CN107528486A - 具有输出电压保护的隔离式功率转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于将电源递送到负载的设备，所述设备包括将初级侧上的输入功率转换为次级侧上的节点处的输出功率和供应电压的隔离式功率转换器。在所述次级侧上，负载开关位于到所述负载的电流路径上。次级侧控制电路系统控制所述负载开关以在电流被提供到所述负载的接通模式中操作，且响应于与所述供应电压的有效突然断接对应的故障条件而将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式。

Description

具有输出电压保护的隔离式功率转换器
技术领域
本公开的方面涉及AC/DC电源是跨越电流性隔离而转换为DC电源的隔离式功率转换电路(例如，例如反激式转换器的隔离式功率转换器)。
背景技术
在各种实例中，针对由转换器递送到电路系统的电源的量的需求正日益增加。举例来说，移动电话具有针对较快充电的消费者需求。高电压可用以针对电池组递送快速充电。递送到电路系统的电压对于转换器(例如移动电话的充电器)来说还必须兼容。许多充电器起始于5伏特(V)而操作且将电压协商到较高电压，例如，9V、12V或20V。不同标准用以协商电压，例如通用串行总线电源递送(USB-PD)和/或快速充电，以及其它标准。在发生故障条件时，需要保护已连接的电路系统。
对于多种应用，这些和其它事项已向转换器和电压保护实施方案的效率呈现挑战。
发明内容
各种例子实施例涉及例如上文所处理的问题和/或其它问题的问题，所述问题可从以下关于隔离式功率转换器和用于由此类转换器供电的负载电路系统的输出电压保护的公开变得显而易见。
在某些例子实施例中，本公开的方面涉及隔离式功率转换器的次级侧上的负载开关，且响应于到次级侧控制电路系统的供应的断接，使用负载开关以阻断到负载的电流路径。
在更具体的例子实施例中，一种设备将电源递送到负载，所述负载具有从所述设备汲取电源的电路系统。所述设备包括隔离式功率转换器，所述隔离式功率转换器通过在所述隔离式功率转换器的次级侧上的节点处提供供应电压而对所述隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率作出响应。所述初级侧包括限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供所述供应电压的程度的初级侧控制电路系统。在由供应电压供电的次级侧存在且从所述供应电压断接时，所述初级侧控制电路系统可限制所述供应电源。在各种具体方面中，所述电源受到控制回路限制，但在从所述供应电压突然断接的状况下，所述负载开关断开。在所述控制回路(例如，光电反馈)因从供应电压断接而不良好地工作时，所述初级侧可触发过电压保护(例如，初级过电压保护)且由此限制电源。所述次级侧包括负载开关、次级侧控制电路系统，和在所述供应电压存在时汲取电源的电路系统。所述负载开关被配置成沿着所述节点与所述负载之间的电流路径。所述次级侧控制电路系统接收所述供应电压(例如，Vcc)且控制所述负载开关。举例来说，所述次级侧控制电路系统控制所述负载开关以在所述电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作。响应于与所述供应电压的有效突然断接对应的故障条件，所述次级侧控制电路系统将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式(例如，使用所述次级侧上的额外供应电压)。
在各种具体实施例中，所述次级侧上的电路系统在所述供应电压存在时(例如在所述负载开关的接通模式和/或关闭模式期间)从所述供应电压汲取电源。响应于从所述供应电压的所述突然断接而使用所述经汲取电源作为额外供应电压(例如，在所述接通模式和/或关闭模式期间充电的附加电压源，所述附加电压源可供在任何时间使用且在所述供应电压断接时使用)，以致使所述负载开关在关闭模式中操作。另外，在从所述供应电压的所述突然断接期间在所述关闭模式中操作的所述负载开关致使所述初级侧控制电路系统响应于所述故障条件且使用所述经汲取电源而限制所述隔离式功率转换器能够供应电源的程度。举例来说，所述次级侧上(例如，在所述负载开关之前的节点处)的所述供应电压增加直到所述初级侧控制电路系统触发初级过电压保护为止。
在各种相关实施例中，在所述供应电压连接在所述次级侧控制电路系统处时，例如在基本功率控制(如本文中进一步所描述)期间或响应于故障条件，所述电路系统用以将反馈提供到所述初级侧以控制所述次级侧上的所述供应电压。举例来说，所述电路系统触发被提供到所述初级侧控制电路系统作为反馈的信号(例如，Vcc电压的电压测量的通信)。所述初级侧控制电路系统通过限制(或增加)所述供应电源而对所述信号作出响应。作为具体例子，所述负载请求电源，且接着由于故障条件，所述负载开关切换以在关闭模式中操作(例如，所述负载开关断开)。最初，所述供应电压(Vcc电压)上升，这是在所述次级侧控制电路系统上通过所述Vcc电压的电压测量而检测到(例如，由电阻分压器电路系统)。所述电路系统将所述供应电压传达到所述初级侧，且因此缩减所递送的电源。
在另一具体例子实施例中，所述隔离式功率转换器的所述初级侧和次级侧上的所述控制电路系统包括USB电源递送(PD)控制器电路。举例来说，一种设备包括隔离式功率转换器，所述隔离式功率转换器通过在所述隔离式功率转换器的次级侧上的节点处提供供应电压而对所述隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率作出响应。在所述隔离式功率转换器的所述初级侧上，初级侧控制电路系统用以限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供所述供应电压的程度。所述次级侧上的负载开关被定位成沿着所述节点与所述负载之间的电流路径。另外，在所述隔离式功率转换器的所述次级侧上，所述USB-PD控制器电路接收所述供应电压且控制所述负载开关。所述USB-PD控制器电路与所述负载传达电压和电流电平。举例来说，在正常操作期间，在所述负载正改变功率模式时，所述负载与所述USB-PD控制器电路通信以改变所述次级侧处的电压的设定值。所述电压的改变的设定值由所述次级侧(例如由光电耦合器)传达到所述初级侧，这引起所述输出电压改变为新值。
所述USB-PD控制器电路进一步控制所述负载开关以在所述电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作。响应于与呈短路或断路形式的有效突然断接对应的所述供应电压的故障条件(以及其它故障条件，例如超负载条件、超温度条件)，所述USB-PD将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式。所述隔离式功率转换器的所述次级侧包括在所述负载开关的所述接通模式期间汲取电源的电路系统。响应于所述USB-PD控制器电路上的所述供应电压不存在的所述故障条件，所述电路系统致使所述初级侧上的所述USB-PD控制器电路限制所述隔离式功率转换器能够供应电源的程度。
在其它具体例子实施例中，所述隔离式功率转换器是可将多个输出电压提供到所述负载的多输出电压转换器(例如，适配器)。举例来说，所述隔离式功率转换器将所述供应电压提供为基于从所述负载到所述次级侧上的所述USB-PD控制器电路的反馈而选择的多个电压中的一个电压，这引起从所述次级侧到所述初级侧的反馈。举例来说，到所述负载开关的输入端处的电压被控制为设定值。在发生故障条件时，所述负载开关在关闭模式中操作(例如，所述负载开关断开)，这引起供应电压增加且由所述次级侧控制电路系统检测。在各种实施例中，先前所描述的反馈是正常反馈行为。举例来说，所述负载开关断开可引起太多的电源被递送且致使Vcc电压上升。反馈回路缩减所递送的电源。所述电路系统(例如，光电耦合器)响应于所述故障条件的指示而触发信号(例如，由所述次级侧上的所述USB-PD控制器电路通过监测Vcc电压、测量输出电流且测量所述负载开关的温度以及其它测量来测量故障条件)，且致使所述初级侧控制电路系统限制隔离式功率转换器供应电源的程度，而不管选择多个电压中的哪一个电压。在所述故障条件与所述供应电压的有效突然断接(在所述次级侧上的所述USB-PD控制器电路处)对应时，所述USB-PD控制器电路使用另一电压电源将所述负载开关切换成关闭模式。举例来说，在所述负载开关处于接通模式和/或关闭模式时，所述次级侧上的电路系统(例如，所述光电耦合器或所述负载开关)汲取电源，且所述经汲取电源用以响应于供应电压的断接而将所述负载开关切换成关闭模式。
各种方法实施例包括通过在隔离式功率转换器的次级侧上的节点处提供供应电压而对所述隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率作出响应。所述供应电压是基于从负载到所述次级侧的反馈而选择的多个电压中的一个电压，所述次级侧与所述初级侧通信。举例来说，所述负载经由特定协议而与所述次级侧控制电路系统通信。在所述次级侧处比较电压的设定值(如由所述负载所传达)与所述供应电压。如先前所论述，在所述节点处从所述初级侧接收所述供应电压，且沿着从所述节点到所述负载的电流路径传递所述供应电压。响应于在所述次级侧控制电路系统处存在所述供应电压，所述方法包括控制负载开关以在所述第一电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作。并且，响应于与呈短路或断路形式的有效突然断接对应的所述供应电压的故障条件，所述方法包括将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式，且由此致使所述初级侧控制电路系统限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供所述供应电压的程度。举例来说，由于断开的负载开关(和没有来自所述次级侧的反馈)，所述次级侧上的Vcc电压上升，且可引起触发初级过电压保护(例如，在所述反馈回路未提供反馈时，触发初级过电压)。在具体例子中，由于所述故障条件，所述光电耦合器无法驱动，例如在所述供应电压在所述次级侧处断接时、光电中的断开或其它故障条件，且反馈并不提供到所述初级侧。
以上论述/概述并非意图描述本公开的每个实施例或每个实施方案。附图和以下详细描述还例示了各种实施例。
附图说明
考虑到以下结合附图的详细描述，可更完整地理解各种例子实施例，附图中：
图1A是示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子的设备级简图；
图1B是示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子的设备级简图；
图2A示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子；
图2B示出根据本公开的次级侧控制电路系统的例子；
图3示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子；以及
图4示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子。
虽然本文中所论述的各种实施例容许修改和替代形式，但在附图中已作为例子而示出所述实施例的方面，且将详细地描述所述实施例的方面。然而，应理解，并不意图将本公开限于所描述的特定实施例。相反地，意图涵盖属于本公开的范围内的包括权利要求书中所限定的方面的所有修改、等效物和替代方案。另外，如在本申请案通篇中所使用的术语“例子”仅是作为说明而非限制。
具体实施方式
本公开的方面被认为适用于多种不同类型的设备、系统和方法，所述不同类型的设备、系统和方法涉及隔离式功率转换器的次级侧上的电路系统，所述隔离式功率转换器在来自初级侧的供应电压存在于次级侧处时汲取电源，且响应于次级侧从供应电压突然断接而使用经汲取电源来致使负载开关在关闭模式中操作。在某些实施方案中，本公开的方面已被示出为在用于被配置成将电源递送到负载(例如，手机)的充电器的上下文时是有益的，所述负载具有响应于充电器的次级侧从充电器的初级侧的供应电压断接而限制递送到负载的输出电压的电路系统。在一些实施例中，次级侧上的电路系统(例如，光电耦合器)汲取电源，且在供应电压不存在时，次级侧控制电路系统使用经汲取电源以将次级侧上的负载开关切换成关闭模式且由此限制递送到负载的输出电压。可通过使用示例性上下文的非限制性例子的以下论述来理解各个方面，但未必受到如此限制。
因此，在以下描述中，陈述各种具体细节以描述本文中所呈现的具体例子。然而，对于本领域的技术人员来说应显而易见，可在没有下文所给出的所有具体细节的情况下实践一个或多个其它例子和/或这些例子的变化。在其它实例中，尚未详细地描述熟知的特征以免混淆本文中的例子的描述。出于说明简易起见，可在不同简图中使用相同参考标号以指代相同元件或同一元件的额外实例。并且，尽管可在一些状况下在个别附图中描述方面和特征，但应了解，来自一个图或实施例的特征可与另一附图或实施例的特征组合，即使所述组合未被明确地示出或明确地描述为组合也如此。
各种电压转换器具有可由功率转换器输出到负载的多个电压。功率转换器指代或包括将电源递送到负载的电路系统。例子转换器包括充电器、适配器等等。在各种实施例中，功率转换器是具有两个隔离式电路系统侧的隔离式功率转换器。隔离式功率转换器转换初级侧上的输入功率且在隔离式功率转换器的次级侧上的节点处提供供应电压(Vcc)。通常，初级侧具有过电压保护。对于单一输出电压，提供过电压保护的电路系统可保护负载的电路系统免受过电压条件。
在多输出电压转换器的情况下，经由供应引脚供应内部电路，且初级侧上的过电压保护可不保护负载电路系统。举例来说，在多输出电压转换器的情况下，装置的初级侧处的过电压保护可在高于多个输出电压中的最高输出电压的情况下触发。根据本公开的各种实施例包括在转换器的次级侧从供应电压断接时限制输出功率。负载开关被布置成沿着被提供供应电压的节点与转换器的次级侧上的负载之间的电流路径。负载开关将负载连接到电流路径或从电流路径断接，这确定输出到负载的电源(例如，到负载的电压或电流)。举例来说，在负载开关的接通模式期间，电流被提供到负载。在关闭模式期间，到负载的电流被阻断。次级侧控制电路系统监测次级侧(例如，在负载开关之前或之后的节点)上的供应电压，且响应于供应电压超过设定值电压(例如，电压范围)而关闭负载开关(例如，断开负载开关)。在供应电压存在于次级侧控制电路系统处时，改变控制信号(例如，来自光电耦合器的电源控制信号)且将控制信号提供到初级侧控制电路系统。在具体实施例中，控制信号包括经由光电耦合器而改变的电源控制信号。改变的电源控制信号可以是确定初级侧处所递送的电源的模拟信号。举例来说，响应于负载开关在关闭模式中操作，供应电压增加，这由次级侧控制电路系统测量(例如，由电阻器分压器电路系统比较所测量的供应电压与设定值电压值)，且触发由光电耦合器提供到初级侧的控制信号(例如，改变电源控制信号)。响应于控制信号，初级侧控制电路系统限制隔离式功率转换器供应电源的程度。
在各种实施例中，发生次级侧控制电路系统从供应电压(Vcc)断接的故障条件。次级侧可包括另一电源以在次级侧控制电路系统从供应电压断接时汲取电源以免于过电压。在负载开关处于接通模式(例如，且供应电压(Vcc)存在)时，次级侧上的电路系统(例如，负载开关的光电耦合器或栅极)汲取电源。举例来说，在具体实施例中，另一电源独立于负载开关何时接通或关闭而存在(例如，具有光电耦合器的光电电压)。在其它具体实施例中，在负载开关在接通模式中操作时存在另一电源(例如，具有负载开关的栅极电压)。次级侧使用经汲取电源(例如额外电源)以将负载开关切换成到负载的电流路径被阻断的关闭模式。响应于负载开关在关闭模式中操作，初级侧控制电路系统限制隔离式功率转换器供应电源的程度。举例来说，如本文中进一步所描述，初级侧响应于负载开关因到初级侧的反馈信号丢失(例如，没有供应电压驱动光电耦合器以提供改变的控制信号)而在关闭模式中操作来触发初级过电压保护。
数个实施例涉及一种用于将电源递送到负载的设备。负载具有由设备输出的电源所供电的电路系统(本文中大体上被称作负载电路系统)。设备是具有两个隔离式侧的隔离式功率转换器：初级侧和次级侧。举例来说，设备包括在初级侧和次级侧上具有电路系统的变压器，所述电路系统通过所述变压器将电源从初级侧转移到次级侧。初级侧包括可限制隔离式功率转换器可供应电源以用于提供供应电压的程度的初级侧控制电路系统。在具体实施例中，负载是手机且设备是充电器。
在各种实施例中，由隔离式功率转换器保护负载和其对应电路系统免受过电压故障条件。举例来说，初级侧包括初级侧控制电路系统以限制用于将供应电压提供到次级侧的经转换电源。虽然初级侧控制电路系统可包括过电压保护电路系统，但可发生与次级侧从供应电压突然断接对应(例如，由次级侧从供应电压突然断接的故障条件造成或在所述故障条件期间发生)且没有反馈提供到初级侧的故障条件。随着初级侧控制电路系统将电源递送到负载而不知道电压何时足够高，初级侧继续提供电源直到初级过电压保护被触发且隔离式功率转换器停止为止(例如，因没有来自次级侧的反馈而触发过电压保护)。初级侧控制电路系统通过监测次级侧电压且响应于次级侧电压达到阈值电压而触发初级过电压保护来提供过电压保护。然而，初级过电压保护可被设置为可对负载电路系统造成损害的电压。次级侧在从供应电压断接时可使用在供应电压存在时汲取电源的电路系统来限制输出到负载的电源。举例来说，次级侧控制电路系统被配置和布置成通过将负载开关切换成关闭模式以在低于阈值电压的电压下限制输出功率来控制隔离式功率转换器能够输出功率的程度。随着次级侧经由供应电压被供电，经汲取电源(例如，次级侧上的额外电源)允许次级侧响应于从供应电压的突然断接而限制供应电源。
次级侧控制电路系统接收供应电压，且响应于故障条件而使用先前在供应电压存在时汲取的电源来限制隔离式功率转换器输出功率的程度。举例来说，次级侧包括在供应电压存在时(例如在负载开关在如下文所论述的接通模式中和/或在各种实施例中的关闭模式中操作时)汲取电源的电路系统，且次级侧控制电路系统响应于与从次级侧控制电路系统处的供应电压的突然断接对应的故障条件而使用经汲取电源将负载开关切换成关闭模式。在各种实施例中，电路系统包括光电耦合器(例如，光电引脚)和/或负载开关的栅极端。
负载开关可沿着节点与负载之间的电流路径而位于次级侧上。接通和关闭负载开关以在接通模式和关闭模式中操作。在接通模式期间，经由从节点到负载的电流路径将电流提供到负载。在关闭模式中，从负载沿着电流路径阻断电流。在各种实施例中，在次级侧控制电路系统从供应电压断接时关闭负载开关。次级侧包括次级侧控制电路系统和在供应电压存在时汲取电源的电路系统(例如，在接通模式和/或关闭模式期间汲取电源的次级侧上的额外电压源)。如先前所描述，在一些实施例中，另一电源独立于负载开关何时接通或关闭而存在(例如，具有光电耦合器的光电电压)。在其它具体实施例中，在负载开关在接通模式中操作时存在另一电源(例如，具有负载开关的栅极电压)。次级侧控制电路系统用以控制负载开关以在接通模式和关闭模式中操作。响应于与次级侧控制电路系统处的供应电压的有效突然断接对应的故障条件，次级侧控制电路系统使用从电路系统汲取的电源将负载开关切换成关闭模式以限制从隔离式功率转换器提供到负载的输出功率。
另外，在各种实施例中且响应于故障条件，次级侧控制电路系统限制由隔离式功率转换器的初级侧供应的供应电源。在供应电压(Vcc电压)存在于次级侧控制电路系统上时，次级侧控制电路系统针对故障条件监测负载开关(例如，Vcc电压、输出电流、温度等等)，且改变通过电路系统(例如，光电耦合器)的电流以致使控制信号被提供到初级侧控制电路系统。在不存在供应电压(Vcc)的情况下，另一电压源用以通过关闭次级侧上的负载开关来降低输出功率。如先前所描述，电路系统在接通模式(和/或在一些实施例中的关闭模式)期间汲取电源，且使用经汲取电源以给另一节点(例如，用以迫使负载开关进入关闭模式的另一电压源)充电。响应于与次级侧控制电路系统从供应电压的有效突然断接对应的故障条件，次级侧控制电路系统使用经汲取电源以将负载开关切换成关闭模式(例如，通过从充电节点汲取电源)且由此限制提供到负载的输出功率(例如，通过限制电压或电流)。并且，作为响应(响应于因负载开关断开而造成的次级侧上的供应电压增加)，初级侧控制电路系统限制所供应的电源以限制提供到次级侧的供应电压(例如，因没有反馈提供到初级侧而触发初级过电压保护)。举例来说，在供应电压存在于次级侧处且负载开关在接通模式中操作时，次级侧电压(Vsec电压)可因所提供的反馈的速度而上升。次级侧控制电路系统经由到初级侧的反馈(例如经由光电耦合器)来调节供应电压。然而，在没有供应电压存在于次级侧处时，没有反馈提供到初级侧，因此次级侧电压保持上升直到触发初级过电压保护为止。
在各种实施例中，隔离式功率转换器是多电压转换器，例如适配器，所述多电压转换器可将多个不同输出电压提供到一个或多个负载。由于多个输出电压，适配器的初级侧始终不能够将过电压保护提供到负载的电路系统。举例来说，在发生与适配器的次级侧处的连接的错误对应的故障条件时，初级侧不能够提供过电压保护直到触发初级过电压保护为止。初级侧通过经由变压器上的绕组监测变压器两端的电压来提供初级过电压保护。在电压变得过高时，触发初级过电压保护。初级侧不知道所需要的输出电压且可仅保护可高于负载可处置的电压的阈值电压。在此类实例中，次级侧用以通过使用在来自初级侧的供应电压断接时存在的次级侧上的电压来提供过电压保护。
作为具体例子，负载开关在转换器的次级侧上，被定位成沿着被提供来自初级侧的供应电压的节点与由转换器供电的负载之间的电流路径。在次级侧控制电路系统上的供应电压断接时，次级侧上的另一电压源存在且用以关闭负载开关。响应于负载开关关闭而阻断到负载的电流路径。
初级侧控制电路系统可触发初级过电压保护。举例来说，初级侧控制电路系统经由变压器上的辅助绕组监测变压器两端的电压。在发生故障条件且负载开关关闭之后，初级侧继续将电源供应到次级侧。举例来说，初级侧控制电路系统继续提供供应电压直到触发初级过电压保护为止。为了保护负载(例如，手机)，次级侧控制电路系统将负载开关切换成关闭模式，且作为响应(例如，响应于次级侧电压上升和没有提供反馈)，次级侧上的供应电压上升直到触发初级过电压保护为止。
在供应电压存在于次级侧控制电路系统处时，电路系统可将指示故障条件的控制信号(例如，基本功率控制信号)提供到初级侧控制电路系统。控制信号包括或指代功率控制信号，所述功率控制信号包括电压，例如所测量的供应电压。响应于控制信号，初级侧控制电路系统限制和/或停止将电源供应到次级侧。在一些实施例中，电路系统包括光电耦合器。光电耦合器汲取电源(例如，第一电压)，所述电源用以在供应电压存在时提供基本功率控制(例如，将光学信号传达到初级侧)。光电耦合器用以在负载开关处于接通模式时汲取电源(例如，用以给光电引脚充电的第二电压)，且经汲取电源用以响应于与从供应电压的突然断接对应的故障条件而关闭负载开关。在其它实施例中，负载开关的栅极端汲取额外电压。在此类实施例中，光电耦合器或其它电路系统(例如，脉冲变压器)用以将通信(例如，基本功率控制或来自故障条件的反馈，其中供应电压存在于次级侧控制电路系统处)提供到初级侧。但实施例并不受到如此限制且包括用以汲取电源且提供通信的多个不同类型的电路系统。
现在转而参看附图，图1A是示出根据本公开的例子隔离式功率转换器的设备级简图。在各种实施例中，隔离式功率转换器是多电压输出适配器。在供应电源断接时，转换器的次级侧防止负载电路系统免受过电压。输入到负载开关110的电压和/或从负载开关110输出(到负载112)的电流是经由从功率转换器的次级侧到初级侧的反馈117和/或经由负载开关110在接通模式和关闭模式中的操作予以控制。在一些实施例中，来自次级侧的反馈117是来自光电耦合器(其存在于初级侧和次级侧两者上，如本文中进一步所描述)的光学信号；然而，实施例并不受到如此限制，且来自次级侧的反馈可由多种机构提供。负载112将反馈119提供到次级侧控制电路系统106以请求不同设定值电压(例如，不同设置)。
如图1A所示出，隔离式功率转换器包括两个侧：初级侧和次级侧。初级侧经由感应而向次级侧提供供应电压(Vcc)。举例来说，隔离式功率转换器将输入电压(Vin)转换为次级侧上的节点处的输出电压和供应电压。举例来说，输入电压包括来自外部源的交变电流(AC)和/或直流电流(DC)。外部源可包括电能传输系统、能量存储装置(例如，电池组和/或燃料电池)、机电系统(例如，发电机或交流发电机)、太阳能功率转换器以及其它电源。在具体实施例中，隔离式功率转换器包括通过将输入功率从为AC的电插座(例如，电插头)转换为DC而向手机提供电源的手机充电器。手机从经转换DC汲取电源且使用DC输出电压以给其电池组充电。举例来说，来自电插座的220V的AC电源被转换为输出到手机的约5V的DC。
初级侧的部分和次级侧的部分包括隔离式电源电路系统(ISO)108。隔离式电源电路系统108包括在转换器的每一侧上的线圈，所述线圈用以通过电磁耦合将电源从初级侧转移到次级侧。
初级侧包括各种电路系统102以使用输入功率而将电流提供到初级侧的绕组。另外，初级侧包括初级侧控制电路系统104。初级侧控制电路系统104提供初级过电压保护。举例来说，初级侧控制电路系统104控制隔离式功率转换器能够供应电源的程度，其可在小于一毫秒的时间帧内(例如，小于一毫秒的十分之一)。然而，在一些实例中，在次级侧处发生故障条件。初级侧可能不知道所需要的到负载112的输出电压(例如，基于电压的设定值)，且到次级侧的反馈用以引起在少于一毫秒的时间内发生的过电压保护(例如，负载开关110在少于从故障条件起的一毫秒的时间内由次级侧控制电路系统106关闭且免于过电压，所述过电压小于初级过电压保护所预防的最大电压)。举例来说，在各种实施例中，在使用次级侧反馈117的情况下，初级侧控制电路系统104控制隔离式功率转换器能够在小于一毫秒的十分之一的时间帧内供应电源的程度。
次级侧包括负载开关110、次级侧控制电路系统106和其它电路系统。负载开关110被定位成沿着被提供供应电压的次级侧上的节点与负载112之间的电流路径。负载112具有从隔离式功率转换器汲取电源的负载电路系统。举例来说，输出电压用以给负载电路系统供电。
负载开关110由次级侧控制电路系统106控制以确定输出到负载112的电源(例如，到负载112的电压或电流)。接通和关闭负载开关110以在接通模式和关闭模式中操作。在接通模式期间，经由从节点到负载112的电流路径将电流提供到负载112。在关闭模式中，从负载112沿着电流路径阻断电流。在各种实施例中，在次级侧从供应电压断接时关闭负载开关110。次级侧控制电路系统106接收供应电压且控制负载开关110以在接通模式和关闭模式中操作。在各种实施例中，次级侧控制电路系统106控制负载开关110以在电流路径用以将电流提供到负载112的接通模式中操作，且响应于与供应电压的有效突然断接对应的故障条件而将负载开关110切换成到负载112的电流路径被阻断的关闭模式。在各种实施例中，通过提供一个或多个控制信号以将负载开关110的栅极端驱动为高或低来控制负载开关110。
一般来说，次级侧控制电路系统106经由供应电压被供电。在次级侧控制电路系统106从供应电压断接时，另一电源用以给次级侧控制电路系统供电。在供应电压存在于次级侧上时，位于次级侧上的电路系统可从供应电压汲取电源。在各种实施例中，在供应电压连接到次级侧控制电路系统106时，次级侧控制电路系统106用以控制初级侧的电源。在供应电压未连接，而次级侧上没有额外保护时，来自初级侧的电源递送继续直到触发初级过电压保护为止(其对于一些负载电路系统来说为过高的电压)。根据本公开的实施例，在供应电压未连接在次级侧控制电路系统106处时，存在于次级侧上的另一电压源用以关闭负载开关110以提供过电压保护。
在各种实施例中，在负载开关110在接通模式和/或关闭模式中操作时(或在供应电压以其它方式存在时)，电路系统汲取电源。在具体实施例中，电路系统包括光电耦合器114和/或负载开关110的栅极端。在一些实施例中，光电耦合器114(例如，光电引脚)汲取不管负载开关的模式而存在的额外电源(例如，经由光电引脚的光电电压)。在其它实施例中，在供应电压存在时，电路系统汲取电源以提供额外次级侧电源。举例来说，在负载开关110的接通模式期间，电路系统用栅极电压来驱动负载开关110的栅极端。响应于与次级侧控制电路系统106从供应电压断接对应的故障条件而使用额外次级侧电源(例如，光电电压或栅极电压)。举例来说，光电引脚可经由光电耦合器114的光电二极管从次级电压线汲取供应电流，且负载开关234的串联电阻器和/或栅极可递送电荷。另外，光电引脚可汲取连续电流，而负载开关110的栅极引脚可供应暂时电流达一段时间。在各种实施例中，电路系统包括逻辑电路系统以感测提供供应电压(Vcc)的端与负载112之间的断接或短路。
响应于故障条件，由次级侧控制电路系统106使用由电路系统汲取的电源(例如，额外电压源)而将负载开关110切换成关闭模式。在负载开关110关闭且没有供应电压存在以将反馈提供到初级侧时，次级侧上的节点处的供应电压增加(例如，到如图1A所示出的负载开关110的左方)，且在所监测的电压达到阈值电压时，初级侧触发初级过电压保护，其用以保护隔离式功率转换器免受损害。
也就是说，负载开关110处于关闭模式会致使初级侧控制电路系统104限制隔离式功率转换器能够供应电源的程度。举例来说，电路系统包括光电耦合器114。在负载开关110的接通模式和/或关闭模式期间，光电耦合器114在激活状态中操作。
光电耦合器114还可用以在供应电压(Vcc)存在于次级侧控制电路系统106处时通过提供包括电压测量的控制信号(例如，基本功率控制信号)而将基本功率控制和/或反馈提供到初级侧。在供应电压高于阈值(例如，设定值)(如由次级侧控制电路系统106所监测)时，光电耦合器114将反馈117提供到初级侧。举例来说，光电耦合器114位于初级侧和次级侧两者上(如由图2A进一步所示出)，且指示供应电压(Vcc)的电压测量的控制信号(呈光学信号形式)由光电耦合器114提供到初级侧控制电路系统104。可使用电阻器分压器电路系统在次级侧处比较设定值电压与供应电压(Vcc)。由次级侧控制电路系统106改变通过光电耦合器114的电流以改变控制信号(例如，改变光学信号)而将电压测量供应为到初级侧控制电路系统104的控制信号。在负载112正改变设定值电压值时，光电耦合器114的控制信号改变且被提供到初级侧控制电路系统104以调整电源递送，使得输出功率(输出电流或电压)处于其预期值。这是功率转换器的基本功率控制行为的例子。响应于供应电压连接在次级侧控制电路系统106处的故障条件，次级侧控制电路系统106将负载开关110切换成关闭模式且可使用同一机构向初级侧提供控制信号。
在供应电压(Vcc)在次级侧控制电路系统106处有效地断接时，通过使用另一电压源(例如，光电引脚或栅极引脚处的电压)来关闭负载开关110而提供功率控制。虽然在一些实施例中可在不关闭负载开关110的情况下触发初级过电压保护，但初级过电压保护可包括可损害已连接的负载112(例如，过高)的电压。次级侧上的电路系统用以汲取另一电源以用于响应于次级侧控制电路系统106处的供应电压的有效断接。
电路系统在接通模式期间从另一节点汲取电源，且响应于与次级侧控制电路系统106处的供应电压的有效断接对应的故障条件，经汲取电源(例如，额外电压电源)用以将负载开关110切换成关闭模式。在各种实施例中，另一节点包括在接通模式期间充电的充电节点。举例来说，另一节点(例如，充电节点)是负载开关110的栅极端和/或光电引脚。电路系统耦合到栅极端(或光电引脚)以用于从充电节点汲取电源以供在关闭模式和接通模式期间在激活状态中操作。次级侧控制电路系统106从充电节点汲取电源(例如，电流)，且在供应电压在次级侧控制电路系统106处断接时使用经汲取电源以关闭负载开关110。
如先前所描述，光电电压(例如，在光电引脚处)可用以关闭负载开关110。在其它实施例中，负载开关110的栅极电压用以关闭负载开关110。举例来说，在以与光电耦合器不同的方式执行基本控制和/或不使用光电电压时，可使用负载开关110的栅极电压。在负载开关110的接通模式中，栅极电压高。在关闭模式中，栅极电压相对于接通模式低。然而，因为负载开关110已经处于关闭模式时，所以栅极电压不用以关闭负载开关110。与此对比，在负载开关110接通时，栅极电压可用以在供应电压在次级侧控制电路系统106处断接时关闭负载开关110。在具体实施例中，次级侧控制电路系统106可在接通模式期间将栅极电压提供到栅极端，且响应于供应电压不存在的故障条件，次级侧控制电路系统106使用负载110处的栅极电压而将负载开关110切换成关闭模式。举例来说，光电引脚可经由光电耦合器114的光电二极管从次级电压线汲取供应电流，且负载开关110的串联电阻器和/或栅极可递送电荷。另外，光电引脚可汲取连续电流，而负载开关110的栅极引脚可供应暂时电流达一段时间。
电路系统可响应于指示故障条件和/或基本功率控制的逻辑信号而改变为激活状态，且触发控制信号(例如，由来自次级侧控制电路系统的电流改变造成的控制信号改变)。如本文中所使用，电路系统的激活状态指代或包括电路系统提供控制信号或从充电节点汲取电源。在一些实施例中，电路系统的激活状态致使/允许负载开关110关闭(例如，经汲取电源)。在关闭模式中操作的负载开关可致使初级侧控制电路系统104通过触发控制信号(例如，在供应电压连接在次级侧控制电路系统106处时)来限制隔离式功率转换器能够供应电源的程度。初级侧控制电路系统104接收控制信号，且作为响应而限制隔离式功率转换器能够供应电源(例如，基本功率控制)的程度。
在各种实施例中，初级侧控制电路系统104另外包括过电压保护电路系统，所述过电压保护电路系统通过停止提供到次级侧的电源来提供过电压保护。举例来说，初级侧控制电路系统104经由变压器处的绕组监测输出电压。举例来说，初级侧控制电路系统在次级侧控制电路系统上的Vcc的存在和不存在两者期间控制供应电源。在过电压保护过程期间，初级侧控制电路系统控制隔离式功率转换器能够供应电源的程度(例如，其小于一毫秒的1/10)。在指示从供应电压的断接的故障条件(或从次级侧提供控制信号且供应电压被连接的其它故障条件)期间，次级侧控制电路系统106通过将负载开关110切换成关闭模式来控制隔离式功率转换器能够在小于一毫秒的十分之一的时间帧内供应电源的程度。
在各种具体实施例中，隔离式功率转换器用于USB-PD。举例来说，初级侧控制电路系统104可以是USB-PD控制器电路的部分，但实施例并不受到如此限制，这是因为初级侧并不知道什么通信协议在负载112与次级侧控制电路系统106之间，而是知道是否基于来自次级侧的反馈和/或因为初级过电压保护的触发而递送更多或更少的电源。在各种具体实施例中，在触发初级过电压保护时，根本不递送电源。在一些实施例中，功率转换器停止直到拔去电源的插头为止。在其它实施例中，在一段时间之后由功率转换器执行系统重启。类似地，电路系统和/或次级侧控制电路系统106是USB-PD控制器电路的部分。在此类实施例中，电路系统可包括被配置成在接通模式和/或关闭模式期间在激活状态中操作的光电耦合器114，且对次级侧上的USB-PD控制器电路作出响应。位于次级侧上的USB-PD控制器电路控制光电耦合器且由此触发控制信号(例如，光电耦合器用以通过改变通过光电耦合器的电流来控制电源)。在其它实施例中，通信变压器用以触发控制信号，且负载开关110上的栅极电压用以在供应电压从次级侧控制电路系统106断接时关闭负载开关110。
图1B是示出根据本公开的例子隔离式功率转换器的设备级简图。在数个实施例中，由图1B所示出的隔离式功率转换器和其中的各种电路系统包括结合图1A所示出和先前所论述的隔离式功率转换器。为了控制输出电压，负载112将反馈119提供到次级侧控制电路系统106以请求不同设定值电压(例如，不同设置)。输入到负载开关110的电压和/或从负载开关110输出(到负载112)的电流是经由从转换器的次级侧到初级侧的反馈117和/或经由负载开关110在接通模式和关闭模式中的操作予以控制。举例来说，响应于设定值电压改变和/或故障条件，经由次级侧上的电路系统(例如，光电耦合器114)将反馈117提供到初级侧控制电路系统。响应于故障条件，次级侧控制电路系统106关闭负载开关110且不将反馈提供到初级侧(例如，由于供应电压的断接)，这引起次级侧上的Vcc增加直到触发初级过电压保护为止。在供应电压(Vcc)在次级侧控制电路系统106处断接的实例中，次级侧上的另一电压源用以关闭负载开关110(例如，使用负载开关110的光电引脚电压或栅极电压)。
如图1B所示出，隔离式功率转换器包括两个隔离式侧：初级侧和次级侧。每一侧具有其自己的接地116、118。初级侧经由电磁耦合将供应电压(Vcc)提供到次级侧。举例来说，隔离式功率转换器通过在次级侧上的节点处提供供应电压而对输入功率(例如，输入电压(Vin))作出响应。初级侧的部分和次级侧的部分包括隔离式电源电路系统(ISO)108。隔离式电源电路系统108包括在转换器的每一侧上的线圈，所述线圈用以通过电磁耦合将电源从初级侧转移到次级侧。
初级侧包括各种电路系统102以使用输入功率将电流提供到初级侧的绕组。另外，初级侧包括初级侧控制电路系统104，初级侧控制电路系统104响应于来自次级侧的反馈117而控制隔离式功率转换器能够在大于一毫秒的时间帧内供应电源的程度(例如，经由初级侧控制电路系统)，且次级侧控制隔离式功率转换器能够供应电源的程度。
次级侧包括负载开关110、次级侧控制电路系统106和其它电路系统。负载开关110受到次级侧控制电路系统106控制以在接通模式和关闭模式中操作。如先前所论述，响应于与供应电压的有效突然断接对应的故障条件，负载开关110切换成关闭模式，且电路系统用以将反馈117提供到初级侧以控制输出功率。
在供应电压存在于次级侧上时，位于次级侧上的电路系统可从供应电压汲取电源。在各种实施例中，在供应电压从次级侧控制电路系统106有效地断接时，电路系统从光电电压和/或负载开关110的栅极电压汲取电源，且经汲取电源用以关闭负载开关110。电路系统可包括各种反馈控制电路系统120。举例来说，电路系统包括光电耦合器(例如，光电耦合器114)、变压器(例如通信或脉冲变压器)和/或负载开关110的栅极端。
根据各种实施例，隔离式电源电路系统是多输出电压适配器。举例来说，次级侧控制电路系统106是从负载112接收控制信号的电源递送控制器电路的部分。隔离式功率转换器经由初级侧控制电路系统104将供应电压(Vcc)提供为基于从负载112到电源递送控制器电路的反馈而选择的多个电压中的一个电压。举例来说，光电耦合器114触发信号(例如，功率控制信号)且响应于来自负载112的控制信号(例如，反馈119)而将反馈117提供到初级侧。在发生故障条件时，由次级侧关闭负载开关110以防止对负载112的过电压损害，这是因为初级侧处的过电压保护引起可损害负载112的电压输出。
根据数个实施例，隔离式功率转换器将隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率转换为输出功率且提供次级侧电压(Vsec)。在关闭模式期间和/或在供应电压断接时，次级侧上的电路系统从次级侧电压汲取电流以在次级侧上提供另一电源。通过从额外次级侧电压汲取电流，在不存在供应电压(Vcc)的情况下，次级侧控制电路系统106能够致使负载开关110在从供应电压(例如，次级侧电压)断接时关闭。
图2A示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子。
在各种实施例中，在初级侧处，反激式转换器已连接，然而，根据本公开的实施例并不受到如此限制，且可使用多种不同的电源隔离式拓扑。功率转换器的初级侧上的输入功率被转换和提供为功率转换器的次级侧上的节点处的供应电压(Vcc)。在次级侧处，次级侧控制电路系统232用以将反馈提供到初级侧。在供应电压从次级侧控制电路系统232断接(例如，次级侧控制电路系统232的VCC引脚238未连接)时，次级侧控制电路系统232不具有用以驱动反馈的电源。在各种实施例中，光电耦合器236-1、236-2用以与初级侧通信以提供反馈。初级侧控制电路系统230可在不知道负载所需要的输出电压的情况下将电源递送到输出端。随着初级侧控制电路系统230将电源递送到负载而不知道电压何时足够高，初级侧继续提供电源直到触发初级过电压保护且隔离式功率转换器停止为止。如结合图2B进一步所描述，次级侧控制电路系统232和初级侧控制电路系统230可包括数个不同的可商购的控制器，所述控制器可与反馈一起使用，如本文中的各种附图所示出。
如图2A所示出，负载开关234用于输出端处且，在供应电压断接(例如，VCC引脚238未连接)时关闭。在一些实施例中，在不存在内部电源来关闭负载开关234时，负载开关234另外因为栅极端与源极端之间的负载开关234处的电阻而关闭。一般来说，因为电荷泵产生栅极电压，所以这个电阻器可以是高欧姆。另外，低欧姆电阻器可增加损耗。
为了比电阻更快地关闭负载开关234，次级侧上的电路系统(例如，与光电耦合器236-1、236-2对应的光电引脚和/或负载开关234的栅极电压)在供应电压存在时汲取电源。这种经汲取电源用以由次级侧控制电路系统232关闭负载开关234。一般来说，次级侧上的所有电路系统皆经由VCC引脚238被供应电源。因为这种引脚未连接，所以使用经汲取电源(例如，光电电压或栅极电压)。有时被称作“额外次级侧电源”的这种汲取电源是从供应电压汲取且在供应电压断接时使用。在一些实施例中，汲取电源的电路系统是负载开关234的栅极端。在其它实施例中，且光电耦合器236-1、236-2经由光电引脚240汲取电源。
如所示出，光电耦合器236-1、236-2耦合到初级侧(例如，部分236-1)和次级侧(例如，另一部分236-2)且用以将反馈提供到初级侧，例如用于基本功率控制。在具体实施例中，耦合到次级侧控制电路系统232的光电耦合器236-1、236-2的部分236-2是或包括二极管，所述二极管基于对其施加的电流来发射光。耦合到初级侧控制电路系统230的光电耦合器236-1、236-2的另一部分236-1是或包括晶体管，所述晶体管是光敏的且检测来自二极管的光(例如，作为用于基本功率控制的控制信号和/或其它反馈)。举例来说，亮光可指示最大电压被测量(例如，减少电源)，且较不亮的光可指示输出功率良好和/或电源过低(例如，增加电源)。
如先前所描述，可使用数个不同的可商购的控制器来实施初级侧控制电路系统和次级侧控制电路系统。可商购的初级侧控制电路系统的例子包括TEA1836T GreenChip开关模式电源供应(SMPS)初级侧控制集成电路系统和TEA1936T GreenChip SMPS初级侧控制集成电路系统，两者皆购自NXP Semiconductors N.V.。图2B示出根据本公开的次级侧控制电路系统的例子，例如为通用串行总线(USB)-电源递送(USB-PD)C型控制器的可商购的次级控制电路系统。然而，实施例并不受到如此限制，且可包括提供从次级侧到初级侧的反馈的多种不同的可商购的控制器，如本文中所描述。
在各种具体实施例中，次级侧控制电路系统(例如图2B所示出的控制电路系统)是具有高集成度且接近全数字最小裸外部组件的USB-PD C型和其它协议控制器。次级侧控制电路系统可驱动N型金属氧化物半导体场效应开关(NMOS)负载开关，且可实现具有超过负载范围的效率的高功率密度SMPS。在结合初级侧控制电路系统而应用时，例子次级侧控制电路系统可满足CoC Tier-2、EuP lot 6、DOE v6能效要求规范。另外，次级侧控制电路系统可合并用于AC到DC SMPS适配器的C型USB-PD协议的全集。例子协议支持包括针对BMC通信的USB-PD C型符合性、其它专有协议支持(例如，快速充电3.0)、CV和CC控制(4级可编程)、宽VCC操作范围(例如，3.2V到20V)、用以直接驱动外部隔离N-MOSFET的SW引脚，和其组合。
如图2B所示出，次级侧控制电路系统可包括微控制器，所述微控制器包括存储器和地址/数据控制电路系统。光电耦合器经由光电引脚而耦合到次级侧控制电路系统。如先前所描述，次级侧控制电路系统使用光电耦合器以将反馈提供到初级侧。举例来说，次级侧控制电路系统使用光电引脚而用电流(其被改变)来驱动光电耦合器。电流改变光电耦合器的信号(例如，光电耦合器的二极管的光学信号)，所述信号由耦合到初级侧控制电路系统的光电耦合器的晶体管感测(且用以改变转换器电源)。
在一些具体实施例中，次级侧控制电路系统的开关引脚(SW引脚)可用以驱动外部负载开关(NMOS)，所述外部负载开关(NMOS)启用或停用超过Vbus的输出功率。在输出电压缩减或C型电缆拆离时，次级侧控制电路系统的放电引脚(DISCH引脚)可允许输出电压以受控的方式放电到USB-PD协议所需要的电压电平。另外，可由次级侧控制电路系统的电荷泵产生栅极电压。
在其它相关具体实施例中，次级侧控制电路系统可提供各种保护，例如超温度保护(OTP)、自适应过电压保护(OVP)、短路保护(SCP)，和/或欠电压锁定(UVLO)保护。其它例子保护包括过电流保护(OCP)、断路接地保护、Vcc到SW短路保护、断路Vcc检测，和CC1/CC2到Vout短路保护。
在一些相关具体实施例中，次级侧控制电路系统可包括各种其它引脚。如先前所描述，次级侧控制电路系统的DISCH引脚可用以使输出电压以受控的方式放电到USB-PD协议所需要的电压电平。VCC引脚用以给次级侧控制电路系统供电。在各种实施例中，响应于VCC的突然断接，使用另一电压源(例如，经由SW引脚的负载开关的栅极电压或光电引脚上的电压)。如先前所描述，外部负载开关受到次级侧控制电路系统控制。本领域的技术人员将了解，引脚SCL(例如，I2C总线串行时钟输入/输出)和SDA(例如，I2C总线串行数据输入/输出)为互集成电路(I2C)(例如，I2C块)的常规引脚。另外，本领域的技术人员将了解，引脚CC1(例如，C型CC1线检测)、CC2(例如，C型CC2线检测)、DP(例如，USB DP输入)和DM(例如，USB DM输入)为USB(例如，USB块)的常规引脚。CC1和CC2引脚可用于插头附接/拆离检测。DP和DM引脚可用于质量控制(例如，QC块到USB I2C适配器(主/从))。举例来说，DP和DM引脚可用以支持专有协议和电池组充电器1.2规范。SGND引脚包括感测接地引脚且GND包括接地引脚，如可为本领域的技术人员所了解。
在数个具体实施例中，次级侧控制电路系统可监测各种故障条件。举例来说，例子次级侧控制电路系统的VSNS引脚用以感测输入电压(例如，指示输入到负载开关的电压的节点处的供应电压)。次级侧控制电路系统的ISENSE引脚可用以感测输入电流(例如，指示输入到负载开关的电流的节点处的电流)。举例来说，ISENSE引脚可用于CC模式、电缆补偿和OCP。如先前所描述，可通过VCC与输出电压之间的电压差监测负载开关的故障条件(例如，经由DISCH引脚和/或结合外部电流限制电阻器的DISCH引脚上的电容)。
在各种具体实施例中，初级侧控制电路系统可用于开关模式电源供应。举例来说，所使用的初级侧控制电路系统可在反激式拓扑中有益于独立地使用或连同次级侧处的例如图2B所示出的USB-PD控制器而使用。内置式绿色功能可在所有功率电平时提供效率。初级侧控制电路系统可在与USB-PD次级侧控制器一起使用时与恒定电压(CV)模式中的5V到20V的宽输出范围内的多输出电压应用兼容。在数个具体实施例中，初级侧控制电路系统和次级侧控制电路系统还支持降至3V的恒定电流(CC)模式操作。
在具体实施例中，在高功率电平时，初级侧控制电路系统在准共振(QR)模式中操作。在较低功率电平时，初级侧控制电路系统切换为频率缩减(FR)或不连续传导模式(DCM)且将峰值电流限制到最小电平。在所有操作模式中使用谷值切换。
在低功率电平时，初级侧控制电路系统可使用突发模式以调节输出功率。已整合特殊光电电流缩减调节，这将所有模式中的平均光电电流缩减到最小电平。这种缩减会确保低功率时的效率和极好的无负载功率性能。随着这种模式中的切换频率大于25kHz且将突发重复率调节到低值，可听的噪声最小化。在突发模式的非切换阶段期间，内部IC供应电流最小化以用于进一步效率优化。
初级侧控制电路系统可包括准确的超功率保护(OPP)。如果输出端短路，那么系统切换为低功率模式。输出电流则限制到较低电平。例子初级侧控制电路系统可使用最小数目的外部组件来实现低成本、有效且可靠的供应，所述供应包括针对高达75W的功率要求的多输出电压支持。
在数个具体实施例中，初级侧控制电路系统的特征可包括支持多输出电压应用的SMPS控制器IC、宽输出范围(CV模式中的5V到20V和CC模式中的3V到20V)，和/或用于整个输出电压范围的效率的自适应双重供应。替代地和/或另外，通过使用根据各种实施例的初级侧控制电路系统，可实现集成高电压启动和X-电容器放电、在启动期间的连续Vcc调节和经由HV引脚的保护，以及集成软启动。其它一般特征可包括允许最小Vcc电容值、启用低无负载功率(在5V输出时20mW)的缩减光电电流，和从0到满载的快速瞬态响应。另外，初级侧控制电路系统可在正常操作期间提供低供应电流(例如，0.6mA而无负载)且在非切换状态期间在突发模式中提供低供应电流(例如，0.2mA)。
在相关具体实施例中，初级侧控制电路系统的保护特征可包括用于系统故障条件的电源电压补偿超功率保护(OPP)、超温度保护(OTP)、集成超功率超时，和集成重启计时器。额外保护特征可包括准确的过电压保护(OVP)、用于安全重启保护的通用输入端；与系统超温度保护(OTP)一起使用的驱动器最大接通时间保护，和插电保护和拔电保护。
图3示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子。更具体地说，图3示出在供应电压断接(例如，Vcc引脚未连接)时关闭负载开关356的隔离式功率转换器的次级侧。
通常，可经由Gate_drive信号驱动负载开关356的栅极端。在这种信号高时，负载开关356的栅极端被驱动到栅极电压(例如，被迫使高)。在Vcc断接时，次级侧控制电路系统354不具有供应电源。在各种实施例中，在存在内部供应时，另一信号(例如，SUP_OK信号)可高。一旦内部供应消失(SUP_OK＝0)，从光电引脚供应的路径就产生信号(例如，NoVccSupply)。次级侧控制电路系统354提供所述信号以关闭负载开关356(例如，使用次级侧处的另一供应电压来下拉负载开关356的栅极端)在此类实施例中，在供应电压存在且用以关闭负载开关356时汲取光电引脚处的电压。到负载的输出电压则为零，且初级侧350继续递送电源直到由于没有来自次级侧的反馈且转换器停止而触发初级过电压保护为止(例如，系统设法调节Vsec电压，但由于没有供应电压来提供反馈，故触发初级过电压保护)。在各种实施例中，经由初级侧监测变压器电压触发初级过电压保护。
电路系统(例如，光电耦合器352-1、352-2)用以提供基本功率控制且对次级侧上的故障条件作出响应。在一些实施例中，电路系统仅提供反馈。举例来说，控制信号经由次级侧上的电路系统被触发且响应于供应电压存在的故障条件而输出到初级侧控制电路系统，或响应于来自负载的反馈(例如，设定值电压值的改变)而提供反馈。控制信号是由光电耦合器352-1、352-2提供。光电耦合器352-1、352-2是由次级侧电压(Vsec)供电。然而，实施例并不受到如此限制。在一些实施例中，控制信号经由其它机构(例如主变压器的脉冲变压器)提供到初级侧350。
在TEA1905中，机构略微不同，但SUP_OK信号可用以下拉负载开关356的栅极端。光电电压用作供应电压。
图4示出根据本公开的隔离式功率转换器的例子。在各种实施例中，负载开关476自身的栅极电压用以在没有供应电压连接时关闭负载开关476的栅极端。在图4中，示出已关闭电路的原理示意图。图4所示出的负载开关476和其它电路系统为双极晶体管。然而，可使用各种其它电路系统。举例来说，这些双极晶体管可被MOS替换。在各种实施例中，在除了使用光电耦合器472-1、472-2之外的机构用以提供反馈时，或在光电引脚处的电压不用以提供另一电压源时，负载开关476的栅极电压用以在次级侧上提供另一电压源。
在底部的NMOS未被驱动时，则经由电阻器480，激活闩锁且闩锁下拉负载开关476的栅极端。这可在Vcc引脚在运行应用中或在启动期间断接时发生。这个MOS的栅极端可连接到SUP_OK。在这种状况下，在不存在供应电压时，负载开关476放电。栅极端还可由Gate_drive信号驱动。在这种状况下，在不存在内部供应时，Gate_drive信号转到零。举例来说，在使用gate_drive信号时，闸流晶体管电路有助于关闭负载开关476，且此时还存在供应电压。
激活电阻器480还可被1个或更多MOS晶体管替换。在各种实施例中，电阻器480为耦合到负载开关476的栅极端的闸流晶体管电路。闸流晶体管电路可通过闩锁且致使负载开关476维持于关闭模式而对故障条件的指示作出响应。
响应于供应电压已连接的故障条件和/或基本功率控制，控制信号经由次级侧上的电路系统被触发且输出到初级侧470上的初级侧控制电路系统以将反馈提供到次级侧。在各种实施例中，控制信号(例如，功率控制信号)是由光电耦合器472-1、472-2提供。光电耦合器472-1、472-2是经由次级侧电压(Vsec)被供电。在其它实施例中，主变压器的脉冲变压器用以提供反馈。
在一些实施例中，次级侧控制电路系统474从供应电源(例如，Vsec/Vcc)有效地和/或突然地断接。额外电压电源可存在于次级侧上。举例来说，额外次级侧电压是使用负载开关476的栅极端从供应电压汲取且用以给次级侧控制电路系统474供电以在供应电压断接时关闭负载开关476。另外，在一些实施例中，响应于负载开关切换成关闭模式且没有来自次级侧的反馈，初级侧控制电路系统通过触发初级过电压保护来限制供应到次级侧的电源(响应于次级侧电压超过阈值电压，如由初级侧所监测)。然而，实施例并不受到如此限制。
可了解，图3和图4示出转换器的部分，但未示出所有转换器功能性，例如反激式转换器的功能性。此类示出是出于在供应电压在次级侧电路系统处有效地断接时的过电压保护的说明性目的而被提供。
如本文中所示出和描述，隔离式功率转换器(例如图1A和图1B所示出)可用以执行各种方法。在各种实施例中，一种方法包括通过在隔离式功率转换器的次级侧上的节点处提供供应电压而对隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率作出响应。供应电压(Vcc)是基于从负载到初级侧的反馈而选择的多个电压中的一个电压。供应电压(Vcc)是在节点处被接收，且沿着从节点到负载的第一电流路径和到次级侧上的次级侧控制电路系统的第二电流路径传递。响应于在次级侧控制电路系统处存在供应电压，所述方法包括控制负载开关以在第一电流路径用以将电流提供到负载的接通模式中操作。并且，响应于与呈短路或断路形式的有效突然断接对应的供应电压的故障条件，所述方法包括将负载开关切换成到负载的电流路径被阻断的关闭模式，且致使初级侧控制电路系统限制隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供供应电压的程度。举例来说，负载开关断开，Vcc处的电压上升，且反馈回路(例如，到初级侧的反馈)用以限制初级侧的电源递送。然而，在VCC断开时，正常反馈回路可不工作，且次级侧上的另一电压源用以迫使负载开关尽可能快速地进入关闭模式。举例来说，电源的受限制供应可引起提供到节点的供应电压为零。在迫使负载开关进入关闭模式时，Vcc电压可调节(例如)到5V。然而，在由于从次级侧控制电路系统处的供应源的断接而没有控制信号提供到初级侧时，Vcc电压可上升直到初级侧在过电压时检测到为止。在初级过电压保护之前断开负载开关以限制负载处的电压。
例示朝向的术语(例如上部/下部、左方/右方、顶部/底部和上方/下方)可在本文中用以指代如附图所示出的元件的相对位置。应理解，术语仅用于方便标记，且在实际使用中，所公开的结构可不同于附图所示出的朝向而朝向。因此，术语不应被认作限制性。
出于本文献的目的，以下术语和定义适用：隔离式功率转换器指代或包括被配置成将电源递送到负载的电路系统，所述负载包括两个隔离式侧；故障条件指代或包括供应电压与隔离式功率转换器的次级侧的电路系统的断接，以及其它条件，例如超温度、过电流，和通信错误负载以及其它；负载开关指代或包括允许或阻断到负载的电流路径的电路系统；供应电压(Vcc)指代或包括在次级侧上的节点处从初级侧接收电压；转换器输出电压(Vout)指代或包括提供到负载的电压；负载指代或包括消耗电源的装置或组件；负载电路系统指代或包括从设备汲取电源的电路系统；电压降指代或包括输入到负载的电压相较于输出的下降；USB电源递送控制器电路指代或包括被配置成使用USB连接来协商电源的电路系统。
本领域的技术人员将认识到，除非另有指示，否则如本说明书(包括权利要求书)中所使用的各种术语意味本领域中的平常含义。作为例子，本说明书描述和/或示出适用于借助各种电路或电路系统来实施所要求的公开的方面，所述电路或电路系统可被示出为或使用例如块、模块、装置、系统、单元、控制器和/或其它电路型描绘(例如，图1A、图1B和图2的参考标号106和238/230描绘如本文中所描述的块/模块)的术语。此类电路或电路系统与其它元件一起使用以例示可如何以形式或结构、步骤、功能、操作、活动等等来实行某些实施例。举例来说，在上文所论述的实施例中的某些实施例中，在此上下文中的一个或多个所示出的物件表示被配置和布置成用于实施这些操作/活动的电路(例如，离散逻辑电路系统或(半)可编程电路)，如可以图3和图4所示出的方法所实行。在某些实施例中，此类所示出的物件表示一个或多个计算机电路系统(例如，微型计算机或其它CPU)，所述计算机电路系统被理解为包括存储代码(将被执行为指令集的程序)以用于执行基本算法(例如，接收Vcc和Vout，控制负载开关，响应于故障条件而激活电路系统)或如图3和图4所描述的更复杂过程/算法以执行相关步骤、功能、操作、活动等等的存储器电路系统。本说明书还可参考不意味结构的任一属性的形容词(“第一光电耦合器”和“第二光电耦合器”，在此状况下，形容词仅仅用于英语先行词来区分一个此类类似命名的结构与另一类似命名的结构(例如，“第一光电耦合器…”被解释为“光电耦合器”))。另一方面，说明书可参考意欲意味结构的属性的形容词(例如，初级侧控制电路系统)，在此状况下，形容词(例如，控制)指代被命名结构的至少一部分(例如，电路系统)被配置成具有/执行所述属性(例如，控制电路系统指代包括/执行控制的属性的电路系统的至少一部分)。
基于以上论述和说明，本领域的技术人员将易于认识到，可对各种实施例作出各种修改和改变，而无需严格地遵循本文中所示出和描述的示例性实施例和应用。举例来说，如附图中所例示的方法可涉及以各种次序实行的步骤，且保持本文中的实施例的一个或多个方面，或可涉及更少或更多的步骤。举例来说，隔离式功率转换器可在负载开关的接通模式期间汲取次级侧电源以响应于故障条件而关闭负载开关且将反馈提供到初级侧。此类修改并不脱离本公开的各种方面(包括权利要求书中所阐述的方面)的真实精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于将电源递送到负载的设备，所述负载具有被配置成从所述设备汲取电源的负载电路系统，其特征在于，所述设备包括：
隔离式功率转换器，所述隔离式功率转换器被配置和布置成将所述隔离式功率转换器的初级侧处的输入功率转换为所述隔离式功率转换器的次级侧上的节点处的输出功率和供应电压；
在所述隔离式功率转换器的所述初级侧上，初级侧控制电路系统被配置和布置成限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于在输出端处提供所述供应电压的程度；
在所述隔离式功率转换器的所述次级侧上，负载开关被配置和布置成沿着所述节点与所述负载之间的电流路径，所述负载具有被配置成从所述设备汲取电源的负载电路系统；以及
在所述隔离式功率转换器的所述次级侧上，次级侧控制电路系统被配置和布置成接收所述供应电压且控制所述负载开关以在所述电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作，且响应于与所述供应电压的有效突然断接对应的故障条件而将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔离式功率转换器的所述次级侧进一步包括被配置和布置成在所述接通模式期间汲取电源的电路系统，且响应于所述供应电压不存在且所述负载开关被切换成所述关闭模式的所述故障条件，所述次级侧被配置和布置成致使所述初级侧控制电路系统限制所述隔离式功率转换器能够使用所述经汲取电源来供应电源的程度。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔离式功率转换器的所述次级侧进一步包括被配置和布置成汲取电源且给另一节点充电的光电耦合器，且响应于所述供应电压不存在的所述故障条件，所述次级侧控制电路系统被配置和布置成使用所述经汲取电源将所述负载开关切换成所述关闭模式。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔离式功率转换器的所述次级侧进一步包括被配置和布置成在所述关闭模式和接通模式期间在激活状态中操作的光电耦合器，且所述光电耦合器被进一步配置和布置成通过改变为如下所述的状态而对指示所述故障条件的逻辑信号作出响应：在整个所述状态中，所述次级侧控制电路系统被配置和布置成将所述负载开关切换为所述关闭模式且致使所述初级侧控制电路系统限制所述隔离式功率转换器能够供应电源的程度。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔离式功率转换器的所述次级侧进一步包括在所述接通模式期间充电的充电节点，其中所述充电节点包括所述次级侧控制电路系统的光电引脚，且其中所述次级侧控制电路系统被配置和布置成响应于所述故障条件的指示而致使所述负载开关使用来自所述充电节点的经汲取电源在所述关闭模式中操作。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔离式功率转换器的所述次级侧进一步包括在所述接通模式期间充电的充电节点，其中所述充电节点包括所述负载开关的栅极端，且其中响应于所述故障条件的指示，所述次级侧控制电路系统被配置和布置成致使所述负载开关使用来自所述充电节点的经汲取电源在所述关闭模式中操作。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括耦合到所述负载开关的栅极端的闸流晶体管电路，其中所述闸流晶体管电路被配置和布置成通过闩锁且致使所述负载开关维持于所述关闭模式而对所述故障条件的指示作出响应。
8.一种用于将电源递送到负载的设备，所述负载具有被配置成从所述设备汲取电源的负载电路系统，其特征在于，所述设备包括：
隔离式功率转换器，所述隔离式功率转换器被配置和布置成将所述隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率转换为所述隔离式功率转换器的次级侧上的节点处的输出功率和供应电压；
在所述隔离式功率转换器的所述初级侧上，初级侧控制电路系统被配置和布置成限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供所述供应电压的程度；
在所述隔离式功率转换器的所述次级侧上，负载开关被配置和布置成沿着所述节点与所述负载之间的电流路径，所述负载具有被配置成从所述设备汲取电源的负载电路系统；以及
在所述隔离式功率转换器的所述次级侧上，
电路系统被配置和布置成在接通模式期间汲取电源，以及
USB电源递送控制器电路被配置和布置成接收所述供应电压且控制所述负载开关以在所述电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作，且响应于与呈短路或断路形式的有效突然断接对应的所述供应电压的故障条件而使用由所述电路系统汲取的所述电源将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述次级侧进一步包括另一节点，其中所述电路系统被配置和布置成在所述接通模式期间汲取电源以给所述次级侧上的所述另一节点充电，且响应于所述供应电压不存在的所述故障条件而被配置和布置成致使所述次级上的所述USB电源递送控制器电路通过从所述另一节点汲取电源且使用所述经汲取电源将所述负载开关切换成所述关闭模式来限制所述隔离式功率转换器能够供应输出功率的程度。
10.一种方法，其特征在于，所述方法包括：
将隔离式功率转换器的初级侧上的输入功率转换为所述隔离式功率转换器的次级侧上的节点处的输出功率和供应电压，其中所述供应电压是基于从负载到所述次级侧的反馈而选择的多个电压中的一个电压；
在所述节点处接收所述供应电压且沿着从所述节点到所述负载的电流路径传递所述供应电压；
响应于在次级侧控制电路系统处存在所述供应电压，控制负载开关以在所述电流路径用以将电流提供到所述负载的接通模式中操作；以及
响应于与呈短路或断路形式的有效突然断接对应的所述供应电压的故障条件，
将所述负载开关切换成到所述负载的所述电流路径被阻断的关闭模式，以及
致使所述初级侧控制电路系统响应于所述负载开关切换成所述关闭模式而限制所述隔离式功率转换器能够供应电源以用于提供所述供应电压的程度。
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