一種開關(guān)電源空載檢測電路及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種檢測技術(shù)，尤其是開關(guān)電源的檢測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著手機(jī)、平板電腦、移動電源等便攜式電子產(chǎn)品的普及，鋰電池作為供電裝置得到了廣泛應(yīng)用。為了提高電池的續(xù)航能力，鋰電池的電源管理大多采用開關(guān)電源方案，以提高效率。另一方面，很多便攜式電子產(chǎn)品大部分時間都處于空載待機(jī)狀態(tài)，此時其也在消耗能量，因此檢測出空載待機(jī)狀態(tài)，關(guān)閉空載狀態(tài)下不需要工作的電路，以節(jié)省功耗，成為了一種必要的技術(shù)手段。
[0003]公開號為CN102364856A的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N開關(guān)電源空載檢測的電路和控制方法。其實現(xiàn)方法是在負(fù)載通路上串聯(lián)一個阻值較小的電阻，通過檢測通過電阻的電流大小判斷是否空載。該技術(shù)檢測精度有限，空載條件時流過的電流很小，當(dāng)電阻很小時，電阻兩端產(chǎn)生的電壓很小，不容易準(zhǔn)確的檢測出來；當(dāng)電阻增大時，負(fù)載電流很大時，串聯(lián)電阻本身會消耗能量，導(dǎo)致開關(guān)電源的效率明顯降低。
[0004]公開號為CN104360288A的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N數(shù)字式的開關(guān)電源空載檢測電路及檢測方法，其通過檢測占空比信號的高電平時間判斷電路是否空載。該技術(shù)需要檢測占空比的高電平時間，開關(guān)電源的工作頻率越高，其檢測精度越差。
[0005]公開號為CN104483580A的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N數(shù)字式的基于PFM脈沖計數(shù)的DC-DC轉(zhuǎn)換器空載檢測裝置，其通過檢測PFM信號的脈沖數(shù)判斷電路是否空載。該技術(shù)只適用于PFM工作模式，并且需要一個與DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和輸入電壓的差值成反比的時鐘信號。
[0006]由此可見，現(xiàn)有技術(shù)在檢測開關(guān)電源的空載狀態(tài)時存在諸多缺點，因此適用性強，精度高的開關(guān)電源空載狀態(tài)檢測技術(shù)具有極強的研究意義和使用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種適用性強，精度高，能夠有效檢測開關(guān)電源空載狀態(tài)的技術(shù)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0009]—種開關(guān)電源空載檢測電路，包括固定時間產(chǎn)生電路、計數(shù)器電路和觸發(fā)器電路；所述計數(shù)器電路的第一輸入端外接開關(guān)電源的占空比信號;所述固定時間產(chǎn)生電路的第一輸出端與所述計數(shù)器電路的第二輸入端連接，以觸發(fā)所述計數(shù)器電路開始對開關(guān)電源的占空比信號的高電平或低電平進(jìn)行計數(shù)和對計數(shù)清零;所述計數(shù)器電路的輸出端與所述觸發(fā)器電路的第一輸入端連接，所述固定時間產(chǎn)生電路的第二輸出端與所述觸發(fā)器電路的第二輸入端連接，以由所述固定時間產(chǎn)生電路觸發(fā)所述觸發(fā)器電路根據(jù)所述計數(shù)器電路的計數(shù)結(jié)果，輸出信號表示開關(guān)電源處于空載狀態(tài)還是帶載狀態(tài)。
[0010]所述計數(shù)器電路對開關(guān)電源的占空比信號的高電平或低電平進(jìn)行計數(shù)分別通過對開關(guān)電源的占空比信號的上升沿或下降沿進(jìn)行計數(shù)實現(xiàn)。
[0011]所述固定時間產(chǎn)生電路包括相互連接的振蕩器和定時器，用于產(chǎn)生周期時間固定的方波信號；所述固定時間產(chǎn)生電路的第一輸出端與第二輸出端輸出高低電平相反的信號，并且第二輸出端的電平變化先于第一輸出端的電平變化。
[0012]所述觸發(fā)器電路輸出的信號為高電平信號或低電平信號，以用于表示開關(guān)電源處于空載狀態(tài)或帶載狀態(tài)。
[0013]所述固定時間產(chǎn)生電路還包括一個輸入端，以用于對所述固定時間產(chǎn)生電路進(jìn)行復(fù)位或置位。
[0014]所述觸發(fā)器電路還包括第三輸入端，以用于對所述觸發(fā)器電路進(jìn)行復(fù)位或置位。
[0015]在設(shè)定的周期閾值內(nèi)，對開關(guān)電源的占空比信號的高電平或低電平進(jìn)行計數(shù)，根據(jù)計數(shù)結(jié)果，判斷開關(guān)電源是處于空載狀態(tài)還是處于帶載狀態(tài)。
[0016]通過對開關(guān)電源的占空比信號的上升沿進(jìn)行計數(shù)，以實現(xiàn)對開關(guān)電源的占空比信號的高電平進(jìn)行計數(shù)，此時所述判斷的方法包括:當(dāng)所述計數(shù)結(jié)果大于或等于第一數(shù)量閾值時，判斷開關(guān)電源處于帶載狀態(tài)；當(dāng)所述計數(shù)結(jié)果小于第一數(shù)量閾值時，判斷開關(guān)電源處于空載狀態(tài);其中，第一數(shù)量閾值為設(shè)定值。
[0017]或者，通過對開關(guān)電源的占空比信號的下降沿進(jìn)行計數(shù)，以實現(xiàn)對開關(guān)電源的占空比信號的低電平進(jìn)行計數(shù)，此時所述判斷的方法包括:當(dāng)所述計數(shù)結(jié)果大于或等于第二數(shù)量閾值時，判斷開關(guān)電源處于帶載狀態(tài)；當(dāng)所述計數(shù)結(jié)果小于第二數(shù)量閾值時，判斷開關(guān)電源處于空載狀態(tài);其中，第二數(shù)量閾值為設(shè)定值。
[0018]固定時間產(chǎn)生電路產(chǎn)生周期固定的方波信號，在所述方波信號的第一電平時間檢測有效，在所述方波信號的第二電平時間檢測無效;所述固定時間產(chǎn)生電路通過電平觸發(fā)計數(shù)器電路對采樣的開關(guān)電源的占空比信號進(jìn)行計數(shù);在所述方波信號的第一電平期間，所述計數(shù)器電路計數(shù)滿時，所述計數(shù)器電路的輸出端輸出第一計數(shù)電平，觸發(fā)器電路的輸出端輸出第一觸發(fā)電平，用于表示開關(guān)電源帶載;所述計數(shù)器電路計數(shù)未滿時，所述計數(shù)器電路的輸出端輸出第二計數(shù)電平，所述觸發(fā)器電路的輸出端輸出第二觸發(fā)電平，用于表示開關(guān)電源空載;第一電平和第二電平中，一個為高電平，另一個為低電平;第一計數(shù)電平和第二計數(shù)電平中，一個為高電平，另一個為低電平;第一觸發(fā)電平和第二觸發(fā)電平中，一個為高電平，另一個為低電平。
[0019]固定時間產(chǎn)生電路的輸出端的輸出時鐘周期大于計數(shù)器電路的輸出端的輸出時鐘周期的兩倍。
[0020]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明開關(guān)電源空載檢測電路及檢測方法采用數(shù)字時序邏輯電路實現(xiàn)空載檢測，減少了模擬電路的使用，電路結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，檢測精度高，并且適用于多種調(diào)制電路和各種工作模式，應(yīng)用廣泛，實用性強。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明一實施例中開關(guān)電源空載檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1中開關(guān)電源空載檢測電路的輸入波形即占空比波形的波形示意圖；
[0023]圖3為該實施例中開關(guān)電源空載檢測電路的各輸入輸出點的信號波形示意圖；
[0024]圖4為該實施例中定時器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為該實施例中計數(shù)器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖中:1、固定時間產(chǎn)生電路；101、振蕩器；102、定時器;2、計數(shù)器電路;3、觸發(fā)器電路。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0028]本發(fā)明提出了一種開關(guān)電源空載檢測電路，圖1是該開關(guān)電源空載檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是該開關(guān)電源空載檢測電路輸入波形即占空比波形的波形示意圖，圖3是該開關(guān)電源空載檢測電路各輸入輸出點的信號波形示意圖。
[0029]該開關(guān)電源空載檢測電路包括固定時間產(chǎn)生電路1、計數(shù)器電路2和觸發(fā)器電路3。其中固定時間產(chǎn)生電路1又包括振蕩器101和定時器102。
[0030]固定時間產(chǎn)生電路1用于產(chǎn)生一個周期固定的方波，并輸出方波信號Q和方波信號的反信號Q。其中，振蕩器101用于產(chǎn)生一個獨立于電路工作環(huán)境的振蕩時鐘信號，并提供給定時器102，作為定時器102的時鐘信號，由定時器102對該時鐘信號做2巧欠分頻，N是大于等于1的整數(shù)，由電路設(shè)計時根據(jù)實際情況設(shè)計的參數(shù)，產(chǎn)生周期固定的方波Q，方波信號Q如圖3所示。在本實施例中，規(guī)定僅在固定時間產(chǎn)生電路1的第一輸出端的輸出信號Q為高電平時檢測有效，而在其為低電平時檢測無效。
[0031]計數(shù)器電路2的第一輸入端外接開關(guān)電源的占空比信號，以采集該占空比信號并對其進(jìn)行計數(shù)。固定時間產(chǎn)生電路1的第一輸出端與計數(shù)器電路2的第二輸入端相連接，用于控制計數(shù)器電路2何時開始對外接開關(guān)電源的占空比進(jìn)行計數(shù)。本實施例中，當(dāng)固定時間產(chǎn)生電路1的第一輸出端的輸出信號Q為高電平時，計數(shù)器電路2開始計數(shù)。具體地，在固定時間產(chǎn)生電路的輸出信號Q為高電平時，計數(shù)器電路2每檢測到外接開關(guān)電源的占空比信號的一個上升沿，其計數(shù)加1。當(dāng)計數(shù)器電路2計數(shù)未滿時，計數(shù)器電路2的輸出端的輸出信號C0為低電平;當(dāng)計數(shù)器電路2計數(shù)滿時，計數(shù)器電路2的輸出端的輸出信號C0為高電平。
[0032]固定時間產(chǎn)生電路1的第二輸出端連接觸發(fā)器電路3的輸入端。當(dāng)固定時間產(chǎn)生電路1的定時時間結(jié)束，在本實施例中即其產(chǎn)生的方波信號的周期結(jié)束時，固定時間產(chǎn)生電路1的第二輸出端的輸出信號Q變?yōu)楦唠娖?。在Q由低電平到高電平的跳變沿處，觸發(fā)器電路3根據(jù)計數(shù)器電路2輸出的C0信號判斷計數(shù)滿還是計數(shù)未滿。本實施例中，如果C0為高電平，代表計數(shù)滿，觸發(fā)器電路3輸出端的輸出信號OUT為低電平，表示所檢測的開關(guān)電源處于帶載狀態(tài);如果C0為低電平，代表計數(shù)未滿，觸發(fā)器電路3的輸出端輸出的信號OUT為高電平，表不開關(guān)電源處于空載狀態(tài)。之后在固定時間產(chǎn)生電路1的第一輸出端的輸出信號Q變?yōu)榈碗娖綍r，計數(shù)器電路2對計數(shù)清零，C0變?yōu)榈碗娖?。因為觸發(fā)器電路3是邊沿觸發(fā)電路，此時C0的電平變化不影響觸發(fā)器電路3的輸出結(jié)果。此處要保證固定時間產(chǎn)生電路1的第二輸出端Q的變化先于第一輸出端Q的變化，使觸發(fā)器電路3的采樣判斷不會錯誤。
[0033]本發(fā)明的原理在于:基于開關(guān)電源帶載工作時與空載工作時其產(chǎn)生的占空比信號不同，通過檢測占空比信號的差別實現(xiàn)帶載與空載的判斷。此處以PWM調(diào)制為例，如圖2所示，當(dāng)開關(guān)電源帶載工作時，其占空比由輸入電壓和輸出電壓決定，該占空比信號為連續(xù)的方波信號；當(dāng)開關(guān)電源空載時，其波型可以是間歇式工作的維持原來的占空比不變的方波，或者是工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式的周期時間變長，占空比變小的連續(xù)方波信號。由圖2可以看出，不論是哪種占空比信號，開關(guān)電源空載狀態(tài)時其輸出的方波個數(shù)都比帶載狀態(tài)時減少了。因此，通過一個固定時間作為時間基準(zhǔn)，在此時間內(nèi)計算占空比方波的數(shù)量，大于規(guī)定的數(shù)量閾值即可判斷開