具有次級(jí)到初級(jí)消息傳送的開(kāi)關(guān)功率變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的各實(shí)施方式總體上涉及具有次級(jí)到初級(jí)消息傳送的開(kāi)關(guān)功率變換器。具體地，純初級(jí)電源使得能夠從隔離電源的次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)傳輸信號(hào)或消息。為了使得能夠在不干擾初級(jí)側(cè)感測(cè)的情況下穩(wěn)健檢測(cè)消息以用于輸出調(diào)節(jié)，可配置阻抗電流路徑被配置在初級(jí)繞組和地之間。初級(jí)側(cè)控制器控制可配置阻抗電流路徑，以在正常模式期間具有相對(duì)低的阻抗，而在消息傳送模式期間具有相對(duì)高的阻抗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有次級(jí)到初級(jí)消息傳送的開(kāi)關(guān)功率變換器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年3月13日遞交的、Jianming Yao等人的題為“SwitchingPower Converter Secondary to Primary Messaging，，的第 61/780，231 號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及于 2013 年 10 月 I 日遞交的、Jianming Yao 等人的題為“Switching Power Converterwith Secondary to Primary Messaging”的第14/043，593號(hào)美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益,上述申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用并入于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]公開(kāi)的實(shí)施例涉及電源，并且更特別地涉及從隔離電源的次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)傳輸消肩、O

【背景技術(shù)】
[0004]在常規(guī)的隔離開(kāi)關(guān)電源(諸如反激式功率變換器)中，位于電源的初級(jí)側(cè)上的開(kāi)關(guān)控制器通過(guò)基于一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)到負(fù)載的功率，一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)表示輸出功率、輸出電壓和/或輸出電流。一些隔離電源使用次級(jí)到初級(jí)電路(通常采用光隔離器器件)來(lái)從電源的次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)控制器傳達(dá)反饋信號(hào)。其它隔離電源則采用純初級(jí)調(diào)節(jié)(primary-only regulation),電源控制器僅依賴(lài)于初級(jí)側(cè)感測(cè)來(lái)獲得用于保持輸出調(diào)節(jié)的反饋信號(hào)。僅使用初級(jí)側(cè)感測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是電源可以在沒(méi)有諸如光隔離器之類(lèi)的隔離器件的情況下操作，隔離器件顯著增加了電源的成本、尺寸和復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種開(kāi)關(guān)功率變換器包括次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力。變壓器將開(kāi)關(guān)功率變換器的初級(jí)側(cè)與開(kāi)關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)隔離。變壓器包括耦合到開(kāi)關(guān)功率變換器的輸入的初級(jí)繞組和耦合到開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組。第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)耦合到變壓器的初級(jí)繞組。第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)基于對(duì)第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)來(lái)控制通過(guò)初級(jí)繞組的電流。初級(jí)側(cè)控制器基于初級(jí)側(cè)的感測(cè)來(lái)控制第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)以調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出，并且在正常模式和消息傳送模式之間選擇。初級(jí)側(cè)控制器另外基于通過(guò)初級(jí)繞組的電流的初級(jí)側(cè)感測(cè)來(lái)檢測(cè)在消息傳送模式期間在次級(jí)側(cè)上生成的數(shù)字消息。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，初級(jí)側(cè)控制器還控制在初級(jí)繞組和地之間的可配置阻抗電流路徑。特別地，初級(jí)側(cè)控制器控制可配置阻抗電流路徑，以在正常模式期間具有第一阻抗并且在消息傳送模式期間具有第二阻抗，其中第二阻抗高于第一阻抗。
[0007]說(shuō)明書(shū)中描述的特征和優(yōu)點(diǎn)不是無(wú)所不包的，并且特別是，考慮到附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求，許多附加的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。而且，應(yīng)當(dāng)注意到，說(shuō)明書(shū)中使用的語(yǔ)言已經(jīng)主要出于可讀性和指導(dǎo)性目的被選擇，而不被選擇以劃定或限制發(fā)明的主題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是圖示了具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)功率變換器的實(shí)施例的電路圖。
[0009]圖2是圖示了近似于具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)電源的電路當(dāng)其以正常模式操作時(shí)的電路圖。
[0010]圖3是圖示了近似于具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)電源的電路當(dāng)其以消息傳送模式操作時(shí)的電路圖。
[0011]圖4描繪了由具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)電源生成的示例波形。
[0012]圖5描繪了圖示具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)電源的示例操作的時(shí)序圖。
[0013]圖6是圖示了具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)功率變換器的可替換實(shí)施例的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]附圖和下列描述僅通過(guò)說(shuō)明的方式與本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例相關(guān)。應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)下列討論，本文公開(kāi)的結(jié)構(gòu)和方法的可替換實(shí)施例將容易被認(rèn)為是可以在不背離要求保護(hù)的發(fā)明的原理的情況下被采用的可行的替換方式。
[0015]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的若干實(shí)施例，其示例被圖示于附圖中。注意到，只要可行，相似或相同的附圖標(biāo)記可以用于附圖中并且可以指示相似或相同的功能。附圖僅出于說(shuō)明的目的描繪了本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易根據(jù)下列描述認(rèn)識(shí)到，本文所圖示的結(jié)構(gòu)和方法的可替換實(shí)施例可以在不背離本文描述的發(fā)明的原理的情況下被采用。
[0016]純初級(jí)電源使得能夠在不使用光耦合器或類(lèi)似器件的情況下從次級(jí)側(cè)到初級(jí)側(cè)傳輸信號(hào)或消息。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，消息從次級(jí)側(cè)被發(fā)送到初級(jí)側(cè)以通知初級(jí)側(cè)控制器改變次級(jí)條件(諸如在開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出處的有限動(dòng)態(tài)負(fù)載變化、過(guò)壓條件或欠壓條件)。在另一實(shí)施例中，耦合到電源的次級(jí)側(cè)的電子器件可以傳送消息到初級(jí)側(cè)控制器，該消息指示期望的操作條件(諸如電壓設(shè)置水平)和/或檢測(cè)的故障條件(諸如過(guò)溫條件)。初級(jí)側(cè)控制器然后可以響應(yīng)于具體條件而迅速改變開(kāi)關(guān)。例如，當(dāng)次級(jí)側(cè)上的檢測(cè)器檢測(cè)到負(fù)載已經(jīng)被斷開(kāi)時(shí)，消息可以從次級(jí)側(cè)被發(fā)送到初級(jí)側(cè)。初級(jí)側(cè)控制器然后可以將開(kāi)關(guān)周期減小到非常低的頻率，以便在最小功耗的情況下將輸出電壓保持在被調(diào)節(jié)的水平。消息還可以當(dāng)負(fù)載被重新連接到開(kāi)關(guān)功率變換器并且輸出電壓開(kāi)始下降時(shí)被傳達(dá)。單獨(dú)使用反饋調(diào)節(jié)，在初級(jí)側(cè)控制器檢測(cè)到輸出電壓的變化并且對(duì)其做出反應(yīng)之前將由于開(kāi)關(guān)周期之間的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)期而觀(guān)察到大量的延遲。然而，使用次級(jí)到初級(jí)的消息使得初級(jí)側(cè)控制器能夠迅速檢測(cè)并且響應(yīng)，因此改善了對(duì)于改變次級(jí)側(cè)條件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
[0017]經(jīng)由通過(guò)初級(jí)繞組的電流的初級(jí)側(cè)感測(cè)而在初級(jí)側(cè)上檢測(cè)消息。為了使得能夠在不干擾初級(jí)側(cè)感測(cè)的情況下穩(wěn)健檢測(cè)消息以用于輸出調(diào)節(jié)，可配置阻抗電流路徑被配置在初級(jí)繞組和地之間。初級(jí)側(cè)控制器控制可配置阻抗電流路徑，以在常規(guī)操作期間具有相對(duì)低的阻抗，而當(dāng)傳達(dá)消息時(shí)在消息傳送模式期間具有相對(duì)高的阻抗。
[0018]圖1是圖示了提供功率到負(fù)載102 (例如，電子器件)的開(kāi)關(guān)功率變換器100 (例如，初級(jí)側(cè)反激式開(kāi)關(guān)功率變換器)的實(shí)施例的電路圖。輸入電壓VIN (典型地為整流的AC電壓)被輸入到功率變換器100。初級(jí)側(cè)控制器110使用具有導(dǎo)通時(shí)間(Tm)和斷開(kāi)時(shí)間(Toff)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)SI的導(dǎo)通狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)，以保持調(diào)節(jié)的輸出電壓Vout或調(diào)節(jié)的輸出電流1ut或兩者。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)SI在其導(dǎo)通時(shí)間期間被接通(例如關(guān)閉)時(shí)，能量?jī)?chǔ)存在變壓器Tl的初級(jí)繞組Np中。在SI的導(dǎo)通時(shí)間期間，跨變壓器Tl的次級(jí)繞組Ns的電壓為負(fù)并且二極管Dl被反向偏置，從而阻止能量傳送到負(fù)載102。在該狀態(tài)中，能量經(jīng)由電容器Cl被提供到負(fù)載102。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)SI被關(guān)斷(打開(kāi))時(shí)，儲(chǔ)存在初級(jí)繞組Npl04中的能量被釋放到次級(jí)繞組Ns。二極管Dl變?yōu)檎蚱?，使得能夠?qū)?chǔ)存在變壓器Tl中的能量傳送到負(fù)載102并且對(duì)電容器Cl再充電。
[0019]初級(jí)側(cè)控制器110可以使用驅(qū)動(dòng)信號(hào)112來(lái)控制開(kāi)關(guān)SI的開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)112實(shí)施例如脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制或脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制。為了實(shí)現(xiàn)期望的輸出調(diào)節(jié)，初級(jí)側(cè)控制器110基于反饋信號(hào)VsenselH和Isenselie的初級(jí)側(cè)感測(cè)來(lái)控制開(kāi)關(guān)，其中Vsensel 14表示跨變壓器Tl的輔助繞組Na的被反映的電壓，并且Isensel 16表示通過(guò)初級(jí)繞組Np的初級(jí)側(cè)電流。使用已知的初級(jí)側(cè)感測(cè)技術(shù)，控制器110可以基于VsenselH和Isensel 16的測(cè)量結(jié)果來(lái)近似輸出電壓Vout和輸出電流lout，從而使得控制器110能夠保持調(diào)節(jié)的輸出電壓或電流。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，Vsensel 14由包括耦合到變壓器Tl的輔助繞組Na的電阻器R1、電阻器R2的分壓器生成。在可替換實(shí)施例(未示出)中，VsenselH可以直接從初級(jí)繞組Np得出(例如，使用跨初級(jí)繞組Np的分壓器電路)。
[0021]而且，在一個(gè)實(shí)施例中，Isensell6當(dāng)開(kāi)關(guān)S2被接通(關(guān)閉)時(shí)被測(cè)量為跨感測(cè)電阻器Rs的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)電阻器Rs相對(duì)于檢測(cè)電阻器Rd具有低阻抗。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)電阻器Rs具有I至10歐姆的數(shù)量級(jí)的阻抗，而檢測(cè)電阻器Rd具有相對(duì)高的阻抗(例如，1000歐姆的數(shù)量級(jí))。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)Rs的電流提供通過(guò)初級(jí)繞組Np的電流的良好近似。
[0022]次級(jí)側(cè)控制器120生成用于傳達(dá)到初級(jí)側(cè)控制器110的消息。該消息可以編碼由次級(jí)側(cè)控制器120感測(cè)的各種次級(jí)側(cè)特性。例如，次級(jí)側(cè)控制器120可以感測(cè)輸出電壓Vout (例如，經(jīng)由分壓器R4、R5)并且編碼與動(dòng)態(tài)負(fù)載變化(例如，當(dāng)電子器件重新連接到開(kāi)關(guān)功率變換器時(shí))、過(guò)壓條件(例如，當(dāng)Vout超出過(guò)壓閾值時(shí))或欠壓條件(例如，當(dāng)Vout降至IJ欠壓閾值以下時(shí))相關(guān)的信息。在另一實(shí)施例中，消息可以編碼由負(fù)載102自己生成的信息，例如標(biāo)識(shí)作為負(fù)載102被連接的電子器件的信息，或者標(biāo)識(shí)作為負(fù)載102被連接的電子器件的操作模式(例如，低功率模式)的信息。
[0023]為了生成消息，編碼器/驅(qū)動(dòng)器電路122控制開(kāi)關(guān)S3的開(kāi)關(guān)，以根據(jù)表示編碼消息的電壓脈沖的模式將Vout耦合或解耦到次級(jí)繞組Ns。在一個(gè)實(shí)施例中，電阻器R3與開(kāi)關(guān)S3串聯(lián)耦合，以防止當(dāng)開(kāi)關(guān)S3導(dǎo)通時(shí)輸出電壓Vout到次級(jí)繞組Ns的短路。在如下文將更詳細(xì)解釋的消息模式期間，該脈沖被反映到初級(jí)繞組Np上并且可以在初級(jí)側(cè)上被檢測(cè)。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器110通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S2的狀態(tài)在正常模式和消息傳送模式之間切換。在控制器Iio的正常模式期間，開(kāi)關(guān)S2被接通(關(guān)閉)。在該狀態(tài)下，感測(cè)電阻器Rs和檢測(cè)電阻器Rd并聯(lián)連接并且提供從初級(jí)繞組Np到地(GND)的電流路徑。圖2圖示了提供當(dāng)開(kāi)關(guān)S2被置于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)(在正常模式期間)開(kāi)關(guān)電源100的近似的電路。這里，開(kāi)關(guān)S2被建模為短路(因?yàn)殚_(kāi)關(guān)是導(dǎo)通的)，并且檢測(cè)電阻器Rd因?yàn)槠渥杩勾蟠蟾哂诟袦y(cè)電阻器Rs的阻抗而被建模為開(kāi)路。因此，如上所述，Rs和Rd的并聯(lián)組合由Rs來(lái)近似。圖2中還省略了次級(jí)控制器120，因?yàn)樵谠撃Ｊ街胁簧上?即，開(kāi)關(guān)S3保持?jǐn)嚅_(kāi))。如可以從圖2的電路觀(guān)察到的，在當(dāng)開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通時(shí)的正常模式期間，開(kāi)關(guān)電源100與反激式功率變換器相似地(或相同地)操作。
[0025]為了實(shí)現(xiàn)消息傳送模式，控制器110關(guān)斷開(kāi)關(guān)S2。典型地，僅在功率開(kāi)關(guān)SI的斷開(kāi)時(shí)間期間實(shí)現(xiàn)消息傳送模式。圖3圖示了提供當(dāng)開(kāi)關(guān)SI和S2處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)(在消息模式期間)開(kāi)關(guān)電源100的近似的電路。這里，開(kāi)關(guān)S2和感測(cè)電阻器Rs因?yàn)殚_(kāi)關(guān)S2是斷開(kāi)的而被建模為開(kāi)路。而且，開(kāi)關(guān)SI因?yàn)殚_(kāi)關(guān)SI是斷開(kāi)的而被建模為電容器CS1(表示開(kāi)關(guān)SI的寄生電容)。因此，初級(jí)繞組Np經(jīng)由寄生電容器CSl和檢測(cè)電阻器Rd耦合到地。
[0026]當(dāng)在消息傳送模式期間在次級(jí)繞組Ns上生成電壓峰值(voltagespike)時(shí)，電壓峰值被反映在初級(jí)繞組Np上并且可以經(jīng)由檢測(cè)信號(hào)118被控制器110檢測(cè)為跨檢測(cè)電阻器Rd的電壓?？刂破?10然后可以解碼該消息并且相應(yīng)地調(diào)整操作。
[0027]如從圖1-圖3可以觀(guān)察到的，開(kāi)關(guān)S2、感測(cè)電阻器Rs和檢測(cè)電阻器Rd共同形成了由初級(jí)側(cè)控制器Iio控制、從初級(jí)繞組到地的可配置阻抗電流路徑。特別地，當(dāng)開(kāi)關(guān)S2在正常操作期間被接通時(shí)，從初級(jí)繞組到地存在相對(duì)低的阻抗路徑，并且其由感測(cè)電阻器Rs的電阻近似。Rs的特定值被選擇以確保Isenselie的準(zhǔn)確檢測(cè)，以出于輸出調(diào)節(jié)的目的估計(jì)在正常模式期間通過(guò)初級(jí)繞組Np的電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2在消息傳送模式期間被斷開(kāi)時(shí)，從初級(jí)繞組到地存在相對(duì)高的阻抗路徑，并且其由檢測(cè)電阻器Rd的電阻近似。相對(duì)于僅使用感測(cè)電阻器Rs產(chǎn)生的電壓，這有效地放大了在消息傳送模式期間在檢測(cè)點(diǎn)118產(chǎn)生的電壓。在消息傳送模式期間增加該電流路徑的阻抗有益于增加消息的信噪比并且確保消息可以在檢測(cè)點(diǎn)118被準(zhǔn)確檢測(cè)。
[0028]圖4圖示了開(kāi)關(guān)電源100在消息傳送模式期間的示例操作波形。出于示例的目的，所描繪的與電源100相關(guān)的波形提供近似+5VDC的輸出，盡管實(shí)施例不限于任何特定的電壓水平。消息驅(qū)動(dòng)信號(hào)402包括控制次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)S3的一系列脈沖。消息驅(qū)動(dòng)信號(hào)402中的每個(gè)導(dǎo)通/斷開(kāi)脈沖造成如信號(hào)404中所示的跨次級(jí)繞組Ns的電壓峰值，信號(hào)404由于變壓器Tl的電感和雜散電容而振蕩并且衰減。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于消息驅(qū)動(dòng)信號(hào)402的每個(gè)脈沖，跨次級(jí)繞組Ns生成信號(hào)404中的IOV峰間值(peak_to-peak)的電壓峰值?？绱渭?jí)繞組Ns的電壓404被跨初級(jí)繞組Np反映，并且生成跨電阻器Rd的被反映的電壓406，其可以被初級(jí)側(cè)控制器110檢測(cè)為檢測(cè)信號(hào)118。在一個(gè)實(shí)施例中，被反映的電壓406是近似500mV峰間值的信號(hào)，其提供高信噪比并且導(dǎo)致可靠的信號(hào)。相比之下，使用典型的感測(cè)電阻器Rs的常規(guī)初級(jí)側(cè)架構(gòu)(例如，圖2的配置中的電路)將產(chǎn)生跨感測(cè)電阻器Rs、僅約IOmV峰間值的被反映的電壓。因此，圖1的可配置阻抗電流路徑相對(duì)于常規(guī)架構(gòu)有益地放大了消息并且實(shí)現(xiàn)了更可靠的檢測(cè)。
[0029]圖5是圖示了在一個(gè)實(shí)施例中開(kāi)關(guān)SI和開(kāi)關(guān)S2的導(dǎo)通時(shí)間和斷開(kāi)時(shí)間的控制的時(shí)序圖。如上所述，開(kāi)關(guān)SI的導(dǎo)通周期和斷開(kāi)周期由控制器110控制，以便保持輸出電壓Vout或輸出電流1ut的調(diào)節(jié)。開(kāi)關(guān)S2被控制以處于導(dǎo)通狀態(tài)而無(wú)論何時(shí)開(kāi)關(guān)SI處于導(dǎo)通狀態(tài)，以便提供通過(guò)電流感測(cè)電阻器Rs到地的初級(jí)電流的低阻抗路徑并且實(shí)現(xiàn)初級(jí)側(cè)電流的可靠感測(cè)。在開(kāi)關(guān)SI的斷開(kāi)時(shí)間期間，初級(jí)側(cè)控制器110控制開(kāi)關(guān)S2處于導(dǎo)通狀態(tài)以引起正常操作模式，并且控制開(kāi)關(guān)S2處于斷開(kāi)狀態(tài)以引起消息傳送模式。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)從正常模式過(guò)渡到消息傳送模式時(shí)，在開(kāi)關(guān)SI關(guān)斷之后、開(kāi)關(guān)S2關(guān)斷之前，強(qiáng)制執(zhí)行防護(hù)帶時(shí)段(guard band period)。類(lèi)似地,當(dāng)從消息傳送模式過(guò)渡到正常模式時(shí),在將開(kāi)關(guān)SI接通回來(lái)之前、開(kāi)關(guān)S2被接通回來(lái)之后，強(qiáng)制執(zhí)行防護(hù)帶時(shí)段。防護(hù)帶時(shí)段確保無(wú)論何時(shí)開(kāi)關(guān)SI被接通，開(kāi)關(guān)S2都是完全導(dǎo)通的，以使得S2的開(kāi)關(guān)不干擾Isenselie和VsenselH的初級(jí)側(cè)感測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)控制器120可以檢測(cè)開(kāi)關(guān)S2何時(shí)被關(guān)斷，以便智能地確定何時(shí)發(fā)起次級(jí)到初級(jí)的消息傳送信號(hào)。進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器110不一定必須在開(kāi)關(guān)SI的每個(gè)斷開(kāi)時(shí)段期間將開(kāi)關(guān)電源100置于消息傳送模式中，而相反可能以變化的間隔這樣做。
[0030]圖6圖示了具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送能力的開(kāi)關(guān)電源600的可替換實(shí)施例。該實(shí)施例類(lèi)似于圖1的實(shí)施例，但是省略了開(kāi)關(guān)S2和檢測(cè)電阻器Rd。相反，控制器610通過(guò)感測(cè)在初級(jí)繞組Np和功率開(kāi)關(guān)SI的漏極的接頭處的電壓618來(lái)檢測(cè)消息。假設(shè)反激式變換器以與以上討論的圖4的示例中的參數(shù)類(lèi)似的參數(shù)操作，信號(hào)618的幅度一般是高電壓信號(hào)(例如，IlOV峰間值的量級(jí))并且因此具有穩(wěn)健的信噪比。為了使得控制器610能夠檢測(cè)該高電壓范圍中的信號(hào)，高電壓檢測(cè)電路可以用于該實(shí)施例中。
[0031]在又另一實(shí)施例中，控制器610可以經(jīng)由Isense信號(hào)116檢測(cè)消息。盡管該信號(hào)將由于Rs的低電阻而具有相對(duì)低的峰間值電壓，但是其在某些情況下仍能夠足以準(zhǔn)確地檢測(cè)消息。
[0032]在閱讀本公開(kāi)內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到還有用于具有次級(jí)到初級(jí)的消息傳送的電源的另外的可替換設(shè)計(jì)。因此，雖然已經(jīng)圖示并且描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例和應(yīng)用，但是將要理解，本發(fā)明不限于本文公開(kāi)的精確構(gòu)造和組成部分，并且可以在本文公開(kāi)的本發(fā)明的方法和裝置的布置、操作和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)的各種修改、改變和變化而不背離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)關(guān)功率變換器，包括: 變壓器，將所述開(kāi)關(guān)功率變換器的初級(jí)側(cè)與所述開(kāi)關(guān)功率變換器的次級(jí)側(cè)隔離，所述變壓器包括耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸入的初級(jí)繞組和耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組； 第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組，所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)用于基于所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)來(lái)控制通過(guò)所述初級(jí)繞組的電流； 初級(jí)側(cè)控制器，用于基于初級(jí)側(cè)的感測(cè)來(lái)控制所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)以調(diào)節(jié)所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述輸出，并且用于在正常模式和消息傳送模式之間選擇，所述初級(jí)側(cè)控制器用于基于通過(guò)所述初級(jí)繞組的電流的初級(jí)側(cè)感測(cè)來(lái)檢測(cè)在所述消息傳送模式期間在所述次級(jí)側(cè)上生成的數(shù)字消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，還包括: 可配置阻抗電流路徑，在所述初級(jí)繞組和地之間，所述初級(jí)側(cè)控制器控制所述可配置阻抗電流路徑，以在所述正常模式期間具有第一阻抗并且在所述消息傳送模式期間具有第二阻抗，所述第二阻抗高于所述第一阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中所述可配置阻抗電流路徑包括: 第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，被所述初級(jí)側(cè)控制器控制，所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)用于在在所述正常模式期間的第一狀態(tài)和在所述消息傳送模式期間的第二狀態(tài)之間切換，所述第一狀態(tài)用于使所述可配置阻抗電流路徑具有所述第一阻抗，而所述第二狀態(tài)用于使所述可配置阻抗電流路徑具有所述第二阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中所述可配置阻抗電流路徑還包括: 感測(cè)電阻器，與所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)，所述感測(cè)電阻器當(dāng)所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)接通時(shí)提供從所述初級(jí)繞組到地的第一電流路徑； 檢測(cè)電阻器，與所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)和所述感測(cè)電阻器的串聯(lián)組合并聯(lián)，所述檢測(cè)電阻器當(dāng)所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)提供從所述初級(jí)繞組到地的第二電流路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，還包括: 次級(jí)側(cè)控制器，在所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述次級(jí)側(cè)上，所述次級(jí)側(cè)控制器被配置為在所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述消息傳送模式期間引起表示所述數(shù)字消息的、跨所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述次級(jí)繞組的一系列電壓峰值，所述一系列電壓峰值被反映在所述初級(jí)繞組上； 其中所述初級(jí)側(cè)控制器檢測(cè)被反映在所述初級(jí)繞組上的所述一系列電壓峰值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，還包括: 次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，耦合到所述變壓器的所述次級(jí)繞組，其中所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)當(dāng)所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)被脈沖導(dǎo)通和脈沖斷開(kāi)時(shí)生成跨所述變壓器的所述次級(jí)繞組的電壓峰值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)功率變換器， 其中所述次級(jí)側(cè)控制器經(jīng)由次級(jí)側(cè)控制信號(hào)控制所述次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，以將所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出電壓耦合或解耦到所述次級(jí)繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中在所述正常模式期間，所述初級(jí)側(cè)控制器檢測(cè)表示通過(guò)所述初級(jí)側(cè)繞組的電流的電流感測(cè)信號(hào)，并且基于所述電流感測(cè)信號(hào)控制所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中所述初級(jí)側(cè)控制器控制所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，以當(dāng)所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)以所述正常模式操作并且在所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的所述斷開(kāi)時(shí)間的至少一部分期間以所述消息傳送模式操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中所述初級(jí)側(cè)控制器控制開(kāi)關(guān)在緊隨關(guān)斷所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的第一防護(hù)帶時(shí)段之后關(guān)斷所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)以進(jìn)入所述消息傳送模式，并且所述初級(jí)側(cè)控制器在接通所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)之前的第二防護(hù)帶時(shí)段之前接通所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)以進(jìn)入所述正常模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)功率變換器，其中所述數(shù)字消息包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):標(biāo)識(shí)瞬變負(fù)載條件的信息、標(biāo)識(shí)在所述負(fù)載處的欠壓條件的信息以及標(biāo)識(shí)在所述負(fù)載處的過(guò)壓條件的信息。
12.一種用于控制開(kāi)關(guān)功率變換器的方法，所述開(kāi)關(guān)功率變換器包括具有耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸入的初級(jí)繞組和耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組的變壓器，以及耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組的第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，所述變壓器將所述開(kāi)關(guān)功率變換器的對(duì)應(yīng)于所述初級(jí)繞組的初級(jí)側(cè)與所述開(kāi)關(guān)功率變換器的對(duì)應(yīng)于所述次級(jí)繞組的次級(jí)側(cè)電隔離，所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)由初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器控制，所述方法包括: 通過(guò)所述初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器感測(cè)在所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上生成的初級(jí)側(cè)反饋信號(hào)； 基于所述初級(jí)側(cè)反饋信號(hào)，通過(guò)所述初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器控制所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān); 在以正常模式操作所述初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器和以消息傳送模式操作所述初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器之間選擇；并且 檢測(cè)在所述消息傳送模式期間從所述次級(jí)繞組被反映在所述初級(jí)繞組上的數(shù)字消息，所述數(shù)字消息經(jīng)由通過(guò)所述初級(jí)繞組的電流的初級(jí)側(cè)感測(cè)而被檢測(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 通過(guò)所述初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)控制器控制在所述初級(jí)繞組和地之間的可配置阻抗電流路徑，以在正常模式期間具有第一阻抗并且在消息傳送模式期間具有第二阻抗，所述第二阻抗高于所述第一阻抗。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 在所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述消息傳送模式期間生成表示所述數(shù)字消息的、跨所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述次級(jí)繞組的一系列電壓峰值，所述一系列電壓峰值被反映在所述初級(jí)繞組上； 其中檢測(cè)所述數(shù)字消息包括檢測(cè)被反映在所述初級(jí)繞組上的所述一系列電壓峰值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中生成所述一系列電壓峰值包括: 控制次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，以將所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出電壓耦合或解耦到所述次級(jí)繞組。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 在所述正常模式期間，當(dāng)所述電流路徑具有所述第一阻抗時(shí)，檢測(cè)表示通過(guò)所述初級(jí)側(cè)繞組的電流的電流感測(cè)信號(hào)；并且 基于所述電流感測(cè)信號(hào)，控制所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 控制所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，以當(dāng)所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)以所述正常模式操作，并且在所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的所述斷開(kāi)時(shí)間的至少一部分期間以所述消息傳送模式操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括: 在緊隨關(guān)斷所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的第一防護(hù)帶時(shí)段之后進(jìn)入所述消息傳送模式； 在接通所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)之前的第二防護(hù)帶時(shí)段之前進(jìn)入所述正常模式。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述數(shù)字消息包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):標(biāo)識(shí)瞬變負(fù)載條件的信息、標(biāo)識(shí)在所述負(fù)載處的欠壓條件的信息以及標(biāo)識(shí)在所述負(fù)載處的過(guò)壓條件的信息。
20.一種開(kāi)關(guān)功率變換器，包括: 變壓器，包括耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸入的初級(jí)繞組和耦合到所述開(kāi)關(guān)功率變換器的輸出的次級(jí)繞組； 第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，耦合到所述變壓器的所述初級(jí)繞組，所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)基于開(kāi)關(guān)所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制通過(guò)所述初級(jí)繞組的電流； 第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)，在在正常模式期間的第一狀態(tài)和在消息傳送模式期間的第二狀態(tài)之間切換，其中當(dāng)所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)處于在所述正常模式期間的所述第一狀態(tài)時(shí)，所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)使通過(guò)所述初級(jí)側(cè)繞組和所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的電流路徑具有第一阻抗，并且其中當(dāng)所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)處于在所述消息傳送模式期間的所述第二狀態(tài)時(shí)，所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)使通過(guò)所述初級(jí)側(cè)繞組和所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的所述電流路徑具有第二阻抗，所述第二阻抗高于所述第一阻抗； 初級(jí)側(cè)控制器，在所述開(kāi)關(guān)功率變換器的所述初級(jí)側(cè)上，所述初級(jí)側(cè)控制器用于控制所述第一初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，用于控制所述第二初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)，以在所述正常模式和所述消息傳送模式之間選擇，并且用于檢測(cè)在所述消息傳送模式期間從所述次級(jí)繞組被反映在所述初級(jí)繞組上的數(shù)字消息。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK104052290SQ201410090425
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】姚建明, 孔鵬舉, 李勇, 鄭俊杰 申請(qǐng)人:戴樂(lè)格半導(dǎo)體公司