CN104022654A

CN104022654A - 用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法

Info

Publication number: CN104022654A
Application number: CN201410283441.7A
Authority: CN
Inventors: 杨大勇
Original assignee: Fairchild Semiconductor Suzhou Co Ltd; System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Semiconductor Suzhou Co Ltd; Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明提供一种用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法，所述方法包括下列步骤：在变压器的二次侧致能轻负载情况第一时间期间，在变压器的二次侧产生传送码；在第一时间期间之后，依据传送码在变压器的二次侧产生电流脉冲信号；在变压器的一次侧检测轻负载情况第一时间期间，通过检测变压器的一次侧切换电流来检测电流信号；依据电流信号产生接收码；依据接收码产生电源转换器的输出电流和/或输出电压。传送码与接收码相关。电流脉冲信号与电流信号相关。

Description

用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法

技术领域

本发明是有关于一种可程序化调节一次侧的电源转换器的方法，且特别是有关于一种用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法。

背景技术

各式各样的电源转换器已经广泛地用于提供可调节的电压及电流。为了安全上的考量，离线电源转换器必须在其一次侧及二次侧提供电流的隔离。由于控制电路配置于电源转换器的二次侧，因此，需要光耦合器以及二次侧调节器来调节电源转换器的输出电压和/或输出电流。

如今，可程序化的电源转换器已因其对消费者的便利性而越来越热门。然而，传统的可程序化电源转换器的输出电压和/或输出电流是从可程序化电源转换器的二次侧来调节。二次侧调节的成本相当高，且由于二次侧所需的装置，使得整体电源转换器的体积相当大。本发明的目的在于提供低成本、低装置数量以及高效能的可程序化一次侧调节电源转换器。

发明内容

本发明提供一种用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法，包括下列步骤：在变压器的二次侧致能轻负载情况第一时间期间；在变压器的二次侧产生传送码；在第一时间期间之后，依据传送码在变压器的二次侧产生电流脉冲信号；本发明的方法也包括：在第一时间期间中，在变压器的一次侧检测轻负载情况；通过检测变压器的一次侧切换电流来产生电流信号；依据电流信号产生接收码；依据接收码产生电源转换器的输出电流和/或输出电压。此外，传送码与接收码相关，且电流脉冲信号与电流信号相关。

从另一观点而言，本发明还提供一种用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法。所述方法包括下列步骤：在变压器的二次侧致能轻负载情况；在变压器的二次侧产生传送码；在变压器的一次侧检测轻负载情况；接收接收码并依据接收码产生电源转换器的输出电流和/或输出电压；当输出电压高于高电压门限值时，连接虚拟负载至电源转换器的输出电压。传送码与接收码相关。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例示出的电源转换器电路图；

图2是依据本发明的一实施例示出的控制电路的控制流程图；

图3是依据本发明的一实施例示出的控制电路的控制流程图；

图4是依据本发明的一实施例示出的PSR切换控制电路的电路图；

图5是依据本发明的一实施例示出的PWM电路的电路图；

图6是依据本发明的一实施例示出的码接收器电路的电路图；

图7是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的控制流程；

图8是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的流程；

图9是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的流程；

图10是依据本发明的一实施例示出的虚拟负载电路的电路图。

附图标记说明：

10：电源转换器；

20：移动装置；

11、12、35、711、712、720：电阻；

15、725：变压器；

30、70、60：晶体管；

40：整流器；

45、326、327：电容；

46：虚拟负载电阻；

50：缆线；

100：控制电路；

300：PSR切换控制电路；

310：电压检测电路；

315、325：放大器；

320：电流检测电路；

350：PWM电路；

360：振荡器；

365、367：比较器；

370：与门；

375：触发器；

400：码接收器电路；

450：数字解码器；

460、465：寄存器；

470、475：数字模拟转换器；

480、485：加法器电路；

500：码解调制电路；

700：虚拟负载电路；

710：电压参考装置；

75：电容；

C_S：电流信号；

CLR：清除信号；

I_J：电流调整信号；

I_O：输出电流；

IO_N：通信接口；

I_P：变压器电流；

I_Z：电流；

I_EA：电流回路信号；

I_FB：电流反馈信号；

N_M：数字数据；

PLS：时脉信号；

REF_V、REF_I、I_RF、V_RF：参考信号；

RST：开机重置信号；

RMP：斜波信号；

S_W：切换信号；

S_EN、S_Z：信号；

S110、S200、S510、S600：控制流程；

S580、S600：流程；

S111～S117、S210～S240、S520～S570、S610～S630：步骤；

T_DS：放电时间信号；

V_J：电压调整信号；

V_O：输出电压；

V_S：反射电压；

V_CC、V_DD、V_IN、V_A：电压；

V_EA：电压回路信号；

V_FB：电压反馈信号。

具体实施方式

图1是依据本发明的一实施例示出的电源转换器电路图。一电源转换器10连接至移动装置20，电源转换器10可以是可程序化一次侧调节(primary-side-regulated，简称PSR)电源转换器，但仅为说明之用，本发明不限于此种电源转换器。电源转换器10包括电阻11及12、变压器15、晶体管30、电阻35、整流器40、电容45、PSR切换控制电路300以及虚拟负载电路700，PSR切换控制电路300产生切换信号S_W以通过电阻30切换变压器15。变压器15通过整流器40以及电容45产生输出电压V_O和/或输出电流I_O。虚拟负载电阻46连接至电源转换器10的输出。电阻35与晶体管30串联，用于检测变压器电流I_P以及产生耦接至PSR切换控制电路300的电流信号C_S。

PSR切换控制电路300还通过电阻11及12耦接至变压器15以检测变压器15的反射电压V_S以及去磁(demagnetizing)时间(放电时间信号T_DS)。

电源转换器10的输出通过缆线50连接至移动装置20。因此，电源转换器10的输出电压V_O可在移动装置20制造电压V_DD。电压V_DD等效于电压V_O减去在缆线50上的压降。移动装置20的控制电路100包括耦接至移动装置20的功率管理控制器的通信接口IO_N。控制电路100产生信号S_EN，用于控制晶体管70的开/关。当控制电路100致能信号S_EN以打开晶体管70时，电压V_DD将可供给功率(V_CC电压)至移动装置20的电路。V_CC电压也用于对移动装置20的电池充电。当控制电路100禁能信号S_EN时(即，晶体管70被关闭)，电源转换器10将操作于轻负载。控制电路100还产生信号S_Z以通过晶体管60以及电阻66致能电流I_Z。控制电路100施加信号S_Z以打开晶体管60，使得“码”(即，电流I_Z)可从移动装置20传送至电源转换器10。所述码可用于决定电源转换器10的输出电压V_O和/或输出电流I_O的值。依据本发明，所述码仅可在轻负载期间传送。因此，由电流I_Z产生的所述码可由PSR切换控制电路300适当地检测及接收。

此外，虚拟负载电路700耦接至输出电压V_O，以在输出电压V_O高于一高电压门限值时提供输出电容45一个放电路径。当输出电压V_O设定为预设值和/或缆线50被移除时，虚拟负载电路700可协助电容45更快速地放电。

图2是依据本发明的一实施例示出的控制电路的控制流程图。在本实施例中，控制流程S110可由控制电路100实施。当控制电路100(通过通信接口IO_N)接收来自功率管理控制器的指令时，控制电路100可起始控制流程S110。在步骤S111中，控制电路100判断来自功率管理控制器的指令是否请求改变电源转换器10的输出电压V_O和/或输出电流I_O。若所述指令请求改变输出电压V_O和/或输出电流I_O，则控制电路100将接续进行步骤S113以禁能信号S_EN，并致能轻负载情况。接着，在步骤S115中，控制电路100判断输出电压V_O和/或输出电流I_O是否需要重置为预设值。若输出电压V_O和/或输出电流I_O需要重置为预设值，控制电路100将接续进行步骤S117以让轻负载情况的时间超过KA时间期间(时间延迟)，其中KA为常数。当PSR切换控制电路300检测到轻负载情况的时间超过KA时间期间时，PSR切换控制电路300可输出输出电压V_O和/或输出电流I_O的预设值(例如5伏特/2安培)。若输出电压V_O和/或输出电流I_O不需要重置为预设值，控制电路100可接续执行控制流程S200以发送“码”至PSR切换控制电路300。

图3是依据本发明的一实施例示出的控制电路的控制流程图。在本实施例中，控制流程S200可由控制电路100实施。

在步骤S210中，控制电路100致能轻负载情况超过KB时间期间(时间延迟)，其中KB为小于KA的常数。当PSR切换控制电路300检测到轻负载情况的时间超过KB时间期间(且少于KA时间期间)时，PSR切换控制电路300可致能以接收所述码。在步骤S210之后，控制电路100可执行步骤S220以发送测知要求(PING)信号至PSR切换控制电路300。所述测知要求信号可表征为致能电流I_Z(即，致能信号S_Z)一段TW期间。在步骤S230之后，控制电路100禁能电流I_Z并延迟TU期间。之后，在步骤S240中，控制电路100通过致能电流I_Z(即，致能信号S_Z)一段TX期间并禁能电流I_Z(即，禁能信号S_Z)一段TY期间来发送所述码至PSR切换控制电路300。所述码可以是数字数据信号和/或频率信号。

图4是依据本发明的一实施例示出的PSR切换控制电路的电路图。请参照图1至图4，变压器15的反射电压V_S经配置以产生信号V_EA，其关联于输出电压V_O。关联于电流信号C_S的去磁时间(信号T_DS)产生关联于输出电流I_O的信号I_EA。信号V_EA用于发展用于调节输出电压V_O的电压反馈回路。信号I_EA用于发展调节输出电流I_O的电流反馈回路。

PSR切换控制电路300包括电压检测电路310、放大器315以及325、电流检测电路320、电容326及327、脉冲宽度调制(pulse width modulation，简称PWM)电路350以及码接收器电路400。电压检测电路310反应于反射信号V_S产生电压回路信号V_EA以及放电时间信号T_DS。电压回路信号V_EA关联于输出电压V_O。放电时间信号T_DS关联于变压器15的去磁时间。电流检测电路320反应于电流信号C_S以及放电时间信号T_DS而产生电流回路信号I_EA。电流回路信号I_EA关联于输出电压I_O。电压检测电路310以及电流检测电路320有关于电源转换器的PSR技术。

电压回路信号V_EA耦接至放大器315以依据参考信号REF_V产生电压反馈信号V_FB，电容327耦接至电压反馈信号V_FB，用于回路补偿。电压回路信号I_EA耦接至放大器325。关联于参考信号REF_I的电流回路信号I_EA产生电流反馈信号I_FB。电容326耦接至电流反馈信号I_FB，用于回路补偿。码接收器电路400耦接以反应于所述码以及开机重置信号RST，而产生参考信号REF_V及REF_I。所述码是依据对电流回路信号I_EA解码而产生。参考信号REF_V运作为用于调节电源转换器10的输出电压V_O的电压参考信号。参考信号REF_I运作为用于调节电源转换器10的输出电流I_O的电流参考信号。

PWM电路350针对电压反馈信号V_FB、电流反馈信号I_FB以及开机重置信号RST而产生切换信号S_W。

图5是依据本发明的一实施例示出的PWM电路的电路图。PWM电路350包括振荡器360、比较器365及367、与门370以及触发器375。振荡器360产生时脉信号PLS以及斜波(ramp)信号RMP。时脉信号PLS期间性地通过触发器375启动切换信号S_W。一旦比较器365及367中的斜波信号RMP高于电流反馈信号I_FB或是电压反馈信号V_FB，切换信号S_W将被关闭。

图6是依据本发明的一实施例示出的码接收器电路的电路图。码接收器电路400包括数字解码器450、寄存器460及465、数字模拟(digital-to-analog，简称DAC)转换器470及475、加法器电路480及485，以及码解调制电路500。码解调制电路500反应于电流回路信号I_EA以及开机重置信号RST而产生解调制信号以及清除信号CLR。解调制信号耦接至数字解码器450以产生数字数据N_M。数字数据N_M被储存至寄存器460及465。寄存器460耦接至数字模拟转换器470以产生电压调整信号V_J。加法器电路480通过加总参考信号V_RF以及电压调整信号V_J而产生参考信号REF_V。

寄存器465耦接至数字模拟转换器475，用以产生电流调整信号I_J。加法器电路485通过加总参考信号I_RF以及电流调整信号I_J来产生参考信号REF_I。因此，参考信号REF_V以及参考信号REF_I由来自移动装置20的所述码(即，控制电路100的信号S_Z)程序化。

开机重置信号RST也耦接以产生清除信号CLR。当请求输出电压V_O和/或输出电流I_O被要求为预设值时，码解调制电路500将产生清除信号CLR。清除信号CLR耦接以重置寄存器460及465，用于将电压调整信号V_J的值以及电流调整信号I_J重置为0。因此，参考信号REF_V将反应于清除信号CLR而被设定为预设值(例如参考信号V_RF)。此外，一旦产生清除信号CLR，参考信号REF_I将被设定为预设值(例如，参考信号I_RF)，用于调节输出电流I_O。

图7是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的控制流程。控制流程S510可由码解调制电路500实施。电流回路信号I_EA代表输出电流I_O。在步骤S520中，电流回路信号I_EA将与轻负载门限值IT1比较以起始计时器TA。当电流回路信号I_EA的值低于轻负载门限值IT1时，轻负载情况被检测到。具体而言，若输出电流I_O(即，电流回路信号I_EA)高于轻负载门限值IT1计时器TA，且计时器TA高于0时，码解调制电路500从计时器TA减去值Y，否则设定计时器TA为0。另一方面，若输出电流I_O低于轻负载门限值IT1计时器TA，且计时器TA低于K1期间时，码解调制电路500加总值X至计时器TA，否则设定计时器TA为K0。

在步骤S530中，码解调制电路500判断计时器TA是否等于K1期间。若是，控制流程S510接续进行步骤S540，否则，控制流程S510返回步骤S520。

在步骤S540中，若输出电流I_O高于轻负载门限值IT1计时器TA，码解调制电路500致能COM。另一方面，若输出电流I_O低于轻负载门限值IT1计时器TA，且计时器TA低于K2期间时，码解调制电路500加总值X至TB，否则设定TB为K1期间。

在步骤S550中，码解调制电路500判断COM是否致能。若COM为致能，控制流程S510接续进行步骤S560，否则，控制流程S510接续进行步骤S570。

在步骤S560中，码解调制电路500判断输出电流I_O(即，电流回路信号I_EA)是否为测知信号。若输出电流I_O为测知信号，控制流程S510接续进行流程S600，否则控制流程S510返回步骤S540。

在步骤S570中，码解调制电路500判断计时器TA是否计时超过K2期间。若是，控制流程S510接续进行流程S580，否则控制流程S510返回步骤S540。

一般而言，若电流回路信号I_EA的值低于轻负载门限值IT1超过K2时间期间，则清除信号CLR将在流程S580中产生以将输出电压V_O和/或输出电流I_O重置为预设值。

图8是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的流程。在流程S580中，码解调制电路500产生清除信号CLR以清除寄存器460及465，用以将输出电压V_O和/或输出电流I_O重置为预设值。

图9是依据本发明的一实施例示出的码解调制电路的流程。流程S600可由码解调制电路500实施。在步骤S610中，码解调制电路500测量“电流回路信号I_EA高于轻负载门限值IT1”的时间期间TP1以及“电流回路信号I_EA低于轻负载门限值IT1”的时间期间TP2，并依据时间期间TP1及时间期间TP2产生接收的码。在步骤S630中，码解调制电路500发送接收的码至解码器450以产生输出电压V_O和/或输出电流I_O。

图10是依据本发明的一实施例示出的虚拟负载电路的电路图。在本实施例中，虚拟负载电路700包括电压参考装置710、电阻711、712及720和晶体管725。电压参考装置710，例如是齐纳二极管(Zener Diode)，耦接以通过电阻711及712打开晶体管725。电阻720与晶体管725串联。当输出电压V_O高于高电压门限值时，电阻720将耦接至输出电压V_O。高电压门限值(例如是5.6伏特)由电压参考装置710决定。

提供一种特定的通信协议，用于输出电压和/或输出电流的设定。可程序化电源转换器提供大范围的输出电压和/或输出电流，例如是5至20伏特和/或0.5至5安培。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种用于控制可程序化调节一次侧的电源转换器的方法，其特征在于，包括：

于第一时间期间，一轻负载情况在变压器的二次侧致能；

在该变压器的该二次侧产生传送码；

在该第一时间期间之后，依据该传送码在该变压器的该二次侧产生电流脉冲信号；

于该第一时间期间，在该变压器的一次侧检测该轻负载情况；

通过检测该变压器的一次侧切换电流检测电流信号；

依据该电流信号产生接收码；

依据该接收码产生该电源转换器的输出电流和/或输出电压；

其中，该传送码与该接收码相关，该电流脉冲信号与该电流信号相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该电流信号是依据该一次侧切换电流以及该变压器的去磁时间而检测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

于第二时间期间，该轻负载情况在该变压器的该二次侧致能；

检测该轻负载情况，并在该第二时间期间之后在该变压器的该一次侧产生预设设定信号；

当该预设设定信号产生时，产生该输出电流和/或该输出电压的该预设值，

其中该第二时间期间比第一时间期间长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该输出电压依据该电压器的反射电压而调节。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该输出电流依据电流回路信号而调节，其中该电流回路信号反应于该变压器的该一次侧切换电流以及该变压器的去磁时间而产生。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该轻负载情况通过关闭晶体管而达成，其中该晶体管连接以对电池充电。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该传送码为频率信号和/或数字数据信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在传送该传送码之前，传送测知要求信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该轻负载情况由移动装置致能。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该传送码在该移动装置中产生。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当该输出电压高于高电压门限值时，连接虚拟负载至该电源转换器的该输出电压。

12.一种用于可程序化调节一次侧的电源转换器的方法，其特征在于，包括：

一轻负载情况在变压器的二次侧致能；

在该变压器的该二次侧产生传送码；

在该变压器的一次侧检测该轻负载情况；

接收接收码并依据该接收码产生该电源转换器的输出电流和/或输出电压；以及

当该输出电压高于高电压门限值时，连接虚拟负载至该电源转换器的输出电压，

其中，该传送码与该接收码相关。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该输出电压依据该变压器的反射电压而调节。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该输出电流依据电流回路信号而调节，其中该电流回路信号反应于该变压器的该一次侧切换电流以及该变压器的去磁时间而产生，该电流回路信号的值与该变压器的输出电流值相关。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该传送码为频率信号和/或数字数据信号。