新型电能管理集成电路配置制造技术

开关模式电力变换器包括反馈机制，通过这种机制，电力变换器次级侧产生具有准确定义的完整性的脉冲编码列，并且发送至初级侧，由波形分析器解码和应用从而调节电力变换器输出。脉冲列由次级侧控制器调制并且跨过电隔离阻挡层发送。主变压器被用作从电力变换器次级侧至初级侧的信号发送器。编码脉冲列由初级侧的控制器识别并解析为用于主开关元件的调节驱动信号。发送的编码脉冲列可以嵌入允许电隔离阻挡层充当容性信号发送器的高频调制。

【技术实现步骤摘要】
新型电能管理集成电路配置相关申请本专利申请依据35U.S.C.119(e)要求了 2013年3月15日提交的题为“New PowerManagement Integrated Circuit Partitioning”的还未审批的序列号为 61/793，099 的美国临时申请的优先权。本申请通过引用将序列号为61/793，099的美国临时申请整体合并到本文中。
本专利技术一般来说涉及电力变换器领域。更具体地，本专利技术涉及电力变换器的控制。
技术介绍
在很多应用中，需要电力变换器来提供从具有不同电压电平的电压源形成的预定范围内的电压。如果供电跌落到特定范围之外，一些电路会遭受不确定和不希望的运作甚至会遭受不可挽回的损坏。更具体地说，在一些应用中，在已知时段需要精确的电量。这被称为稳压电源。 为了控制电力变换器传送按需的精确电量，需要电力变换器的某种形式的控制。该控制可以发生在隔离变压器的初级侧或次级侧。闭环反馈控制系统是这样一种系统，即监测电路中的某些参量，诸如电路输出电压，以及它们的变化趋势，并将这些参量调节到基本上恒定的值。电力变换器次级侧的控制可以使用监测的输出电压作为反馈控制，但是需要使用从隔离变压器的次级侧到初级侧的一些通信来控制初级侧开关参量。初级侧的控制可以容易地控制初级侧开关参量，但是需要从次级侧到初级侧的一些反馈机制以传递监测参量的状态。在一些应用中，使用光耦合器电路，或光耦合器来发送反馈信号，同时保持初级侧和次级侧之间的电气隔离。 图1示出了包括光耦合器电路的传统调节开关模式电力变换器。电力变换器2被配置为传统的反激型变换器。电力变换器2包括具有初级绕组Pl和次级绕组SI的隔离变压器4。初级绕组Pl与输入电压Vin电气耦接，驱动电路包括晶体管8、电阻器12和控制器10。电容器28横跨输入Vin耦接并与初级绕组Pl耦接。电路的输入电压可以是AC电源通过整流和滤波后得到的未稳压的DC电压。晶体管8是快速开关设备，诸如M0SFET，其开关由快速动态控制器10来控制以维持所希望的输出电压Vout。控制器10与晶体管8的栅极耦接。众所周知，通过提供给晶体管8的PWM开关信号的占空比来确定从初级绕组Pl到次级绕组SI的DC/DC变换。使用二极管6和电容器22来整流和滤波次级绕组电压。感测电路和负载14经由二极管6并联耦接到次级绕组SI。感测电路包括电阻器16、电阻器18和次级控制器20。次级控制器20感测负载上的输出电压Vout。 这样的配置中，电力变换器由初级侧的驱动电路控制，耦接于输出的负载与控制相隔离。这样，需要用于电压调节的监测的输出电压来作为由次级侧到初级侧控制的反馈。电力变换器2具有电压调节电路，包括次级控制器20和光耦合器电路。光耦合器电路包括两个电力隔离组件，耦接于次级控制器20的光二极管24和耦接于控制器10的光敏晶体管26。光二极管24跨过由变压器4构成的隔离阻挡层提供与光敏晶体管26的光通信。光耦合器电路与次级控制器20共同为控制10提供反馈。控制器10由此调节晶体管8的占空比来补偿输出电压Vout的任意变化。 但是，光耦合器电路的使用和电路本身都带来问题。首先，光耦合器电路带来额外的费用。在一些应用中，光耦合器电路对于电力变换器增加的费用大于隔离变压器。光耦合器电路还增加了制造和测试成本。此外，光耦合器电路的性能随着时间递减，由此在整个电力变换器中引入其他潜在的故障点。并且，必须在整个电路设计中考虑光耦合器电路的特性。例如，光二极管组件是非线性的，因此必须建立光二极管和光敏晶体管之间的相关性。光耦合器电路具有与光二极管和光敏晶体管的运行相关的延迟，并且光二极管的运行需要明确定义的DC电平。由此，通常期望避免使用光耦合器电路。 下一代的反馈控制不使用光控电路。而是使用变压器将次级侧的实时反馈信号传递至初级侧。在这样的应用中，变压器包括磁耦接到次级绕组的初级侧的辅助绕组。图2示出了包括磁耦接反馈电路的传统的稳压电力变换器。电力变换器32被配置为传统的反激型变换器。电力变换器32包括具有初级绕组Pl和次级绕组SI的隔离变压器34。初级绕组Pl电耦接到输入电压Vin，驱动电路包括晶体管44、电阻器46和控制器42。电容器58跨越输入Vin耦接并与初级绕组Pl耦接。电路的输入电压可以是来源于经整流和滤波后的AC电源的未稳压的DC电压。与图1的电力变换器类似，晶体管44是快速开关设备，由快速动态控制器42来控制以维持在所希望的输出电压Vout。使用二极管36和电容器38来整流和滤波次级绕组电压，输出电压Vout被传送至负载40。 电力变换器32具有反馈环，其包括耦接到变压器34的次级绕组SI和控制器42的磁耦接的反馈电路。磁耦接反馈电路包括二极管48、电容器50、电阻器52和54以及辅助绕组56。辅助绕组56并联耦接到串联电阻器52和54。 电压VA正比于辅助绕组56两端的电压。电压VA作为反馈电压VFB提供给控制器42。电阻器44上的电流同样作为反馈电流IFB提供给控制器42。控制器42包括实时波形分析器来分析输入反馈信号，诸如反馈电压VFB和反馈电流IFB。 辅助绕组56还磁耦接到次级绕组SI。当流过二极管36的电流为零时，次级绕组SI两端的电压等于辅助绕组56两端的电压。这样的关系为将输出电压Vout作为反馈通信到电路初级侧提供了手段。当确定通过二极管36的电流为零时，测量辅助绕组56两端的电压，由此为次级绕组SI两端的电压提供测量，从而为输出电压Vout提供测量。 确定当二极管36的电流为零时的反馈电压VFB，并将之称作“电压感测”，确定当二极管36的电流为零时的反馈电流IFB并将之称作“电流感测”。电压感测和电流感测输入到控制器42中的实时波形分析器。图3示出了传统的实时波形分析器60的功能框图。误差放大器62和64是调节手段的接收器，这个配置中，调节手段是感测电压和感测电流。误差放大器将输入的感测电压与参考电压相比较，并输出第一差值。第一差值被按照误差放大器62的增益进行放大。误差放大器64将放大的第一差值与感测电流相比较，并输出第二差值，该第二差值为“高”或“低”。脉宽调制(PWM)模块66被配置为数字触发器设备。PWM模块66的输出根据时钟68的开关频率设定，并由误差放大器64输入的“高”或“低”值来复位。应用至复位引脚的可变信号产生一个作为由脉宽调制的脉冲列的输出信号。多输入端“或门” 70输入时钟信号、脉冲列信号、关断信号、以及0VP/UVP/0TP信号，其中OVP表示“过压保护”，“UVP”表示“欠压保护”而“OTP”表示“过热保护”。波形分析器被配置为，当“或门”的输入之一为“高”时输出高电压值，或者“或门”的所有输入为低时输出低电压值。由波形分析器输出的高电压值对应于导通图2中的晶体管44。低电压值对应于关断晶体管44。“或门”还使得能够通过监测异常情况，如欠压，过压，过热等将PWM模块66输出的高电压信号传播至输出端。以这种方式，可以改变每个脉冲的脉宽，从而将输出电压调整为稳压。 一般来说，波形分析器的控制复杂性与控制自变量取样相校准，以实现整个系统的功能性能。取样自变量是电流、电压和阻抗的形式。系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制开关模式电力变换器的方法，包括：a.配置开关模式电力变换器，该电力变换器包括变压器、耦接至变压器次级绕组的输出电路、耦接至变压器初级绕组的第一开关和耦接至第一开关的第一控制器，其中输出电路包括耦接至变压器次级绕组的第二开关以及耦接至第二开关的第二控制器；b.测量输出电路的输出特性；c.由第二控制器驱动第二开关产生编码信号，其中编码信号包括基于输出特性的编码控制信息；d.将编码信号由输出电路发送至第一控制器；e.由第一控制器解码编码信号以识别控制信息；f.根据控制信息产生驱动信号；以及g.使用驱动信号驱动第一开关以调节输出特性。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/793,099;2013.04.17 US 13/865,0641.一种控制开关模式电力变换器的方法，包括: a.配置开关模式电力变换器，该电力变换器包括变压器、耦接至变压器次级绕组的输出电路、耦接至变压器初级绕组的第一开关和耦接至第一开关的第一控制器，其中输出电路包括耦接至变压器次级绕组的第二开关以及耦接至第二开关的第二控制器； b.测量输出电路的输出特性； c.由第二控制器驱动第二开关产生编码信号，其中编码信号包括基于输出特性的编码控制信息； d.将编码信号由输出电路发送至第一控制器； e.由第一控制器解码编码信号以识别控制信息； f.根据控制信息产生驱动信号；以及 g.使用驱动信号驱动第一开关以调节输出特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中编码信号包括具有调制的多个电压脉冲的脉冲列信号。3.根据权利要求2所述的方法，其中调制的多个脉冲通过调制脉冲幅度、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲延迟以及多个脉冲周期中的一个或多个来调制。4.根据权利要求1所述的方法，其中在第一开关关断期间发送编码信号。5.根据权利要求1所述的方法，其中输出特性为电力变换器的输出电压、输出电流和输出功率中的一个或多个。6.根据权利要求1所述的方法，其中控制信息包括输出特性。7.根据权利要求1所述的方法，其中控制信息包括控制指令。8.根据权利要求1所述的方法，其中产生编码信号包括根据预定模式产生和应用驱动信号至第二开关来导通和关断第二开关，从而导致跨越变压器的次级绕组两端的调制的多个电压脉冲。9.根据权利要求8所述的方法，其中导通第二开关使能负次级电流通过次级绕组。10.根据权利要求9所述的方法，其中使能负次级电流包括使能由输出电路中的输出电容器至次级绕组的另一电流通路。11.根据权利要求1所述的方法，其中次级绕组磁耦合至辅助绕组，且辅助绕组耦接至第一控制器，且其中发送编码信号包括使用次级绕组和辅助绕组之间的磁耦合来将编码信号由输出电路发送至第一控制器。12.根据权利要求1所述的方法，其中发送编码信号包括使用电力变换器的初级侧和次级侧之间的寄生电容。13.根据权利要求12所述的方法，其中寄生电容包括变压器的寄生电容。14.根据权利要求12所述的方法，其中寄生电容包括安装了电力变换器的印刷电路板的固有电容，其中固有电容是由布置在电隔离阻挡层任一侧的组件产生的。15.根据权利要求1所述的方法，其中第一开关包括第一晶体管，第二开关包括第二晶体管。16.一种开关模式电力变换器，包括: a.变压器，具有耦接至输入电源电压的初级绕组和次级绕组； b.与初级绕组串联耦接的第一开关；C.耦接至上述开关的第一控制器，其中第一控制器被配置为导通和关断第一开关； d.与次级绕组串联耦接的第二开关； e.耦接至第二开关的第二控制器，其中第二控制器被配置为导通和关断第二开关； f.耦接至次级绕组和...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·泰里弗斯，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US