负载状态检测装置的制作方法

本发明关于一种检测负载状态的装置，特别是可判断输出负载进入轻载状态的检测装置

背景技术：

电源转换器或电源供应器等电源装置的应用领域极为广泛，例如工业装置、消费性电子产品、医疗设施等皆有采用，近年来随着节能省电的要求逐渐提高，电源装置也朝向高能源转换效率、低功率消耗目标进行设计开发。针对体积相对较小及低功率的电源转换而言，更加需要有良好的电路设计以避免额外的功率损耗。

电源装置的运行状态可概略区分为满载、轻载、空载等，在不同的状态下会分别要求不同的功耗表现，因此，在电源装置中通常设计有相关的检测电路以判断目前的工作状态。例如当电源装置运作在轻载至空载状态时，若能关闭部分电子元件，则可达到降低整体装置功耗的效果。

部分电源装置的设计普遍是以电阻元件进行电流感测，根据电流感测结果判断装置的运行状态，但是利用电阻元件进行感测通常会产生较多的功率消耗，不利于实现电源装置的绿能要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种负载状态检测装置，用以检测电源装置的输出负载是否工作于轻载状态，当判断于轻载状态时，输出一轻载信号。

为达成前述目的，本发明负载状态检测装置是应用于一电源装置以检测该电源装置的输出负载，该负载状态检测装置包含：

一检测单元，包含一比流器，该比流器的一次侧用以检测一输入电流，并在二次侧对应产生一感测电流；

一整流滤波单元，连接该检测单元，该整流滤波单元根据该感测电流产生一第一电压；

一放大单元，连接整流滤波单元以放大该第一电压而产生一第二电压；

一比较单元，连接该放大单元，该比较单元将该第二电压与一参考电压相互比较而得到一比较结果，根据比较结果决定是否输出一轻载信号，该轻载信号用以表示该输出负载为轻载状态。

较佳地，所述整流滤波单元包含：

一整流二极管，该整流二极管的正极连接该比流器的二次侧，允许该感测电流可通过该整流二极管；

一第一电容及一第一电阻相互并联，且并联后连接于整流二极管的负极及接地之间。

较佳地，所述放大单元包含一运算放大器，其一非反相输入端连接至该整流二极管的负极，该运算放大器放大该第一电压，而在该运算放大器的一输出端输出该第二电压。

较佳地，所述比较单元包含一比较器，其一输入端接收该参考电压，另一输入端接收该第二电压，该比较器的一输出端用以输出该轻载信号。

较佳地，所述比较器的正输入端连接一分压电路，以接收由该分压电路产生的该参考电压；该比较器的负输入端连接该运算放大器的输出端以接收该第二电压。

较佳地，所述整流滤波单元进一步包含：

一第二电阻，串联在该整流二极管的正极与比流器的二次侧之间；

一第三电阻，跨接在该比流器的二次侧。

较佳地，所述分压电路包含一第四电阻及一第五电阻，该第四电阻及第五电阻串联在一工作电压与接地之间，其中该第四电阻与第五电阻的串联节点为一分压节点。

较佳地，所述比较单元进一步包含一磁滞电路，该磁滞电路包含一二极管、一第六电阻及一第七电阻；该二极管及该第六电阻串联后，再连接在该比较器的输出端与该比较器的正输入端之间；该第七电阻跨接在比较器的正输入端与该分压电路的分压节点之间。

较佳地，所述运算放大器的非反相输入端及接地之间连接一第二电容；该运算放大器其反相输入端及输出端之间连接一第三电容。

较佳地，当第二电压低于该参考电压，该比较器输出高准位的该轻载信号。

本发明利用比流器构成的检测单元检测电源装置中的电流，例如检测电源装置的主电流，该主电流可以取自电源装置的变压器一次侧的电流，将该变压器一次侧的电流转换成电压后，与该参考电压进行比对，从而判断出电源装置的输出负载是否为轻载状态。若为轻载，输出一轻载信号供后续电路使用，例如用于控制变压器二次侧的开关以降低消耗电流，达到降低功耗的绿能要求。

附图说明

图1为本发明负载状态检测装置的详细电路图。

图2为本发明负载状态检测装置应用在一电源装置中的详细电路图。

图3为图2电路的相关波形示意图。

其中，附图标记：

负载状态检测装置100

检测单元10

比流器11

整流滤波单元20

放大单元30

运算放大器31

比较单元40

比较器41

变压器210

电流检测单元220

主控制器230

隔离驱动器240

回授单元250

分压电路42

第一电压v1

第二电压v2

参考电压vref

整流二极管d1

第一电容c1

第二电容c2

第三电容c3

第四电容c4

第一电阻r1

第二电阻r2

第三电阻r3

第四电阻r4

第五电阻r5

第六电阻r6

第七电阻r7

二极管d2

第一切换开关qa

第二切换开关qb

第一控制信号voa

第二控制信号vob

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

参考图1所示，本发明是一种负载状态检测装置100，包含一检测单元10、一整流滤波单元20、一放大单元30及一比较单元40。

该检测单元10具有一比流器(ct)11，其一次侧用以接收一输入电流，二次侧依据该输入电流的大小对应输出一感应电流。

该整流滤波单元20连接该检测单元10的输出，依据该检测单元10输出的感应电流产生一第一电压v1。该整流滤波单元20包含有一整流二极管d1、一第一电容c1及一第一电阻r1，该整流二极管d1的正极连接该检测单元10的输出，即比流器11的二次侧，使感应电流能通过该整流二极管d1。该整流二极管d1的负极连接相互并联的该第一电容c1及第一电阻r1，该第一电容c1可对第一电压v1提供稳定作用，使第一电压v1呈现稳定的直流电压，避免电压产生忽高忽低的不稳状态。在本实施例中，整流滤波单元20进一步包含一第二电阻r2及一第三电阻r3，该第二电阻r2连接在整流二极管d1的正极与比流器11二次侧之间，该第三电阻r3跨接在比流器11的二次侧。该第一电压v1自整流二极管d1的负极输出。

该放大单元30连接该整流滤波单元20的输出，用以放大该第一电压v1而产生一第二电压v2。该放大单元30主要是以一运算放大器31构成，该运算放大器31的非反相输入端连接该整流二极管d1的负极，第二电压v2由运算放大器31的输出端输出至下一级的比较单元40。为了降低噪声，可在非反相输入端及接地之间连接一第二电容c2，在运算放大器31的反相输入端及输出端之间连接一第三电容c3。

该比较单元40将该第二电压v2与一参考电压vref进行比较，以判断输出负载是否为轻载状态。该比较单元40具有一比较器41，该比较器41的一输入端接收该第二电压v2，另一输入端接收参考电压vref，在本实施例中因应电路的设计需要，以该比较器41的负输入端接收该第二电压v2，比较器41的正输入端接收该参考电压vref，当第二电压v2小于该参考电压vref，比较器41会输出一高准位的轻载信号，表示输出负载为轻载，为提高该第二电压v2的稳定度及降低噪声，可以在该比较器41的负输入端及接地之间设置一第四电容c4以旁路掉噪声。在其它实例中，根据电路的设计需求，可以改变该第二电压v2与参考电压vref的比较方式，由比较器41输出一低准位的轻载信号来表示输出负载为轻载状态。该参考电压vref可利用一分压电路42提供，该分压电路由一第四电阻r4及一第五电阻r5串联构成，利用该分压电路42对工作电压vcc1进行分压而得到该参考电压vref，该参考电压vref输入至该比较器41的正输入端。

在该比较单元40中，可进一步设置一磁滞电路，该磁滞电路包含了二极管d2、第六电阻r6及第七电阻r7。该二极管d2及第六电阻r6串联在比较器41的输出端与正输入端之间，该第七电阻r7跨接在比较器41的正输入端与分压电路42的分压节点。

关于本发明负载状态检测装置100的实际应用，可参考图2所示的电源供应装置，该电源供应装置包含有一变压器210、一电流检测单元220、一主控制器230、一隔离驱动器240以及一回授单元250。

在变压器210的一次侧(输入侧)连接该电流检测单元220，该电流检测单元220可以是一比流器(ct)或一电流感测电阻，在变压器210的二次侧(输出侧)具有一第一切换开关qa及一第二切换开关qb，透过该第一切换开关qa及第二切换开关qb连接至输出端+vo,-vo，该输出端+vo,-vo供一输出负载连接。

该主控制器230根据该电流检测单元220输出的一电流感测信号及回授单元250输出的一回授信号fb，产生一组控制信号，利用该组控制信号决定一次侧开关qc、qd的开关动作。该回授单元250检测输出端+vo,-vo的状态而提供该回授信号给主控制器230。

本发明的负载状态检测装置100并联于该电流检测单元220，从通过一次侧开关qd的电流中汲取出一部分而作为感测电流i1，根据该感测电流i1判断出输出负载的工作状态，当判断为轻载状态时，输出一轻载信号给隔离驱动器240，使隔离驱动器240关闭二次侧的第一切换开关qa及第二切换开关qb。因为负载状态检测装置100是与电源装置中的电流检测单元220相互并联，故可以降低阻抗而减少功率消耗。

为方便说明负载状态检测装置100在该电源装置中的电路动作，请进一步参考图3所示，各波形代表意义如下：

io：通过输出负载的输出电流

i1：感测电流

v2：负载状态检测装置100内部的第二电压

vref：负载状态检测装置100内部的参考电压

e2：负载状态检测装置100输出的轻载信号

voa：控制该第一切换开关qa的第一控制信号

vob：控制该第二切换开关qb的第二控制信号

在时段t0～t1中，输出负载的状态为满载(fullload)，负载状态检测装置100内因为第二电压v2大于参考电压vref，该比较器41输出的信号呈现低准位，因此，该隔离驱动器240正常输出第一控制信号voa、第二控制信号vob，以控制该第一切换开关qa及第二切换开关qb分别交替导通(on)/截止(off)。

在时段t1～t2中，输出电流io及感测电流i1逐渐降低，负载状态检测装置100中的第二电压v2也呈现同步下降，在第二电压v2尚未低于参考电压vref之前，该隔离驱动器240仍正常输出第一控制信号voa、第二控制信号vob，控制该第一切换开关qa及第二切换开关qb交替导通/截止。

在时间点t2之后，输出电流io及感测电流i1已降低至一定程度，输出负载已经进入“轻载”状态，此时负载状态检测装置100内因为第二电压v2小于参考电压vref，该比较器41输出高准位的轻载信号e2给隔离驱动器240，该隔离驱动器240停止输出第一控制信号voa、第二控制信号vob，第一切换开关qa及第二切换开关qb均维持截止。令变压器210的二次侧整流路径，只通过该第一切换开关qa及第二切换开关qb的本体二极管(bodydiode)，以达到轻载节能的功效。

本发明负载状态检测装置100的应用领域不限于图2中的电源装置，在其它装置中也是可以，该负载状态检测装置100所取用的感测电流i1只要是交流电流或是脉动直流，便可依据该感测电流i1判断输出负载是否为轻载状态。当判断为轻载状态，即输出一轻载信号e2供其它电路应用，例如在本实施例轻载信号e2供应给隔离驱动器240以关闭二次侧的相关元件，但该轻载信号e2的用途不局限于此。

再者，本发明在检测单元10中采用比流器11作为电流感测的主要元件，相较于利用电阻元件感测电流，本发明能降低功率，并同时确保比流器11的二次侧仍可提供足够强度的信号以判断轻载状态

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。