电力传输系统的制作方法

例如，可能需要将功率从隔离屏障的第一侧传输到第二侧，以便对第二侧上的电子组件例如用于跨隔离屏障传播数据的数据接收器和发射器供电。此外，数据或控制信号可能需要在不同电压域之间传输，以便启动和控制从隔离屏障的第一侧到第二侧的功率传输。

当从隔离屏障的第一侧向隔离屏障的第二侧上的组件供电时系统的操作可能导致产生不想要的电干扰或噪声。这种电噪声对于靠近功率传输系统的电气部件可能是有问题的。因此，持续期望开发用于处理在跨越隔离屏障传输电力或电荷时产生的干扰的系统和方法。

技术实现要素：

鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是减少功率传输和信号传输之间的相互影响并且同时实现稳定的功率传输和信号传输。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于通过隔离屏障传输电力的电力传输系统，该系统包括：隔离屏障的第一侧和第二侧的变压器，该变压器具有位于隔离屏障的第一侧和隔离屏障的第二侧上的次级绕组；在所述隔离屏障的所述第一侧上的振荡器，所述振荡器被配置为向所述变压器的所述初级绕组提供振荡功率信号；隔离层的第二侧上的功率接收器，耦合到变压器的次级绕组以接收振荡功率信号；控制电路，其耦合到所述功率接收器并且被配置为生成伪随机数或序列；以及振荡器驱动器，其耦合到所述控制电路并且被配置为基于所述伪随机数或序列来驱动所述振荡器以建立所述振荡功率信号。

在一个示例中，电力传输系统还包括：抖动电路，其耦合到振荡器并且被配置为抖动振荡功率信号的参数。

在一个示例中，抖动电路包括被配置为控制多个电容器与初级绕组的耦合的伪随机数发生器。

在一个示例中，抖动电路被配置为将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，抖动电路包括选择性地耦合到变压器的初级绕组的多个电容器。

在一个示例中，抖动电路被配置为将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，控制电路和振荡器驱动器经由隔离器耦合。

在一个示例中，振荡器驱动器被配置为抖动振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，控制电路被配置为基于存储在隔离屏障的第二侧上的电压来生成伪随机数或序列。

附图说明

结合附图参考以下更详细的描述和权利要求，本发明的优点和特征将变得更好理解，其中相同的元件用相同的符号表示，并且其中：

图1是示意性地表示电力传输系统的框图。

图2是用于穿过隔离屏障传输电力的系统的示意性框图，并且构成本公开的实施例。

具体实施方式

根据其优选实施例来呈现实施本发明的最佳模式。然而，本发明不限于所描述的实施例，并且本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的基本概念的情况下，本发明的许多其他实施例是可能的，并且任何这种变通也将落入本发明的范围。可以想象，本发明的其他类型和构造可以容易地结合到本发明的教导中，并且为了清楚和公开的目的而不是为了范围的限制，仅示出和描述一个特定的构造。

本文中的术语“一个”不表示数量的限制，而是表示存在一个或多个所提及的项目。

图1示出逻辑信号隔离器1200，其中来自一对边缘检测器1202和1204的编码的前沿和下降沿指示符被发送到单个微变换器1210。前沿和下降沿指示符被编码为不同的可区分的信号。也就是说，从前沿检测器1202输出的set_hi信号不同于从下降沿检测器1204输出的set_lo信号。接收侧电路连接到变压器1210的次级绕组1210b(典型地通过施密特触发器或其他合适的波形整形电路，未示出)，然后基于区分这两个信号来重构逻辑边沿。应该理解的是，图1的数据输出信号可表示微控制器1006电压域中的电动机控制信号数据，1可以表示can总线1002电压域中的电机控制信号数据。通过这种方式，图1的逻辑信号隔离器1200可以被实现。图1可以提供图1的数据传输系统1016的示例。换句话说，逻辑信号隔离器1200的功能可以是从微控制器1006获取电机控制信号数据，并将该数据通过隔离屏障传输到can总线1002。接下来，数据可以通过第二隔离通过类似于图2的第二逻辑信号隔离器(未示出)嵌入第二隔离器内。一旦第二次传送，数据可以由电动机1004及其驱动器接收，以便控制电动机1004的操作。

转向逻辑信号隔离器1200，示出了一个例子，其中边缘检测器1202产生两个连续的短脉冲1232和1234作为前沿指示符，并且边沿检测器1204仅产生单个脉冲1236作为下降沿指示符。脉冲1232和1234优选在它们之间具有已知的固定间隔。如果变压器1210是高带宽微型变压器，则脉冲宽度可以窄到1ns或甚至更小。边沿检测器1202和1204的输出通过合适的组合逻辑(例如通过或门1240)组合，以驱动变压器1210的初级绕组1210a。

该构思是使用两个不同的可区分的信号。它们不必是单脉冲和双脉冲。例如，可以使用窄脉冲(例如，1ns)作为一个边缘指示符，并且可以使用更宽的脉冲(例如2ns)作为另一个边缘指示符。接收器1250仅需要能够区分这两个信号。这个概念适用于使用其他可区分的信号，但同时，人们不希望使用不必要的复杂布局，或者会在信号处理中增加任何显着延迟的布局。对于除了所示信号之外的信号，可能需要用其他元件替换或门1240，其将有效地将边缘检测器的输出组合成用于驱动变压器的单个信号。

set_hi信号中的两个脉冲在它们之间具有已知的固定间隔。set-hi信号中两个脉冲的总持续时间及它们之间的中间间隔(如果相对于输入信号中两个前沿之间的最短间隔足够短)将允许set-hi和set_lo脉冲之间的分辨率。

连接到次级绕组1210b并且因此在第二电压域中的接收器电路1250恢复变压器1210的输出，区分set_hi和set_lo脉冲，并将输入逻辑信号重建为数据输出信号。更具体地说，节点1252处的接收脉冲为d型触发器1254提供时钟，并且还用作不可重新触发的边缘触发的单稳态多谐振荡器1256的输入。多谐振荡器1256将脉冲打开线1258的持续时间至少与set_hi信号中的脉冲1232和脉冲1232与脉冲1234之间的间隔的组合一样长。如果两个脉冲1232和1234每个持续时间大约为1ns并且它们之间的间隔具有相同的持续时间，那么线1258上的脉冲应当至少大约2ns长；在该示例中使用3ns以允许一些“保持”时间来促进触发器1254的时钟。线1258连接到触发器1254的d输入端，触发器的复位输入端以及触发器反相器1262.反相器1262的输出端连接到边沿检测器1264的输入端，并且触发器1254的qb输出端(互补输出端)连接到另一边沿检测器1266的输入端。边沿检测器1264的输出端是连接到与门1272和1274中的每一个的一个输入。边沿检测器1266的输出连接到与门1272的第二输入并且通过反相器1276连接到与门1274的第二输入。接着，与门1272连接到置位/复位锁存器1278的置位输入端，并且与门1274的输出端连接到锁存器1278的复位输入端.dataout信号对应于由接收到的datain信号的隔离的和稍微延迟的版本毛刺滤波器出现在锁存器12的q输出端78。

假设datain输入具有波形1302.在节点1252处，接收coil信号。响应于输入信号的前沿，正向边缘已经由边沿检测器1202产生脉冲1232和1234，并且已经由边沿检测器1204响应于输入信号的负向后沿产生脉冲1236。如etms所示，边缘触发单稳态(etms)多谐振荡器1256在线1258上产生输出波形。在etms信号中，脉冲1232的前沿导致产生脉冲1304。对于脉冲1232的下降沿或对第二脉冲1234的任一边缘的响应，单稳态1256不做任何事情。仅在输出脉冲1304之后，单稳态1256才能响应新输入，接收脉冲1236的前沿。脉冲1236的前沿的检测导致脉冲1306的输出。

两个初始脉冲中的第二个脉冲1234被检测并且输出信号如下形成。当第一脉冲1232为触发器1254提供时钟时，触发器的d输入仍然在线1258上看到来自边沿触发的单稳态多谐振荡器的低输出。这意味着触发器1254的qb输出被设置为高值并且q输出被设置为低值。当接收到第二脉冲1234并且时钟触发器1254时，边沿触发单稳态的输出现在为高并且触发器1254的qb输出转变为低值，这意味着触发器125的q输出触发器1254在图2中的“2脉冲检测”信号中的脉冲1308的前沿处变高。该hl边缘由边缘检测器1266检测，边缘检测器1266产生脉冲1310到与门1272的第二(底部)输入。边缘触发单稳态的输出也提供给反相器1262的输入。所以，在通过反相器1262的传播延迟之后，边缘检测器1264在反相器1262的输出处看到高到低的转变(边缘)，并响应地产生到正门1272的第一(上)输入的正向脉冲1312，并且到“与”门1274的第一(顶部)输入。

反相器1262被设计成具有大致等于从d输入到触发器1254的qb输出的传播延迟的传播延迟。因此，边缘检测器1264和1266产生基本上同时的输出脉冲1310和1312到与门结果，与门1272的输出1314同时从低电平变为高电平，并设置sr触发器1278的置位(s)输入；其q输出即dataout信号变高。当与门1274的第二(底部)输入端通过反相器1276响应边沿检测器1266的输出时，第一和第二脉冲对与门1274的输出没有影响，并且不影响触发器1278的输出然而，当第三脉冲1236触发边沿触发的单稳态1256以产生其第二输出脉冲1306时，如上所述，在单声道的下降沿时在边缘检测器1264的输出处产生脉冲稳定的输出脉冲。来自反相器1276的与门1274的第二输入此时将为高，这是因为它唯一低的时间是当边沿检测器1266的输出产生第二脉冲检测信号1308时。因此，触发器1266的复位(r)在来自边沿检测器1264的输出脉冲的下降沿(正传播延迟)时，触发器1278看到来自与门1274的输出脉冲1316，并且锁存器1278被复位并且dataout信号变低。

在另一个实施例中，图1的逻辑信号隔离器1200包括一个或多个晶体管，在图1中还可以包括其他部件，例如具有耦合到数据输出信号的输入的fet或绝缘栅双极晶体管形式的功率开关(未示出)。在这个例子中，电源开关可以连接到另一个组件，例如电机1004.以这种方式，电机1004可以由电源开关根据由datain和dataout信号表示的控制信号数据来启动。

图2更详细地示出了动力传递系统2的实施例。系统2包括在正向功率传输路径中的变压器6和在反馈路径中的隔离器8，隔离器8将隔离屏障4的第一侧10与隔离屏障4的第二侧12隔开。变压器6包括初级绕组与第一侧10相关联的第一绕组14和与第二侧12相关联的次级绕组16.第一和第二绕组可以形成为微型变压器的一部分，其中绕组位于电介质层或电介质堆叠的任一侧。可以使用半导体制造技术在半导体衬底上形成微变压器。

振荡器18位于第一侧10上并且耦合到初级绕组14.振荡器18被配置用于在初级绕组14中产生振荡功率信号20.振荡功率信号20提供了一种装置通过其可以将功率传输通过隔离屏障4.系统2可以接收dc电源22并且振荡器18用作dc到ac转换器。驱动器24还耦合到振荡器18以便控制振荡器18的操作。驱动器24耦合到隔离器8的第一侧10上的第一部分隔离器4.隔离器8的第二部分位于第二侧12上，并且驱动器24可以通过隔离器8从第二侧12接收控制信号26.控制信号26提供一种方式，通过该方式控制信号用于控制振荡器18的信号可以通过隔离屏障4传送。在一个实施例中，控制信号26是振荡信号或者它可以是脉冲或脉冲串。

在使用中，变压器6的初级绕组14处的振荡功率信号20耦合到次级绕组16并在其中感应出信号20a。位于第二侧12上的功率接收器28耦合到次级绕组16，以接收传送的振荡功率信号20a。电力接收器28被配置为存储来自传送的振荡电力信号20a的电荷。这样，通过变压器6跨隔离屏障4从第一侧10向第二侧12提供电力。如下面将更详细讨论的，电力接收器28可以包括整流器，用于整流振荡功率信号20a和存储装置(例如电容器)，用于存储来自整流振荡功率信号20a的电荷。负载电路30可以被定位在第二侧12上并且可以被耦合到电力接收器28以从其接收电力。

在该实施例中，位于第二侧12上的控制器32耦合到功率接收器28，以便确定功率接收器28存储的电荷量，例如通过监测储能电容器两端的电压。控制器32可以包括用于生成与电力接收器28存储的电荷量成比例的信号的电路(例如分压器)。控制器32被配置为在使用中生成控制信号26a。控制信号26a确定振荡器应该打开还是关闭。在本公开的一些实施例中，控制信号可以是控制振荡器18的激活的占空比的脉宽调制信号。控制器32基于由功率接收器存储的所确定的电荷量来设置激活的占空比控制器32耦合到隔离器8的第二部分，即与第二侧12相关联的隔离器的部分，使得控制器32在隔离屏障4的第二侧12上产生的控制信号26可以经由隔离器8传输到隔离屏障4的第一侧10上的驱动器24.以这种方式，用于控制振荡器18的控制信号可以基于功率存储的电荷在第二侧12上产生接收器28，然后通过隔离屏障4传送到第一侧10，使得它们可以用于控制振荡器18。

驱动器24基于控制信号26控制振荡器18的操作，使得振荡器18根据控制信号26的激活的占空比(即状态)产生振荡功率信号20。

上述系统在集成电路封装内提供可靠的功率传输，使得第二电压域中的关键部件可以被供电，而不管第二电压域的状态如何。如果引脚被限制或者为了提高某些组件(例如接收器或控制功率开关晶体管的电路)的操作的可靠性，这可以用于减少封装中的引脚数量。

然而，耦合到变压器的初级绕组的振荡器的操作可能是对其他系统的干扰源。干扰可能以两种不同的方式产生。首先，振荡功率信号可以具有恒定的振荡频率，从而跨越变压器的功率传输是有效的，例如因为初级绕组包括在lc谐振电路中以增强初级绕组处的电压。但是，从其他电路的角度来看，这个恒定的振荡频率可能导致关于振荡频率的噪声或干扰峰值。由于振荡器输出集中在很小的频率范围内，因此相邻电子元件的第一个噪声分量(振荡器频率)可能会产生问题。其次，当功率接收器向恒定负载提供功率时，系统2的稳态操作可以是周期性的。在这种稳态条件下，控制信号可以具有基本上恒定的占空比，其导致具有功率接收器的基本恒定的周期频率的周期性充电和放电循环。这种循环操作可能会导致第二个噪音成分。此外，这两个噪声分量可以组合以产生在振荡功率信号的振荡频率处具有主噪声峰值的组合噪声标记，其中具有从振荡器频率偏移开/关切换的周期频率的较小峰值。

为了减轻第一，第二和组合的噪声分量对相邻电子组件的负面影响，本公开的实施例包括这样的特征，该特征抖动系统参数以修改振荡器频率的分布，例如将噪声扩散到更宽的频率范围。通过这种方式，可以降低给定频率下的功率。在下文中，这个概念将被称为“噪音传播”。

在一种方法中，振荡器的频率可以被抖动以扩散由振荡功率信号引起的噪声。具体地，振荡器可以包括抖动电路，该抖动电路被配置为将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率。这种技术可能适用于谐振电路，实际上也适用于可能在开关模式电源中使用的非谐振电路。抖动电路可以包括耦合到振荡器和/或变压器的多个单独可控电容器，并且抖动电路可以控制多个电容器以改变抖动电路的电容以将抖动添加到振荡器的振荡频率电源信号。可以通过合适的控制器以确定性的方式控制电容器的值。优选地，抖动电路可以包括伪随机数发生器，并且抖动电路可以控制多个电容器以根据伪随机序列改变抖动电路的电容。

另外或替代地，控制信号的控制周期时间段(例如，开启时间和关闭时间的总和)可以被抖动以扩散由系统的循环充电和放电引起的噪声。具体地，控制器可以被配置为将抖动添加到控制信号的控制周期。控制器可以被配置为生成基于功率接收器所存储的电荷量而变化的信号，并且控制器可以被配置为设置占空比或控制信号的频率并且使振荡器的激活基于在控制信号上。例如，控制器可以将控制信号形成为表示所存储的电荷或电力接收器输出电压的信号与阈值之间的差值。阈值可能是固定的，也可能是可变的。而且，控制器可以被配置为抖动差异以将抖动添加到控制信号。在一些系统中，控制器可以进一步包括电路，该电路被配置为抖动功率接收器电路的充电电流和/或电容以将抖动添加到激活控制信号的周期时间。

因此，噪声分量可以在更宽的频率范围上扩展，从而导致在任何特定频率处的第一和/或第二和/或组合噪声分量的幅度和时间的乘积的减小。以这种方式，对于靠近电力传输系统的电子组件(例如，在相同或相邻集成芯片上的那些电子组件)，噪声分量较不成问题。通过这种方式，可以提供一种通过隔离屏障来传输功率并且满足电磁干扰(emi)发射标准的系统，诸如用于住宅用途的emib类标准。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于通过隔离屏障传输功率的电力传输系统，该系统包括：隔离屏障的第一侧和第二侧的变压器，该变压器具有位于隔离屏障的第一侧和隔离屏障的第二侧上的次级绕组；在所述隔离屏障的所述第一侧上的振荡器，所述振荡器被配置为向所述变压器的所述初级绕组提供振荡功率信号；隔离层的第二侧上的功率接收器，耦合到变压器的次级绕组以接收振荡功率信号；控制电路，其耦合到所述功率接收器并且被配置为生成伪随机数或序列；以及振荡器驱动器，其耦合到所述控制电路并且被配置为基于所述伪随机数或序列来驱动所述振荡器以建立所述振荡功率信号。

在一个示例中，电力传输系统还包括：抖动电路，其耦合到振荡器并且被配置为抖动振荡功率信号的参数。

在一个示例中，抖动电路包括被配置为控制多个电容器到初级绕组的耦合的伪随机数发生器。

在一个示例中，抖动电路被配置为将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，抖动电路包括选择性地耦合到变压器的初级绕组的多个电容器。

在一个示例中，抖动电路被配置为将振动添加到振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，控制电路和振荡器驱动器经由隔离器耦合。

在一个示例中，振荡器驱动器被配置为抖动振荡功率信号的振荡频率。

在一个示例中，控制电路被配置为基于存储在隔离屏障的第二侧上的电压来生成伪随机数或序列。

尽管已经描述了目前被认为是本发明的优选实施例的内容，但是应该理解，可以对其做出各种修改，并且所附权利要求旨在涵盖所有这些修改，例如秋季在本发明的真实精神和范围内。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明和使用方法限制于所公开的精确形式。显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，并由此使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。应该理解的是，在不背离本发明的权利要求的精神或范围的情况下，可以考虑各种等同物的省略或替代，因为情况可能暗示或提供权宜之计，但意在涵盖本申请或实施。