用于隔离的开关功率变换器的次级侧与初级侧之间通信的协议的制作方法
【专利说明】用于隔离的开关功率变换器的次级侧与初级侧么间通信的 协议
【背景技术】
[0001] 本公开内容总体上设及开关功率变换器，并且特别地设及将在开关功率变换器的 次级侧接收的信息传送至开关功率变换器的初级侧。
[0002] 隔离的开关功率变换器如反激式功率变换器和正向功率变换器可W采用初级侧 感测方案来间接地感测和调节由变换器输出的电压。输出电压在开关功率变换器的每个开 关循环(cycle)处在功率变换器的初级侧被感测。运种隔离的开关功率变换器可W采用脉 冲宽度调制W调节在全负载、重负载条件下的输出电压。在低负载或无负载条件下，可W使 用脉冲频率调制来调节输出电压，其中开关频率随着负载的减小而降低。
[0003] 当开关频率降低时，隔离的开关功率变换器可能难W采用输出电压的初级侧感测 来对负载的突变(例如，将电子装置重新连接至开关功率变换器的输出）作出反应。由于在 变换器的每个开关脉冲处感测负载条件，因此在低负载或无负载条件下，开关功率变换器 的低开关频率可能对于变换器对负载的突变作出反应来说太低。
[0004] 此外，一些隔离的开关功率变换器被设计成根据连接至其的电子装置的需求W多 个输出电压(例如，5V、12V等)工作。运种隔离的开关功率变换器将从所连接的电子装置接 收命令信号，该命令信号指示由所连接的电子装置需求的输出电压。电子装置也可W发送 与电子装置的其他需求有关的其他命令信号。由于电子装置在功率变换器的输出处（即，在 次级侧)被连接至开关功率变换器，因此运种命令信号在开关功率变换器的次级侧被接收。
【发明内容】
[0005] 本文中的实施方式提供了一种功率变换器系统，该功率变换器系统包括具有彼此 电隔离的初级侧和次级侧的开关功率变换器。开关功率变换器的初级侧的第一控制器控制 开关功率变换器中的开关，W调节开关功率变换器的输出电压。开关功率变换器的次级侧 的第二控制器将信息编码成一个或更多个脉冲，使得连续的脉冲之间的第一持续时间对应 于第一逻辑电平，并且连续的脉冲之间的第二持续时间对应于第二逻辑电平，其中第二持 续时间大于第一持续时间。例如，在一个实施方式中，第一持续时间和第二持续时间为由第 二控制器生成的两个连续的脉冲的上升沿之间的时间。在另一实施方式中，第一持续时间 和第二持续时间为两个连续的脉冲的下降沿之间的时间。通信信道用于在保持开关功率变 换器的初级侧与次级侧之间的电隔离的情况下将所编码的信息从第二控制器传送至第一 控制器。
[0006] 因此，根据各个实施方式的功率变换器系统精确地传送来自开关功率变换器的次 级侧的信息，使得开关功率变换器能够响应于来自禪接至开关功率变换器的电子装置的请 求提供多个目标输出电压电平禪接，对于不符合规格的输出电压电平进行补偿，并且响应 于在开关功率变换器的次级侧处接收到的其他信息。
[0007] 在说明书中描述的特征和优点并不是无所不包的，并且特别地，考虑到附图、说明 书和权利要求书，许多另外的特征和优点对于本领域普通技术人员来说将是明显的。此外， 应当指出的是，说明书中所使用的语言主要是为了易读和指导的目的而选择的，并非被选 择为界定或限制本发明的主题内容。
【附图说明】
[0008] 通过结合附图考虑W下详细描述，可W容易地理解本发明的实施方式的教导。
[0009] 图1示出了根据一个实施方式的允许信息从隔离的开关功率变换器的次级侧传送 至初级侧的隔离的开关功率变换器。
[0010] 图2示出了根据一个实施方式的开关功率变换器的功率递送单元。
[0011 ]图3A、图3B、图3C示出了根据一个实施方式的由次级侧自适应电压位置控制器生 成的示例符号。
[0012] 图4A和图4B示出了根据一个实施方式的由次级侧自适应电压位置控制器生成的 示例边带符号。
[0013] 图5示出了根据一个实施方式的当电子装置请求较高的输出电压时由次级侧自适 应电压位置控制器执行的改变开关功率变换器的输出电压的处理。
[0014] 图6示出了根据一个实施方式的当电子装置请求较低的输出电压时由次级侧自适 应电压位置控制器执行的改变开关功率变换器的输出电压的处理。
[0015] 图7A和图7B示出了根据一个实施方式的由次级侧自适应电压位置控制器生成的 示例故障保护信号。
[0016] 图8示出了根据一个实施方式的由次级侧自适应电压位置控制器生成的示例信 号。
【具体实施方式】
[0017] 附图和下面的描述仅作为说明设及本发明的实施方式。应当注意，根据下面的讨 论，本文所公开的结构和方法的替选实施方式会容易被认为是在不偏离所要求保护的本发 明的原理的情况下可W采用的可行的替选方式。
[0018] 现在将详细参考本发明的若干实施方式，所述实施方式的示例在附图中被示出。 注意，只要可行，类似或相同的附图标记可W用于附图中，并且可W表示类似或相同的功 能。附图仅出于说明的目的示出了本发明的实施方式。本领域的技术人员会根据下面的描 述容易地认识到:在不偏离本文描述的本发明的原理的情况下可W采用本文示出的结构和 方法的替选实施方式。
[0019] 本文的实施方式包括隔离的开关功率变换器，该隔离的开关功率变换器使用用于 感测和调节输出电压的驻留在隔离的开关功率变换器的初级侧的初级侧控制器，W及配置 为将在开关功率变换器的次级侧感测的各种信息传送至初级侧控制器的驻留在隔离的开 关功率变换器的次级侧的AVP(自适应电压位置)控制器。运样的信息可W包括关于负载条 件及其变化的信息、由连接至隔离的开关功率变换器的电子装置提供的命令或信息等。
[0020] AVP控制器将在开关功率变换器的次级侧接收到的信息或命令编码成1和0的数字 逻辑位，然后W脉冲的形式经由数字通信链路将其发送至初级侧控制器，其中每个脉冲的 不同周期对应于数字逻辑位的1或0。例如，较长的脉冲可W表示0, W及较短的脉冲可W表 示1。可W用具有不同周期的运样的脉冲的组合将不同的命令编码在一个数据帖中，其中周 期被定义为在连续脉冲的两个上升(或下降)沿之间的持续时间。由次级侧AVP将多个运样 的长或短的脉冲发送至初级侧控制器W传送在开关功率变换器的次级侧接收到的运样的 信息或命令。通过通信链路发送运样的脉冲，通信链路可W包括将开关功率变换器的初级 侧与次级侧电隔离的隔离装置，例如光禪合器、数字隔离器、电容器等。脉冲周期将不会受 到运样的隔离装置的不同的特性的显著影响。
[0021] 本文所描述的实施方式提供从开关功率变换器的次级侧向初级侧的精确的信息 传输、与模拟实现方案相比较高的误差和变化容差、W及用W检测在从次级侧向初级侧传 输的数据分组中的错误的内建奇偶校验。
[0022] 图1示出了根据一个实施方式的包括开关功率变换器100和连接至开关功率变换 器100的输出的电子装置150的系统。在一个实施方式中，开关功率变换器100包括功率递送 单元110、在功率递送单元110的初级侧的控制器120、在功率递送单元110的次级侧的自适 应电压位置(AVP)控制器130、W及使得能够在次级侧AVP控制器130与初级侧控制器120之 间进行通信的隔离信道140。
[002引功率变换器100接收来自AC电源巧示出）的AC电力，AC电力被整流W提供经调节 的DC输入电压Vin。包括隔离的开关功率变换器(例如，反激功率变换器或整激功率变换器） 的功率递送单元110向连接至开关功率变换器100的电子装置150提供经调节的输出电压 Vout。在一个实施方式中，功率递送单元110将输出电压Vout传递至电子装置150的USB接口 155的VBus和GND端子。初级功率控制器120控制功率递送单元IioW生成经调节的输出电压 Vouto
[0024] 次级侧AVP控制器130(例如，经由USB接口 155的差分数据链路D+和D-)接收来自电 子装置150的信息并且经由隔离信道140将该信息传送至初级控制器120。具体地，AVP控制 器130将在次级侧接收到的信息编码为数字逻辑位1和0,并且将该信息W脉冲的形式发送 至初级控制器120。在一个实施方式中，AVP控制器130利用周期变化的脉冲对信息进行编 码，其中脉冲的周期被定义为在连续脉冲的两个上升（或下降）沿之间的持续时间。例如， AVP控制器130利用具有较长周期的脉冲生成数字0位，并且利用具有较短周期的脉冲生成 数字1位。AVP控制器130可W可替选地利用具有较短周期的脉冲生成数字0位并且利用具有 较长周期的脉冲生成数字1位。具有与数字0和1脉冲的周期不同的周期的脉冲可W