基于与负载的通信具有可选操作的电源制造技术

一种电源包括：信号通知电路，耦接到用于与负载进行双向通信的输出端子。控制器能够进行双向通信，并基于所述通信在电源的不同操作模式中进行选择。所述模式可以包括：适用于例如电池充电和功率LED灯的应用的恒流模式，以及适用于例如供电电路的多种传统用途的恒压模式。信号通知电路可以包括与负载串联的电源开关晶体管，以二进制形式形成脉冲以便向负载发送通信。与电源开关晶体管并联的信号形成电阻器产生由控制器监控的信号通知电压以便从负载接收通信。

【技术实现步骤摘要】
基于与负载的通信具有可选操作的电源
本专利技术涉及开关电源领域，具体地，涉及一种能够针对不同应用以多种不同方式配置的可配置开关电源。
技术实现思路
首先，所公开的电源包括：电源电路，配置并操作为通过导电端子对向分离负载提供DC功率，所述电源电路包括通过端子之一与负载串联的电源开关晶体管，当电源向负载传送电力时电源开关晶体管是导通的。与电源开关晶体管并联的信号形成电阻器为负载传导的信号通知电流提供路径，当电源开关晶体管截止时产生对应信号通知电压。控制器操作为通过所述导电端子对传导与负载的双向通信，响应于所述通信产生负载相关电源配置参数值。所述双向通信包括(i)在发送模式下，向电源开关晶体管提供二进制脉冲控制信号以便向负载传达输出消息，作为导电端子对两端的不同信号通知电压值序列；以及(ii)在接收模式下，保持电源开关晶体管截止，监控信号通知电压以便响应于由负载的信号通知动作产生的对应信号通知电流值，从负载接收输入的消息，作为由信号形成电阻器产生的不同电压值序列。可以将通信用于多种用途中的任何一种，包括例如能够使负载控制电源的配置。这种功能能够令电源以所需特定负载形式使用。另一方面，所公开的电源包括：电源电路，配置并操作为通过导电端子对向分离负载提供DC功率，所述负载是请求第一电力传送模式的第一类型，或请求不同的第二电力传送模式的第二类型。通信信号通知电路通过导电端子对耦接到负载，以便在电源和负载之间进行双向通信，其中双向通信包括：(i)发送消息，作为由负载检测的信号通知电压的二进制脉冲序列；以及(ii)通过检测由负载传导的信号通知电流的二进制脉冲序列来接收消息。控制器配置并操作为通过通信信号通知电路和导电端子对与负载进行双向通信，响应于所述双向通信，(1)从至少包括第一电力传送模式和第二电力传送模式在内的两个或更多电源电力传送模式的集合中进行选择，当负载通信为第一类型时选择第一电力传送模式，当负载通信为第二类型时选择第二电力传送模式；以及(2)配置电源以便以所选电力传送模式进行操作。第一和第二电力传送模式可以分别是恒流和恒压模式，其中基于指示所述负载为对应类型的负载通信来选择恒流模式。在一个示例中，负载包括由使用恒流操作模式的电源进行充电的电池。通信信号通知电路可以实现为多种方式，包括与负载串联的电源开关晶体管的切换。当检测到过大的负载电流时，控制器可以通过有选择地截止晶体管来实现保护。附图说明如参考附图所示，根据对本专利技术的特定实施例的以下描述，将更清楚上述和其它目标、特征和优点，贯穿不同视图，相同附图标记表示相同部件。图1是电学系统的框图；图2是电源的示意图；图3是电源的部分框图的部分示意图；图4是状态图；图5是在充电期间电压和电流的波形图。具体实施方式电源具有以下特征：与负载通信，基于与负载的通信调整自己操作(例如，输出电压和电流)。针对具有恒流负载的应用，例如，对电池充电或对发光二极管(LED)灯供电，来定制电源。图1示出了系统环境。电源10从AC或DC源(例如，干线电源、高功率系统电平供给等)接收电能。电源10通过连接(connection)14连接到负载12。电源10通过连接14向负载12提供DC功率，如下文所述，连接14还用于在电源10和负载12之间进行双向通信。在一个实施例中，电源10能够以不同模式操作，还能够响应于从负载12接收的通信选择给定操作模式。该功能能够使电源10具有更通用的设计，可以用于多种应用。当在给定应用中使用时，电源10通过连接14(从例如负载12的负载或能够在所需通信中使用的一些其它设备)接收通信，引起电源10内的控制电路将电源10配置为以对应特定应用方式进行操作。下文描述示例。在一个实施例中，电源10和负载12在不同物理附件(enclosure)中，连接14实现为具有特定机械和电子特性的连接器。具体地，在一个应用中，负载12是移动电机械设备(例如，用可充电电池操作的机器人器械)，能够在不使用所述器械时，与执行任务相独立地进行漫游，然后与电源10进行对接(docked)以便对其电池重新充电。在一个配置中，连接14形成为位于电源10和机器人器械外侧面的导电触点。当对接机器人器械时，触点可以彼此物理接触和电学接触，接着通过触点传送充电电流和通信信号。现简略描述电源的操作。操作包括两个具体方面，即通信和配置功能以及保护功能。负载12与电源10进行通信，以使负载12有效控制电源10的充电模式电压和电流。初始时，负载12展现远大于通常在正常操作期间所展现阻抗的阻抗(例如，大于充电应用中电池的相对较低阻抗)。电源10检测到这种非零、高阻抗负载并进入通信模式。在通信模式期间，电源10监控VX点相对于次级侧地(secondarysideground)的电压。负载12通过断开和接通内部通信电阻器以表示逻辑0和1值，来向电源10发送消息。电源10将这些脉冲序列解译为消息。类似地，电源10通过接通和断开内部开关向负载12异步发送消息，提供与逻辑0和1值相对应的脉冲。负载12将这些脉冲序列解译为消息。下文提供示例电路和其它细节。一旦通信完成，电源10使用所接收的消息的内容来相应地配置自身。下文描述了具体示例，其中电源10能够进行恒流操作或恒压操作。恒压操作是许多应用的典型，其中以预定恒定输出电压和通过负载引出通常可变电流的形式提供输出电力。相反，恒流操作以通常可变电压提供预定电流。恒流操作在特定应用中是有用的，该特定应用包括对电池充电和向LED灯供电。因此，上述电池充电应用(电池供电的机器人设备)中，在完成通信之后，电源10进入恒流充电模式。操作的另一方面是保护，可以包括内部和外部两个方面。内部方面在于通过检测特定故障条件和相应地进行响应(例如，断开开关Q1以中断电流)，保护例如开关Q1的内部组件不受损坏。在缺少适合保护的情况下有可能发生危险的外部电弧，保护电路还可以解决这方面问题。下文给出与保护有关的其它细节。图2是电源10的电学示意图。它包括具有DC隔离的初级侧和次级侧的电源变压器20。初级侧包括初级电源级和控制器22，接收系统电平的输入电压(AC或DC)，并在变压器20中产生AC。次级侧包括整流二极管24、滤波器电容Cx和滤波变压器26，DC输出电流通过示出为“+”或“-”的端子经过滤波变压器26流向分离负载。误差放大器和参考电路28通过例如光隔离器的隔离设备30，产生从次级侧向初级电源级和控制器22发送的反馈信号。次级侧包含其他电路，包括功率场效应晶体管(FET)形式的保护开关Q1、与负载串联的电流感测电阻器Rsns和多用途电阻器Rchk。次级侧控制器32执行多种控制功能，包括对开关Q1的控制操作和通过误差放大器和参考电路28对初级侧的修改操作。控制器32接收来自感测电阻器Rsns的信号Iout作为输出电流电平的指示。该控制器32还接收输出电压Vout(+)和Vx(-)。图3是略微更高电平的电源10’的示意图，同样具有附加次级侧电路。例如初级电源级、变压器、滤波器电容器等基础电源电路由标为电源40的组件表示。将控制器32和输出处的电路(例如，开关Q1以及晶体管Rchk和Rsns)示出为分离组件。如图所示，该输出部分还包括第二电路，由开关Q2和Q3、二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源，包括：电源电路，配置并操作为通过导电端子对向分离的负载提供DC功率，所述电源电路包括通过端子之一与负载串联的电源开关晶体管，当电源向负载传送电力时所述电源开关晶体管是导通的；信号形成电阻器，与电源开关晶体管并联，为负载传导的信号通知电流提供路径，当电源开关晶体管截止时产生对应的信号通知电压；以及控制器，配置并操作为通过所述导电端子对与负载进行双向通信，响应于所述通信产生电源的负载相关配置参数值，所述双向通信包括(i)在发送模式下，向电源开关晶体管提供二进制脉冲控制信号，以便以导电端子对两端的不同信号通知电压值序列的形式向负载传达输出消息；以及(ii)在接收模式下，保持电源开关晶体管截止，监控信号通知电压，以便响应于由负载的信号通知动作产生的对应信号通知电流值，以信号形成电阻器产生的不同电压值序列的形式从负载接收输入消息。

【技术特征摘要】
2013.04.02 US 61/807,5361.一种电源，包括：电源电路，配置并操作为通过导电端子对向分离的负载提供DC功率，所述电源电路包括通过端子之一与负载串联的电源开关晶体管，当电源向负载传送电力时所述电源开关晶体管是导通的；信号形成电阻器，与电源开关晶体管并联，为负载传导的信号通知电流提供路径，当电源开关晶体管截止时产生对应的信号通知电压；以及控制器，配置并操作为通过所述导电端子对与负载进行双向通信，响应于所述通信产生电源的负载相关配置参数值，所述双向通信包括(i)在发送模式下，向电源开关晶体管提供二进制脉冲控制信号，以便以导电端子对两端的不同信号通知电压值序列的形式向负载传达输出消息；以及(ii)在接收模式下，保持电源开关晶体管截止，监控信号通知电压，以便响应于由负载的信号通知动作产生的对应信号通知电流值，以信号形成电阻器产生的不同电压值序列的形式从负载接收输入消息；其中，所述负载在正常操作时间段内有规律地断开电源和重连电源；并且所述控制器还配置并操作为根据包括空闲状态、电力传送状态、负载确定状态和通信状态在内的操作状态序列来工作，控制器基于检测到与负载的连接和断开以及在通信状态下与负载的通信，在操作状态之间进行转换。2.根据权利要求1所述的电源，其中所述负载是多种类型的负载之一，针对所述多种类型的负载需要电源的对应不同操作模式，其中负载相关配置参数反映了基于与负载的通信在不同电源操作模式中的选择，其中与负载的通信表明负载是给定类型的。3.根据权利要求2所述的电源，其中所述不同操作模式包括恒压模式和恒流模式，恒压模式在一定范围的输出电流值上保持预定的恒定输出电压值，恒流模式在一定范围的输出电压值上保持预定的恒定输出电流值。4.根据权利要求1所述的电源，其中，所述电源电路包括初级侧电源开关电路，所述初级侧电源开关电路根据通过DC隔离设备从控制器接收的控制信号以可变的占空周期进行操作，占空周期的变化引起电源的输出电压和/或输出电流的对应变化；所述控制器是次级侧控制器，具有DC耦接到所述次级侧控制器的输出电压作为感测电压，并执行恒压操作，在恒压操作中控制器以保持由感测电压表示的输出电压为恒定值的方式来产生控制信号；并且响应于与负载的通信产生的负载相关配置参数值确定由控制器保持的输出电压的恒定值。5.根据权利要求1所述的电源，其中，所述电源电路包括初级侧电源开关电路，所述初级侧电源开关电路根据通过DC隔离设备从控制器接收的控制信号以可变的占空周期进行操作，占空周期的变化引起电源的输出电压和/或输出电流的对应变化；所述控制器是次级侧控制器，具有DC耦接到所述次级侧控制器的电流感测信号，所述电流感测信号是从流经电源开关晶体管的电源的输出电流直接形成的，控制器执行恒流操作，在恒流操作中控制器以保持由电流感测信号表示的输出电流为恒定值的方式来产生控制信号；并且响应于与负载的通信产生的负载相关配置参数值确定由控制器保持的输出电流的恒定值。6.根据权利要求5所述的电源，其中所述控制器配置并操作为当电源开关晶体管导通时以足够高的电流感测信号值感测负载的存在，所述电源电路还包括次级开关电路，能够向足够轻的负载提供电流并产生高于在第一开关晶体管导通时产生的电压值的输出电压值，所述控制器配置并操作为使电源开关晶体管截止并接通次级开关电路以便监控轻负载条件下足够高的输出电压值作为负载的存在。7.根据权利要求1所述的电源，其中当连接负载时，所述电源具有最大输出电压，其中信号形成电阻器具有将涌出电流限制为实质上小于电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·朱彻斯，斯科特·摩尔，
申请(专利权)人：百富澳门离岸商业服务有限公司，
类型：发明
国别省市：中国澳门;82