电力转换器、一次控制器及相关设备的制作方法

本申请要求以发明人BongGeun Chung、Tasesung Kim及Gwanbon Koo的名义，于2017年8月23日递交的、名称为“提供适应性输出电力(Providing Adaptive Output Power)”的第15/683,939号美国发明申请案(Utility Application) 的优先权。

技术领域

本文描述的技术总体上涉及用于控制由电力转换器产生的电流和电压的系统和设备，具体涉及电力转换器、一次控制器及用于控制电力转换器的输出电压和电流的设备。本文描述的技术也涉及用于控制由以开关模式操作的电力转换器产生的电流和电压的系统和设备。更具体地说，本文描述的技术涉及使用开关模式电力转换器提供电压和电流至适应性装置的系统和设备。可发现本技术结合各种电子装置使用，诸如，构造成与个人通信装置(诸如，移动电话和平板计算机)使用、及与具有不同负载需求且其对电压和电流的需求随时间变化的其他装置使用的电力转换器。

背景技术：

如今，电力转换器常结合各种装置(诸如，移动电话、平板计算机、计算机、及其他装置(下文中各自均称为“适应性装置”))使用，以将线路电压(诸如，美国标准的120伏特AC)转换成适应性装置当时所期望的各种输出电压和电流(下文中各自均称为“负载请求”)。例如，负载请求可包括电力转换器以1安培提供5伏特的请求，而在稍后的时间请求以3安培提供9伏特，或其他电力值，且反之亦然。这种不同负载请求的原因超出本公开的范围，但这种请求对电力转换器而言可随时存在，且常在电压和电流的广泛变化之内。

为解决这种不同负载请求，用于控制操作及由电力转换器(诸如，开关模式电力转换器、降压转换器及其他构造(下文中各自均称为“电力转换器”)) 输出至适应性装置的电压和电流(统称为“输出电力”)的三种方法是众所周知的。这些方法包括一次侧调节(“PSR”)、二次侧调节(“SSR”)及PSR和SSR 的组合(“组合调节”或“CR”)，其中输出电压经常使用SSR控制，且输出电流经常使用PSR控制。

使用SSR，输出电力转换器能以高完善度控制，使得例如，这种输出电压和电流中的变化分别以小于±5％和±10％偏离所期望的值。然而，该控制值伴随着某些已知的金钱成本、电力效率损失、热问题等等。例如，一种众所周知的SSR方法可包括用于感测输出电流的感测电阻器的使用、及通过控制开关模式电力转换器的一次侧开关来控制输出电压和输出电流两者的两个或更多个光耦合器的使用。感测电阻器消耗电力，且光耦合器增加成本和复杂性。

对PSR而言，发生类似问题。虽然PSR消除对感测电阻器的需要，但是这是以在输出电压和电流控制上提供较少确定性为代价而作到的。普遍理解PSR 一般不能以合理的成本提供使用SSR可实现的“高完善度”控制。此外，当使用不具有光耦合器的PSR时，输出电压和电流基于估计来控制—这种估计常基于由电力转换器中使用的变压器上的三次绕组产生的电压和电流来确定，或使用其他已知技术确定。这种估计一般在由电力转换器输出的实际电压和电流对所请求的输出电压和电流之间引起误差。

对组合调节CR而言，发生类似问题。虽然感测电阻器不需要控制输出电流，但是通过使用将输出电流负载请求传达至电力转换器的一次侧上使用的组件的额外光耦合器导致增加的复杂性和成本。因此，需要消除成本、降低能耗并解决上述和其他已知的问题的、针对如何在电力转换器中传达负载请求的改善。

本公开的各种实施例通过使用构造成将由适应性装置提供的通信信号(这种信号指示适应性装置的当时期望的输出电流和电压)传达至电力转换器的一次侧的单个光耦合器、支持电路系统及组件，基于当时存在的负载请求，对由电力转换器送至适应性装置的输出电压和电流提供高完善度控制而解决上述和其他问题。电力转换器的一次侧适于控制电力转换器的输出电流，而第二侧控制输出电压。因此，如下文所讨论的，所描述的各种实施例避免因使用现有技术的方法的感测电阻器及多个光耦合器而发生的成本、效率低下及复杂性。

技术实现要素：

根据本公开的至少一个实施例，提供一种用于基于当时发生的负载请求而控制由电力转换器提供至适应性装置的输出电流和电压的设备和系统。

对于至少一个实施例，一种电力转换器包括变压器，该变压器具有位于该变压器的一次侧上的第一线圈，位于该变压器的二次侧上的第二线圈。该第一线圈电耦接至电源。该第二线圈电耦接至适应性装置并构造成提供输出电流和输出电压至适应性装置。该一次侧与该二次侧电隔离。该电力转换器包括一次控制器，该一次控制器电耦接至该第一线圈并构造成控制该第一线圈的操作状态。该电力转换器还包括电耦接至该第二线圈的二次控制器。该电力转换器还包括光耦合器，该光耦合器具有电耦接至该二次控制器的发送侧和电耦接至该一次控制器的接收侧。该光耦合器构造成在由该二次控制器产生的反馈信号中传达通信请求，其中该通信请求代表从适应性装置接收的负载请求。

在实施例中的至少一个中，该光耦合器电耦接至该第二线圈，且该反馈信号代表在第一稳态循环期间提供至适应性装置的输出电流和输出电压。该反馈信号在第二请求循环期间包括该通信请求。

在实施例中的至少一个中，该负载请求由该第二控制器从该适应性装置接收，且该第二控制器包括逻辑和分立元件，该逻辑和分立元件构造成通过控制该光耦合器的操作而将该负载请求转换成通信请求并在该反馈信号中将该通信请求传达至该一次控制器。

在实施例中的至少一个中，该通信请求是该负载请求的脉冲编码表示，且该第二控制器通过控制该光耦合器的操作状态而将该脉冲编码表示编码为反馈信号。

在至少第二实施例中，一种电力转换器包括变压器，该变压器具有位于该变压器的一次侧上的第一线圈，位于该变压器的二次侧上的第二线圈。该第一线圈电耦接至电源。该第二线圈电耦接至适应性装置并构造成提供输出电流和输出电压至适应性装置。该一次侧与该二次侧电隔离。该电力转换器包括一次控制器，该一次控制器电耦接至该第一线圈并构造成控制该第一线圈的操作状态。该电力转换器还包括电耦接至该第二线圈的二次控制器。该电力转换器还包括光耦合器，该光耦合器具有电耦接至该二次控制器的发送侧和电耦接至该一次控制器的接收侧。该光耦合器构造成在由该二次控制器产生的反馈信号中传达通信请求，其中该通信请求代表从适应性装置接收的负载请求。该电力转换器还包括：第一开关，该第一开关耦接至该第一线圈和该一次控制器；及第二开关，该第二开关耦接至该第二线圈和该二次控制器。该二次控制器构造成通过控制该第二开关的操作状态而控制该第二线圈的操作，使得在接收到该负载请求时，该二次控制器延长该第二开关的导通时间，直到该第二开关的极性反转为止，且在该请求循环的完成之后发生的第三稳态循环期间，控制该第二开关的操作，使得该第三线圈提供在前一个接收的负载请求中请求的输出电流和输出电压中的至少一个。

在第二实施例中的至少一个中，该二次控制器还构造成响应于负载请求，通过调整由该二次控制器利用的参考电压而调整该电力转换器的输出电压。

在实施例中的至少一个中，描述在控制电力转换器的操作时使用的一次控制器。该电力转换器包括变压器，该变压器具有在一次侧上的第一线圈和在二次侧上的第二线圈。该一次侧与该二次侧电隔离并连接至电源。该二次侧连接至适应性装置。该一次控制器包括至少一个逻辑和分立元件，该逻辑和分立元件构造成控制该第一线圈的操作状态，并基于在二次控制器经由光耦合器传达至该一次控制器的反馈信号中接收的通信请求而调整该电力转换器的输出电流。该二次控制器位于该电力转换器的二次侧上。该二次控制器电连接至该第二线圈和该适应性装置，并包括构造成控制该第二线圈的操作状态的一个或多个逻辑和分立元件。

在实施例中的至少一个中，该一次控制器包括第一比较器，该第一比较器构造成比较参考电压信号与感测电压信号。该一次控制器还包括第二比较器，该第二比较器构造成比较在用于输出电流信号的参考电压中接收的参考电压与感测电压信号，其中该感测电压信号在各开关循环期间由该电力转换器产生。该一次控制器还包括脉冲控制器，该脉冲控制器电连接至该第一比较器和该第二比较器，并构造成对各开关循环产生占空比信号。该一次控制器还包括开关驱动器，该开关驱动器电连接至该脉冲控制器和第一开关。该第一开关电连接至该第一线圈并控制该第一线圈的操作状态。该开关驱动器基于从该脉冲控制器接收的占空比信号，针对各开关循环控制该第一开关和该第一线圈的操作状态。

在实施例中的至少一个中，该一次控制器包括检测器电路，该检测器电路电连接至该第三线圈并包括逻辑和分立元件，该逻辑和分立元件构造成：输出提供该第二开关传导时间的表示的时间持续信号；在第一稳态开关循环期间检测发生在该第一开关的漏极电压的共振部分中的斜率的变化；以及在检测到该斜率的变化时，输出变化信号，其中该变化信号启动该电力转换器的请求开关循环。

在实施例中的至少一个中，该一次控制器包括输出电流估计器电路，该输出电流估计器电路电连接至该第二比较器、该第一开关及该检测器电路。该输出电流估计器电路包括逻辑和分立元件，该逻辑和分立元件构造成：接收该感测电压信号；接收该时间持续信号；接收反馈电流信号；以及产生并输出该参考电流信号。在请求循环期间，该输出电流估计器基于由该二次控制器从该适应性装置接收的负载请求而调整输出电流信号的参考电压。

在实施例中的至少一个中，该一次控制器包括反馈电路，该反馈电路电连接至该检测器电路、该输出电流估计器、该第一比较器、可变电阻器及光耦合器。该反馈电路包括逻辑和分立元件，该逻辑和分立元件构造成：输出该参考电压信号至该第一比较器；输出调整该可变电阻器的阻抗的阻抗改变信号；从在请求循环期间在由该二次控制器发送至该一次控制器的反馈信号中提供的通信请求译码从该适应性装置接收的请求输出电流；以及输出代表该请求输出电流的反馈电流信号至该电流估计器电路。

在实施例中的至少一个中，在接收到该变化信号时，该反馈电路将该可变电阻器的阻抗降低至空值，且直到接收并译码该通信请求为止。

在实施例中的至少一个中，该反馈电路构造成：针对第一稳态开关循环采集并保持在该反馈信号中传达的参考电压信号；在接收到该变化信号时，在译码该通信请求的同时，继续将保持的参考电压信号输出至该第一比较器；在译码该通信请求时，调整该可变电阻器的阻抗；以及将第二参考电压信号输出至该第一比较器，其中该第二参考电压信号反映从该适应性装置接收的请求输出电压。

在至少一个实施例中，提供一种用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法，其中该电力转换器包括具有第一线圈、第二线圈及第三线圈的变压器。该第一线圈位于该变压器的一次侧上并电连接至电源。该第二线圈位于该变压器的二次侧上，并连接至适应性装置且提供输出电压和电流至适应性装置。该第三线圈是在该变压器的该一次侧上的三次绕组。该一次控制器控制连接至该第一线圈的一次开关的操作状态，并电连接至该第一线圈和该第三线圈二者。二次控制器与该一次控制器电隔离，并控制连接至该第二线圈的二次开关的操作状态。该方法包括在第一稳态循环期间通过二次控制器接收在由该适应性装置发送的设备信号中的负载请求的操作。该方法还可包括执行请求循环的操作。对于至少一个实施例，执行请求循环的操作可包括由该二次控制器延长该二次开关的“导通”状态。这些操作还可包括通过一次控制器检测在由该第三线圈产生的成比例一次电压信号中的斜率变化。这些操作还可包括通过该一次控制器进入通信就绪模式。这些操作还可包括通过该二次控制器将该负载请求转换成通信信息，并通过该二次控制器使用通信地连接该二次控制器与该一次控制器的光耦合器在反馈信号中传达该通信信息。这些操作还可包括通过该一次控制器译码该通信信息。这些操作还可包括通过该一次控制器调整用于输出电流的参考电压和参考电压中的至少一个，并使用至少一个第三稳态循环恢复稳态开关。

在实施例中的至少一个中，一种用于如适应性装置所请求的控制电力转换器的输出电压和电流的方法可包括将该通信信息编码至由该光耦合器发送的反馈信号中。对于至少一个实施例，该二次控制器可通过控制该光耦合器的操作状态而控制这种编码。

在实施例中的至少一个中，一种用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法可包括当该负载请求包括改变该输出电压的输出电压变化请求时，且在该请求循环期间，通过该二次控制器调整可变电容器的第一参考值以响应于该输出电压请求；比较该第一参考值与参考电压信号；以及基于该比较，调整该反馈信号。

在实施例中的至少一个中，一种当负载请求请求改变输出电流和输出电压时用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法可实施在电力转换器中，其中该输出电流由一次控制器控制且该输出电压由二次控制器控制。

在实施例中的至少一个中，一种当负载请求请求改变输出电流和输出电压时用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法可实施在电力转换器中，其中该输出电流由该二次控制器控制且该输出电压由该一次控制器控制。

在实施例中的至少一个中，一种用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法可包括通过调整由该一次控制器利用的参考电压信号以控制该第一开关的操作状态而进入通信就绪模式的操作，其中对该参考电压信号的调整导致该第一开关仍处于“切断”状态。

在实施例中的至少一个中，一种用于控制如适应性装置所请求的电力转换器的输出电压和电流的方法可包括在第一稳态循环期间，采集并保持使用该光耦合器由该二次控制器在反馈信号中传达至该一次控制器的输出电压信号。该方法还可包括在请求循环期间及在继续译码从该二次控制器接收的通信信息的同时，通过将该参考电压信号调整回到先前采集并保持的输出电压信号而恢复该第一开关的稳态操作的操作。该方法还可包括在译码该通信信息之后，调整该参考电压信号以反映在该负载请求中由该适应性装置请求的输出电压的操作。

因此避免因使用现有技术的方法的感测电阻器及多个光耦合器而发生的成本、效率低下及复杂性。

附图说明

由本公开的各种实施例提供的设备、系统及方法的特征、方面、优点、功能、模块及组件进一步关于以下描述和附图中的至少一个于本文中公开。

图1是根据本公开的第一实施例的用于控制由电力转换器提供给适应性装置的输出电流和电压的电路的示意图。

图2是根据本公开的第一实施例的用于控制由电力转换器提供给适应性装置的输出电流和电压的方法的流程图。

图3A至图3H是示出本公开的第一实施例的某些操作原理的时序图。

图4是根据本公开的第二实施例的用于控制由电力转换器提供给适应性装置的输出电流和电压的电路的示意图。

图5是根据本公开的第二实施例的用于控制由电力转换器提供给适应性装置的输出电流和电压的方法的流程图。

图6A至图6I是示出本公开的第二实施例的某些操作原理的时序图。

具体实施方式

本文描述的各种实施例针对用于控制由电力转换器产生的电流和电压的系统和设备。更具体地说，本文描述的实施例针对用于控制由以开关模式操作的电力转换器产生的电流和电压的系统和设备。更具体地说，本文描述的实施例针对使用开关模式电力转换器提供电压和电流至适应性装置的方法、系统及设备。可发现本文描述的实施例在各种电子装置中的使用，诸如，构造成与个人通信装置(诸如，移动电话和平板计算机)使用、及与具有不同负载需求且其对由电力转换器提供的电压和电流的请求随时间变化的其他装置使用的电力转换器。虽然本文陈述并如在附图中显示的各种实施例对所属技术领域中具有普通技能的人员提供如本文所主张或如随后在对本公开主张优先权的任何申请中所主张的足够信息以实践本公开中的一个或多个，但是应理解一个或多个实施例可不使用本文提供的细节中的一个或多个的情况下实践。因此，本文描述的各种实施例以实例方式提供，且未意图且不应该用于使所主张的任何发明范围限于实施例。

提供如图1所示且用于本公开的至少一个实施例的具有一次侧P和二次侧 S的电力转换器100。电力转换器100可构造成包括具有第一线圈L1、第二线圈L2及第三线圈L3的变压器101。第一线圈L1和第三线圈L3位于电力转换器100的一次侧P上，且第二线圈L2位于电力转换器100的二次侧S上。

电力转换器的一次侧

第一线圈：第一线圈L1包括适当地连接至第一一次端口PP1的第一端子 T1，在至少一个实施例中，该第一一次端口的作用如构造成接收来自电源(未示出)的输入电压和电流的一次输入电力端口。电源可以是其输入信号被适当地整流成直流(DC)电源的交流(AC)电源、DC电源或其他电源。输入电力信号调节可使用电容器C1提供。电力转换器100可包括二极管D1、电容器C2及电阻器R2。二极管D1与C2和R2并联连接并连接至第二端子T2。C2和R2 在端子T1处并联连接至第一线圈L1。D1、C2及R2防止较高电压应力出现在第一开关S1上。也可提供电阻器R1并将电阻器R1连接至第一端子T1，以经由第二一次端口PP2将一次输入电压信号SV提供至一次控制器120，该一次输入电压信号代表由电源提供至第一线圈L1的输入电压。下文将更详细地讨论由一次控制器120使用的组件、连接性及信号。

第一开关：第一开关S1连接至第一线圈L1的第二端子T2并用于控制第一线圈L1的操作状态(“导通”或“切断”)。在至少一个实施例中，第一开关 S1是具有连接至第二端子T2的漏极的MOSFET。应理解在其他实施例中，可根据任何实施方案的需要利用开关组件的其他构造和/或配置，包括MOSFET 或其他组件。二极管D2可连接至第二端子T2、与第一开关S1并联连接、及横跨第一开关S1的漏极和源极。

第一开关S1的栅极连接至一次控制器120的第三一次端口PP3。一次控制器120构造成产生一次栅极控制信号SPG并经由第三一次端口PP3将该一次栅极控制信号传达至第一开关S1，该一次栅极控制信号控制在此期间第一开关 S1(且进而第一线圈L1)是“导通”和“切断”的持续时间(脉冲宽度)和频率。普遍理解在变压器101的第一线圈L1的连续“导通”与“切断”循环之间的周期是“开关循环”。如图3C所示，一次电流IP在各开关循环期间经由第一线圈L1产生。占空比对任何给定的开关循环存在，该占空比通过以下方程式界定：DC＝(导通时间)/(开关周期)，其具有在0与1之间的数值。如就描述一次栅极控制信号SPG的目的而于本文表达的，图3B示出本文中用于描述电力转换器的操作的三个开关循环(统称“开关循环”)，具体地说：

1)tss-t0：“第1稳态循环”，在此期间第一开关S1通过一个或多个开关循环，其中针对各开关循环，S1占空比根据已知方法控制；

2)t0-t6：“第2或请求循环”，在此期间第一开关S1的操作在延长的“切断时间”的开关循环期间暂停(例如，延长的“切断”时间发生在t4与t6之间)以处理由电力转换器100在由适应性装置发送的装置信号SD中接收的负载请求；及

3)在t6之后：“第3稳态循环”，在此期间该电力转换器和第一开关S1的操作恢复正常稳态循环操作；应理解第3至第n稳态循环继续，直到接收并处理新的负载请求或电力转换器的操作停止为止。

如图1所示，第一开关S1的源极连接至还接地的电阻器R3。当第一开关 S1是“导通”时，产生感测电压信号SSV且该感测电压信号代表横跨第一开关 S1的漏极和源极的电流。更具体地说，感测电压信号SSV是如通过：SSV＝IP× R3数学地表达的一次电流IP的成比例表示。当第一开关“导通”时，来自电源的电流通过第一线圈L1、第一开关S1及电阻器R3而流至接地。图3F示出在各开关循环期间横跨第一开关S1的漏极和源极发生的第一开关电压VS1V。经由第六一次端口PP6将感测电压信号SSV提供至一次控制器120。

第三线圈：电力转换器100和变压器101还包括第三线圈L3。第三线圈 L3包括第三端子T3和接地的第四端子T4。第三端子T3经由二极管D4和第四一次端口PP4连接至一次控制器120。第三端子T3也经由第一分压器电路 138连接至一次控制器120，该第一分压器电路由电阻器R4和R5以及第五一次端口PP5形成。在各开关循环期间，第三线圈L3将代表由第一线圈L1转移至第二线圈L2的电压和电流的两个信号提供至一次控制器120。首先，第三线圈L3产生并提供在本文中称为施加电压信号SVDD的电力。经由第四一次端口 PP4将SVDD提供至一次控制器120。SVDD未显示于图3中。其次，第三线圈L3 产生成比例的一次电压信号SPVS并将该一次电压信号经由第五一次端口PP5提供给一次控制器120。SPVS是第一开关电压VS1V的成比例表示(如图3F所示)。用于在上文识别的三个循环周期中的每一个的SPVS显示于图3G中。二极管D4 及电容器C3和C4为SVDD和SPVS信号提供调节。

光耦合器：电力转换器100还包括光耦合器110a-b，该光耦合器包括在一次侧P上的接收元件110a和在二次侧S上的发送元件110b。光耦合器110a-b 构造成产生反馈信号SFB，该反馈信号可包括通信请求(如下文所述)并经由第七一次端口PP7传达至一次控制器。电容器C8为SFB信号提供调节。图3H 示出由电力转换器100接收且如同由电力转换器100的二次侧S在上述开关循环中的每一个上产生的反馈信号SFB。如下文所讨论的，反馈信号SFB代表在稳态循环期间由电力转换器提供的电压及在请求循环期间处理从适应性装置接收的新负载请求所需的期望输出电压和电流信息二者。在反馈信号SFB中传达的各请求电压和/或电流信息在本文中被界定为“通信请求”。

如图3F及从t4至t5所示，反馈信号SFB可代表在第一开关S1和第二开关 S2的延长的“切断”期间作为一系列数字脉冲的、如从装置接收的、由通信模块104转换并作为通信请求发送至一次控制器的负载请求。任何给定的脉冲系列可代表适应性装置的当时期望的输出电压和电流的请求。应理解在模拟和/ 或数字域中可使用其他信号表示以代表并传达从二次控制器102经由单个光耦合器110a-b至一次控制器120的通信请求。根据至少一个实施例，通信请求在单个请求循环期间发生。根据另一实施例，通信请求可在两个或更多个连续请求循环期间发生。根据至少一个实施例，存在于通信请求中的电压和电流阈值保持有效，直到新的通信请求由适应性装置传达为止。根据至少一个实施例，通信请求在指定时期保持有效。应理解传达通信请求所需的时间量可基于请求的长度和任何请求循环的持续时间而变化。亦即，延长的“切断”时间的持续时间不固定。因此，本公开的各种实施例不限于任何特定数量的请求循环或其长度。但是，如上文所讨论的，可构造成在少至一个请求循环期间传达通信请求。在至少一个实施例中，请求循环持续小于数微秒。

图3A示出根据至少一个实施例的负载请求通信随着由电力转换器100接收由适应性装置发送的装置信号SD而启动。如图3A所示，装置信号SD可以是短持续时间脉冲、在t1发送且启动请求循环的开始。如图1所示，装置信号 SD经由第一二次端口SP1传达至二次控制器102。在其他实施例中，装置信号 SD可持续期望周期，诸如，在两个或更多个请求循环期间传达通信请求所需要的时间的持续时间。

一次控制器：一次控制器120包括构造成基于从适应性装置接收的通信而控制电力转换器100的输出电流的各种组件。可将一次控制器120的组件及由该一次控制器实施的操作提供在一个或多个集成电路总成中，并可包括众所周知的电路元件的用途，该电路元件包括但不限于逻辑、分立元件、有源和无源元件。根据至少一个实施例，一次控制器120包括输入/输出比较器电路122、检测器电路124、输出电流(IO)估计器电路126、反馈电路128、可变电阻器129、第一比较器130、第二比较器132、脉冲控制器134及第一开关驱动器136(这些组件中的每一个于下文进一步描述)。

输入/输出比较器122：如图1所示，一次控制器120可包括启动电路122，该启动电路包括一个或多个组件，在电力转换器100启动期间由电源经由第一一次端口PP1、电阻器R1及第二一次端口PP2提供至一次控制器120的输入电压和/或电流通过该一个或多个组件转换成用于对一次控制器120供电的电流。对于至少一个实施例，启动电路122构造成在启动期间将施加电压信号VDD提供至一次控制器120。如上文所讨论的，在启动阶段之后，一次控制器120 在各开关循环期间由施加电压信号SVDD供电。

检测器电路124：一次控制器120还可包括检测器电路124，该检测器电路构造成经由第五一次端口PP5接收成比例一次电压信号SPVS。检测器电路124 分析所接收的信号并确定其斜率何时变化。如通过周期QR分别在图3F和图 3G中所示的，在第一稳态循环期间(且尽管未示出，但对于连续的第3稳态周期中的每一个)，第一开关电压信号VS1V和成比例的一次电压信号SPVS中的每一个的斜率具有第一斜率。当二次控制器102从装置接收SD时，如在图3A中的时间t1发生的所示，请求循环开始。响应于接收到SD，二次控制器102延长第二开关S2的导通时间，如通过周期Q1于图3E所示。由于第二开关S2导通较长时间，一次侧的漏极电压的斜率在周期t3–t4期间变化，如图3F和图 3G中的阴影部分所示。检测器电路124检测SPVS信号中的斜率上的该变化，并产生变化信号SVZ且发送变化信号SVZ至反馈电路128，从而在通信请求即将在反馈信号SFB中到来时通知反馈电路128。

检测器电路124还构造成在稳态循环期间确定二次电流IS何时到达零，如在图3E中的时间tr所示。检测器电路124可基于斜率于何时在所接收的成比例的一次电压信号SPVS中开始改变而确定时间tr于何时发生，如图3G所示。检测器电路124将代表第二开关传导时间TDIS的时间持续信号输出至于下文进一步描述的输出电流估计器电路126。

输出电流估计器电路126：一次控制器120还可包括输出电流估计器电路 126，该输出电流估计器电路构造成接收第二开关导通时间TDIS的时间持续信号，并经由第六一次端口PP6接收感测电压信号SSV。使用这些信号和电力转换器100的操作频率，输出电流估计器电路126可估计输出电流IO。应理解二次电流IS以三角形形式脉动，如图3E中那样，而输出电流IO是DC电流。

如图3F所示，在第1稳态循环期间，第一开关电压信号VS1V通常具有一致波形(常见于基于开关的电力转换器)。该波形在周期QS期间一般具有恒定“导通”部分，且在周期QR期间常具有共振部分。应理解QS的持续时间随时间推移而随第一开关S1的脉冲宽度控制变化。共振部分QR通常基于第一开关S1、第一线圈L1、及与它们结合使用的信号调节组件的固有性质而保持一致。输出电流估计器126还从反馈电路128接收反馈电流信号IFB。在稳态循环期间，反馈电流信号IFB将当时发生的输出电流IS通知到输出电流估计器电路 126。在请求循环期间，IFB将适应性装置针对下一个稳态循环请求的输出电流通知到输出电流估计器电路126，如同以SD信号传达至电力转换器。

基于所接收的TDIS、SSV及IFB信号，输出电流估计器电路126还可构造成产生输出电流信号IREF的参考电流并传达该参考电流至第二比较器132。根据已知的开关模式电力转换器操作，一次控制器120可使用IREF以在稳态循环期间调节电力转换器100的输出电流。在请求循环期间，由电力转换器提供的输出电流变化，例如如图3E所示。

反馈电路128：一次控制器120还可包括反馈电路128，该反馈电路构造成接收如表示在反馈信号SFB中的由适应性装置传达的通信请求，该反馈信号从二次控制器102的通信块104和光耦合器的发送元件110b传达至光耦合器的接收元件110a和一次控制器120的第七一次端口PP7。反馈信号SFB的表示显示于图3H中。

反馈电路128构造成接收变化信号SVZ。在接收到变化信号SVZ时，反馈电路128输出阻抗改变信号SZ至可变电阻器129。阻抗改变信号SZ通过将第一开关S1构造成保持在开路(“切断”状态)构造，使一次控制器120准备接收在反馈信号SFB中经由光耦合器110a-b发送的通信请求。应理解可变电阻器129 的阻抗用于将参考电压信号VFB提供至第一比较器130。基于通过第一比较器 130对VFB与SSV的比较，一次控制器120调整第一开关S1的占空比。因此，通过指示可变电阻器129在时间t4将VFB的值改变至空值(例如，见图3H)，诸如在至少一个实施例中至零伏特，阻抗改变信号SZ有效地指示脉冲控制器 134不产生下一个开关循环的脉冲。通过不产生开关循环，如通过上述t4至t6 之间的请求循环所表示的，第一开关S1保持打开并延长当时发生的开关循环的“切断”部分的持续时间。

如上文所讨论的，反馈电路128还接收并译码反馈信号SFB。反馈信号SFB包括代表由适应性装置在当时请求的输出电压和电流的脉冲编码数字信号。如上文所讨论的，反馈电路128将反馈电流信号IFB中的请求输出电流传达至输出电流估计器电路126。

在PSR用于输出电压调节且SSR用于输出电流调节的实施例中，反馈信号 SFB可用于将请求输出电压传达至一次控制器120。在SSR用于输出电压调节且 PSR用于输出电流调节的实施例中，反馈信号SFB可用于将请求输出电流传达至一次控制器120。在SSR用于输出电压和输出电流二者的调节的实施例中，反馈信号SFB可用于将请求输出电压和电流传达至一次控制器120。然而，应理解对于该仅有SSR的实施例，常使用第二光耦合器。

反馈电路128还可构造成在请求循环结束时将第二阻抗改变信号S2Z(未示出)发送至可变电阻器129。第二阻抗改变信号S2Z将由可变电阻器129提供的电阻从请求循环(空)值变化至期望稳态操作值(诸如，预设值)，且因此调整提供至第一比较器130的参考电压信号VFB，使得开关操作可对第一开关S1恢复且第3(稳态)开关循环可发生。

应理解对于组合调节CR而言，即通过使反馈电路128间接改变提供至第一比较器130的参考电压信号VFB和提供至第二比较器132的输出电流信号IREF的参考电压的实施方案，一次控制器120可用于基于使用单个光耦合器从电力转换器100的二次侧S传达的信号控制电力转换器100的输出电压或输出电流。

第一比较器130、第二比较器132、脉冲控制器134及第一开关驱动器136：一次控制器120还可构造成包括第一比较器130、第二比较器132、构造成控制占空比的脉冲控制器132、及构造成控制第一开关S1的打开和关闭的第一开关驱动器136。这些组件常见于开关模式电力供应器，且在本文中未进一步描述。

电力转换器的二次侧

第二线圈，L2：电力转换器100的二次侧S包括先前提及的第二线圈L2，该第二线圈具有第五端子T5和第六端子T6。第五端子T5适当地并联连接至适应性装置(未示出)、输出电容器C7、偏压电阻器R6、及由电阻器R7和R9 形成的第二分压器电路140。如图3E所示，第二线圈L2在各开关循环期间产生输出/二次电流IS。第二线圈L2还在各开关循环期间输出电压VO(未示出)。输出电容器C7上的输出电压VO由第二分压器电路140感测，并经由第四二次端口SP4在参考电压信号SVR中传达至二次控制器102。

偏压电阻器R6串联连接至第五端子T5和光耦合器110a-b的发送元件 110b。反馈信号SFB还经由第三二次端口SP3传达至二次控制器102。如下文更详细地讨论的，当负载请求由二次控制器102接收并处理的同时，二次控制器102产生反馈信号SFB。反馈信号SFB从二次控制器102经由第三二次端口 SP3和光耦合器110a-b传达至一次控制器120。

二次开关：第二线圈L2还经由第六端子T6连接至用于控制第二线圈L2 的操作状态(“导通”或“切断”)的二次开关S2。在至少一个实施例中，二次开关S2是具有连接至第六端子T6的漏极的MOSFET。应理解在其他实施例中，可根据任何实施方案的需要利用开关组件的其他构造和/或配置，包括MOSFET 或其他组件。二极管D3可连接至第六端子T6、与二次开关S2并联连接、及横跨二次开关S2的漏极和源极。二次开关S2的漏极连接至第六端子T6，源极接地，且栅极经由第二二次端口SP2连接至二次控制器102。

根据PSR用于电流调节且SSR用于电压调节的至少一个实施例，二次开关 S2可用于降低传导损耗并实现比使用肖特基二极管或其他方法的可行方案更高的系统效率。图3D示出二次栅极信号SSG提供在用于二次开关S2的多个开关循环上。

二次控制器：二次控制器102包括通信块104、二次开关控制器106、第三比较器108及电容器C6。对于至少一个实施例，这些组件如图1所示地彼此耦接。可将二次控制器102的组件及由该二次控制器实施的操作提供在一个或多个集成电路总成中，并可包括众所周知的电路元件的使用，该电路元件包括但不限于逻辑、分立元件、有源和无源元件。

通信块：通信块104构造成经由第一二次端口SP1接收由适应性装置传达的装置信号SD，并处理该装置信号。SD可以以任何期望格式接收，且当存在时，根据需要由通信块104转换为反馈信号SFB-在通信请求中反馈信号SFB作为指定在负载请求中请求的输出电压和电流的数字编码信号的电压表示、提供至一次控制器120。在请求循环期间，通信模块104控制第三二次端口SP3(例如，通过下拉和释放与之关联的引脚)，使得提供至光耦合器的反馈信号SFB脉动为“导通”和“切断”，且因此在反馈信号SFB中产生由光耦合器110a-b传达至一次控制器的脉冲序列，如图3H中在t4与t5之间所示。

在至少一个实施例中，这种期望电压和电流近似于没有电压或电流提供给适应性装置的“切断”状态。在另一实施例中，负载请求请求范围从3伏特至 20伏特及从1安培至5安培的电压和电流的组合。然而，应理解输出电压和电流以及其范围不限于任何具体的实施方案，且可如本公开的实施例的任何给定实施方案所需而在任何期望电压、电流、其组合及其范围内变化。

根据至少一个实施例，通信块104根据指定在负载请求中请求的输出电压和电流的数字编码信号控制光耦合器110b的导通/切断状态。因为可变电阻器 129的阻抗ZFB在请求循环期间变得更小，所以对于至少一个实施例，可经由光耦合器在几纳秒至数百纳秒内将编码信号转移至一次侧。应理解根据本公开的实施例的任何给定实施方案所需，其他范围也可结合其他实施例使用。在请求循环期间，当光耦合器110b“导通”时，VFB常低，且当光耦合器110b“切断”时，VFB高。如上文所讨论的，反馈电路128译码该数字编码信号并提取由设备请求的电压和电流的信息。在CR实施例中，其中SSR用于电压调节且 PSR用于电流调节，反馈电路128产生反馈电流信号IFB，如上文所讨论地，该反馈电流信号传递至输出电流估计器126。如下文进一步地讨论的，通信块可通过调整电容器C6的电容而调节输出电压。

在实施例中，其中SSR用于电流和电压二者的调节，反馈电路128产生反馈电流信号IFB，且第二阻抗改变信号SZ可使用第二光耦合器(未示出)传达。

二次开关控制器：二次开关控制器106经由第二二次端口SP2通信地耦接至第二开关S2的栅极。二次开关控制器106产生二次栅极信号SSG，该二次栅极信号用于控制二次开关S2。图3D示出二次栅极信号SSG的一个实施例。

第三比较器：第三比较器108适当地连接至第四二次端口SP4、通信块104、电容器C6，并经由第三二次端口SP3连接至光耦合器的发送元件110b。根据至少一个实施例，电容器C6设定在代表输出电压的阈值。根据至少一个实施例，诸如当使用CR或SSR时，电容器C6可以是可调整的，并提供可基于由装置在装置信号SD中请求的输出电压而由通信模块104调整的可变参考。当如此构造以提供可调整参考时且当输出电压变化由装置请求时，通信模块104将参考变化信号SVC传达至电容器C6。第三比较器108将代表第二线圈L2当时存在的输出电压的信号提供至通信块104和光耦合器的发送元件110b。在稳态循环期间，这种信号代表实质恒定的输出电压，其中实质恒定的输出电压是如下电压：由于装置和/或操作特性导致的次要排列在一般可接受的范围内。

在图2中，实施例显示第一实施例的电力转换器100可确定由适应性装置请求的输出电压和电流并使用本公开的单个光耦合器构造传达和实施这种变化所需的处理。该处理以装置信号SD由二次控制器102的通信模块104并经由第一二次端口SP1接收而开始(根据操作200)。如图3A所示，该信号由发生在时间t0的脉冲表示。如上文所讨论的，在时间t0之前，图3描绘第1稳态循环操作。

在操作202中，通信模块104指示二次开关控制器106将二次开关S2的“导通”部分的脉冲宽度延长成包括额外的“导通”周期Q1。如图3E所示，在稳态循环操作期间，诸如在时间tr，当二次电流IS到达空阈值(诸如，零阈值) 时或略为在此之前，二次开关S2“切断”。相反，在请求循环期间，如根据操作202，“导通”周期于最初延长，且如在Q1期间发生的，二次电流IS的极性反转。

在操作204中且在时间t3，通信模块104指示二次开关控制器106“切断”二次开关S2。二次开关的“导通”和“切断”状态显示于图3D中。如图所示，在请求循环期间且在如装置信号SD中传达的负载请求由电力转换器处理的同时，二次开关S2保持在“切断”状态。时间t6代表稳态操作在新请求输出电压和电流时恢复。例如，如在图3C和图3E中在时间t6之后所示，将一次电流IP和二次电流IS中的每一个绘示为小于它们分别在时间tss时的值。这些变化绘示来自装置的减少输出电流的负载请求的处理。

应理解二次开关S2的“导通”时间的延长中断一次电压信号SPV的共振特性，如在图3F中的周期QR期间的稳态操作所表示的。如图3F所进一步显示的，通过显示于紧接于Q1周期之后的时间t3与t4之间的SPV信号的直线部分 (当二次开关S2的“导通”时间延长时)，一次电压信号SPV在第1稳态循环期间的共振特性在请求循环期间不再以这种信号表示。

根据操作206，检测器电路124构造成接收并检测成比例的一次电压信号 SPVS中、在电压信号SS1V中的斜率的该变化的对应表示。如图3F所示，在时间 t3之后(在周期Q1的结束)，电压信号SS1V的输出电压特性急剧下降且所产生的一次电流IP反转其极性。检测器电路124可构造成比较成比例的一次电压信号SPVS在周期QR上的斜率与在周期Q2上的斜率以准备接收从适应性装置接收的新的负载请求。亦即，根据至少一个实施例，二次控制器102可构造成通过比较如在先前的第1稳态循环期间检测且如在成比例的一次电压信号SPVS中传达至检测器电路的第一开关电压VS1V中的共振周期QR的斜率与在周期Q2 期间发生的共振周期的斜率而通知一次控制器120已接收负载请求。

根据操作208，成比例的一次电压信号SPVS的斜率的变化在时间t3与t4 之间发生。

根据操作210，二次控制器102的通信模块104改变光耦合器的发送元件 110b的通信模式，以准备传达如装置信号SD中所提供的、代表由适应性装置在当时请求的输出电压和电流的脉冲编码数字信号。根据至少一个实施例，检测器电路124可构造成在产生变化信号SVZ之前检测斜率的变化。在其他实施例中，检测器电路124可构造成在检测斜率的变化时产生变化信号SVZ。在一个实施例中，检测器电路124输出具有低值的变化信号SVZ，但可根据任何给定实施方案的需要使用其他信号值。

根据操作212，经由光耦合器110a-b将包含代表由适应性装置在当时请求的输出电压和电流的脉冲编码数字信号的反馈信号SFB传达至一次控制器120。如图3H所示，这种通信发生在时间t4与t5之间。该共振具有斜率，并可在如由周期Q3所表示的给定周期内采集。如图3F所示，在时间t4与t5之间，在第一开关S1“切断”的同时，VS1V开始共振。该共振由于电路的磁化电感和寄生电容而发生。另外，应理解取代如在稳态循环期间发生的在反馈信号SFB中传达输出电压的表示，光耦合器110b由通信模块104控制以发送代表负载请求的一系列脉冲。该控制可由通信模块104产生，该通信模块控制第三二次端口 SP3的状态，诸如下拉和释放状态。

应理解这种通信请求的通信可以或可不在一个或多个稳态循通常所需要的周期期间发生。如图3B所示，在将通信请求传达至一次控制器的同时，一次开关和二次开关的控制中断。

根据操作214，一旦一次控制器120接收并译码通信请求，则参考电流和/ 或参考电压信号因此被调整。如上文所讨论的，各种实施例可与PSR、SSR或 CR一起使用，以调整由电力转换器输出的电压和电流。对于至少一个实施例，当二次侧用于控制输出电压时，二次控制器102可通过改变C6的可变参考而调整输出电压。

根据操作216，在时间t6，当取决于是否使用PSR、SSR或CR时，稳态循环操作随着由一次和二次控制器提供的输出电压的正常控制而恢复，而当使用PSR或CR时，输出电流的控制由一次控制器提供。这种控制鉴于先前处理的负载请求而提供。这种稳态循环操作继续，直到接收到新的负载请求或电力转换器“切断”为止。

如上文所讨论且如图3E所示，在通信请求由一次控制器120处理的同时，第一开关S1和第二开关S2的操作中断。这些中断可在提供至适应性装置的输出电压和电流中导致不可预测和不期望的波动。

在图4中，显示一个实施例400：在通信请求正在第2请求循环期间处理的同时，通过将电力转换器的操作维持在第1稳态循环操作条件下而用于调整这种变化。在图4中，与先前实施例共同的那些组件显示成包含相同部件数字和电路组件。这种组件在本文中未进一步描述。根据该第二实施例，经修改的一次控制器420包括采集和保持反馈电路428。采集和保持反馈电路提供第一实施例的反馈电路128的所有功能和组件，但还包括如下文进一步描述的额外电路和连接。

更具体地说，虽然反馈电路128及采集和保持反馈电路428二者在稳态循环操作期间接收反馈信号SFB并作为VFB信号转送至第一比较器130，但是采集和保持电路428进一步构造成在第1稳态循环期间逐个循环地保持紧接之前一个传达的VFB信号。一旦请求周期开始，则采集和保持反馈电路428将先前存储的VFB输出至第一比较器130，且因此一次控制器120继续在请求循环期间使用第1稳态循环的设定恢复开关循环。一次控制器120从而最小化和/或避免在没有采集和保持反馈电路428的情况下可发生的、发生在输出电压和电流中的可能波动。

通过替代操作500将供采集和保持反馈电路428使用的处理流程中的这种修改显示于图4和图5中。此外，如图6所示，采集和保持反馈电路428的使用导致一次开关S1和二次开关S2中的每一个继续稳态循环操作，如针对一次开关和一次电流IP的图6B和图6C及针对二次开关和二次电流IS的图6D和图 6E所示。根据至少一个实施例，在t1接收到装置信号SD时，将如第一实施例从t3至t6发生的所示的请求循环的延长的切断周期缩短(见图3)，且第1稳态循环操作在时间tssr恢复。

鉴于一次开关S1和第一线圈L1继续循环，第一开关电压信号VS1V和成比例的一次电压信号SPVS迅速地恢复稳态循环操作，如在图6中在时间tssr恢复所示。然而，与第一实施例不同，不会发生单独的共振周期，诸如图3中所示的周期Q3。因此，检测器电路124构造成针对一个占空比并关于先前在QR周期期间采集的斜率而检测在周期Q2发生的斜率的变化。

虽然已于上文使用某些程度的特殊性或参考一个或多个独立实施例描述本公开的各种实施例，但是所属技术领域的技术人员可在不脱离本公开的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行许多更改。因此设想其他实施例。其意图是应该将包含在以上描述中和显示在附图中的所有内容解释为仅仅是实施例的说明而非限制。对第一、第二等端子、线圈、组件或其他事物的参考仅用于解释和清楚的目的而未意图限制。可在不脱离如权利要求所界定的本公开的基本元素的情况下在细节或结构上进行变化。