关断后，将第一开关管的漏源极电压调节至参考值；以及
将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较，若第一开关管的漏源极电压小于或等于第三开关管的漏源极电压，则判断开关电源处于空载状态。
20.如权利要求19所述的空载控制方法，还包括：若第一开关管的漏源极电压在被调节至参考值后，仍大于第三开关管的漏源极电压，则导通第一和第二开关管。
21.如权利要求18所述的空载控制方法，还包括：
在检测到空载状态后，将开关电路关闭，并向负载提供一电流；
将负载两端的电压与第三阈值进行比较，以检测负载是否被接入；以及
若检测到负载被接入，使开关电路恢复正常工作。
22.一种用于开关电源的负载检测电路，包括：
第一开关管，串联连接至负载；
第二开关管，与第一开关管并联；
第一比较电路电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第一阈值进行比较，以判断负载电流是否小于第一电流阈值，在负载电流小于所述第一电流阈值的情况下确定开关电源处于轻载状态；以及
第二比较电路，电耦接至第一开关管，将第一开关管的漏源极电压与第二阈值进行比较，以判断负载电流是否小于第二电流阈值，其中第二电流阈值大于第一电流阈值；
其中在负载电流大于第二电流阈值时，第一开关管和第二开关管导通，在负载电流小于第二电流阈值时，第一开关管导通而第二开关管关断。
23.如权利要求22所述的负载检测电路，还包括：
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；以及
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；
其中第一开关管的漏源极电压在第二开关管关断后被调节至参考值，第一比较电路将第一开关管的漏源极电压与被用作第一阈值的第三开关管漏源极电压进行比较。
24.如权利要求23所述的负载检测电路，其中若第一开关管的漏源极电压在被调节至参考值后，仍大于第三开关管的漏源极电压，则导通所述第一和第二开关管。
25.一种用于开关电源的负载检测电路，包括：
第一开关管，串联连接至负载，第一开关管的漏源极电压被调节至参考值；
第三开关管，其栅极和源极分别电连接至第一开关管的栅极和源极；
第一电流源，电连接至第三开关管的漏极；以及
第一比较电路，电耦接至第一开关管和第三开关管，将第一开关管的漏源极电压与第三开关管的漏源极电压进行比较，以判断开关电源的负载状态。
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