基于pwm控制信号检测的负载识别电路
技术领域
1.本实用新型涉及开关电源电路技术领域，尤其涉及一种基于pwm控制信号检测的负载识别电路。
背景技术：2.在当前模拟类开关电源ic产品设计中，在与配套的外围功率或者磁性器件(如功率电感、电容、变压器等)进行电压电流逻辑转换工作时，常以输出pwm(pulse width modulation-脉宽宽度调制)信号控制的机制来实现。即在模拟类电源ic产品中，通常会包含一个或多个pwm信号输出pin脚。
3.脉宽宽度调制式(pwm)的开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。pwm控制的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式。
4.在实际生产应用中，在工程师选型的主控ic产品不具备负载指示功能，不便于使用。则在需要进行负载指示时，则需要在ic的pwm信号输出脚处加装负载识别电路。这种情况加装电路往往存在成本高、电路方案不灵活、检测精度低，针对不同开关电源难以适应的问题。
技术实现要素：5.本实用新型提供一种基于pwm控制信号检测的负载识别电路，以解决主控ic产品不具备负载指示功能时不便于使用的问题。
6.本实用新型的第二目的在于提供一种基于pwm控制信号检测的负载识别电路，以解决不具备负载指示的开关电源加装识别电路存在的成本高、电路方案不灵活、检测精度低，针对不同开关电源难以适应的问题。
7.根据本实用新型的第一方面，提供了一种基于pwm控制信号检测的负载识别电路，包括：
8.开关元件，设置为与开关电源的pwm控制信号输出端连接；
9.充电支路，设置为一端与所述开关元件连接，另一端连接于一直流电压源；
10.放电支路，设置为一端与所述开关元件连接，另一端接地；
11.储能元件，设置为与串联的所述开关元件及放电支路并联，且与所述开关元件连接的一侧设置为负载识别输出端；
12.其中，所述开关元件在输入的pwm控制信号为第一电平信号时，所述开关元件关断，且储能元件经所述充电支路连接至所述直流电压源并进行储能，负载识别输出端输出第一负载指示信号；所述开关元件在输入的pwm控制信号为第二电平信号时，所述开关元件导通，且储能元件经所述放电支路接地并进行放电，负载识别输出端输出第二负载指示信号。
13.可选的，所述负载识别输出端连接于逻辑主控模块，所述逻辑主控模块根据接收
到的所述第一负载指示信号或第二负载指示信号判断负载状态。
14.可选的，所述第一电平信号为高电平；所述第二电平信号为低电平；相应地，所述第一负载指示信号为高电平，表示处于轻载状态；所述第二负载指示信号为低电平，表示处于重载状态。
15.可选的，所述开关元件设置为pmos场效应管，所述pmos场效应管的栅极与所述pwm控制信号输出端连接；所述pmos场效应管的漏极与所述充电支路连接；所述pmos场效应管的源极与所述放电支路连接。
16.可选的，所述充电支路设置为包括第一电阻元件。
17.可选的，所述第一电阻元件的阻值为1mω。
18.可选的，所述放电支路设置为包括第二电阻元件。
19.可选的，所述第二电阻元件的阻值为100kω。
20.可选的，所述储能元件设置为电容。
21.可选的，所述电容的取值范围为：47～100nf。
22.本实用新型提供的基于pwm控制信号检测的负载识别电路通过获取开关电源的pwm控制信号，进而通过pwm控制信号方波的不同电平作用下的开关元件的通断控制储能元件的充电与放电，进而调整负载指示信号的电平大小，从而完成轻重负载的识别。电路结构简单，工作高效，较好地解决了不具备负载指示功能的开关电源无法进行快速的负载识别的问题。
23.同时，该基于pwm控制信号检测的负载识别电路可以通过调整电路中的充电支路、放电支路及储能元件的具体型号规格，进而实现不同程度的负载阈值状态识别，方便根据具体的检测需要调整电路。
24.此外，本实用新型提供的电路具备应用成本低、方案灵活、逻辑器件少、检测精度高等特点，常适用于真无线蓝牙耳机、穿戴类手表手环、手持小风扇等智能电子产品。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。
26.图1是本实用新型一实施例中基于pwm控制信号检测的负载识别电路的组成示意图；
27.图2是本实用新型一优选实施例中基于pwm控制信号检测的负载识别电路的组成示意图；
28.图3是本实用新型一应用例中的基于pwm控制信号检测的负载识别电路图；
29.图4是轻载或空载状态下开关电源输出的pwm控制信号波形示意图；
30.图5是重载状态下开关电源输出的pwm控制信号波形示意图；
31.图6是轻载或空载状态下负载识别输出端输出的波形示意图；
32.图7是重载状态下负载识别输出端输出的波形示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
34.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
35.下面以具体地实施例对本实用新型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。
36.图1是本实用新型一实施例中基于pwm控制信号检测的负载识别电路的组成示意图。本实施例提供的基于pwm控制信号检测的负载识别电路包括：
37.开关元件10，设置为与开关电源50的pwm控制信号输出端连接；
38.充电支路20，设置为一端与开关元件10连接，另一端连接于一直流电压源60；
39.放电支路30，设置为一端与开关元件10连接，另一端接地；
40.储能元件40，设置为与串联的所述开关元件及放电支路并联，具体地，储能元件40的一端与开关元件10及充电电路20的连接端连接，储能元件40的另一端设置为与放电支路30接地的一端连接并接地，且与开关元件10连接的一侧设置为负载识别输出端；
41.该基于pwm控制信号检测的负载识别电路在工作时，通过pwm控制信号的不同电平来识别负载状态。具体地，开关元件10在输入的pwm控制信号为第一电平信号时，开关元件10关断，且储能元件40经充电支路20连接至直流电压源60并进行储能，负载识别输出端输出第一负载指示信号；开关元件10在输入的pwm控制信号为第二电平信号时，开关元件10导通，且储能元件40经放电支路30接地并进行放电，负载识别输出端输出第二负载指示信号。
42.该基于pwm控制信号检测的负载识别电路是根据实际的开关电源ic在轻重不同的负载状态下，pwm控制脚会输出不同开关频率的pwm方波作为输出的pwm控制信号。通过设置本实用新型的负载识别电路，即可使得开关元件10根据pwm方波的不同电平转换呈现出断开或导通的不同状态的切换，表现出与pwm方波对应的开关频率。而开关元件10的关断或导通进一步使得负载识别输出端可以输出不同的电平信号，根据输出的电平信号即可判断负载的轻重工作状态。
43.此外，通过电路中充电支路20、放电支路30及储能元件40的配合，可以进一步控制储能元件40的充电速度及放电速度，进而实现不同程度的负载阈值状态识别。
44.进一步参考图2所示，在优选的实施例中，上述的负载识别输出端连接于逻辑主控模块70，该逻辑主控模块70根据实时接收到的第一负载指示信号或第二负载指示信号来判断负载状态。
45.具体地，这里的第一电平信号设置为高电平；第二电平信号设置为低电平；相应
地，第一负载指示信号为高电平，表示开关电源处于轻载状态；第二负载指示信号为低电平，表示开关电源处于重载状态。其中，这里的轻载状态包括轻负载状态及零负载状态。
46.工作时，当pwm控制信号输出到开关元件10的驱动极，受信号波高低电平转换的影响，开关元件10亦表现为不同的开关频率。因为电路中储能元件40的存在，受限于储能元件40的充放电作用，储能元件40两端的电压不能突变，故在轻载状态的低开关频率下，pwm信号源长期输出高电平信号导致开关元件10长时间处于关断状态，则通过充电支路20进行充电，储能元件40两端表现高电平信号；而重载状态的高开关频率下，则通过放电支路30放电，储能元件40的两端表现低电平信号。因此，最后外围的逻辑主控模块70通过读取储能元件40两端的电平信号状态，即可判断负载的轻重工作状态。
47.进一步参考图3所示，在一具体的应用例中，开关元件10设置为pmos场效应管，该pmos场效应管的栅极g(作为驱动极)与开关电源50的pwm控制信号输出端连接；而pmos场效应管的漏极d与充电支路20连接；pmos场效应管的源极s与放电支路30连接。其中，这里的pmos场效应管的栅极g连接的端子lx_1与开关电源50的pwm控制信号输出端连接。
48.其中，直流电压源60作为充电支路的上拉高电平充电电源。
49.参考图3所示，进一步优选的实施例中，充电支路20设置为包括第一电阻元件r13。第一电阻元件r13的一端连接至pmos场效应管的漏极d。另一端通过端子bat1+连接至外部供电的直流电压源60。第一电阻元件r13的作用为：将储能元件40上拉至高电平电源，在pmos关断时，为储能元件40提供充电路径。其中，第一电阻元件r13的阻值参数大小会影响将储能元件40充电至高电平过程的时间长短。
50.本实施例中第一电阻元件r13根据需要设置为相对较大的电阻值。具体地，这里的第一电阻元件r13的阻值为1mω。第一电阻元件r13设置为较大的电阻值可以控制储能元件40在pmos关断时进行缓慢充电。
51.参考图3所示，进一步优选的实施例中，放电支路30设置为包括第二电阻元件r12。第二电阻元件r12的一端连接至pmos场效应管的源极s，而另一端接地。第二电阻元件r12的作用为：将储能元件40上拉到gnd，在pmos关断时，为储能元件40提供放电路径。其中，第二电阻元件r12的阻值参数的大小将会影响将储能元件40充电至低电平过程的时间长短。
52.本实施例中第二电阻元件r12根据需要设置为相对较小的电阻值。具体地，第二电阻元件r12的阻值为100kω。第二电阻元件r12设置为较小的电阻值可以控制储能元件40在pmos导通时进行快速放电。
53.参考图3所示，进一步优选的实施例中，储能元件40设置为电容c8。同时，电容c8的一端与pmos场效应管的漏极d连接，另一端与第二电阻元件r12接地的一端连接。电容c8的作用为滤波稳压，防止输出信号电平突变。
54.在开关电源ic的pwm工作机制中，不论轻重载，即便频率、占空比等不同，仍均会有pwm输出，故开关元件10亦均会存在开关状态，若在无该电容c8，则会导致输出信号电平转换仍然存在突变异常问题。具体地，本实施例中的电容c8的取值范围为：47～100nf。本领域技术人员可根据需要选取47～100nf范围内的任意一值。
55.该负载识别电路工作时，根据开关电源ic的pwm信号机制，不同负载状态下对应的pwm控制信号不同。在模拟类开关电源芯片的工作机制中，因dc-dc所需传递负载能量的不同，pwm控制信号会表现处不同频率的开关信号方波。开关电源ic在轻载或空载状态下，开
关电源ic的pwm输出呈现为底频率、低占空比，参考图4所示。开关电源ic在重载状态下，开关电源ic的pwm输出呈现为高频率、高占空比，参考图5所示。
56.该电路中，pmos的核心作用为控制电容c8的存储能量路径和泄放能量路径的转换，以稳定电容c8的电平信号。受pwm信号的影响，在高电平到达pmos驱动极时，pmos表现为关断状态，则此时电容c8通过r13大电阻进行缓慢充电后，表示为高电平信号状态。而当低电平到达时，pmos导通，则此时电容c8通过r12小电阻进行快速放电，表示为低电平。
57.因为电容c8的充放电滤波作用，轻载状态下，虽然mos开关处于低频率状态，但整体波形正处于相对稳定的高电平状态，参考图6所示。
58.另外，当工作于重载状态下时，电容c8亦处于充放电起伏状态，但因为频率高，且r12(100kω)电阻的放电速度大于r13(1mω)电阻的充电速度，故最终是会被100kω电阻r12拉至低电平状态，参考图7所示。
59.本实用新型提供的基于pwm控制信号检测的负载识别电路主要通过检测开关电源的pwm脚的不同信号状态，来识别指示主控模块(开关电源ic)的电流负载工作状态，外围逻辑主控模块在接收到此指示信号后再进一部进行逻辑处理。
60.在实际生产应用中，在工程师选型的主控ic产品不具备负载指示功能，且项目方案为必需时，则可在ic的pwm信号输出脚处，额外单独通过加入实用新型的负载识别电路。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，包括：开关元件，设置为与开关电源的pwm控制信号输出端连接；充电支路，设置为一端与所述开关元件连接，另一端连接于一直流电压源；放电支路，设置为一端与所述开关元件连接，另一端接地；储能元件，设置为与串联的所述开关元件及放电支路并联，且与所述开关元件连接的一侧设置为负载识别输出端；其中，所述开关元件在输入的pwm控制信号为第一电平信号时，所述开关元件关断，且储能元件经所述充电支路连接至所述直流电压源并进行储能，负载识别输出端输出第一负载指示信号；所述开关元件在输入的pwm控制信号为第二电平信号时，所述开关元件导通，且储能元件经所述放电支路接地并进行放电，负载识别输出端输出第二负载指示信号。2.根据权利要求1所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述负载识别输出端连接于逻辑主控模块，所述逻辑主控模块根据接收到的所述第一负载指示信号或第二负载指示信号判断负载状态。3.根据权利要求1或2所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述第一电平信号为高电平；所述第二电平信号为低电平；相应地，所述第一负载指示信号为高电平，表示处于轻载状态；所述第二负载指示信号为低电平，表示处于重载状态。4.根据权利要求1所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述开关元件设置为pmos场效应管，所述pmos场效应管的栅极与所述pwm控制信号输出端连接；所述pmos场效应管的漏极与所述充电支路连接；所述pmos场效应管的源极与所述放电支路连接。5.根据权利要求1所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述充电支路设置为包括第一电阻元件。6.根据权利要求5所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述第一电阻元件的阻值为1mω。7.根据权利要求1所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述放电支路设置为包括第二电阻元件。8.根据权利要求7所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述第二电阻元件的阻值为100kω。9.根据权利要求1所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述储能元件设置为电容。10.根据权利要求9所述的基于pwm控制信号检测的负载识别电路，其特征在于，所述电容的取值范围为：47～100nf。
技术总结本实用新型提供了一种基于PWM控制信号检测的负载识别电路，包括：开关元件，设置为与开关电源的PWM控制信号输出端连接；充电支路，设置为一端与开关元件连接，另一端连接于一直流电压源；放电支路，设置为一端与开关元件连接，另一端接地；储能元件，设置为与串联的开关元件及放电支路并联，且与开关元件连接的一侧设置为负载识别输出端；其中，开关元件在输入的PWM控制信号为第一电平信号时关断，且储能元件经充电支路连接至直流电压源并进行储能，负载识别输出端输出第一负载指示信号；开关元件在输入的PWM控制信号为第二电平信号时导通，且储能元件经放电支路接地并进行放电，负载识别输出端输出第二负载指示信号。别输出端输出第二负载指示信号。别输出端输出第二负载指示信号。
技术研发人员：王建行 刘宗金 夏杰 吴佳 吴晨雨 欧新华 袁琼
受保护的技术使用者：上海芯导电子科技股份有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/7/5
