用于隔離的開關(guān)功率變換器的次級側(cè)與初級側(cè)之間通信的協(xié)議的制作方法
【專利說明】用于隔離的開關(guān)功率變換器的次級側(cè)與初級側(cè)么間通信的 協(xié)議
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開內(nèi)容總體上設(shè)及開關(guān)功率變換器，并且特別地設(shè)及將在開關(guān)功率變換器的 次級側(cè)接收的信息傳送至開關(guān)功率變換器的初級側(cè)。
[0002] 隔離的開關(guān)功率變換器如反激式功率變換器和正向功率變換器可W采用初級側(cè) 感測方案來間接地感測和調(diào)節(jié)由變換器輸出的電壓。輸出電壓在開關(guān)功率變換器的每個開 關(guān)循環(huán)(cycle)處在功率變換器的初級側(cè)被感測。運種隔離的開關(guān)功率變換器可W采用脈 沖寬度調(diào)制W調(diào)節(jié)在全負(fù)載、重負(fù)載條件下的輸出電壓。在低負(fù)載或無負(fù)載條件下，可W使 用脈沖頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓，其中開關(guān)頻率隨著負(fù)載的減小而降低。
[0003] 當(dāng)開關(guān)頻率降低時，隔離的開關(guān)功率變換器可能難W采用輸出電壓的初級側(cè)感測 來對負(fù)載的突變(例如，將電子裝置重新連接至開關(guān)功率變換器的輸出）作出反應(yīng)。由于在 變換器的每個開關(guān)脈沖處感測負(fù)載條件，因此在低負(fù)載或無負(fù)載條件下，開關(guān)功率變換器 的低開關(guān)頻率可能對于變換器對負(fù)載的突變作出反應(yīng)來說太低。
[0004] 此外，一些隔離的開關(guān)功率變換器被設(shè)計成根據(jù)連接至其的電子裝置的需求W多 個輸出電壓(例如，5V、12V等)工作。運種隔離的開關(guān)功率變換器將從所連接的電子裝置接 收命令信號，該命令信號指示由所連接的電子裝置需求的輸出電壓。電子裝置也可W發(fā)送 與電子裝置的其他需求有關(guān)的其他命令信號。由于電子裝置在功率變換器的輸出處（即，在 次級側(cè))被連接至開關(guān)功率變換器，因此運種命令信號在開關(guān)功率變換器的次級側(cè)被接收。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文中的實施方式提供了一種功率變換器系統(tǒng)，該功率變換器系統(tǒng)包括具有彼此 電隔離的初級側(cè)和次級側(cè)的開關(guān)功率變換器。開關(guān)功率變換器的初級側(cè)的第一控制器控制 開關(guān)功率變換器中的開關(guān)，W調(diào)節(jié)開關(guān)功率變換器的輸出電壓。開關(guān)功率變換器的次級側(cè) 的第二控制器將信息編碼成一個或更多個脈沖，使得連續(xù)的脈沖之間的第一持續(xù)時間對應(yīng) 于第一邏輯電平，并且連續(xù)的脈沖之間的第二持續(xù)時間對應(yīng)于第二邏輯電平，其中第二持 續(xù)時間大于第一持續(xù)時間。例如，在一個實施方式中，第一持續(xù)時間和第二持續(xù)時間為由第 二控制器生成的兩個連續(xù)的脈沖的上升沿之間的時間。在另一實施方式中，第一持續(xù)時間 和第二持續(xù)時間為兩個連續(xù)的脈沖的下降沿之間的時間。通信信道用于在保持開關(guān)功率變 換器的初級側(cè)與次級側(cè)之間的電隔離的情況下將所編碼的信息從第二控制器傳送至第一 控制器。
[0006] 因此，根據(jù)各個實施方式的功率變換器系統(tǒng)精確地傳送來自開關(guān)功率變換器的次 級側(cè)的信息，使得開關(guān)功率變換器能夠響應(yīng)于來自禪接至開關(guān)功率變換器的電子裝置的請 求提供多個目標(biāo)輸出電壓電平禪接，對于不符合規(guī)格的輸出電壓電平進(jìn)行補償，并且響應(yīng) 于在開關(guān)功率變換器的次級側(cè)處接收到的其他信息。
[0007] 在說明書中描述的特征和優(yōu)點并不是無所不包的，并且特別地，考慮到附圖、說明 書和權(quán)利要求書，許多另外的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是明顯的。此外， 應(yīng)當(dāng)指出的是，說明書中所使用的語言主要是為了易讀和指導(dǎo)的目的而選擇的，并非被選 擇為界定或限制本發(fā)明的主題內(nèi)容。
【附圖說明】
[0008] 通過結(jié)合附圖考慮W下詳細(xì)描述，可W容易地理解本發(fā)明的實施方式的教導(dǎo)。
[0009] 圖1示出了根據(jù)一個實施方式的允許信息從隔離的開關(guān)功率變換器的次級側(cè)傳送 至初級側(cè)的隔離的開關(guān)功率變換器。
[0010] 圖2示出了根據(jù)一個實施方式的開關(guān)功率變換器的功率遞送單元。
[0011 ]圖3A、圖3B、圖3C示出了根據(jù)一個實施方式的由次級側(cè)自適應(yīng)電壓位置控制器生 成的示例符號。
[0012] 圖4A和圖4B示出了根據(jù)一個實施方式的由次級側(cè)自適應(yīng)電壓位置控制器生成的 示例邊帶符號。
[0013] 圖5示出了根據(jù)一個實施方式的當(dāng)電子裝置請求較高的輸出電壓時由次級側(cè)自適 應(yīng)電壓位置控制器執(zhí)行的改變開關(guān)功率變換器的輸出電壓的處理。
[0014] 圖6示出了根據(jù)一個實施方式的當(dāng)電子裝置請求較低的輸出電壓時由次級側(cè)自適 應(yīng)電壓位置控制器執(zhí)行的改變開關(guān)功率變換器的輸出電壓的處理。
[0015] 圖7A和圖7B示出了根據(jù)一個實施方式的由次級側(cè)自適應(yīng)電壓位置控制器生成的 示例故障保護(hù)信號。
[0016] 圖8示出了根據(jù)一個實施方式的由次級側(cè)自適應(yīng)電壓位置控制器生成的示例信 號。
【具體實施方式】
[0017] 附圖和下面的描述僅作為說明設(shè)及本發(fā)明的實施方式。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)下面的討 論，本文所公開的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式會容易被認(rèn)為是在不偏離所要求保護(hù)的本發(fā) 明的原理的情況下可W采用的可行的替選方式。
[0018] 現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的若干實施方式，所述實施方式的示例在附圖中被示出。 注意，只要可行，類似或相同的附圖標(biāo)記可W用于附圖中，并且可W表示類似或相同的功 能。附圖僅出于說明的目的示出了本發(fā)明的實施方式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會根據(jù)下面的描 述容易地認(rèn)識到:在不偏離本文描述的本發(fā)明的原理的情況下可W采用本文示出的結(jié)構(gòu)和 方法的替選實施方式。
[0019] 本文的實施方式包括隔離的開關(guān)功率變換器，該隔離的開關(guān)功率變換器使用用于 感測和調(diào)節(jié)輸出電壓的駐留在隔離的開關(guān)功率變換器的初級側(cè)的初級側(cè)控制器，W及配置 為將在開關(guān)功率變換器的次級側(cè)感測的各種信息傳送至初級側(cè)控制器的駐留在隔離的開 關(guān)功率變換器的次級側(cè)的AVP(自適應(yīng)電壓位置)控制器。運樣的信息可W包括關(guān)于負(fù)載條 件及其變化的信息、由連接至隔離的開關(guān)功率變換器的電子裝置提供的命令或信息等。
[0020] AVP控制器將在開關(guān)功率變換器的次級側(cè)接收到的信息或命令編碼成1和0的數(shù)字 邏輯位，然后W脈沖的形式經(jīng)由數(shù)字通信鏈路將其發(fā)送至初級側(cè)控制器，其中每個脈沖的 不同周期對應(yīng)于數(shù)字邏輯位的1或0。例如，較長的脈沖可W表示0, W及較短的脈沖可W表 示1?？蒞用具有不同周期的運樣的脈沖的組合將不同的命令編碼在一個數(shù)據(jù)帖中，其中周 期被定義為在連續(xù)脈沖的兩個上升(或下降)沿之間的持續(xù)時間。由次級側(cè)AVP將多個運樣 的長或短的脈沖發(fā)送至初級側(cè)控制器W傳送在開關(guān)功率變換器的次級側(cè)接收到的運樣的 信息或命令。通過通信鏈路發(fā)送運樣的脈沖，通信鏈路可W包括將開關(guān)功率變換器的初級 側(cè)與次級側(cè)電隔離的隔離裝置，例如光禪合器、數(shù)字隔離器、電容器等。脈沖周期將不會受 到運樣的隔離裝置的不同的特性的顯著影響。
[0021] 本文所描述的實施方式提供從開關(guān)功率變換器的次級側(cè)向初級側(cè)的精確的信息 傳輸、與模擬實現(xiàn)方案相比較高的誤差和變化容差、W及用W檢測在從次級側(cè)向初級側(cè)傳 輸?shù)臄?shù)據(jù)分組中的錯誤的內(nèi)建奇偶校驗。
[0022] 圖1示出了根據(jù)一個實施方式的包括開關(guān)功率變換器100和連接至開關(guān)功率變換 器100的輸出的電子裝置150的系統(tǒng)。在一個實施方式中，開關(guān)功率變換器100包括功率遞送 單元110、在功率遞送單元110的初級側(cè)的控制器120、在功率遞送單元110的次級側(cè)的自適 應(yīng)電壓位置(AVP)控制器130、W及使得能夠在次級側(cè)AVP控制器130與初級側(cè)控制器120之 間進(jìn)行通信的隔離信道140。
[002引功率變換器100接收來自AC電源巧示出）的AC電力，AC電力被整流W提供經(jīng)調(diào)節(jié) 的DC輸入電壓Vin。包括隔離的開關(guān)功率變換器(例如，反激功率變換器或整激功率變換器） 的功率遞送單元110向連接至開關(guān)功率變換器100的電子裝置150提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓 Vout。在一個實施方式中，功率遞送單元110將輸出電壓Vout傳遞至電子裝置150的USB接口 155的VBus和GND端子。初級功率控制器120控制功率遞送單元IioW生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓 Vouto
[0024] 次級側(cè)AVP控制器130(例如，經(jīng)由USB接口 155的差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路D+和D-)接收來自電 子裝置150的信息并且經(jīng)由隔離信道140將該信息傳送至初級控制器120。具體地，AVP控制 器130將在次級側(cè)接收到的信息編碼為數(shù)字邏輯位1和0,并且將該信息W脈沖的形式發(fā)送 至初級控制器120。在一個實施方式中，AVP控制器130利用周期變化的脈沖對信息進(jìn)行編 碼，其中脈沖的周期被定義為在連續(xù)脈沖的兩個上升（或下降）沿之間的持續(xù)時間。例如， AVP控制器130利用具有較長周期的脈沖生成數(shù)字0位，并且利用具有較短周期的脈沖生成 數(shù)字1位。AVP控制器130可W可替選地利用具有較短周期的脈沖生成數(shù)字0位并且利用具有 較長周期的脈沖生成數(shù)字1位。具有與數(shù)字0和1脈沖的周期不同的周期的脈沖可W