开关功率转换器的次级侧与初级侧之间的数字通信链路制造技术

一种开关功率转换器在该开关功率转换器的次级侧和初级侧之间提供了通信链路。在消息发送模式期间，该通信链路使得消息能够从耦合至次级侧的电子设备被传输至初级侧上的控制器。该通信链路可以被用来传输与为电子设备供电有关的操作参数。该开关功率转换器然后可以适配它的切换操作，以实现不同的经调节的输出电压和/或电流来适应所检测的电子设备。

A digital communication link between the secondary side of the switching power converter and the primary side

A switching power converter provides a communication link between the secondary side and the primary side of the switching power converter. During the messaging mode, the communication link enables the message to be transmitted from the electronic device coupled to the secondary side to the controller on the primary side. The communication link can be used to transmit operating parameters associated with powering the electronic device. The switching power converter can then adapt its switching operation to achieve different regulated output voltages and / or currents to accommodate the detected electronic device.

【技术实现步骤摘要】
开关功率转换器的次级侧与初级侧之间的数字通信链路
本专利技术涉及一种功率转换器，并且更具体地涉及在开关功率转换器的次级侧与初级侧之间传输数字消息。
技术介绍
隔离的开关功率转换器将经调节的功率提供给电子设备，同时提供电子设备与AC电源之间的电气隔离。例如，在常规的反激（flyback）功率转换器中，功率级包括电力变压器和开关。耦合至该开关的开关控制器基于代表输出功率、输出电压或输出电流的反馈信号来控制该开关的导通时间和关断时间。基于开关周期的占空比，将能量从电力变压器的初级侧传送至电力变压器的次级侧，以便于维持对电子设备的经调节的输出电压和/或输出电流。在常规的开关功率转换器中，经调节的输出电压和/或电流一般被预先定义，以匹配对于电子设备的特定的一组负载要求。作为结果，被设计用于与一个电子设备一起使用的电源典型地与可能具有不同负载特性的其他电子设备不兼容。因此，许多常规的电子设备与专用的电源一起出售，由此对消费者增加了电子设备的成本。
技术实现思路
一种开关功率转换器将经调节的功率提供给电子设备，并且使能从次级侧上的该电子设备到初级侧上的开关控制器的数字通信。变压器包括耦合至该开关功率转换器的输入的初级绕组和耦合至该开关功率转换器的输出的次级绕组。该变压器将该对应于该初级绕组的开关功率转换器的该初级侧与对应于该次级绕组的该开关公路车转换器的该次级侧进行电隔离。该开关功率转换器的次级侧上的次级侧控制器被配置为引起代表编码一个或多个控制参数的数字消息的、跨该开关功率转换器的该次级侧绕组的电压脉冲序列。在一个实施例中，该次级侧控制器通过控制耦合至该次级侧绕组的开关的切换来引起该电压脉冲序列。当该开关导通时，该开关允许电流流动通过该次级绕组，并且当该开关关断时，该开关阻止电流流动通过该次级绕组。通过该次级侧绕组的电流中的这些变化引起代表该数字消息的、跨该次级侧绕组的电压脉冲序列。当该初级侧开关导通时，耦合至该变压器的该初级绕组的初级侧开关允许电流流动通过该变压器的初级绕组，并且当该初级侧开关关断时，阻止电流流动通过该变压器的该初级绕组。该开关功率转换器的该初级侧上的初级侧控制器检测编码该数字消息的电压脉冲序列。在一个实施例中，该初级侧控制器经由初级侧感应来检测该电压脉冲序列。该初级侧控制器然后生成初级侧控制信号，以基于该数字消息中的控制参数来控制该初级侧开关的切换。在本说明书中所描述的特征和优点并非包含所有，并且特别地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多另外的特征和优点对本领域的普通技术人员而言将是明显的。此外，应当注意，本说明书中所使用的语言主要为了可读性和教导性的目的而选择，并且可以不必被选择来描绘或限制专利技术的主题。附图说明图1是图示了开关功率转换器的第一实施例的电路图。图2是图示了开关功率转换器的第二实施例的电路图。图3是图示了开关功率转换器的第三实施例的电路图。图4是图示了开关功率转换器的第四实施例的电路图。图5图示了用于普通操作模式和消息发送模式中的开关功率转换器的电流和电压信号。具体实施方式附图和下列描述仅通过说明的方式涉及本专利技术优选的实施例。应当注意，根据以下讨论，本文所公开的结构和方法的备选实施例将容易地被辨识为可以不偏离所要求的专利技术的原理而被采用的可行替代物。现在将对本专利技术的若干实施例做出详细的参考，这些实施例的示例图示在附图中。注意，无论何处可行，类似或相似的参考号可以使用在附图中并且可以指示类似或相似的功能。这些附图仅为了说明的目的而描绘本专利技术的实施例。本领域的技术人员将容易从下列描述辨识到，可以不偏离本文所描述的专利技术的原理而采用本文所例示的结构和方法的备选实施例。一种开关功率转换器在该开关功率转换器的次级侧与初级侧之间提供了通信链路。在消息发送模式期间，该通信链路使得信息能够从耦合至次级侧的电子设备被传输到初级侧上的控制器。在一个实施例中，在没有对电源的初级侧与次级侧之间的电气隔离进行妥协并且没有利用诸如将很大程度上增加开关电源的成本和复杂度的光隔离器之类的隔离设备的情况下实现该通信链路。在一个实施例中，次级至初级的通信链路被用来使得开关控制器能够执行各种功能，包括但不限于：1）检测连接至该电源的特定电子设备，以及2）确定被连接的电子设备的操作特性包括，例如，操作电压水平、电流水平、和/或当前操作模式（例如，关断模式、睡眠模式、休眠模式等）。开关功率转换器然后可以适配它的开关操作，以实现不同的经调节的输出电压和/或电流，从而适应所检测的电子设备和/或它的操作模式。因此，开关功率转换器能够适应各种各样的不同电子设备。图1是图示了开关功率转换器100（例如，初级侧反激开关功率转换器）的一个实施例的电路图，开关功率转换器100经由Vdd连接器132和GND连接器134将电力提供给电子设备121。开关功率转换器100除了其他组件之外还包括：具有初级绕组Np、次级绕组Ns以及辅助绕组Na的变压器T1；开关104（例如，晶体管）；开关控制器102；输出整流器二极管D1；电阻器R1、R2、R3；以及输出滤波电容器C1。输入电压（VIN）108，典型地是经整流的AC电压，被输入至功率转换器104。初级侧控制器102使用具有导通时间（TON）和关断时间（TOFF）的开关控制信号106来控制开关104的导通状态和关断状态。开关控制信号106可以使用，例如脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM），来控制开关104的切换。当开关104在它的导通期间被导通时，能量被存储在变压器T1的初级侧绕组Np中。跨次级绕组Ns的电压是负值，并且二极管D1反向偏置，阻止能量传送至电子设备121。在这种状态中，能量经由电容器C1被提供给电子设备121。当开关104关断时，存储在变压器T1的初级绕组Np中的能量被释放至变压器T1的次级绕组Ns。二极管D1变为正向偏置，使得存储在变压器T1中的能量能够被传送给电子设备121并且对电容器C1充电。电阻器R1和R2形成与变压器T1的辅助绕组Na串联耦合的分压器，并且产生所感应的电压（VSENSE）112，所感应的电压112代表输出电压（VOUT）110。电阻器R3与开关104串联耦合，以产生电流（ISENSE）114，电流114代表通过电子设备121的输出电流IOUT116（因为通过初级绕组Np的电流将基本与通过次级绕组Ns的电流成比例）。在正常操作中，控制器102监测VSENSE112和ISENSE114，并且控制开关104的切换，以维持经调节的输出。例如，在恒定电压模式（CVM）中，控制器102控制开关104的切换，以维持VOUT110基本上接近所期望的调节电压VREG（例如，在允许的误差范围内）。在恒定电流模式（CCM）中，控制器102控制开关104的切换，以维持IOUT116基本上接近所期望的调节电流IREG（例如，在允许的误差范围内）。电力变压器的初级侧辅助绕组Na允许生成低电压VSENSE112，因为该电压能够基于次级绕组Ns与辅助绕组Na的匝数比，来按比例减小。然而，在一个备选实施例中，可以省略辅助绕组Na，并且可以通过直接监测跨初级绕组Np的电压来替代地检测VSENSE。通信链路118使得信息能够从次级侧上的电子设备121被通信至初级侧上的控制器102。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将经调节的功率提供给电子设备的开关功率转换器，所述开关功率转换器包括：变压器，包括耦合至所述开关功率转换器的输入的初级绕组和耦合至所述开关功率转换器的输出的次级绕组；所述开关功率转换器的次级侧上的次级侧控制器，所述次级侧控制器被配置为引起跨所述开关功率转换器的所述次级绕组的电压脉冲序列，所述电压脉冲序列代表编码一个或多个控制参数的数字消息；耦合至所述变压器的所述初级绕组的初级侧开关，其中当所述初级侧开关导通时，所述初级侧开关允许电流流动通过所述变压器的所述初级绕组，并且其中当所述初级侧开关关断时，所述初级侧开关阻止电流流动通过所述变压器的所述初级绕组；以及所述开关功率转换器的初级侧上的初级侧控制器，所述初级侧控制器被配置为检测编码所述数字消息的所述电压脉冲序列，并且生成初级侧控制信号，以基于所述数字消息中的所述一个或多个控制参数来控制所述初级侧开关的切换。

【技术特征摘要】
2012.12.11 US 13/711,3741.一种用于将经调节的功率提供给电子设备的开关功率转换器，所述开关功率转换器包括：变压器，包括耦合至所述开关功率转换器的输入的初级绕组和耦合至所述开关功率转换器的输出的次级绕组；所述开关功率转换器的次级侧上的次级侧控制器，所述次级侧控制器被配置为引起跨所述开关功率转换器的所述次级绕组的电压脉冲序列，所述电压脉冲序列代表编码一个或多个控制参数的数字消息；耦合至所述变压器的所述初级绕组的初级侧开关，其中当所述初级侧开关导通时，所述初级侧开关允许电流流动通过所述变压器的所述初级绕组，并且其中当所述初级侧开关关断时，所述初级侧开关阻止电流流动通过所述变压器的所述初级绕组；以及所述开关功率转换器的初级侧上的初级侧控制器，所述初级侧控制器被配置为检测编码所述数字消息的所述电压脉冲序列，并且生成初级侧控制信号，以基于所述数字消息中的所述一个或多个控制参数来控制所述初级侧开关的切换。2.根据权利要求1所述的开关功率转换器，进一步包括：耦合至所述变压器的所述次级绕组的次级侧开关，其中当所述次级侧开关导通时，所述次级侧开关允许电流流动通过所述变压器的所述次级绕组，并且其中当所述次级侧开关关断时，所述次级侧开关阻止电流流动通过所述变压器的所述次级绕组；其中所述次级侧控制器经由次级侧控制信号来控制所述次级侧开关的切换，使得所述次级侧开关的导通和关断时间的序列代表编码所述一个或多个控制参数的所述数字消息。3.根据权利要求1所述的开关功率转换器，进一步包括：所述开关功率转换器的所述初级侧上的电压感应电路，所述电压感应电路感应代表编码所述数字消息的所述电压脉冲序列的初级侧信号；其中所述初级侧控制器经由所述初级侧信号来检测所述电压脉冲序列。4.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中所述电压感应电路包括：所述开关功率转换器的所述初级侧上的所述变压器的辅助绕组，用于生成所述初级侧信号，所述初级侧信号与编码所述数字消息的、跨所述次级绕组的所述电压脉冲序列成比例。5.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中所述电压感应电路包括：生成所述初级侧信号的、所述变压器的所述初级绕组，所述初级侧信号与编码所述数字消息的、跨所述次级绕组的所述电压脉冲序列成比例。6.根据权利要求3所述的开关功率转换器，其中所述电压感应电路包括：耦合在所述次级绕组与所述初级绕组之间的耦合电容器，所述耦合电容器基于编码所述数字消息的所述电压脉冲序列，在所述耦合电容器的所述初级侧上生成所述初级侧信号。7.根据权利要求1所述的开关功率转换器，进一步包括：与次级侧开关并联耦合并且与所述次级绕组串联耦合的次级侧二极管，当所述初级侧开关关断时，所述次级侧二极管变为正向偏置以传导电流，并且当所述初级侧开关导通时，所述次级侧二极管变为反向偏置以阻止电流。8.根据权利要求7所述的开关功率转换器，其中所述次级侧控制器进一步被配置为感应跨所述次级侧二极管的电压，当跨所述次级侧二极管的所述电压低于关断阈值电压时，导通所述次级侧开关，并且当跨所述次级侧二极管的所述电压高于所述关断阈值时，关断所述次级侧开关。9.根据权利要求7所述的开关功率转换器，其中当所述次级侧控制器引起跨所述次级绕组的所述电压脉冲序列时，所述次级侧二极管在消息发送模式期间被所述次级侧开关旁路。10.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中在所述开关功率转换器的切换周期中的停滞时间期间，所述次级侧控制器生成跨所述开关功率的所述次级绕组的所述电压脉冲序列。11.根据权利要求1所述的开关功率转换器，其中所述一个或多个控制参数包...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊杰，
申请(专利权)人：戴乐格半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US