專利名稱：用于ac-dc適配器中的低功率模式的負(fù)載檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AC-DC適配器，更具體地涉及下述系統(tǒng)、設(shè)備和方法，這些系統(tǒng)、設(shè)備和方法利用負(fù)載檢測器來基于DC輸出電壓的瞬時變化檢測AC-DC適配器的負(fù)載狀況，因此，使得AC-DC適配器能夠從低功率模式切換到正常功率模式。
背景技術(shù)：
AC-DC適配器是常用于將交流(AC)轉(zhuǎn)換為用于給各種電子設(shè)備供電的直流(DC)的電源供應(yīng)器。典型的AC-DC適配器基于線性電源供應(yīng)器或切換模式電源供應(yīng)器。最初，大多數(shù)AC-DC適配器是包括變壓器、整流器和濾波器的線性電源供應(yīng)器。在進(jìn)行整流和濾波以產(chǎn)生滿意的DC電壓水平之前，變壓器直接將輸入AC信號下變頻為相同頻率的低電壓AC信號,所述滿意的DC電壓水平可以具有可忽略的紋波變化(ripple variation)。由于 50Hz或60Hz的相對低頻，變壓器相對大。大體積變壓器不僅引入損耗，而且基本上限制適配器集成到墻壁插座中。而且，采用電阻分壓器構(gòu)造來保持來自線性電源供應(yīng)器的穩(wěn)定的DC輸出電壓。即使當(dāng)線性電源供應(yīng)器沒有驅(qū)動負(fù)載時，以熱的形式的大量功耗也會引起低能量效率。為了解決物理大小和功率效率的問題，最近已利用切換模式電源供應(yīng)器。在典型的切換模式電源供應(yīng)器中，首先將輸入AC信號的頻率上變頻為更高頻率，結(jié)果，變壓器的大小和功耗都減小。而且，利用脈沖寬度調(diào)制，而不是電阻分壓器構(gòu)造來調(diào)節(jié)切換模式電源供應(yīng)器中的輸出電壓。切換模式電源供應(yīng)器的總體能量效率是線性電源供應(yīng)器的總體能量效率的兩倍。即將來臨的能量之星2013 (Energy Star 2013)將對電源供應(yīng)器的能量效率提出更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通過使用切換模式電源供應(yīng)器，而不是線性電源供應(yīng)器，能量效率已從30-40%提高到了 65%到80%的范圍。然而，為了進(jìn)一步提高能量效率，當(dāng)任何電源供應(yīng)器第一次連接到墻壁插座時，或者當(dāng)沒有施加DC負(fù)載時，強制運行(mandate)休眠模式(sleep mode)或低功率模式。當(dāng)應(yīng)用切換模式電源供應(yīng)器來驅(qū)動諸如筆記本電腦的DC負(fù)載時，利用數(shù)據(jù)引腳來識別負(fù)載的存在，以使得AC-DC適配器可以基于負(fù)載狀況在功率模式之間進(jìn)行切換。圖IA圖示說明與DC供電設(shè)備(DC負(fù)載)160耦合的AC-DC適配器110的示例性框圖100。AC-DC適配器110包括切換模式電源供應(yīng)器(SMPS) 102和電源供應(yīng)器識別電路104。連接AC-DC適配器110與DC負(fù)載160 (比如，筆記本電腦)的線纜112是同軸、插入式3引腳連接器，其包括正極端子118(8卩，VOUT線)、負(fù)極端子120(即，接地線)和中心數(shù)據(jù)引腳122 (即，負(fù)載存在/ID)。中心數(shù)據(jù)引腳122用于將電源供應(yīng)器識別(PSID)信息傳送給DC負(fù)載160。PSID電路104中的自動感測電路系統(tǒng)被構(gòu)造來通過監(jiān)控從DC負(fù)載160傳送到PSID電路104的PSID信號的缺少來檢測DC負(fù)載160的不存在。產(chǎn)生負(fù)載存在/ID信號，該信號指示負(fù)載狀況并且控制功率模式控制電路106，功率模式控制電路106進(jìn)一步在切換模式電源供應(yīng)器102中啟用合適的功率模式。
每次將前述AC-DC適配器插入到墻壁插座中時，該AC-DC適配器都以低功率模式啟動。PSID電路用于檢測DC負(fù)載和控制SMPS從低功率模式切換到正常功率模式。除了兩個DC電源端子之外，這種方法還要求連接AC-DC適配器110與DC負(fù)載160的數(shù)據(jù)線纜。當(dāng)數(shù)據(jù)引腳122不慎受損時，AC-DC適配器可以永不發(fā)起正常功率模式，以適當(dāng)?shù)仳?qū)動DC負(fù)載。串聯(lián)電阻器可以放置在AC-DC適配器110與DC負(fù)載160之間的VOUT路徑中，以監(jiān)控負(fù)載狀況。必須使用低阻抗電阻器來使功耗最小，結(jié)果，必須應(yīng)用敏感性高的讀出電路來檢測串行電阻器上的壓降的任何變化。需要有效地檢測負(fù)載狀況并且適當(dāng)?shù)貑诱９β誓Ｊ降目商鎿Q解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及AC-DC適配器，更具體地涉及下述系統(tǒng)、設(shè)備和方法，這些系統(tǒng)、設(shè)備和方法利用負(fù)載檢測器來基于輸出電壓的瞬時變化檢測AC-DC適配器的負(fù)載狀況，因此，使得AC-DC適配器能夠從低功率模式切換到正常功率模式。具體地講，負(fù)載檢測器直接與適配器輸出耦合，并且檢測以前傳送給PSID電路并由PSID電路通過專用數(shù)據(jù)信道檢測的 DC負(fù)載。在低功率模式，AC-DC適配器在目標(biāo)電壓產(chǎn)生DC輸出電壓,該DC輸出電壓隨后根據(jù)是否施加DC負(fù)載來以某一衰減速率(decay rate)降低。DC負(fù)載將衰減過程增加幾個數(shù)量級。負(fù)載檢測器被電耦合，以監(jiān)控輸出電壓并且測量兩個預(yù)定閾值電壓之間的衰減時間。衰減時間一低于閾值衰減時間，或者連續(xù)衰減時間的變化一達(dá)到某個閾值，就提供將AC-DC適配器配置為正常功率模式的使能指令。AC-DC適配器包括切換模式電源供應(yīng)器(SMPS)核心和功率控制回路。功率控制回路包括負(fù)載檢測器、低功率模式控制電路和光耦合器。負(fù)載檢測器用于感測DC負(fù)載，低功率模式控制電路產(chǎn)生對應(yīng)的信號，來控制光耦合器以使得SMPS核心能夠啟動正常功率模式。功率控制回路還可以包括PSID電路。本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點已在本發(fā)明內(nèi)容部分中進(jìn)行了概括描述；然而，另外的特征、優(yōu)點和實施方案在本文中被呈現(xiàn)，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員鑒于附圖、說明書及其權(quán)利要求書將會明白。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該受本發(fā)明內(nèi)容部分中所公開的特定實施方案限制。


將參照本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明的實施方案的示例會在附圖中圖示說明。這些圖的意圖是舉例說明，而非限制性的。雖然在這些實施方案的上下文下對本發(fā)明進(jìn)行了概況描述，但是應(yīng)該理解，并非意圖將本發(fā)明的范圍限于這些特定實施方案。圖IA圖示說明與DC供電設(shè)備耦合的AC-DC適配器的示例性框圖；圖IB圖示說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的與DC供電設(shè)備耦合的AC-DC適配器的另一個示例性框圖；圖2圖示說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的基于負(fù)載檢測器的AC-DC適配器的示例性框圖；圖3圖示說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的在低功率模式檢測與AC-DC適配器的輸出耦合的DC負(fù)載的方法的示例性流程圖；圖4圖示說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的負(fù)載檢測器的示例性框圖；以及圖5圖示說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的負(fù)載檢測器中的信號的示例性時序圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方案提供下述系統(tǒng)、設(shè)備和方法，這些系統(tǒng)、設(shè)備和方法利用負(fù)載檢測器來基于輸出DC電壓的瞬時變化檢測AC-DC適配器的負(fù)載狀況，因此，使得AC-DC適配器能夠從低功率模式切換到正常功率模式。在以下描述中，為了說明的目的，對特定細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述，以便提供本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域人員將明白的是，可以在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實施本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到以下所述的本發(fā)明的實施方案可以以各種方式并且使用各種結(jié)構(gòu)來執(zhí)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識到另外的修改、應(yīng)用和實施方案在 其范圍內(nèi)，如同本發(fā)明可以提供效用的另外的領(lǐng)域一樣。因此，以下所述的實施方案舉例說明本發(fā)明的特定實施方案，意在避免模糊本發(fā)明。本說明書中對于“一個實施方案”或“實施方案”的指代是指結(jié)合實施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性或功能被包括在本發(fā)明的至少一個實施方案中。措詞“在一個實施方案中”、“在實施方案中”等在本說明書中各個地方的出現(xiàn)不必全都針對同一個實施方案。此外，圖中的組件之間或者方法步驟之間的連接不限于直接實現(xiàn)的連接。相反，圖中所示的組件或方法步驟之間的連接可以通過將中間組件或方法步驟添加到這些連接來進(jìn)行修改或換句話講來進(jìn)行改變，而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。圖IB圖示說明本發(fā)明的與DC供電設(shè)備160(即，DC負(fù)載)耦合的AC-DC適配器170的示例性框圖150。AC-DC適配器170包括切換模式電源供應(yīng)器152和功率控制回路180。功率控制回路180包括負(fù)載檢測器156和功率模式控制電路158。負(fù)載檢測器156與切換模式電源供應(yīng)器的輸出耦合，并且根據(jù)負(fù)載狀況產(chǎn)生信號Detect Flag(檢測標(biāo)志)。隨后功率模式控制158使用信號Detect Flag來產(chǎn)生在切換模式電源供應(yīng)器152中實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制的控制信號Power Control (功率控制)。電源供應(yīng)器識別(PSID)電路154可以被包括在功率控制回路180中，然而，它可能需要專用的數(shù)據(jù)信道/引腳。除了一對電壓端子118和120之外，還必須使用3引腳連接器112來提供數(shù)據(jù)引腳122。因此，當(dāng)PSID電路154或數(shù)據(jù)引腳122不慎破損時，負(fù)載檢測器156仍可以通過直接測量輸出電壓VOUT來有效地檢測DC負(fù)載160 ;因此，可以適當(dāng)?shù)貙C-DC適配器170配置為正常功率模式，所述正常功率模式提供足以驅(qū)動DC負(fù)載160的調(diào)節(jié)DC電壓。圖2圖示說明基于負(fù)載檢測器216的AC-DC適配器的詳細(xì)框圖200。AC-DC適配器200由切換模式電源供應(yīng)器(SMPS)核心202和功率控制回路220構(gòu)成。SMPS核心202被耦合，以從墻壁插座接收標(biāo)準(zhǔn)AC電源，所述標(biāo)準(zhǔn)AC電源在50Hz或60Hz的頻率上通常為IlOV或220V AC信號。使用2引腳連接器或3引腳連接器212來產(chǎn)生驅(qū)動DC負(fù)載的輸出電壓VOUT。SMPS核心202還包括輸入調(diào)理電路208、變壓器204、調(diào)節(jié)和功率輸送電路206以及光耦合器210。輸入調(diào)理電路208被耦合，以接收輸入AC信號。在輸入調(diào)理電路208中，對AC信號進(jìn)行整流和濾波，以產(chǎn)生用于控制內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生第一 AC信號的中間DC信號。第一 AC信號具有比最大可聽頻率(B卩，20kHz)高的、在50KHz與IMHz之間的典型頻率。第一 AC信號然后用于驅(qū)動變壓器204的一次繞組，并且在變壓器204的二次繞組處被轉(zhuǎn)換為具有滿意幅值的第二 AC信號。調(diào)節(jié)和功率輸送電路206隨后對第二 AC信號進(jìn)行整流和濾波，以產(chǎn)生DC輸出電壓VOUT。光耦合器210連接切換反饋回路，以嚴(yán)格調(diào)節(jié)輸出電壓V0UT。輸出電壓VOUT在調(diào)節(jié)和功率輸送電路206中與參考電壓進(jìn)行比較，并且產(chǎn)生控制光耦合器210的調(diào)節(jié)控制信號。光耦合器210通過光波傳送調(diào)節(jié)控制信號，并且它有效地使輸出電壓VOUT與由輸入調(diào)理電路208產(chǎn)生的噪聲隔離。當(dāng)接收到高調(diào)節(jié)控制信號時，光耦合器210的發(fā)光二極管(LED)導(dǎo)通，并且在光耦合器210中的光電傳感器中產(chǎn)生電流。輸入調(diào)理電路208中的切換控制電路與光電傳感器中的電流耦合。脈沖寬度調(diào)制集成電路(PWMIC)被包括在切換控 制電路中，以根據(jù)調(diào)節(jié)控制信號調(diào)節(jié)通過變壓器204的一次繞組的電流。在脈沖寬度調(diào)制中，通常使用最大占空比來給輸出電壓VOUT充電，而在VOUT的衰減階段期間使用最小占空t匕。在某個實施方案中，輸出電壓VOUT大于參考電壓。LED燈開啟，并且產(chǎn)生發(fā)送到PWMIC的電脈沖。PWMIC控制變壓器儲存更多能量，并且產(chǎn)生更小的V0UT。該切換反饋回路通過用熱量消耗過多功率來有效地避免調(diào)節(jié)V0UT，并且極大地提高了能量效率。低功率模式或休眠模式被并入SMPS核心202，以進(jìn)一步改進(jìn)能量效率。在低功率模式下，僅使SMPS核心202中的電路組件保持在最小電流電平，以維持適當(dāng)?shù)墓δ?，同時時間響應(yīng)可能慢，并且可能不能在穩(wěn)定的目標(biāo)電壓調(diào)節(jié)V0UT。具體地講，當(dāng)AC電源第一次連接到墻壁插座時，SMPS核心202通常以低功率模式啟動；當(dāng)接收到指示DC負(fù)載存在的信號時，SMPS核心202切換到正常功率模式。在正常功率模式下，輸出電壓VOUT由前述切換反饋回路嚴(yán)格調(diào)節(jié)。當(dāng)施加DC負(fù)載時，功率控制回路220將指示負(fù)載存在的反饋信號提供給SMPS核心202，以發(fā)起正常功率模式。功率控制回路220包括負(fù)載檢測器216、低功率模式控制電路224和光耦合器226。負(fù)載檢測器216與SMPS核心202的輸出耦合，并且產(chǎn)生指示DC負(fù)載160連接的檢測標(biāo)志信號。低功率模式控制電路224和光稱合器226使用檢測標(biāo)志信號來產(chǎn)生功率控制信號。功率控制信號控制SMPS核心202來以正常功率模式工作。應(yīng)用光耦合器226來使輸出電壓VOUT與輸入調(diào)理電路208接收的輸入噪聲和致命電擊隔離。在某個實施方案中，可以使用可替換的隔離電路來代替切換反饋回路中的光耦合器226和光耦合器210。在某些實施方案中，功率控制回路220包括電源供應(yīng)器識別(PSID)電路214 JSID電路214通過專用數(shù)據(jù)信道將關(guān)于電源供應(yīng)器的信息提供給DC負(fù)載。關(guān)于電源供應(yīng)器的信息可以作為串行數(shù)據(jù)信號發(fā)送，所述串行數(shù)據(jù)信號包括諸如電源類型(比如，AC或DC)、瓦數(shù)/電壓/電流額定值、制造商、產(chǎn)品編號和原產(chǎn)國的屬性。PSID電路214還在發(fā)送電源供應(yīng)器信息的同時檢測DC負(fù)載的存在。產(chǎn)生負(fù)載存在/ID信號，并且低功率模式控制電路224和光耦合器226對該負(fù)載存在/ID信號進(jìn)行進(jìn)一步處理。結(jié)果，還啟用功率控制信號來指示DC負(fù)載160的存在并且將SMPS控制為正常功率模式。PSID電路214和負(fù)載檢測器216這二者可以用于檢測DC負(fù)載160。然而，PSID電路214可以使用專用數(shù)據(jù)引腳，并且一旦該數(shù)據(jù)引腳受損，就可以永不啟動正常功率模式，并且DC負(fù)載160可以不被穩(wěn)定DC電壓驅(qū)動。負(fù)載檢測器直接檢測輸出電壓VOUT的變化，以確定DC負(fù)載160的存在。該基于VOUT的負(fù)載檢測方法更可靠，并且一旦DC負(fù)載被連接，就將提供從低功率模式到正常功率模式的正確啟動。負(fù)載狀況可以通過測量輸出電壓VOUT的衰減速率來檢測。在低功率模式下，電流消耗最小，因此，VOUT不被固定在穩(wěn)定電壓。調(diào)節(jié)和功率輸送電路206可以包括檢測輸出電壓VOUT是否降到低閾值電壓Vm的比較器。一旦VOUT降到Vim以下，就發(fā)起充電過程來將VOUT充電回高閾值電壓VTHH。該高閾值電壓Vthh通常等于目標(biāo)輸出電壓。由于充電能力有限，VOUT開始逐漸降低，并且應(yīng)該在再充電到Vthh之前達(dá)到低閾值電壓。充電過程通常很快，并且引起陡峭的上升沿，而相對慢的放電過程導(dǎo)致小得多的衰減速率。而且，與無負(fù)載狀況的衰減速率相比，在AC-DC適配器200被加載DC負(fù)載160時VOUT的衰減速率要快得多?？梢灶A(yù)先確定閾值衰減速率DRth，來區(qū)分分別與DC負(fù)載或無負(fù)載相關(guān)聯(lián)的兩種情況。如果衰減速率大于閾值衰減速率DRth,則DC負(fù)載160被連接；否則，AC-DC適配器200沒有負(fù)載。

圖3圖示說明在低功率模式檢測與AC-DC適配器200的輸出耦合的DC負(fù)載160的方法的示例性流程圖300。在步驟302中，當(dāng)輸出電壓VOUT達(dá)到高閾值電壓Vthh時，第一次產(chǎn)生第一脈沖信號Detectjligh。在輸出電壓VOUT開始降低的同時，在步驟304中使用信號Detect_High來發(fā)起計數(shù)過程。當(dāng)輸出電壓VOUT達(dá)到中間閾值電壓Vthm時，產(chǎn)生第二脈沖信號 Detect_Intermediate (步驟 306),并且在步驟 308 中使用信號 Detect_Intermediate來停止計數(shù)過程。計數(shù)器閾值N_從閾值衰減速率DRth、高閾值電壓Vthh和中間閾值電壓Vthm以及時鐘頻率fM推導(dǎo)得到。因此，計數(shù)器閾值被表征為N 隱=fCLKV-_V-(I)。
"尺TH隨后在步驟310中將計數(shù)結(jié)果N與預(yù)定閾值N_進(jìn)行比較。如果N大于N_，則VOUT的衰減速率小，并且AC-DC適配器被保持在低功率模式(步驟318)。如果N小于N_，則VOUT的衰減速率大。在步驟314中產(chǎn)生指示DC負(fù)載存在的信號DeteCt_Flag，并且控制AC-DC適配器開啟正常功率模式和產(chǎn)生在目標(biāo)輸出電壓被嚴(yán)格調(diào)節(jié)的穩(wěn)定輸出電壓VOUT (步驟 316)。在某個實施方案中，雖然當(dāng)施加DC負(fù)載時衰減時間極大地縮短，但是當(dāng)沒有施加DC負(fù)載時，它在連續(xù)衰減周期之間輕微變化。連續(xù)衰減時間的變化還可以指示是否施加DC負(fù)載。N_不斷被更新為與衰減相關(guān)的時鐘周期數(shù)的一小部分。隨后的衰減的負(fù)載狀況通過直接將相關(guān)時鐘周期與N_進(jìn)行比較來確定。圖4圖示說明負(fù)載檢測器的示例性框圖400。負(fù)載檢測器400包括兩個比較器402和404、高閾值電壓產(chǎn)生器406、中間電壓產(chǎn)生器408、控制狀態(tài)機410、數(shù)字計數(shù)器412、可編程超時值(time-out value)產(chǎn)生器414和數(shù)字比較器416。高電壓產(chǎn)生器406和中間電壓產(chǎn)生器408分別用于產(chǎn)生高閾值電壓Vthh和中間閾值電壓VTHM。比較器402被耦合，以接收和比較輸出電壓Votit和高閾值電壓VTHH，一旦VOUT達(dá)到VTHH，就啟用第一脈沖信號Detect_High。類似地，比較器404被耦合，以接收和比較Vqut和中間閾值電壓VTHM，一旦VOUT達(dá)到Vthm,就啟用第二脈沖信號 Detect_Intermediate。受信號Detect_High和Detect_Intermediate控制，控制狀態(tài)機410產(chǎn)生順序控制信號 Reset_counter、Start_counter、Stop_counter 和 Compare_counter。信號Detect_High用于順序地重置并啟動兩個連續(xù)時鐘周期內(nèi)的后一計數(shù)器412,信號Detect_Intermediate用于停止數(shù)字計數(shù)器412并啟用比較。數(shù)字計數(shù)器412輸出從Vthh到Vthm的衰減時間作為計數(shù)結(jié)果N，N表征整數(shù)時鐘周期數(shù)。計數(shù)器閾值N_由可編程超時值電路414提供，它可以是固定值或者前一計數(shù)結(jié)果的一小部分。由控制信號Compancounter啟用，數(shù)字比較器416被耦合以接收和比較計數(shù)結(jié)果N和計數(shù)器閾值N_。結(jié)果，產(chǎn)生指示負(fù)載狀況的第三脈沖信號Detect_Flag。圖5圖示說明負(fù)載檢測器400中的信號的示例性時序圖500。負(fù)載檢測器400被耦合以接收輸出電壓VOUT 502并產(chǎn)生脈沖信號Detect_Flag 520。信號Detect_high 504、Detect_Intermediate 506、Reset_counter 508、Start_counter 510、Stop_counter 512和Compare_counter 518都是負(fù)載檢測器400中的內(nèi)部信號。信號計數(shù)器516是用二進(jìn)制表征計數(shù)結(jié)果N的多個比特信號。時鐘信號514可以以外部的方式提供或者可以以內(nèi)部的方式產(chǎn)生,并且無論時鐘源如何,時鐘頻率都必須滿足某個精度要求。在本發(fā)明的各個實施方案中，AC-DC適配器以低功率模式啟動，并且在特定時刻 t5附接DC負(fù)載160之后，在時刻t7切換到正常功率模式。在時亥Ij tl、t3、t5和t7，VOUT達(dá)到VTm。在時刻tl、t3和t5之前，VOUT朝向低閾值電壓Vm降低。一旦它達(dá)到Vm，V0UT就在短時間段內(nèi)再充電到VTHH。在DC負(fù)載160被耦合之后，VOUT在時刻t7之前可能不會降到VTm，而它仍在時刻t7快速充電到VTHH。在時刻t2、t4和t6，VOUT降到中間閾值電壓Vthm。在該低功率模式下，無論負(fù)載狀況如何，VOUT都在tl-t3、t3_t5和t5_t6的持續(xù)時間期間衰減。在某些實施方案中，當(dāng)沒有DC負(fù)載施加到AC-DC適配器時，持續(xù)時間tl-t3和t3-t5可以持續(xù)5-15秒。當(dāng)DC負(fù)載160被連接時，與當(dāng)沒有DC負(fù)載時的情況相比，t5_t6的持續(xù)時間長度縮短，衰減速率提高。較小的DC負(fù)載與相對長的衰減時間和較慢的衰減速率相關(guān)聯(lián)。在某個實施方案中，筆記本電腦用作DC負(fù)載160，并且目標(biāo)DC電壓為19-20V。中間閾值電壓Vthm和低閾值電壓Vm分別優(yōu)選地被設(shè)置為17. 5V和7-8V。在時刻tl，輸出電壓VOUT被充電到高閾值電壓VTHH，并且信號Detect_High在一半時鐘周期內(nèi)被啟用。Detect_High還可以被SMPS核心202用作反饋控制，以避免VOUT增大超過 ντιΙΗ。當(dāng) Detect_High 被啟用時，信號 Reset_counter 508 和 Start_counter 510 隨后在兩個連續(xù)時鐘周期內(nèi)被啟用。因此，首先重置數(shù)字計數(shù)器412，然后重啟數(shù)字計數(shù)器412，以在VOUT從Vthh開始降低時進(jìn)行計數(shù)。衰減時間被數(shù)字計數(shù)器412跟蹤為時鐘周期數(shù)。在時刻t2，輸出電壓VOUT降到中間閾值電壓VTHM，并且信號Detect_Intermediate在一半時鐘周期內(nèi)被啟用。信號Stop_counter 512和Compare_counter 518隨后被啟用，以停止計數(shù)，并且開始將計數(shù)結(jié)果與計數(shù)器閾值N_進(jìn)行比較。計數(shù)結(jié)果(即，信號計數(shù)器516)停留在數(shù)字計數(shù)器412的輸出，直到VOUT降到低閾值電壓Vm為止，下一個VOUT充電和放電周期在時刻t3開始。在時間段tl_t3和t3_t5期間沒有施加DC負(fù)載，因此，信號Detect_Flag為低。在時刻t5 —施加DC負(fù)載160，VOUT的衰減速率就在時段t5-t6之間要快得多。計數(shù)結(jié)果降到預(yù)定的計數(shù)器閾值N_以下，并且信號DeteCt_Flag在時鐘周期內(nèi)被啟用，以指示DC負(fù)載160的存在。在后一時鐘周期開始時(時刻t7)，正常功率模式可以應(yīng)用于AC-DC適配器，并且輸出電壓VOUT維持在等于Vthh的穩(wěn)定目標(biāo)電壓。因此，AC-DC適配器在負(fù)載檢測器216的控制下從低功率模式切換到正常功率模式，同時免除對于PSID電路214和專用數(shù)據(jù)
信道的需要。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知可以在兩個隨機閾值電壓之間測量VOUT的衰減速率或時間，所述兩個隨機閾值電壓在VOUT的衰減持續(xù)時間內(nèi)選擇。高閾值電壓Vthh不必等于目標(biāo)輸出電壓，如果不等于，則信號DetectJligh應(yīng)該不被用作控制SMPS核心202的負(fù)反饋。中間閾值電壓Vthm可以減小，但是應(yīng)該大于當(dāng)DC負(fù)載存在時VOUT所降至的最小輸出電壓。Vthh和Vthm應(yīng)該被選擇為在目標(biāo)輸出和最小輸出電壓的范圍內(nèi)合理地相間隔，以導(dǎo)致衰減時間的可靠測量。同樣，檢測DC負(fù)載的以上方法還可以應(yīng)用于可以被控制為低功率模式和正常功率模式的DC-DC適配器。在正常功率模式下，施加高功耗來維持DC輸出電壓V0UT，而在低 功率模式下，減小功耗來維持功能。無論適配器構(gòu)造如何，負(fù)載狀況都直接影響VOUT在低功率模式下的充電/放電速率。具體地講，當(dāng)施加負(fù)載時，輸出電壓VOUT的衰減速率提高。確定閾值來區(qū)分負(fù)載存在和不存在時的衰減速率。一旦VOUT的衰減速率被測量超過閾值，就啟用正常功率模式來維持所需的輸出電壓VOUT電平。相關(guān)申請的交叉引用本申請依據(jù)35U. S. C § 119(e)要求2011年2月16日遞交的、標(biāo)題為“用于AC-DC適配器中的低功率模式的負(fù)載檢測(Load Detection for a LowPower Mode in an AC-DC adapter) ”的臨時申請序號為No. 61/443，589的優(yōu)先權(quán),該臨時申請的主題通過引入被并入本文。雖然本發(fā)明的特定實施例已在附圖中示出并在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本發(fā)明可有各種修改和替換形式。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的特定形式，而是相反，本發(fā)明覆蓋落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有修改、等同形式和替換形式。
權(quán)利要求
1.ー種AC-DC適配器，所述AC-DC適配器包括 切換模式電源供應(yīng)器，所述切換模式電源供應(yīng)器被耦合以接收輸入AC電壓，所述切換模式電源供應(yīng)器將所述輸入AC電壓轉(zhuǎn)換為驅(qū)動負(fù)載的DC輸出電壓； 功率控制回路，所述功率控制回路與所述切換模式電源供應(yīng)器耦合，所述功率控制回路接收所述DC輸出電壓并且提供功率控制信號來根據(jù)所述DC輸出電壓的衰減速率配置所述切換模式電源供應(yīng)器，其中，所述功率控制回路進(jìn)ー步包括 負(fù)載檢測器，所述負(fù)載檢測器根據(jù)所述DC輸出電壓的所述衰減速率檢測所述負(fù)載的存在；以及 功率模式控制電路，所述功率模式控制電路與所述負(fù)載檢測器耦合并且產(chǎn)生所述功率控制信號。
2.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述功率控制回路還包括與所述負(fù)載耦合的電源供應(yīng)器識別電路，所述電源供應(yīng)器識別電路檢測所述負(fù)載的存在并且在所述AC-DC適配器與所述負(fù)載之間傳送負(fù)載存在和識別信號，所述負(fù)載存在和識別信號是與所述DC輸出電壓不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述切換模式電源供應(yīng)器還包括 輸入調(diào)理電路，所述輸入調(diào)理電路將所述輸入AC信號轉(zhuǎn)換為第一高頻AC信號； 變壓器，所述變壓器與所述輸入調(diào)理電路耦合，所述變壓器將所述第一高頻AC信號轉(zhuǎn)換為第二高頻AC信號； 調(diào)節(jié)和功率輸送電路，所述調(diào)節(jié)和功率輸送電路耦合在所述變壓器與所述負(fù)載之間，所述調(diào)節(jié)和功率輸送電路對所述第二高頻AC信號進(jìn)行整流和濾波，以產(chǎn)生所述DC輸出電壓； 光耦合器，所述光耦合器耦合在所述輸入調(diào)理電路與所述調(diào)節(jié)和功率輸送電路之間，所述光耦合器形成切換反饋回路，以通過控制所述輸入調(diào)理電路中的脈沖寬度調(diào)制來調(diào)節(jié)所述DC輸出電壓；并且 其中，所述功率控制信號由所述功率控制回路提供，以控制所述輸入調(diào)理電路中的脈沖寬度調(diào)制。
4.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中當(dāng)沒有檢測到負(fù)載存在時，所述切換模式電源供應(yīng)器被配置為休眠模式，并且功耗從驅(qū)動所述負(fù)載的狀態(tài)被降低。
5.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述功率模式控制還包括光耦合器，所述光耦合器用作將所述功率模式控制電路與所述切換模式電源供應(yīng)器電壓耦合的接ロ。
6.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述AC-DC適配器通過線纜與所述負(fù)載耦合，所述線纜發(fā)送正極端子信號、負(fù)極端子信號和中心數(shù)據(jù)信號，并且所述DC輸出電壓與所述正極端子信號相關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述AC-DC適配器通過線纜與所述負(fù)載耦合，所述線纜發(fā)送與所述DC輸出電壓相關(guān)聯(lián)的正極端子信號。
8.如權(quán)利要求I所述的AC-DC適配器，其中所述負(fù)載檢測器通過監(jiān)控所述DC輸出電壓在高閾值電壓與低閾值電壓之間的衰減速率來檢測所述負(fù)載。
9.ー種在AC-DC適配器中將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的方法,所述方法包括以下步驟接收由切換模式電源供應(yīng)器從所述輸入AC電壓產(chǎn)生的所述DC輸出電壓； 根據(jù)所述DC輸出電壓的衰減速率來確定負(fù)載的存在；以及 根據(jù)所述負(fù)載的存在來配置所述AC-DC適配器中的切換模式電源供應(yīng)器。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中電源供應(yīng)器識別電路用于檢測所述負(fù)載的存在并且提供負(fù)載存在和識別信號，所述負(fù)載存在和識別信號是與所述DC輸出電壓不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中當(dāng)沒有檢測到負(fù)載存在時，所述切換模式電源供應(yīng)器被配置為休眠模式，并且功耗從驅(qū)動所述負(fù)載的狀態(tài)被降低。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中線纜用于耦合所述負(fù)載，所述線纜發(fā)送正極端子信號、負(fù)極端子信號和中心數(shù)據(jù)信號，所述DC輸出電壓與所述正極端子信號相關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中線纜用于耦合所述負(fù)載并且發(fā)送與所述DC輸出電壓相關(guān)聯(lián)的正極端子信號。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述負(fù)載檢測器通過監(jiān)控所述DC輸出電壓在高閾值電壓與低閾值電壓之間的衰減速率來檢測所述負(fù)載。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述根據(jù)所述DC輸出電壓的衰減速率確定所述負(fù)載的存在的步驟還包括以下步驟 當(dāng)所述DC輸出電壓的電壓水平達(dá)到所述高閾值電壓吋，開始對時鐘周期數(shù)進(jìn)行計數(shù)； 當(dāng)所述DC輸出電壓的電壓水平從所述高閾值電壓降到中間閾值電壓時，停止對所述時鐘周期數(shù)計數(shù)，所述中間閾值電壓大于所述低閾值電壓且小于所述高閾值電壓； 將所述時鐘周期數(shù)與預(yù)定閾值數(shù)進(jìn)行比較，其中所述DC輸出電壓從所述高閾值電壓降到所述中間閾值電壓的下降次數(shù)通過針對負(fù)載存在和不存在的時鐘周期的預(yù)定閾值數(shù)來區(qū)分；以及 根據(jù)所述比較結(jié)果來確定所述負(fù)載的存在和不存在。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中當(dāng)不呈現(xiàn)所述負(fù)載的存在時，所述切換模式電源供應(yīng)器被配置為休眠模式，并且功耗從驅(qū)動所述負(fù)載的狀態(tài)被降低。
17.—種在AC-DC適配器中將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換為DC輸出電壓的方法,所述方法包括以下步驟 接收由切換模式電源供應(yīng)器從所述輸入AC電壓產(chǎn)生的所述DC輸出電壓； 當(dāng)所述DC輸出電壓從高閾值電壓降到低閾值電壓時，根據(jù)所述DC輸出電壓的衰減速率來確定負(fù)載的存在；以及 根據(jù)所述負(fù)載的存在將切換模式電源供應(yīng)器配置為選自所述AC-DC適配器中的正常功率模式和休眠模式的功率模式，其中當(dāng)所述負(fù)載存在時，啟用所述正常模式，并且當(dāng)所述負(fù)載不存在時，啟用所述休眠模式。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中電源供應(yīng)器識別電路用于檢測所述負(fù)載的存在并且提供負(fù)載存在和識別信號，所述負(fù)載存在和識別信號是與所述DC輸出電壓不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中當(dāng)沒有檢測到所述負(fù)載的存在時，啟用所述休眠模式，并且功耗從驅(qū)動所述負(fù)載的狀態(tài)被降低。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中線纜用于耦合所述負(fù)載并且發(fā)送與所述DC輸出電壓相關(guān)聯(lián)的正極端子信號。全文摘要
本發(fā)明的各個實施方案涉及AC-DC適配器，更具體地涉及下述系統(tǒng)、設(shè)備和方法，這些系統(tǒng)、設(shè)備和方法利用負(fù)載檢測器來基于DC輸出電壓的瞬時變化檢測AC-DC適配器的負(fù)載狀況，因此，使得AC-DC適配器能夠從低功率模式切換到正常功率模式。在低功率模式，AC-DC適配器在目標(biāo)電壓產(chǎn)生DC輸出電壓，該DC輸出電壓隨后根據(jù)是否施加負(fù)載以某一衰減速率降低。負(fù)載檢測器被電耦合以監(jiān)控輸出電壓并且測量兩個預(yù)定閾值電壓之間的衰減時間。衰減時間一低于閾值衰減時間，或者連續(xù)衰減時間的變化一達(dá)到某個閾值，就提供將AC-DC適配器配置為正常功率模式的使能指令。
文檔編號H02M7/04GK102684512SQ20121003397
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者C·M·海特, D·W·小奧特 申請人:美信集成產(chǎn)品公司