用于负载调制通信接收机架构的电流表制造技术

隔离开关功率变换器的次级侧的负载装置通过根据特定的预定义定时模式对负载电流进行调制来将数字消息传送至初级侧控制器。由初级侧控制器检测负载电流调制，并且基于预定义定时模式解码数字消息。负载装置可以对数字消息进行编码，以控制初级侧控制器以与负载装置兼容的特定模式进行操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2013年12月26日提交的Jonh William Kesterson和Andrey Malinin的题为“Current Meter for Load ModulationCommunication Receiver Architecture”的美国临时专利申请第61/920,997号、以及于2014年12月9日提交的Jonh William Kesterson和AndreyMalinin的题为“Current Meter for Load Modulation CommunicationReceiver Architecture”的美国专利技术专利申请第14/565,010号的优先权，通过引用将上述申请的内容合并到本文中。
技术介绍
1.
所公开的实施方式一般涉及开关模式功率变换器，并且更具体地，涉及便于从耦接至电源的次级侧的负载装置到初级侧控制器的通信的开关模式功率变换器。2.相关技术的描述在诸如反激式功率变换器的常规隔离开关电源中，位于电源的初级侧的开关控制器通过基于表示输出功率、输出电压和/或输出电流的一个或更多个反馈信号控制开关的导通时间和关断时间来调节到负载的电力。通常期望将消息从负载装置传送至初级侧控制器，使得负载装置能够传送要由功率变换器提供的期望电压、电流或操作模式。在通过标准的通用串行总线(USB)电缆分配电力的装置中，存在不同的常规通信方法。一些常规系统依赖于在协商阶段期间通过USB的D+/D-数据线进行的通信，其中，在协商阶段，电力输送方法能够被改变成不同的模式。然而，通常不期望使用D+/D-线，这是因为将这些线连接成除了它们的常规高速通信路径以外的任何路径可能会影响比特误码率。使用D+/D-数据线传送操作模式信息的另一缺点是这种解决方案通常需要充电器/适配器的次级侧存在
通信集成电路，从而增加了系统的总成本。
技术实现思路
开关功率变换器基于由电子装置生成的数字消息向电子装置提供电力。电子装置通过根据预定义模式调制针对电子装置的负载电流来生成数字消息。变压器将耦接至电子装置的开关功率变换器的次级侧与初级侧电隔离。负载电流检测器获得表示针对电子装置的输出电压的初级侧电压感测信号的样本以及表示初级侧电流的电流感测信号的样本。电压感测信号和电流感测信号基于针对电子装置的经调制的负载电流而变化。负载电流检测器生成表示针对电子装置的经调制的电流的波形的负载电流信号。数字解码器解码负载电流信号，以恢复由电子装置编码的数字消息。功率控制器控制开关的切换，以基于电压感测信号、电流感测信号和数字消息来控制针对电子装置的输出电压和输出电流中的至少一个。说明书中所描述的特征和优点并不是无所不包的，并且特别地，在考虑附图、说明书和权利要求书的情况下，本领域普通技术人员将会明白许多另外的特征和优点。此外，应当注意的是，本说明书中所使用的用语主要被选择成用于可读性和指导目的，并且可以不被选择成划定或限制专利技术主题。附图说明结合附图，通过考虑以下详细描述能够容易地理解本专利技术的实施方式的教导。图1图示出开关功率变换器的实施方式。图2图示出具有次级控制器的开关功率变换器的实施方式。图3图示出表示通过对负载电流进行调制而编码的数字消息的波形。图4图示出用于检测开关功率变换器中的数字消息的初级侧控制器的实施方式。图5图示出当传送数字消息时在开关功率变换器的操作期间出现的各个信号的示例波形。图6图示出开关功率变换器的次级侧的实施方式。图7图示出用于开关功率变换器中的初级侧控制器的负载电流检测逻辑的示例实施方式。图8图示出开关功率变换器的输出电流的示例波形。图9图示出用于开关功率变换器中的初级侧控制器的负载电流检测逻辑的更加详细的图示。图10图示出用于开关功率变换器中的初级侧控制器的负载电流检测逻辑的另一实施方式。图11图示出用于开关功率变换器中的初级侧控制器中的数字解码器的示例逻辑。图12图示出与开关功率变换器中的初级侧控制器中的数字解码器的操作相关联的示例波形。图13图示出与开关功率变换器中的初级侧控制器中的数字解码器的操作相关联的另外的示例波形。图14图示出与开关功率变换器中的初级侧控制器中的数字解码器的操作相关联的状态机的示例实施方式。具体实施方式说明书中所描述的特征和优点并不是无所不包的，并且特别地，在考虑附图、说明书和权利要求书的情况下，本领域普通技术人员将会明白许多另外的特征和优点。此外，应当注意的是，本说明书中所使用的用语主要被选择成用于可读性和指导目的，并且可以不被选择成划定或限制专利技术主题。附图和以下描述仅通过说明的方式涉及本专利技术的优选实施方式。应当理解的是，根据以下论述，本文所公开的结构和方法的替选实施方式将容易被认为可以在不偏离本专利技术的原理的情况下使用的可行替选方案。现在将详细地参考本专利技术的若干实施方式，其中，在附图中图示出本专利技术的若干实施方式的示例。注意到，只要可行，就可以在附图中使用相似或相同的附图标记，并且相似或相同的附图标记可以指示相似或相同的功能。附图仅出于说明的目的而描绘了本专利技术的实施方式。本领域技术人员根据以下描述将会容易地认识到可以在不偏离本文所描述的本专利技术的原理的情况下使用本文所说明的结构和方法的替选实施方式。隔离开关功率变换器的次级侧的负载装置通过根据特定的预定义定时模式调制负载电流而将数字消息传送至初级侧控制器。由初级侧控制器检测负载电流调制，并且基于预定义定时模式对数字消息进行解码。负载装置可以对数字消息进行编码，以控制初级侧控制器以与负载装置兼容的特定模式进行操作。在一个实施方式中，在功率变换器经由USB电缆耦接至负载装置的情况下，可以通过向负载装置提供电力的Vbus线路来传输数字消息。图1是图示出开关功率变换器100(例如，初级侧反激式开关功率变换器)的实施方式的电路图。开关功率变换器100经由Vdd连接器132和接地(GND)连接器134向负载装置121提供电力。在USB控制器的情况下，Vdd连接器132和GND连接器134可以分别对应于标准USB连接器输出管脚的Vbus和GND线路。除其他部件以外，开关功率变换器100还包括：具有初级绕组Np、次级绕组Ns和辅助绕组Na的变压器T1；开关104(例如，晶体管)；初级侧控制器102；输出整流二极管D1；电阻器R1、R2、R3；以及输出滤波电容器C1。输入电压(VIN)108，通常为经整流的AC电压被输入到功率变换器100。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。当开关104在其导通时间期间导通时，能量被存储在变压器T1的初级侧绕组Np中。次级绕组Ns两端的电压为负，并且二极管D1被反向偏置，从而阻断向负载装置121传递能量。在该状态下，能量经由电容器C1提供至负载装置121。当开关104关断时，存储在变压器T1的初级绕组Np中的能量被释放到变压器T1的次级绕组Ns。二极管D1变成正向偏置，从而能够将存储在变压器T1中的能量传递至负载装置121，并且对电容器C1进行再充电。电阻器R1和R2形成与变压器T1的辅助绕组Na串联耦接的分压器，并且产生能够用于估计输出电压(VOUT)110的感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于由电子装置生成的数字消息向所述电子装置提供电力的开关功率变换器，所述电子装置通过根据预定义模式调制针对所述电子装置的负载电流来生成所述数字消息，所述开关功率变换器包括：变压器，所述变压器将耦接至所述电子装置的所述开关功率变换器的次级侧与初级侧电隔离；负载电流检测器，所述负载电流检测器用以获得表示针对所述电子装置的输出电压的初级侧电压感测信号的样本，以及表示初级侧电流的电流感测信号的样本，所述电压感测信号和所述电流感测信号基于针对所述电子装置的经调制的负载电流而变化，所述负载电流检测器用以生成表示针对所述电子装置的经调制的电流的波形的负载电流信号；数字解码器，所述数字解码器用以解码所述负载电流信号，以恢复由所述电子装置编码的所述数字消息；以及功率控制器，所述功率控制器用以控制开关的切换，以基于所述电压感测信号、所述电流感测信号和所述数字消息来控制针对所述电子装置的输出电压和输出电流中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.26 US 61/920,997;2014.12.09 US 14/565,0101.一种基于由电子装置生成的数字消息向所述电子装置提供电力的开关功率变换器，所述电子装置通过根据预定义模式调制针对所述电子装置的负载电流来生成所述数字消息，所述开关功率变换器包括：变压器，所述变压器将耦接至所述电子装置的所述开关功率变换器的次级侧与初级侧电隔离；负载电流检测器，所述负载电流检测器用以获得表示针对所述电子装置的输出电压的初级侧电压感测信号的样本，以及表示初级侧电流的电流感测信号的样本，所述电压感测信号和所述电流感测信号基于针对所述电子装置的经调制的负载电流而变化，所述负载电流检测器用以生成表示针对所述电子装置的经调制的电流的波形的负载电流信号；数字解码器，所述数字解码器用以解码所述负载电流信号，以恢复由所述电子装置编码的所述数字消息；以及功率控制器，所述功率控制器用以控制开关的切换，以基于所述电压感测信号、所述电流感测信号和所述数字消息来控制针对所述电子装置的输出电压和输出电流中的至少一个。2.根据权利要求1所述的开关功率变换器，其中，所述负载电流检测器包括：输出电流计算块，所述输出电流计算块用以基于所述电压感测信号和所述电流感测信号的所述样本来确定在所述功率变换器的先前切换周期期间通过所述变压器的次级绕组的平均电流；时间机信号发生器，所述时间机信号发生器用以生成包括表示所述平均电流的样本序列的输出电流信号，所述样本序列具有所述功率变换器的所述先前切换周期的时长；以及低通滤波器，所述低通滤波器用以对所述输出电流信号进行滤波，以估计所述负载电流信号。3.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述输出电流计算块在所述变压器的每个复位时段的结束处确定所述平均电流。4.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述输出电流计算块包括：第一计数器，所述第一计数器用以在所述变压器的复位时段的结束处接收复位脉冲，以及用以基于连续的复位脉冲之间的时间差来测量切换时段。第二计数器，所述第二计数器用以在所述复位时段的结束处接收所述复位脉冲，以及用以在所述开关被关断时接收队列停止脉冲，并且所述第二计数器用以基于所述队列停止脉冲与所述复位脉冲之间的时间差来测量复位时段；以及计算逻辑，所述计算逻辑用以基于所测量的切换时段和所测量的复位时段来确定所述平均输出电流。5.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述时间机信号发生器包括：先进先出(FIFO)缓冲器，所述先进先出(FIFO)缓冲器用以接收表示所述平均电流的信号，以及用以接收表示所述先前切换周期的时长的信号；以及计数器，所述计数器用以在基于所述先前切换周期的时长的一段时间之后推进所述FIFO缓冲器。6.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述开关功率变换器根据脉冲频率调制控制方案进行操作，并且其中，所述切换周期的时长针对不同的切换周期而不同。7.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述低通滤波器包括：具有固定采样率的过采样一阶低通数字滤波器。8.根据权利要求2所述的开关功率变换器，其中，所述低通滤波器
\t包括：低通数字滤波器，所述低通数字滤波器具有基于所述开关功率变换器的切换时段而变化的采样率。9.根据权利要求1所述的开关功率变换器，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·威廉·凯斯特森，安德雷·马利宁，
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