CN101656478B - 开关电源设备 - Google Patents

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Abstract

一种开关电源设备，具有产生控制开关元件(3)的接通/断开周期的驱动信号的控制器。控制器包括：负载测试器，用于当开关元件被从接通切换到断开之后检测到驱动信号的沿时，测试开关电源设备；在开关元件的断开周期中开关元件的底部检测器；底部跳跃状态测试器；以及底部跳跃操作测试器，如果设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，该伪谐振操作在第一最小电压点处接通开关元件，并且如果设备处于轻负载状态且如果底部跳跃状态持续了第一预定时间，将伪谐振操作转换为底部跳跃操作。

Description

开关电源设备
技术领域
本发明涉及用于消费者电器和音频设备的开关电源设备，并且更特别地涉及即使在输入输出变化时也能稳定操作并防止磁致伸缩噪声的开关电源设备。 
背景技术
图1是表示根据相关技术的开关电源设备的电路图。该设备执行伪谐振操作。在图1中，整流器1c和平滑电容1d形成了整流-平滑电路1，该整流-平滑电路1将来自AC电源的AC电压整流并平滑为DC电压。平滑电容1d的两端连接至包括变压器2的初级线圈P和由MOSFET构成的开关元件3的串联电路。电流检测电阻9(电流检测器)检测流经变压器2的初级线圈或开关元件3的电流，并且将电流检测后的信号输出给断开控制器25a。 
变压器2的次级线圈S的两端连接至包括二极管4和平滑电容5的串联电路。平滑电容5A提供DC输出电压Vout。二极管4和平滑电容5形成了输出整流-平滑电路。电压检测器7检测平滑电容5两端的电压，即，DC输出电压Vout，发现检测到的DC输出电压Vout和参考电压之间的误差，并将该误差作为误差信号发送给位于初级侧的断开控制器25a。 
控制器8产生控制开关元件3的接通/断开周期的驱动信号以实质上保持DC输出电压Vout为常数。控制器8包括电源启动/停止电路(Reg+启动/停止)24、断开控制器25a、底部检测器41、以及RS触发器23。 
电源启动/停止电路24使用流经电阻10来自平滑电容1d的电源来激活每个部分，并且在激活之后，使用通过二极管11和电容12被整流和平滑的来自辅助线圈D的电源来操作每个部分。电源启动/停止电路24还具有停止每个部分的功能。 
断开控制器25a产生断开信号以根据来自电压检测器7的误差信号和来自电路检测电阻9的电流检测后信号来断开开关元件3，并且将断开信号发送至RS触发器23的复位端R。底部检测器41用于当开关元件3接通时减少开关 损耗。根据由变压器2的辅助线圈D产生的电压，底部检测器41检测开关元件3的漏源电压Vds的振荡中的底部，产生接通信号来接通开关元件3，并且发生接通信号至RS触发器23的设置端S。 
图1中的执行伪谐振(pseudo resonant)操作的开关电源设备原则上增加了轻负载条件下的开关频率以致效率降低。 
近些年发生的全球变暖需要采取例如增加有效性的节约能源的手段。图2是表示在国际专利申请公开No.WO2004/023634中公开的开关电源设备的电路图。该设备执行底部跳跃(bottom skip)操作。即，如图3所示，在开关元件3的断开周期过程中使用开关元件3的漏源电压Vds的激振(ringing)来在轻负载下延迟开关元件3的接通定时，由此延长断开周期，压缩开关频率的增长、减少开关损耗、以及改善轻负载下的效率。 
图2的开关电源设备由具有控制器8的外部激励的回扫DC-DC变换器构成。下面将解释该设备的操作。 
在重负载到正常负载的情况下，如图3(E)所示D触发器28的输出信号VLD是高的。与底部检测器41的输出信号VBD(图3(D))的第一下降沿同步，底部跳跃控制器42的第一D触发器50的输出端Q输出信号VDF1的单脉冲。结果，与底部控制器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，与门52输出增加为高值的单脉冲的与信号VAD。 
此时，底部跳跃控制器42的第二D触发器51的输出端Q输出低值信号VDF2。由此，与底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，或门53输出增加为高值的单脉冲的或信号VOR以设置RS触发器23。 
如图3(D)和3(C)所示，与底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，由RS触发器23提供至开关元件3的栅极端的驱动信号VG由低变为高以接通开关元件3。 
此时，至开关元件3的漏极电流ID(图3(B))线性地增加，并且如图3(F)所示，在电平移动电阻17和18之间的连接点的电压VOCP线性地降低到参考电压VDTH之下。当电压VOCP达到来自输出电压检测器7的检测信号VFB的电压电平时，电流模式控制比较器20输出高电平信号V2以复位RS触发器23。 
结果，如图3(C)所示，从RS触发器23到开关元件3的栅极端的驱动信号VG从高变为低以将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在重负载到正常负载的情况下，执行伪谐振操作以当变压器2完全放电回扫能量且开关元件3的漏源电压Vds达到最小点(底部点)的时候接通开关元件3。 
如果负载变得更轻，如图3(E)所示，D触发器28的输出信号VLD从高变为低。然后，如图3(B)所示，至开关元件3的漏极电流ID的最大值略微变高，并且如图3(F)所示，电平移动电阻17和18的连接点处的电压VOCP的峰值稍微向下移动。 
此时，如图3(F)所示，电压电平变换器31将施加到电流检测比较器27的正相输入端的参考电压从高的参考电压VDTH改变为低的参考电压VDTL。此时，与如图3(D)所示的底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步，底部跳跃控制器42的第二D触发器51的输出端Q输出单脉冲的信号VDF2。 
因为与门52输出了低电平信号VAD，或门53与底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步地输出增加为高值的单脉冲或信号VOR以设置RS触发器23。 
结果，如图3(D)和3(C)所示，与底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步地从RS触发器23施加到开关元件3的栅极端的驱动信号VG 从低变为高，以接通开关元件3。如图3(B)所示，至开关元件3的漏极电流ID线性地增加，并且在电平移动电阻17和18的连接点处的电压VOCP线性地减少。 
此时，如图3(F)所示，来自输出检测器7的检测信号VFB高于低参考电压VDTL，并且由此，在电平移动电阻17和18的连接点处的电压VOCP没有到达低参考电压VDTL。当电压VOCP达到检测信号VFB的电平时，电流模式控制比较器20输出高电平信号V2以复位RS触发器23。 
结果，如图3(C)所示，从RS触发器23到开关元件3的栅极端的驱动信号VG从高变为低以将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在轻负载下执行底部跳跃操作，以在开关元件3的断开周期过程中在开关元件3的漏源电压Vds的第二最小点处接通开关元件3。 
图4表示关于具有图2的控制器的外部激励的回扫DC-DC变换器的负 载比率的振荡状态。“负载比率”是由负载消耗的功率与由变换器向负载提供的功率的比率。50％到100％的负载比率对应于在其下执行伪谐振操作的正常到重负载。0％到70％的负载比率对应于在其下执行底部跳跃操作的正常到轻负载。 
当负载比率从100％降到50％时，伪谐振操作被转换为底部跳跃操作，继续底部跳跃操作直到例如其中负载比率为0％的备用状态的无负载状态。如果负载比率从0％变到70％，底部跳跃操作被转换为伪谐振操作，继续伪谐振操作直到负载比率为100％。 
在轻负载的条件下，图2所示的相关技术的开关电源设备使用底部跳跃控制器42来每次在开关元件3的漏源电压Vds的第二最小点接通开关元件3。这延长了开关元件3的断开周期，并且减小了开关元件3的开关频率。即，减少对开关元件3进行开关的次数，以降低轻负载下的开关损耗并且改善开关电源设备对于各种负载的变换效率。 
在轻负载条件下，在断开开关元件3之后相对短的周期内经过输出整流-平滑电路6从次级线圈2b将变压器2的回扫能量施加给负载(未图示)。这产生了包含如图3(A)和4(A)所示的开关元件3的漏极和源极之间的自由振荡部分的窄电压脉冲(Vds)。 
由此，当负载是轻的时，底部跳跃控制器42执行底部跳跃操作以当底部检测器41检测到漏源电压Vds中的第二最小点的时候接通开关元件3。底部跳跃操作延长了开关元件3的断开周期，并且减小开关电源3的振荡频率。 
在重负载到正常负载的情况下，在断开开关元件3之后的相对长的周期内经过输出整流-平滑电路6从次级线圈2b将变压器2的回扫能量施加给负载(未图示)。这在开关元件3的漏极和源极之间产生了宽电压脉冲(Vds)。 
由此，当负载是重到正常的情况下，当底部检测器41检测到漏源电压Vds中的第一最小值时，底部跳跃控制器42执行伪谐振操作以接通开关元件3。当变压器2的回扫能量已经完全被释放并且开关元件3的漏源电压Vds到达最小点(底部点)时，伪谐振操作将开关元件3从断开变为接通。 
发明内容
上述相关技术的开关电源设备涉及由于负载的变化和输入电压的变化而 导致的操作状态的混合，例如在轻负载的条件下的底部跳跃操作、在电流超过额定电流的重负载的条件下的伪谐振操作、在高输入电压条件下的底部跳跃操作、以及在低输入电压条件下的伪谐振操作。 
图4表示在额定负载电流改变为轻负载电流的变化操作状态的条件下的图2的相关技术的操作。在这种情况下，开关元件3的开关频率和开关电流Id变化剧烈以从变压器2产生刺激的磁致伸缩噪声。这样的噪声会在消费者电器和音频设备中产生问题。 
本发明提供了一种开关电源设备，能够执行底部跳跃操作而即使在负载和输入变化的情况下也不引起来自变压器的磁致伸缩噪声。 
根据本发明的第一方面，开关电源设备包括：串联电路，连接至DC电源的两端并且包括变压器的初级线圈和开关元件；电流检测器，用于检测流经变压器的初级线圈和开关元件的一个的电流；输出整流-平滑电路，用于整流和平滑由变压器的次级线圈产生的电压并且提供DC输出电压；以及控制器，用于产生驱动信号，所述驱动信号以将DC输出电压保持为预定值的方式控制开关元件的接通/断开周期，所述控制器包括：沿检测器，用于当开关元件从接通切换为断开时检测驱动信号的沿；负载测试器，用于当沿检测器检测到驱动信号的沿时，根据参考电压和从电流检测器提供的检测信号得到的电压来测试开关电源设备是否处于轻负载状态；底部检测器，用于检测在开关元件的断开周期过程中开关元件两端的电压中的最小点；底部跳跃状态测试器，用于根据来自负载测试器的输出来测试底部跳跃状态是否已经持续了第一预定时间，其中如果负载测试器的输出指示轻负载状态则断定底部跳跃状态；和底部跳跃操作测试器，用于：如果负载测试器指示设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，所述伪谐振操作在底部检测器检测的第一最小点处接通开关元件；和如果负载检测试器指示轻负载状态并且底部跳跃状态测试器指示底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，则确定执行底部跳跃状态，并且将伪谐振操作转换为在底部检测器检测的第二或更后最小点处接通开关元件的底部跳跃操作。 
根据本发明的第二方面，底部跳跃状态测试器包括：可变电压部，用于如果负载测试器指示轻负载状态则将第一电压改变为高于第一电压的第二电压；电容器；电流源，用于使得与可变电压部设置的第二电压对应的电流流过电容 器；以及时间测试器，用于当由电流源充电的电容器两端的电压从第一电压达到第二电压时，确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间。 
根据本发明的第三方面，底部跳跃状态测试器包括：计数器，用于当负载测试器指示轻负载状态时，启动对第一预定时间的计数；以及时间测试器，用于当计数器计数了第一预定时间时，确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间。 
根据本发明的第四方面，开关电源设备还包括：用于根据来自底部跳跃状态测试器的输出来测试备用状态是否已经持续了第二预定时间，其中备用状态是开关电源设备的负载比轻负载状态中更轻的状态；以及备用操作器，用于当备用状态已经持续了第二预定时间时启动备用操作，其中备用操作固定底部跳跃操作并且执行间歇振荡操作。 
本发明上述方面的任何一个监视开关电源设备的负载状态，并且根据监视的结果使用位于转换之前的延迟时间将伪谐振操作转换为底部跳跃操作或将底部跳跃操作转换到伪谐振操作。即使存在输入变化或负载变化，本发明的每个方面确保稳定转换操作并且温和地改变流至开关元件的峰值电流，以避免在开关元件上的电流的突然改变以及防止变压器产生磁致伸缩噪声。 
附图说明
图1是表示根据相关技术的开关电源设备的电路图； 
图2是表示根据另一个相关技术的开关电源设备的电路图； 
图3是表示图2的开关电源设备的操作的时序图； 
图4是表示在不同负载条件下图2的开关电源设备的操作的时序图； 
图5是表示根据本发明的实施例1的开关电源设备的电路图； 
图6是表示实施例1的开关电源设备中的控制器的电路图； 
图7是表示实施例1的开关电源设备的操作的时序图； 
图8是表示根据本发明的实施例2的开关电源设备的电路图； 
图9是表示实施例2的开关电源设备的操作的时序图； 
图10是表示实施例2的开关电源设备中的控制器的电路图；以及 
图11是表示可应用于实施例1和2的可变的恒流源的示意图。 
具体实施方式
下面将参考附图详细描述根据本发明的实施例的开关电源设备。 
实施例1
图5是表示根据本发明的实施例1的开关电源设备的电路图。该开关电源设备是外部激励的回扫DC-DC变换器，并且与图1所示的相关技术的开关电源设备的不同之处在于控制器8a的结构，控制器8a以实质上保持DC输出电压Vout为常数的方式产生驱动信号以控制开关以及3的接通/断开周期。 
图5所示的其它部分与图1所示的部分相同。由此，使用相似的附图标记表示并省略其描述。 
在图5中，控制器8a包括电源启动/停止电路(Reg+启动/停止)24、断开控制器25、底部接通电路28a、底部跳跃操作测试器28b、底部跳跃状态测试器28c、以及RS触发器23。 
图6是表示控制器8a的细节的电路图。底部跳跃操作检测器28b包括比较器27、D触发器(沿检测器、负载测试器)28、或门29、电阻32、33和35、MOSFET 34、与门52、以及或门53，其中比较器27比较参考电压和从电流检测电阻(电流检测器)9提供的电流检测后的信号得出的电压，其中D触发器28当开关元件3从接通变成断开时检测驱动信号的沿，并且如果检测到驱动信号的沿，根据来自比较器27的输出测试开关电源设备是否处于轻负载状态。 
底部跳跃状态测试器28c包括D触发器61、与非门62、RS触发器63、或门64和65、恒流运算放大器66、MOSFET 70、电源71、电阻72、73和74、跳跃比较器67、参考电压68、或非门69、参考电压80、比较器81、与非门82、RS触发器83、以及与门84。根据来自D触发器28的输出，底部跳跃状态测试器28c测试当设备处于轻负载状态时创建的底部跳跃状态是否已经持续了第一预定时间，并且将测试结果提供给或门29。 
MOSFET 70、电源71、以及电阻72-74形成了可变电压部。如果开关电源设备处于轻负载状态，可变电压部接通MOSFET 70，并且将恒流运算放大器66的阈值电压从3V(第一电压)改变为4.3V(第二电压)。当电流源将对应于改变的4.3V电压的电流传送到电容75时，恒流运算放大器66操作。当电容75两端的电压从3V增大并达到4.3V时，跳跃比较器(时间测试器)67 确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，并且提供高电平输出。 
底部接通电路28a包括底部检测器41、第一D触发器50、第二D触发器51、以及脉冲发生器22，其中底部检测器41根据辅助线圈D的电压检测在开关元件3的断开周期中开关元件3两端的电压的最小点。第一和第二D触发器50和51形成了底部跳跃控制器42。 
底部跳跃操作测试器28b使用或门29、与门52、或门53以及底部接通电路28a的第一和第二D触发器50和51来执行伪谐振操作和底部跳跃操作。如果来自D触发器28的输出指示开关电源设备处于重负载状态，底部跳跃操作测试器28b实现在底部检测器41检测的第一最小点处接通开关元件3的伪谐振操作。如果来自D触发器28和61的输出指示该设备处于轻负载状态并且底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，底部跳跃操作测试器28b确定执行底部跳跃操作，并且将伪谐振操作转换为在底部检测器41检测的第二或更后的最小点处接通开关元件3的底部跳跃操作。 
断开控制器25包括恒流源CC1、比较器19、电流模式控制比较器25、以及或门21。根据来自电压检测器7的误差信号和来自电流检测电阻9的电流检测后的信号，断开控制器25产生驱动信号以控制开关元件3的接通/断开周期，并且将驱动信号施加到RS触发器23的复位端，这提供了来自输出端Q的输出信号以接通/断开开关元件3。 
下面将描述图6所示的控制器8a的操作。在重到正常负载状态下，比较器27提供高电平输出，D触发器28提供高电平的输出信号VMD，并且或门29提供高电平的输出信号VLD。与来自底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，底部跳跃控制器42的第一D触发器50的输出端Q输出单脉冲信号VDF1。 
与来自底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，与门52输出增长为高电平的单脉冲与信号VAD。此时，底部跳跃控制器42的第二D触发器51的输出端Q输出低电平信号VDF2。结果，与来自底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，或门53输出增长为高电平的单脉冲或信号VOR以设置RS触发器23。 
结果，与来自底部检测器41的输出信号VBD的第一下降沿同步，由RS 触发器23向开关元件3的栅极端提供的驱动信号VG从低变为高，以接通开关元件3。 
然后，至开关元件3的漏极电流ID线性地增加，并且电流检测电阻9的电压VOCP线性地增加。当在电流检测电阻9的连接点处的电压VOCP达到来自输出电压检测器7的检测后的信号VFB的电压电平时，电流模式控制比较器20输出高电平信号V2至或门21和至复位RS触发器23的复位端R以复位RS触发器23。 
然后，由RS触发器23向开关元件3的栅极端提供的驱动信号VG从高变为低以将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在重到正常负载状态下，当变压器2完全释放回扫能量并且当开关元件3的漏源电压Vds到达最小点(底部点)时，执行伪谐振操作以接通开关元件3。 
当开关元件3将断开状态持续预定时间的时候，脉冲发生器22产生脉冲信号V4以产生接通信号，该接通信号使得开关元件3在启动电源时开始开关操作。 
如果设备的负载变得更轻，至开关元件3的漏极电流ID减小其最大值，并且比较器27的输出VCP从高变为低。 
然后，将与至开关元件3的栅极脉冲电压VG同步的时钟应用至D触发器28，并且来自D触发器28的输出信号VMD从高变为低。此时，底部跳跃测试器28c如图7所示操作，示出在底部跳跃状态测试器28c的恒流运算放大器66的输出电压中的变化。 
至D触发器61的复位端和与非门62的反相输入端的电压VMD从高变为低。在这个变化之前，D触发器61的反相输出端/Q处于高电平并且至与非门62的输入电压VND也为高电平。 
当电压VMD从高变为低时，来自与非门62的输出信号VSK从高变为低并且被施加到或门64。至或门64的另一个输入端的电压VSQO是低的，由此来自或门64的输出VSH从高变为低，并且被施加给或门65。来自或门65的输出信号VSD1从高变为低。该低电平信号接通P型MOSFET 70，这将偏压电阻72短路以增加至恒流运算放大器66的正相输入端的电压VJ。 
恒流运算放大器66的正相输入端具有例如4.3V的阈值电压。恒流运算放 大器66的输出连接至电容75。由于电容75确定的时间常量以及来自恒流运算放大器66的恒定输出电流，输出电压VADJ如图7所示在t1处从3V增大。 
当输出电压VADJ在t4处超过4.3V的参考电压时，来自跳跃比较器67的输出信号VSC从低电平变为高电平，并且被施加到SR触发器63的设置端。结果，Sr触发器63的输出端Q变成高并且其反相输出端/Q变成低。 
此时，比较器81输出高电平电压，并且由此或非门69将低电平的输出VSRN提供到SR触发器63的复位端。 
当来自SR触发器63的反相输出端/Q的输出VCD从高变为低时，D触发器61的时钟输入接收高电平信号。至D触发器61的输入端D的电压VND是高的，并且由此来自D触发器61的反相输出端/Q的输出电压VND从高变为低，以将底部跳跃状态通知给在底部跳跃操作检测器28b中的或门29。 
在图7中，如果建立了底部跳跃状态，从t1到t4的周期是用于测试的延迟时间(预定时间)。 
此时，来自SR触发器63的输出端Q的信号VSQO从低电平变为高电平，并且被提供至或门64的输入端。然后，或门64将高电平的信号VSH提供给或门65。 
结果，MOSFET 70的栅极电压从低变为高，以断开MOSFET 70。这将恒流运算放大器66的正相输入端的阈值电压从4.3V变为3V。在电容75的放电时间常量(在图7中的t4到t5)，恒流运算放大器66的输出电压VADJ从4.3V降为3V。 
此时，复位比较器(复位COMP)88确保MOSFET 70的栅极电压为高电平，直到来自恒流运算放大器66的输出电压VADJ减小为稳态电压2.9V。这可以通过将比较器81的输出电压VSR锁定为高电平直到至比较器81的正相输入端的电压VADJ减小到3V的参考电压80以下来实现。 
底部跳跃状态测试器28c的操作没有受到比较器81的操作的影响。这是因为当来自或门64的输出VSH从高变为低时来自与非门82的输出VSN变为高，使得至SR触发器83的设置端的电压从高变为低。 
来自SR触发器83的输出端Q的输出VSQA是低的并且被应用至与门84。不考虑来自比较器81的输出VSR中的变化，与门84提供低电平输出VSA至或 门65。由此，来自或门65的输出VSD1不受到输出VSR的影响。 
在轻负载状态的情况下，至开关元件3的漏极电流ID的最大值减小以减少在电流检测电阻9的连接点处的电压VOCP的峰值。 
然后，在底部跳跃操作测试器28b中，来自比较器27的输出电压VCP变为低，并且来自D触发器28的输出信号VMD从高变为低。根据来自D触发器28的低电平信号和来自D触发器61的低电平信号，或门29将低电平信号输出给与门52。 
来自与门52的输出电压VAD从高变为低。由此可以确定必须执行底部跳跃操作并且不向开关元件3提供高电平信号以产生栅极信号VG。 
此时，来自或门29的低电平信号断开电压电平变换器31中的MOSFET34，以将至比较器27的反相输入端的参考电压从低参考电压VDTL变换为高参考电压VDTH。与来自底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步，底部跳跃控制器42的第二触发器51的输出端Q输出单脉冲信号VDF2。 
与门52输出低电平信号VAD。由此，与来自底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步，或门53输出增大为高电平的单脉冲或信号VOR以设置RS触发器23。 
由此，与来自底部检测器41的输出信号VBD的第二下降沿同步，由RS触发器23向开关元件3的栅极端提供的驱动信号VG从低变为高以接通开关元件3。结果，至开关元件3的漏极电流ID线性地增大，并且在电流检测电阻9的连接点处的电压VOCP线性地增大。 
此时，来自输出电压检测器7的检测信号VFB低于低参考电压VDTL。当在电流检测电阻9的连接点处的电压VOCP达到检测信号VFB的电压电平时，电流模式控制变换器20输出高电平信号V2以复位RS触发器23。 
结果，由RS触发器23向开关元件3的栅极端提供的驱动信号VG从高变为低来将开关元件3从接通变为断开。以这种方式，在轻负载状态中执行底部跳跃操作，以在开关元件3的断开周期中在漏源电压VDS中检测的第二最小点处接通开关元件3。 
如果在底部跳跃状态检测器28c检测轻负载状态的周期中(图7的t1到t4)，轻负载状态返回到正常负载状态，增大至开关元件3的漏极电流ID中的 最大值以将来自比较器27的输出VCP从低变为高。 
向D触发器28提供与至开关元件3的栅极脉冲电压VG同步的时钟，以将来自D触发器28的输出信号VMD从低变为高。 
结果，底部跳跃状态测试器28c取消检测到的底部跳跃状态，并且与非门62的输出电平从低变为高。这样至MOSFET 70的栅极电压从低变为高。在t2处，减小至恒流运算放大器16的参考输入电压VJ，并且在t3，将恒流运算放大器66的输出电压返回到2.9V的稳态电压。 
如上所述，当输入改变或负载改变时，根据实施例1的开关电源设备从伪谐振操作转变为底部跳跃操作或从底部跳跃操作转变为伪谐振操作。此时，本实施例观察设备的负载状态，确定要被执行的操作，并且延迟要被执行的操作的启动。这稳定了开关元件3的开关操作，并且温和地改变流至开关元件3的峰值电流以避免突然的改变。结果，即使负载情况和输入情况变化，本实施例1也不产生来自变压器2的磁致伸缩噪声。 
如果在轻负载状态下发生突然的负载改变，来自输出电压检测器7的检测信号增大在反馈端FB的电压VFB，以即刻释放底部跳跃操作。这避免了在输出电压Vout的转变的下降，并且稳定了输出电压Vout。 
实施例2
图8是表示根据本发明的实施例2的开关电源设备的电路图。该开关电源设备应用控制器8b而不是图5所示的实施例1的开关电源设备的控制器8a。 
控制器8b包括电源启动/停止电路(Reg+启动/停止)24、断开控制器25、底部接通电路28a、底部跳跃操作测试器28b、底部跳跃状态测试器28c、备用操作电路29a、备用状态测试器29b以及RS触发器23。 
当底部跳跃操作测试器28b确定必须执行底部跳跃操作时，备用状态测试器29b测试备用状态是否持续了第二预定时间，在备用状态中开关电源设备上的负载比轻负载状态更轻。 
如果备用状态测试器29b指示备用状态已经持续了第二预定时间，备用操作电路29a启动固定底部跳跃操作的备用操作，执行间歇振荡操作，并且控制断开控制器25。 
下面将参考图9说明当确定应该启动备用操作时从底部跳跃操作要被执 行的操作。 
在图9中，IOUT是负载电流(输出电流)并且VOCP是由开关元件3的漏极电流ID产生的电流检测电阻9的电压。从0到ta的周期是重负载电流通过的周期，从ta到tc的周期是负载电流小于50％的周期，并且tc之后的周期是轻负载电流通过的周期。 
在从0到tb的周期中，执行伪谐振操作。在从tb到te的周期中，执行底部跳跃操作。在te之后的周期中，执行备用操作。从ta变到tb的周期是用于测试底部跳跃状态的延迟时间，以及从tc到td的周期是用于测试备用状态的延迟时间。 
当从ta到tb的周期中处于ADJ端(图10)的电压VADJ达到4.3V时，底部跳跃操作测试器28c断定底部跳跃状态。然后，底部跳跃操作测试器28b将伪谐振操作转换为底部跳跃操作。此后，ADJ端的电压VADJ返回到3V的原始电压。 
负载电流Iout减小，并且在tc，位于FB端(图10)的电压VFB减小到备用状态阈值(例如1.63V)。位于ADJ端的电压VADJ增大到6.2V。此后，不改变负载电流，并且在te，电压VFB下降到1.0V的备用操作阈值之下。然后，将底部跳跃操作变换为备用操作(间歇振荡操作)。 
图10是表示根据实施例2的开关电源设备的控制器8b的细节的电路图。除了实施例1的控制器8a的元件，实施例2的控制器8b还包括与门60、P型MOSFET 76、或门85、比较器86、位于ADJ端的电压VADJ、参考电压87、比较器88a、参考电压89、间歇振荡比较器90、参考电压91以及开关92。 
在底部跳跃状态测试器28c中的与门60、MOSFET 76、或门85、比较器86、比较器88a、参考电压89、比较器90以及MOSFET 70、电阻72、73和74、恒流放大器66以及电容75形成备用状态测试器29c。间歇振荡比较器90和开关92形成了备用操作电路29a。 
实施例2的操作与实施例1的操作基本相同，不同之处在于关于图9所示的操作的下述点。 
当负载电流Iout减小到低于为底部跳跃状态所设的电平并且在FB端的电压VFB下降到低于1.63V时，在比较器88a的正相输入端的电压变得低于 1.63V。结果，比较器88a的输出从高变为低，以将低电平信号VSTL提供给或门85的输入端。 
至或门85的其它输入端的信号VND是低于底部跳跃操作的电压的电压，并且由此或门85的输出变为低以将MOSFET 76的栅极电压变为低，由此接通MOSFET 76。接通的MOSFET 76将电阻73短路以将恒流运算放大器66的正相输入端处的电压增加为6.2V(在图9中的td)。恒流运算放大器66的输出使用恒定电流对电容76进行充电，以将ADJ端的电压VADJ稳定在6.2V。 
ADJ端的电压VADJ连接至比较器86的正相输入端，并且由此在反相输入端的电压超过6.2V的参考电压87。然后，比较器86的输出从高变为低，以将至与门60的输入端的电压VSTH变为低。 
与门60的输出固定在低电平并且被提供给底部跳跃操作测试器28b来固定底部跳跃操作。同时，比较器86的输出VSTH将开关92从断开变为接通，使得来自比较器90的输出被作为V3提供到或门21的输入端。 
此时，负载电流Iout是小的，并且如果在FB端的电压VFB小于1.0V，比较器90提供作为V3的高电平输出，该高电平输出是通过开关92向或门21提供的。或门21提供高电平输出以复位RS触发器23。 
然后，开关元件3从接通变为断开，并且断开状态持续了FB端的电压VFB低于1.0V的这段时间。此后，FB端的电压VFB随着输出电压的减少而增加，并且仅在电压VFB高于1.0V的周期中，开关元件3重新开始接通状态。这是间歇振荡操作。 
如前所述，当存在输入变化或负载变化时，根据实施例2的开关电源设备从底部跳跃操作变换为备用操作。此时，本实施例2观察负载状态、确定要被执行的操作，并且延迟启动要被执行的操作。这稳定了开关元件3的开关操作，并且温和地改变流至开关元件3的峰值电流，以避免突然的改变。结果即使负载情况和输入情况改变，本实施例2不产生来自变压器2的磁致伸缩噪声。 
根据实施例1和2的任一个的恒流运算放大器66可以通过改变施加给其正相输入端的电压来作为可变恒流源。图11是表示这样的可变恒流源的示意图。 
在启动设备时，电容75处于0V以实现软启动操作直到电容75被充电到 电压VADJ(SS)。在正常状态下，至放大器66的正相输入端的电压VJ被固定在3V。 
为了检测底部跳跃状态，接通MOSFET 70并且电压VJ被改变为4.3V。当断定底部跳跃状态时，断开MOSFET 70并且电压VJ返回到3V。如果在底部跳跃状态中检测到备用状态，接通MOSFET 70以将电压VJ改变为6.2V。 
本发明不局限于实施例1和2的开关电源设备。根据实施例1和2，或门65之后是MOSFET 70、电阻72到74、恒流运算放大器66、以及电容75。取代这些元件，或门65后面可以是计数器。 
当开关电源设备进入轻负载状态时，上述计数器从或门65接收高电平信号以开始计数。当计数器对第一预定时间进行计数时，例如4.3V的电容器75的电压被提供给比较器67和81以确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间。 
根据实施例1和2，底部检测器41使用辅助线圈D产生的电压来检测开关元件3的漏极电压的底部。相反，可以应用任何装置来检测开关元件3的漏极电压的底部。 
根据实施例1和2，发生一个底部跳跃操作来防止轻负载状态中频率的增加。可以使用额外的逻辑电路来执行两个底部跳跃操作，三个底部跳跃操作等。 
本申请根据35USC 119主张2008年8月18日申请的日本专利申请No.2008-209666的优先权，其全部内容结合于此作为参考。虽然已经参考本发明的实施例描述了本发明，本发明不局限于上述实施例。本领域的普通技术人员根据教导可以对上述实施例进行修改和变化。本发明的范围由附带的权利要求确定。 

Claims (7)

1.一种开关电源设备，包括：
串联电路，连接至DC电源的两端并且包括变压器的初级线圈和开关元件；
电流检测器，用于检测流经变压器的初级线圈和开关元件的一个的电流；
输出整流-平滑电路，用于整流和平滑由变压器的次级线圈产生的电压并且提供DC输出电压；以及
控制器，用于产生驱动信号，所述驱动信号以将DC输出电压保持为预定值的方式控制开关元件的接通/断开周期，所述控制器包括：
沿检测器，用于当开关元件从接通切换为断开时检测驱动信号的沿；
负载测试器，用于当沿检测器检测到驱动信号的沿时，根据参考电压和从电流检测器提供的检测信号得到的电压来测试开关电源设备是否处于轻负载状态；
底部检测器，用于检测在开关元件的断开周期过程中开关元件两端的电压中的最小点；
底部跳跃状态测试器，用于根据来自负载测试器的输出来测试底部跳跃状态是否已经持续了第一预定时间，其中如果负载测试器的输出指示轻负载状态则断定底部跳跃状态；和
底部跳跃操作测试器，用于：
如果负载测试器指示设备处于重负载状态，则执行伪谐振操作，所述伪谐振操作在底部检测器检测的第一最小点处接通开关元件；和
如果负载测试器指示轻负载状态并且底部跳跃状态测试器指示底部跳跃状态已经持续了第一预定时间，则确定执行底部跳跃状态，并且将伪谐振操作转换为在底部检测器检测的第二或更后的最小点处接通开关元件的底部跳跃操作。
2.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中，底部跳跃状态测试器包括：
可变电压部，用于如果负载测试器指示轻负载状态则将第一电压改变为高于第一电压的第二电压；
电容器；
电流源，用于使得与可变电压部设置的第二电压对应的电流流过电容器；以及
时间测试器，用于当由电流源充电的电容器两端的电压从第一电压达到第二电压时，确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间。
3.根据权利要求2所述的开关电源设备，其中：
当时间测试器确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间时，可变电压部将第二电压变为第一电压；以及
所述电流源，使得与可变电压部设置的第一电压对应的电流，从电容器进行放电，由此将电容器两端的电压从第二电压减小到第一电压。
4.根据权利要求2所述的开关电源设备，其中：
如果负载测试器在第一预定时间中指示重负载状态，则可变电压部取消底部跳跃状态确定并且将第二电压改变为第一电压；以及
所述电流源，使得与可变电压部设置的第一电压对应的电流，从电容器进行放电，由此将电容器两端的电压减小为第一电压。
5.根据权利要求1所述的开关电源设备，其中，底部跳跃状态测试器包括：
计数器，用于当负载测试器指示轻负载状态时，启动对第一预定时间的计数；以及
时间测试器，用于当计数器计数了第一预定时间时，确定底部跳跃状态已经持续了第一预定时间。
6.根据权利要求1所述的开关电源设备，还包括：
备用状态测试器，用于根据来自底部跳跃状态测试器的输出来测试备用状态是否已经持续了第二预定时间，其中备用状态是开关电源设备的负载比轻负载状态中更轻的状态；以及
备用操作器，用于当备用状态已经持续了第二预定时间时启动备用操作，其中备用操作固定底部跳跃操作并且执行间歇振荡操作。
7.根据权利要求6所述的开关电源设备，其中，备用状态测试器包括：
可变电压部，用于如果底部跳跃状态测试器指示备用状态，则将第一电压改变为比第一电压更高的第三电压；
电容器；
电流源，用于使得与可变电压部设置的第三电压对应的电流流过电容器；以及
时间测试器，用于当由电流源充电的电容器两端的电压从第一电压达到第三电压时，确定备用状态已经持续了第二预定时间。
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