CN110063006B - 用于跨越隔离屏障传输功率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

通常希望在以相对高的电压操作的电路或组件与以相对低的电压操作的电路之间传输数据。可以通过使用隔离器来执行这样的任务。一些隔离器设计使用磁耦合来传输数据，因为这对于无意中传输高压瞬变比基于电容器的隔离器更加鲁棒。然而，通常希望对数据进行编码以便在隔离器的变压器之间进行交换，并在通过变压器传输之后进行解码。这需要为编码和解码电路供电。为了确保双方都通电，可以通过另一变压器传递电力。变压器初级由振荡信号驱动。在本文的一些实施例中公开的系统改变振荡信号的频率以减轻其干扰与隔离器相关联的其他电路或系统的风险。

Description

用于跨越隔离屏障传输功率的系统和方法
相关申请
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2016年10月13日根据代理人案卷号G0766.70130US00提交的题为“用于跨越隔离屏障传输功率的系统和方法”的美国临时申请序列号No.62/408,017的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于跨越隔离屏障传输功率并且修改用于传输功率的振荡信号的频谱分布的系统和方法。本公开还涉及包括数据隔离器通道和功率传输电路的集成电路，用于为数据隔离器通道中的电路供电，使得数据可以在第一和第二电压域之间通信。
背景技术
已知提供用于将电力从隔离屏障的第一侧传递到隔离屏障的第二侧的系统。例如，芯片级封装内部的组件可以在两个单独的电压域中起作用，每个电压域位于隔离屏障的不同侧。隔离器的第一侧上的电压域可以是相对低的电压域，并且因此可以设置有低压电源和接地连接。相反，隔离器第二侧上的电压域可能更高或可能未知。或者，即使它名义上与第一电压域操作考虑相同或对故障条件的响应仍然可以使电流隔离成为可取的。隔离器包含隔离屏障，以将第一侧与第二侧电隔离，使得隔离屏障第一侧上的电子元件不会被第二侧上的高、意外或未知电压和电流损坏，但是以这种方式两个独立电压域中的电路或系统可以通信。
例如，可能需要将功率从隔离屏障的第一侧传递到第二侧，以便为第二侧上的电子部件供电，例如用于在隔离屏障上传播数据的数据接收器和发射器。另外，可能需要在不同电压域之间传输数据或控制信号，以便启动和控制从隔离屏障的第一侧到第二侧的电力传输。
当从隔离屏障的第一侧向隔离屏障的第二侧上的部件提供电力时系统的操作可能导致产生不希望的电干扰或噪声。对于靠近电力传输系统的电气部件，该电噪声可能是有问题的。因此，一直希望开发用于处理在隔离屏障上传输电功率或电荷时产生的干扰的系统和方法。
发明内容
在本公开的第一方面，提供一种用于跨越隔离屏障传输电力的电力传输系统。电力传输系统包括变压器，在所述隔离屏障的第一侧具有初级绕组和在所述隔离屏障的第二侧具有次级绕组。电力传输系统还包括振荡器，被配置为在变压器的初级绕组中建立振荡功率信号，该信号转移到变压器的次级绕组。系统还包括构件，被配置为抖动振荡功率信号的参数以修改由系统产生的噪声的频谱分布。
还提供了一种包括在芯片级封装中并适于在第一和第二电压域之间传输数据的隔离器，其中具有电路的隔离器由电力传输系统供电，该电力传输系统可操作以向作为电力传输系统一部分的振荡器添加变化或扰动。
还提供了一种跨越隔离屏障传输电力的方法，该方法包括：在隔离屏障的第一侧产生振荡功率信号；将振荡功率信号从隔离屏障的第一侧传送到隔离屏障的第二侧；和抖动振荡功率信号以修改振荡功率信号的频谱分布。
还提供一种用于跨越隔离屏障传输电力的系统，该系统包括隔离器和跨越隔离屏障的第一和第二侧的变压器，变压器在所述隔离屏障的第一侧具有初级绕组和在所述隔离屏障的第二侧具有次级绕组。隔离屏障的第一侧上的振荡器被配置为向变压器的初级绕组提供振荡功率信号。在隔离屏障的第二侧上的功率接收器耦合到变压器的次级绕组并且被配置为在电荷存储装置中存储来自所传送的振荡功率信号的电荷。控制电路耦合到功率接收器以便确定电荷存储装置处的电压，并且被配置为产生伪随机数或序列，其以基于电压的速率改变值。振荡器驱动器通过隔离器耦合到控制器，以便接收伪随机数并控制振荡器以根据伪随机数或序列建立振荡功率信号。
根据实施方案提供了一种跨越隔离屏障传输电力的方法。该方法包括：在所述隔离屏障的第一侧中产生振荡功率信号；将振荡功率信号从隔离屏障的第一侧传送到隔离屏障的第二侧；在隔离屏障的第二侧存储来自传输的振荡功率信号的电荷；产生伪随机数，该伪随机数基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量以一定速率改变值；和将伪随机数从隔离屏障的第二侧传送到隔离屏障的第一侧，使得根据伪随机数值产生振荡功率信号。
根据本申请的方面，提供一种用于跨越隔离屏障传输电力的系统。该系统包括：变压器，在所述隔离屏障的第一侧具有初级绕组和在所述隔离屏障的第二侧具有次级绕组；振荡器，耦合到所述初级绕组并且被配置为在所述初级绕组中建立振荡功率信号；和抖动电路，耦合到所述振荡器并被配置为抖动所述振荡功率信号的参数。
根据本申请的方面，提供一种跨隔离屏障传输电力的方法。该方法包括：在所述隔离屏障的第一侧中产生振荡功率信号；将所述振荡功率信号从所述隔离屏障的第一侧传送到所述隔离屏障的第二侧；和抖动所述振荡功率信号以修改所述振荡功率信号的频谱分布。
根据本申请的方面，提供一种用于跨越隔离屏障传输电力的系统。所述系统包括：分离所述隔离屏障的第一侧和第二侧的变压器，所述变压器在所述隔离屏障的第一侧具有初级绕组并且在所述隔离屏障的第二侧具有次级绕组；所述隔离屏障的第一侧上的振荡器，被配置为向所述变压器的初级绕组提供振荡功率信号；所述隔离屏障的第二侧上的功率接收器，耦合到所述变压器的次级绕组以接收振荡功率信号；控制电路，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；和振荡器驱动器，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振荡功率信号。
附图说明
通过以下仅作为示例给出的书面描述并结合附图，本发明的实施例将对于本领域普通技术人员更好地理解和变得显而易见，其中相同的附图标记涉及相同的部件，其中：
图1是表示本公开的各种实施例可以在其中操作的示例环境的系统的一部分的框图；
图2是图1的机器内不同电压域之间的隔离屏障的方框图；
图3是US8,736,343的摘录，用于说明图2的数据传输系统；
图4是表示图3电路中所选波形的时序图；
图5是用于跨隔离屏障传输电功率的系统的示意性框图，并且构成本公开的实施例；
图6是根据本公开的教导的用于跨隔离屏障传输电功率的方法的流程图；
图7是根据本公开的实施例的用于跨越隔离屏障传输电力的系统的示意性电路图；
图8是根据本公开的实施例的振荡器的示意电路图；
图9是根据本发明实施例的伪随机数发生器的示意电路图；
图10是根据本发明另一实施例的振荡器的示意电路图；
图11A是根据本公开的实施例的控制器的反馈模块的电路的示意性电路图，图11B是根据另一实施例的控制器的反馈模块的电路的示意性电路图；
图12是与图11A和11B所示电路的操作有关的时序图；
图13是根据本公开的另一个实施例的用于跨越隔离屏障传输电功率的系统的示意性框图。
图14是根据本公开的另一实施例的用于跨越隔离屏障传输电力的系统的示意性框图。
具体实施方式
概述
本公开的各种实施例涉及用于跨隔离屏障传输电功率或电荷的系统和方法。具体实施例涉及修改在传输电力时产生的信号的频谱分布。
图1示出了各种实施例可以在其中操作的示例环境。具体地，环境示出了用于执行诸如工业制造过程的过程的机器1000的一部分。应理解，以下实施例仅被公开以提供非限制性上下文，在该非限制性上下文中可操作或使用本发明的一些实施例。其他实施例可以在不同的环境中操作，例如，在不同的电子设备内。示例电子设备可以包括但不限于消费电子产品、航空航天产品、汽车产品、电子产品的部件、电子测试设备等。示例消费电子产品可包括但不限于无线设备、移动电话(例如，具有相机的智能电话)、计算机监视器、计算机、手持计算机、平板计算机、个人数字助理 (PDA)、微波炉、冰箱、立体声系统、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机(DVR)、MP3播放器、收音机、便携式摄像机、相机、数码相机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、智能手表、时钟等。此外，电子设备可包括未完成的产品。
转到图1中所示的示例，机器1000包括控制器局域网(CAN)总线 1002，其连接到每个：具有电动机驱动器电路的电动机1004、微控制器 1006和位置传感器1008。1006可以经由CAN总线1002将电动机控制信号发送到电动机1004。电动机1004可以按照接收的电动机控制信号的指示操作。位置传感器1008可以与电动机1004相关联，使得它可以确定电动机1004的位置。位置传感器1008可以产生与电动机1004的位置有关的电动机位置数据，并且位置传感器1008可以经由CAN总线1002将电动机位置数据发送到微控制器1006。以这种方式，微控制器1006可以基于接收的电动机位置数据产生电动机控制信号。
机器1000的一个或多个部件可以在与机器1000的一个或多个其他部件不同的电压域中操作。例如，CAN总线1002可以在5V下操作，电机 1004可以在几百伏或更高的电压下操作，微控制器1006可以在3V左右操作，并且位置传感器可以在未知电压下操作。因此，在每个不同的电压域之间，可能需要或必须：(i)将一个电压域与另一个电压域隔离，以及(ii) 促进隔离电压域之间的数据传输。例如，为了将电动机控制信号从微控制器1006发送到电动机1004和电动机驱动电路，控制信号首先需要从微控制器的电压域传输到CAN总线的电压域，其次，控制信号需要从CAN总线的电压域传输到电机的电压域。这可以使用如图2所示的装置来执行。
如图2所示，隔离屏障4的第一侧10上的电路与隔离屏障4的第二侧12上的电路分离。第一侧10可以代表微控制器1006的电压域，第二侧12可以表示CAN总线1002的电压域。提供第一数据传输系统1016，使得数据(例如，电动机控制信号)可以从隔离屏障4从第一侧10传输到第二侧12。可选地，提供第二数据传输系统1018，使得数据(例如，电动机位置数据)可以跨越隔离屏障4并且从第二侧12传递到第一侧10。每个数据传输系统1016、1018包括一侧的发射器(TX)和另一侧的接收器(RX)。发射器和接收器通过隔离器(I)彼此耦合，使得接收器可以从发射器接收数据，但是与其隔离DC。以这种方式，数据可以通过隔离屏障4传输。数据传输通道1016和1018的组件，隔离屏障，从隔离屏障的一侧向另一侧传输数据和电力的组件，一个或多个接收器和功率传输系统 2都可以以单个集成电路类型(芯片级)封装提供，其可以包含一个或多个管芯上的组件。
电源1020位于隔离屏障4的第一侧10上，以便为第一侧10上的电子元件提供电力。另外，第二侧12上的电子组件也可能需要可从电源1020 提供的电力。在某些情况下，第二电压域(侧12)处的功率状态(即，是否存在)可能是未知的，因此即使可以从第二电压域可靠地获得它们的功率并转换为适当的电压，依靠第二电压域的功率来为隔离屏障4的第二侧 12上的接收器和发射器供电也是不明智的。例如，如果第一电压域包括用于控制分布式系统的CPU，然后，基于观察到如果CPU未通电则控制系统将不起作用，可以直接从第一电压域获取第一电压域中的发射器和接收器的功率。如果第一电压域上电，则可以在隔离器上向第二电压域中的发送器和接收器提供电源，从而可以确保这些器件可操作，而不管第二电压域中的电源是否“接通”。因此，提供电力传输系统2以跨越隔离屏障4 将电力从第一侧10传输到第二侧12，以向第二侧12上的电子组件提供电力。
各种实施例提供旨在提供电力传输系统2的功能的系统和方法。以下描述了这些实施例的概述。
在一个实施例中，来自电源1020的DC电力经DC到AC转换，使得电力经由变压器跨越隔离屏障4传输。变压器的初级绕组接收振荡功率信号，该振荡功率信号由位于隔离屏障4的第一侧10上的振荡器产生。功率接收器(例如整流器和存储装置)位于隔离屏障4的第二侧12上，接收并整流传输的振荡功率信号。同样位于隔离屏障4的第二侧上的负载电路布置成从功率接收器接收电力以便操作。以这种方式，可以从隔离屏障 4的第一侧10上的电源1020汲取电功率并将其传输到隔离屏障4的第二侧12以给负载电路供电。负载电路可以是数据传输系统1016的接收器和 /或数据传输系统1018的发送器，和/或其他组件。
系统2可以包括反馈路径(如稍后将更详细讨论的)，以控制或调节从隔离屏障的第一侧10到第二侧12的功率传输。具体地，驱动器可以控制振荡器以基于在第一侧10处接收的控制信号产生振荡功率信号。控制信号可以通过控制器在隔离屏障4的第二侧12上产生。驱动器可以通过跨越隔离屏障4的第一侧和第二侧的另一隔离器从控制器接收控制信号。控制器可以基于由功率接收器存储的电荷量或能量或者在一个负载处的电源电压产生至少一个控制信号。具体地，驱动器可以激活振荡器以基于例如“启用”或“禁用”控制信号或信号的状态产生振荡功率信号。控制信号可以使电力从第一侧10传递到第二侧12，使得由功率接收器存储的电荷量位于可接受的范围内，即，它满足负载电路操作的最低要求，同时避免第二侧12处的过电压状况。
上述系统在集成电路封装内提供可靠的功率传输，使得无论第二电压域的状态如何，第二电压域中的关键部件都可以被供电。如果限制引脚输出，则可以利用这种方法来减少封装中的引脚数量，或者提高某些元件的操作可靠性，例如接收器或控制功率开关晶体管的电路。
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。干扰可以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，使得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振荡电路中以增强初级绕组处的电压。然而，从其他电路的角度来看，这种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。由于振荡器输出聚焦于小范围的频率，因此第一噪声分量(在振荡器频率下)对于相邻的电子元件可能是有问题的。其次，当功率接收器向恒定负载提供功率时，系统2的稳态操作可以是循环的。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，这导致循环充电和放电循环，其具有功率接收器的基本恒定的循环频率。该循环操作可能导致第二噪声分量。此外，这两个噪声分量可以组合以产生组合噪声特征，该组合噪声特征具有在振荡功率信号的振荡频率处的主噪声峰值，其中较小的峰值从振荡器频率偏移开/关切换的循环频率。
为了减轻第一、第二和组合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抖动系统参数以修改振荡器频率分布的特征，例如，在更宽的频率范围上扩展噪声。以这种方式，可以降低给定频率的功率。在下文中，该概念将被称为“噪声扩散”。
在一种方法中，可以抖动振荡器的频率以扩展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。该技术可适用于谐振电路，实际上可应用于可用于开关模式电源的非谐振电路。抖动电路可以包括耦合到振荡器和 /或变压器的多个可单独控制的电容器，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功率信号的振荡频率。可以通过合适的控制器以确定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。
附加地或替代地，控制信号的控制循环周期(例如，接通和断开时间的总和)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振荡器的激活根据控制信号而变化。例如，控制器可以将控制信号形成为表示存储的电荷或功率接收器输出电压的信号与阈值之间的差。阈值可以是固定的或可以是可变的。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，控制器还可以包括电路，该电路被配置为抖动充电电流和/或功率接收器电路的电容，以将抖动添加到控制信号的激活的循环时间。
因此，噪声分量可以在更宽的频率范围上展开，以便导致在任何特定频率下第一和/或第二和/或组合噪声分量的幅度和时间的乘积减小。以这种方式，对于靠近电力传输系统的电子部件，例如在相同或相邻的集成芯片上的电子部件，噪声分量问题较少。以这种方式，可以提供一种系统，其跨越隔离屏障传输电力并且满足电磁干扰(EMI)发射标准，例如用于住宅用途的EMIB类标准。
示例数据传输机制
如上面参考图2所述，第一和第二数据传输系统1016和1018跨越隔离屏障4传输数据。为了完整性，在详细描述本公开的具体实施例之前，以下提供了一种示例机制，通过该机制可以在隔离屏障4上传输数据，参考图3和4。
图3和4公开在Analog Devices Inc.拥有的US8,736,343中，其通过引用并入本文(并且特别是参考US8,736,343的图4、5和6的教导以及详细描述了编码和解码电路的相关文本)。
图3示出了逻辑信号隔离器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器被发送到单个微变压器1210。前沿和下降沿指示器被编码为不同的、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。连接到变压器1210的次级绕组1210B的接收侧电路(通常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建逻辑边缘。应当理解，图3的DATAIN信号可以表示微控制器1006 电压域中的电动机控制信号数据，而图3的DATAOUT信号可以表示CAN 总线1002电压域中的电动机控制信号数据。以这种方式，图3的逻辑信号隔离器1200可以提供图2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，数据可以通过第二逻辑信号隔离器(未示出)在第二隔离器内嵌入第二隔离屏障传输，该第二逻辑信号隔离器类似于图3。一旦第二次传送，数据可由电动机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，示出了一个示例，其中边缘检测器1202 产生两个连续的短脉冲1232和1234作为前沿指示器，而边缘检测器1204 仅产生单个脉冲1236作为下降沿指示器。脉冲1232和1234优选地在它们之间具有已知的固定间隔。如果变压器1210是高带宽微变压器，则脉冲宽度可以窄至1ns或甚至更小。边缘检测器1202和1204的输出由合适的组合逻辑组合，例如通过或门1240，以驱动变压器1210的初级绕组 1210A。
该概念是使用两种不同的可区分信号。它们不需要是单脉冲和双脉冲。例如，窄脉冲(例如，1ns)可以用作一个边缘指示器，而较宽的脉冲 (例如，2ns)可以用作另一个边缘指示器。仅需要接收器1250能够区分这两个信号。该概念有助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置或者在信号处理中增加任何显着延迟的布置。对于除所示信号之外的信号，可能需要将OR门1240替换为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的其他元件。
SET_HI信号中的两个脉冲在它们之间具有已知的固定间隔。如果相对于输入信号中的两个前沿之间的最短间隔足够短，则两个脉冲的总持续时间以及它们之间在SET-HI信号中的间隔间隙将允许SET-HI和SET_LO 脉冲之间的分辨率。
接收器电路1250连接到次级绕组1210B，并因此连接到第二电压域，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，节点1252处的接收脉冲为D型触发器1254计时，并且还充当不可再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在线1258上输出脉冲，该脉冲的持续时间至少与SET_HI信号中脉冲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的持续时间各约为1ns，并且它们之间的间隔具有相同的持续时间，那么线1258上的脉冲应该至少约2ns长；在该示例中使用3ns以允许一些“保持”时间以便于触发器1254的时钟控制。线1258连接到触发器1254的D输入，连接到该触发器的复位输入并且连接到逆变器1262的输入端。反相器1262的输出连接到边沿检测器1264 的输入，并且触发器1254的QB输出(互补输出)连接到另一个边沿检测器1266的输入。边沿检测器1264的输出连接到AND门1272和1274中的每一个的一个输入。边缘检测器1266的输出连接到与门1272的第二输入端，并通过反相器1276连接到与门1274的第二输入端。反过来，AND 门1272的输出连接到置位/复位锁存器1278的置位输入，AND门1274的输出连接到锁存器1278的复位输入。对应于由毛刺滤波器接收的隔离且稍微延迟的DATAIN信号版本，DATAOUT信号出现在锁存器1278的Q 输出端。
现在将参考图4的波形解释该电路的操作。假设DATAIN输入具有波形1302。在节点1252，接收COIL信号。脉冲1232和1234已由边缘检测器1202响应于输入信号的前导正向边缘而产生，并且脉冲1236已由边缘检测器1204响应于输入信号的负向后沿产生。边沿触发单稳态(ETMS) 多振动器1256在线1258上产生输出波形，如ETMS所示。在ETMS信号中，脉冲1232的前沿使得脉冲1304被产生。单稳态1256不响应脉冲1232 的下降沿或第二脉冲1234的任一边缘而做任何事情。仅在输出脉冲1304 之后，单稳态1256能够响应新的输入，当它接收到脉冲1236的前沿时它会这样做。检测脉冲1236的前沿导致脉冲1306的输出。
检测两个初始脉冲中的第二个脉冲1234，并如下形成输出信号。当第一脉冲1232为触发器1254计时时，触发器的D输入仍然看到来自线路 1258上的边沿触发的单稳态多振动器的低输出。这意味着触发器1254的QB输出设置为高值，Q输出设置为低值。当接收到第二脉冲1234并且触发时钟触发器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1254的Q输出在图4的“2脉冲检测”信号中的脉冲1308的前沿处变高。该边缘检测器1266检测该H-L 边沿，其产生到与门1272的第二(底部)输入的脉冲1310。边沿触发单稳态的输出也被提供给反相器1262的输入。因此，在通过反相器1262的传播延迟之后，边沿检测器1264在反相器1262的输出处看到从高到低的转变(边缘)并且响应地产生到AND门1272的第一(顶部)输入和AND 门1274的第一(顶部)输入的正向脉冲1312。
反相器1262被设计成具有基本上等于从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AND门1272。结果，AND门1272的输出1314同时从低变为高，并设置SR触发器1278的置位(S)输入；并且其作为DATAOUT信号的Q输出变高。由于AND门1274的第二(底部) 输入响应于边沿检测器1266通过反相器1276的输出，第一和第二脉冲对 AND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时，为了产生其第二输出脉冲 1306，这如上所述，在单稳态输出脉冲的下降沿处在边沿检测器1264的输出处产生脉冲。此时来自反相器1276的AND门1274的第二输入将为高，因为它唯一的低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1278的复位(R)输入在来自边沿检测器1264 的输出脉冲的下降沿(加传播延迟)时从AND门1274看到输出脉冲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3的逻辑信号隔离器1200还可以包括其他部件，例如电源开关(未示出)，例如FET或绝缘栅双极晶体管的形式，具有耦合到DATAOUT信号的输入。在该示例中，电源开关可以连接到另外的部件，例如电动机1004。以这种方式，电动机1004可以由电源开关基于由DATAIN和DATAOUT信号表示的控制信号数据来致动。
图5更详细地示出了动力传递系统2的实施例。系统2包括位于正向功率传输路径中的变压器6和位于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包括与第一侧10相关联的次级绕组14和与第二侧12相关联的次级绕组16。初级和次级绕组可以形成为微变压器的一部分，其中绕组位于介电层或介电叠层的任一侧。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配置成用于在初级绕组14中产生振荡功率信号20。振荡功率信号20提供了一种可以通过隔离屏障4传输功率的装置。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也位于第一侧10上。驱动器24耦合到振荡器18，以便控制振荡器18的操作。驱动器24在隔离屏障4的第一侧10上耦合到隔离器8的第一部分。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提供了一种装置，通过该装置可以控制振荡器18的控制信号在隔离屏障4上传输。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序列。
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，以便接收传输的振荡功率信号20a。功率接收器28被配置为存储来自传送的振荡功率信号20a的电荷。以这种方式，通过变压器6 跨越隔离屏障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，功率接收器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可以位于第二侧12上，并且可以耦合到功率接收器28，以便从其接收电力。
在该实施例中，也位于第二侧12上的控制器32耦合到功率接收器28，以便确定由功率接收器28存储的电荷量，例如通过监视储存电容器两端的电压。控制器32可以包括用于产生与由功率接收器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在使用中被配置为产生控制信号26a。控制信号26a定义振荡器是应该接通还是断开。在本发明的一些实施例中，控制信号可以是脉冲宽度调制信号，其控制振荡器18的激活的占空比。控制器32基于由功率接收器28存储的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，这样，由控制器32在隔离屏障4的第二侧12上产生的控制信号26可以通过隔离器8传输到隔离屏障4的第一侧10上的驱动器24。这样，用于控制振荡器18的控制信号可以基于由功率接收器 28存储的电荷在第二侧12上产生，然后通过隔离屏障4传输到第一侧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(即状态)的占空比产生振荡功率信号20。
现在将参考图6的方法50进一步描述系统2的操作。
在框52处，在隔离屏障4的第一侧10中产生振荡功率信号20。在框 54处，振荡功率信号20从隔离屏障4的第一侧10传递到第二侧12。在一个实施例中，振荡功率信号20通过变压器6从第一侧10传递到第二侧 12。这样，变压器6提供了用于在隔离屏障4上传输振荡功率信号20的装置。
在框56处，从传送的振荡功率信号20恢复电荷并存储。在一个实施例中，传输的振荡功率信号20由功率接收器28接收，功率接收器28将来自接收信号的电荷存储在储存电容器上。这样，功率接收器28提供用于存储来自振荡功率信号20的电力的装置。
在框58处，生成控制信号26a(例如，其限定激活的占空比)，其基于存储在储存电容器(真实或寄生)上的电荷量。
在框60处，控制信号26a从第二侧12传递到第一侧10，使得根据控制信号26产生振荡功率信号20。
上述系统2和方法50被配置为抖动振荡功率信号20的参数以扩展由系统2产生的噪声或振荡功率信号20。具体地，参考图5，在一个实施例中，振荡器18可以包括抖动电路70，其被配置为将抖动20添加到振荡功率信号20的振荡频率。这样，抖动电路70可以提供用于抖动振荡功率信号20的振荡频率的装置。其次，控制器32可以包括抖动模块72，其被配置为将抖动添加到激活的占空比或控制信号26a的控制循环周期。这样，抖动模块72可以提供用于抖动控制信号26和26a的激活的占空比的装置。
术语“抖动”应理解为变量随着时间的推移波动、扰动、变化或改变其预期值。然而，可以限制幅度的变化以便最小化实际值从预期值变化多少。例如，变量可以具有预期值60，其可以被抖动，使得实际值随时间变化如下：61、63、59、60、58、59和61。因此，变量保持接近其预期值 60，但变量也会波动，使得实际值在很长一段时间内不是恒定的。在一个实施例中，“抖动”可以被认为意味着实际值每Y秒改变预期值的±X％。例如，X可以是5并且Y可以是0.002，使得如果预期值是60，则抖动可以将实际值改变为每2毫秒57到63(±5％)之间的不同数。当然，在不同的实施例中，X和Y的值可以不同。例如，X可以是：1％、2％、3％、4％、5％、7％、10％、15％或20％。此外，Y可以是：100ns、150ns、 500ns或1ms或更多。
现在接着是对系统2或振荡10功率信号20产生的噪声的更详细描述。
如前所述，尽管振荡器信号是变压器上的功率传输所必需的，但它有可能将其自身作为干扰信号或噪声呈现给其他系统。由功率传输系统产生的干扰集中在较小的频带上，而不是在宽的频率范围内扩散，因此，干扰对于相邻的电子元件(例如与系统2在同一芯片上的其他电子元件可能正在寻求处理类似频率的信号)可能是有问题的。噪声可以是第一和第二噪声分量的组合，下面将参考图7更详细地描述每个噪声分量。
可以在振荡器18的振荡频率附近产生第一噪声分量。该噪声可以聚焦在振荡频率附近或者在振荡频率处聚焦，因为变压器6可以被设计为具有高质量(Q)值。例如，可能需要高Q值，以便：(i)变压器6具有低电阻，以便提供从初级绕组14到次级绕组16的有效功率传输；并且，(ii) 由振荡器18在初级绕组14中产生的振荡的幅度很大，再次提供从初级绕组14到次级绕组16的有效(或至少改进的)功率传输。然而，具有高Q 值的结果可能是振荡器18在初级绕组14中产生的振荡被限制在频率范围内，使得通过振荡器的操作引入供电轨的噪声也在窄的频率范围内。可以通过系统2的上述操作产生第二噪声分量。例如，当功率接收器28耦合到负载电路30并且负载电路30汲取恒定量的电荷时，系统2可以表现出周期性的操作。然而，应该理解，在建立稳态循环操作之前可能存在初始瞬态操作时段。在任何情况下，在稳态循环操作期间，控制信号26的激活具有名义上恒定的重复开关控制循环。因此，在控制信号26的每个循环期间，控制振荡器18以在循环的相同固定部分期间产生振荡功率信号 20。例如，激活的恒定占空比可以是60％，使得对于控制信号26的每个周期的前60％，控制振荡器18以产生振荡功率信号20，并且对于每个周期的剩余40％，控制振荡器18以不产生振荡功率信号20。以这种方式，系统2以循环方式10操作。当处于稳态条件时，系统2的这种循环操作可以产生第二噪声分量。
应当理解，当负载电路20吸收恒定负载时，第二噪声分量可以更大并且更明显，因为这可以强调循环性质；然而，即使当负载电路20没有汲取恒定的功率时，系统2仍然可以表现出循环操作或准循环操作。如上所述，第一和第二噪声分量可以组合在一起以形成组合的噪声分量或频率特征。组合噪声20可以包括在振荡频率附近的主峰值和在通断控制周期和振荡器频率的和频和差频率处的较小边带。
图7示出了用于跨越隔离屏障4'传输电力的电力传输系统2的实施例。系统2'类似于前述的动力传递系统2并以类似的方式操作。而且，系统2' 包括与系统2的组件类似的组件。例如，系统2'包括对应于系统2的振荡器18的振荡器18'。系统2'的以下描述建立在系统2的上述描述的基础上。
在图7和8所示的实施例中，振荡器18'包括一对交叉耦合的晶体管 100、101，它们耦合到变压器6'的第一绕组14'，以便在变压器6'的第一绕组14'产生振荡功率信号20'。具体地，晶体管100、101的源极耦合在一起；晶体管100的漏极耦合到中心抽头初级绕组14'的第一侧，而晶体管101 的漏极耦合到初级绕组14'的第二侧。晶体管100的栅极连接到晶体管101 的漏极，而晶体管101的栅极连接到晶体管100的漏极。
在该实施例中，振荡器18'包括抖动电路70'，该抖动电路70'被配置为将抖动添加到振荡器的振荡频率并因此加到振荡功率信号20'的频率。如图 8所示，抖动电路70'可以包括耦合到变压器6'的第一绕组14'的多个可单独控制的电容器。具体地，抖动电路70'可以包括多个电容器-开关对。电容器-开关对可以布置成两个单独的存储体，每个存储体连接到初级绕组 14'的不同侧。在一个实施例中，第一存储体可以包括电容器-开关对102 至112。每对102至112的电容器具有连接到初级绕组14'的第一侧的第一端子，以及连接到其相关开关的第一端子的第二端子。每对102至112的开关具有连接其相关电容器的第一端子，以及连接到电压参考114(例如供电轨之一)的第二端子。第二组可以包括电容器-开关对116至126。每对116至126的电容器具有连接到初级绕组14'的第二侧的第一端子，以及连接到其相关开关的第一端子的第二端子。每对116至126的开关具有连接到其相关电容器的第一端子，以及连接到电压参考114的第二端子。作为替代，可以使用变容二极管代替电容器-开关对，并且电压114可以是抖动的。
在图7的实施例中，初级绕组14'是中心抽头，并且抽头连接到电源电压22。电源电压22连接到绕绕组14'大约一半的点。应当理解，在一些其他实施例中，初级绕组14'可以不是中心抽头，也就是说，电源22可以更靠近初级绕组的一端或在其一端连接。
在图7所示的实施例中，振荡器18'的操作由驱动器24'基于控制信号 26'控制。驱动器24'通过控制晶体管132来激活或去激活振荡器18'。下面将更详细地描述驱动器24'的操作。然而，现在可以看出，当晶体管132“导通”时，晶体管100和101的源极接地，从而激活振荡器18'，而当晶体管 132“断开”时，晶体管100和101的源极与地断开，从而使振荡器18'无效。此外，当振荡器18'被驱动器24'激活时，具有电源电压22的晶体管 100和101在初级绕组14'中建立振荡信号，其中该振荡信号是振荡功率信号20'。相反，当振荡器18'被控制器24'去激活时，在初级绕组14'中没有建立振荡信号。
可以看出，振荡器18'电路提供电感器-电容器(LC)振荡器，并且在没有抖动电路70'的情况下，电感和电容值由振荡器18'电路的固有电容和电感设置。例如，这些电容包括振荡器18'电路的寄生电容，并且这些电感包括初级绕组14'的电感。因此，在没有抖动电路70'的情况下，振荡功率信号20'将具有与振荡器18'电路的电容和电感相对应的基本恒定的振荡频率。振荡频率基本上是恒定的，因为在没有抖动电路70'的情况下，振荡器 18'电路的电容和电感值不会改变或基本上不变。因此，在没有抖动电路70' 的情况下，当振荡器18'被激活时，振荡功率信号20'具有聚焦在谐振频率附近的频率分布，这对于相邻的电子元件可能是有问题的，因为这个潜在的大信号(因为LC电路的Q因子)可以将其自身表现为对这些电路的干扰。应当理解，在一些实施例中，振荡频率可随着电路变暖而缓慢漂移。在一个实施例中，振荡频率标称为180MHz，但该图仅仅是说明性的，并且电路设计者可以根据需要选择基本上不同的频率。
如图7和8所示的实施例所示，抖动电路70'连接到振荡器18'，以便抖动LC振荡器18'的电容(C)。以这种方式抖动电容会使振荡器18'的谐振频率抖动，因此抖动振荡功率信号20'的振荡频率。因此，由振荡功率信号20'产生的噪声或干扰可以以时变方式在更宽的频率范围内扩展，而不是总是以特定频率聚焦。以这种方式扩散噪声使得噪声对于相邻的电气部件而言不那么成问题。还可以通过提供可以短路的路径来改变电路的电感，但这不太优选，因为电感器和绕组可以占据相当大的空间。
在一个实施例中，可以控制每组电容器-开关对以在不同时间提供不同量的电容。例如，第一组包括对102至112，并且每对电容器可通过其相关开关单独切换或控制。因此，对于振荡功率信号20'的不同周期，可以抖动或改变整个存储体电容。例如，在第一周期中，可以仅激活对102的电容器，使得振荡器18'的电容受到对102的影响，但不受对104到112的影响。然后，在第二周期中，仅激活对104和112的电容器，使得振荡器18' 的电容受到对104和112的影响，但不受对102和106到110的影响。然后，在第三周期中只有对104和110的电容器可以被激活，使得振荡器18' 的电容受到对104和110的影响，而不受对102、106、108和112的影响。该序列可以以确定的方式或以随机的方式继续。在一个实施例中，第一和第二存储体可以作为一个操作，即，第一存储体可以与第二存储体同时提供相同的电容。然而，在一些其他实施例中，第一和第二存储体可以彼此提供不同的电容。电容器可以全部具有相同的值以给出温度计编码控制方式，或者它们可以彼此不同，例如通过二进制加权，尽管这不是限制性的，并且可以选择另一个基数来加权电容器。
鉴于上述情况，抖动电路70'可以随时间抖动振荡功率信号20'的振荡频率。因此，较早时间点的振荡频率可以与稍后的时间点的振荡频率不同。这可以通过在不同时间将存储体102的电容设置为112到不同值，和/或通过将存储体116的电容设置为126到不同时间的不同值来实现。例如，在本发明的一个实施例中，180MHz的振荡频率可以抖动约±11％(即约±20MHz)，频率每150ns左右更新一次。然而，这是非限制性示例，并且可以选择其他频率、抖动大小和更新速率。
存储体102至112可以镜像存储体116至126的操作，或者存储体102 至112可以向背面116至126提供不同的电容值。
在一个实施例中，不同对102至112和116至126的切换可以基于重复序列，以便以可预测或确定的方式抖动振荡频率。例如，递增计数序列可以与常数计数增量和周期一起使用。或者，不同对102至112和116至 126的切换可以基于随机序列，以便以随机方式抖动振荡频率。例如，在一个实施例中，抖动电路70'包括伪随机数发生器，其产生伪随机二进制序列。
图9示出了根据本公开的实施例的伪随机数发生器138。伪随机数发生器138包括布置为线性反馈移位寄存器的多个触发器140至152，在反馈路径中具有异或(XOR)门154。触发器是D型。每个触发器140至152 的复位引脚耦合到随机数发生器138的复位节点156。复位信号可以施加到复位节点156以复位触发器140至152。每个触发器的时钟引脚触发器140至152耦合到伪随机数发生器138的时钟节点158。时钟信号被施加到时钟节点158以操作触发器140至152。每个触发器140至150的输出引脚耦合到下一个触发器的数据引脚；例如，触发器140的输出引脚耦合到触发器142的数据引脚，触发器142的输出耦合到触发器144的输入，依此类推，直到触发器150的输出引脚耦合到触发器152的数据引脚。
另外，触发器150和152的输出引脚耦合到XOR门154的输入引脚。然后，XOR门154的输出引脚耦合到触发器140的数据引脚。这样，触发器152的输出引脚提供发生器138的输出节点160，并且发生器138用于基于施加到时钟节点158的时钟信号(来自合适的时钟发生器-未示出)在输出节点160处提供伪随机串行二进制序列。应该理解，在一些其他实施例中，可以使用不同数量的触发器。而且，在一些其他实施例中，XOR门 154的输入可以耦合到不同触发器对的输出。通过将给定开关的开关控制节点连接到相应的一个D型触发器，也可以为每个开关直接提取伪随机开关控制序列。例如，用于开关-电容器对102和116的开关的控制信号可以连接到第一触发器140的数据(D)输入。可以通过连接到触发器142的 D输入来获得开关-电容器对104和118的控制信号，等等。
返回图8，对于连续的振荡周期，可以根据伪随机数控制电容器-开关对102至112和116至126，使得抖动电路70'产生振荡器18'的随机变化的电容。例如，在串行实现中，伪随机数可以按顺序通过电容器-开关对 102至112和116至126移位。或者，在并联实现中，可以存在电容器-开关对和30a-1个触发器，并且每个触发器的输出(Q)引脚(或反相(Q) 输出引脚)和XOR门154可以馈送到不同的电容器-开关对。
伪随机数发生器可以在施加到时钟节点158的时钟信号的每个时钟周期或每n个振荡周期产生新的伪随机数或比特，其中n可以是任何正数，例如1、10、20、27、30、64、100、256等，虽然功率为2往往更方便。因此，电容(和振荡频率)可以每n个振荡周期改变。或者，伪随机数发生器可以比振荡器18'的振荡频率更快地产生新的伪随机数或比特序列。这样，电容(和振荡频率)可以在每个振荡周期中改变多次。应该理解，应用于伪随机数发生器的时钟信号控制产生伪随机数的速率。
因此，总之，在操作中，抖动电路70'可以控制多个电容器以改变振荡器18'的电容，以将抖动添加到振荡功率信号20'的振荡频率。抖动电路70' 可以包括伪随机数发生器，并且抖动电路70'可以控制多个电容器以基于由伪随机数发生器产生的伪随机数改变振荡器18'的电容。
应该理解，在不同的实施例中，电容器-开关对的数量可以变化。例如，抖动电路70'可以包括一个、两个、四个、五个、八个、十个或任何合理数量的对中两个存储体。此外，两个存储体可能具有不同数量的对。例如，一个存储体可以包括四对，另一个存储体可以包括八对。在一个实施例中，每个电容器-开关对的电容器的电容值可以相同，或者可以在不同的对和/ 或组之间变化。抖动电路70'可以包括耦合到振荡器18'的任何电子电路，其能够随时间改变或抖动振荡器18'的振荡频率。
图10示出了根据另一实施例的抖动电路70"。抖动电路70"包括两组四个电容器-开关对。然而，与抖动电路70'相反，抖动电路70"包括连接到正电源22而不是连接到单独的电压基准114或地的电容器-开关对。开关可以形成为P型场。然而，抖动电路70"的操作和可能的变化如上面参考抖动电路70'所述。
下面参考图7描述电力接收器28'和监视器32'的结构和操作。功率接收器28'接收由振荡器18'产生的振荡功率信号20'，如上所述，并且，从初级绕组14'传递到变压器6'的次级绕组16'。功率接收器28'包括耦合到变压器6'的次级绕组16'的整流器电路。在所示实施例中，整流器电路包括以桥式配置连接的四个二极管200至206，以便形成全波整流器。在操作中，整流器对振荡功率信号20'进行整流，以便将振荡交流(AC)信号转换为直流(DC)信号。功率接收器28'还包括耦合到整流器电路的储存电容器 208，以便由整流波形充电。负载电路(未示出)可以耦合到电容器208，以便从电容器208接收电荷并由电容器208供电。
功率接收器28'的结构可以在不同的实施例中变化。例如，可以使用不同的整流器电路，例如半波整流器、有源整流器或有源和二极管基整流器的组合。而且，可以使用不同的电荷存储装置代替电容器208，例如电池。
如图7所示，功率接收器28'耦合到控制器32'，并且控制器32'配置成用于产生信号，该信号基于功率接收器28'存储的电荷量而变化。而且，控制器32'可以被配置为基于储存电容器两端的电压与阈值之间的差异来建立控制信号26'。阈值可以是预设阈值，其基于由功率接收器28'供电的电路的特性和/或功率接收器28的充电容量或充电曲线来选择。控制器32'由功率接收器28'存储的电荷供电。因此，在储存电容器上没有电荷的情况下，控制器不应该禁止振荡器的操作。
控制器32'可以包括分压器电路，该分压器电路与功率接收器28'的电荷存储装置(例如，电容器208)并联连接。分压器可以包括电阻器300 和302，并且分压器可以输出表示储存电容器两端的电压的信号304。该方法节省了控制器电路上的晶体管，其必须在保持在控制器的电源电压的输入节点处处理信号。虽然可以构建电路以这种方式工作，但是它往往会导致更耗电的电路。
应当理解，在不同的实施例中，信号304可以是除电压信号之外的其他信号，例如电流信号。因此，基于存储的电荷量而变化的信号304的特性可以是除电压之外的其他特性。在这种情况下，控制器32'的其他元件可以适于以不同形式的信号操作，但是控制器32'的一般操作不会改变。
在如图7所示的实施例中，控制器32'还包括反馈模块306，其耦合到分压器以便从其接收信号304。反馈模块306产生控制信号26'，其控制振荡器18'的激活。具体地，反馈模块306可以被配置为基于信号304和阈值之间的差异来控制振荡器18'。正如刚才提到的，阈值可以是预设阈值，其基于例如电容器208的充电容量或充电时间。在任何情况下，反馈模块306 确定信号304的瞬时值(例如，瞬时电压)与阈值之间的差值。然后，反馈模块306基于该差异生成控制信号。然后将该激活占空比编码到控制信号26'中。例如，控制信号26'可以是脉冲宽度调制信号或脉冲密度调制信号。
在一个实施例中，选择阈值以确保功率接收器28'能够保持足够的输出电压以为负载电路供电。
或者，可以调节阈值，使得振荡器18'周期性地断电以节省功率。阈值的设置可以取决于系统2'的方面和/或负载电路的各方面。阈值可以是预先设定的，或者可以根据操作条件动态调整。如上所述，当功率接收器28' 耦合到负载电路时，该负载电路汲取恒定量的电流，例如因为它处于静止状态，在此期间存在恒定的激活周期。该恒定循环引起功率接收器28'的循环充电和放电循环，这又产生系统2'的不期望的噪声输出。在一个实施例中，控制器32'的抖动模块72'被配置为通过向控制周期添加抖动来解决该噪声输出，使得它不再是恒定的。现在将更详细地描述抖动模块72'的这种操作。
在一个实施例中，抖动模块72'将抖动添加到控制周期，例如通过抖动通过比较信号304与阈值计算的上述差值来激活激活的占空比。例如，在稳态条件下，差值可以在开启阈值和开关阈值之间以循环方式变化，开关阈值标记在振荡器应该被启动之前的最低可接受电压，并且关断阈值对应于储存电容器被充电到目标值。因此，反馈模块306的抖动模块72'可以抖动差值以便抖动控制周期的占空比。
其他方法也是可能的，例如抖动控制周期的长度(持续时间)。
更具体地参见图11A，在一个实施例中，控制器32'的反馈模块306 可以包括充电电路400，用于根据脉冲宽度调制实现从例如表示存储在储存电容器上的电压Vcap的信号产生控制信号26'。电路400用作斜坡发生器，其在对应于控制器的循环时间的时间内被重置之前在初始值和最终值之间斜坡上升。将斜坡的瞬时值与表示储存电容器两端的电压的信号进行比较，并且该比较在时域中有效地编码为脉冲宽度调制信号。图11A中所示并且根据本发明的教示的充电电路400包括在两个电源轨406和408之间与电容器404串联连接的电流源402，其中电流源402和电容器404中的至少一个响应于抖动字而是可变的，该抖动字可以是如上所述产生的数字字，例如通过伪随机数发生器。在一个实施例中，轨道406是从功率接收器获得的正供电电压，而轨道408是本地接地。可变电流源402和可变电容器404之间的节点连接到第一输入，例如差分放大器410的非反相输入。节点412连接到第二输入，例如，差分放大器410的反相输入。差分放大器410的输出连接到输出节点414。复位开关416连接在可变电容器 404两端。在操作中，差分放大器410根据其反相和非反相输入上的信号之间的比较来调整其输出信号。
在操作中，控制信号26'最初设置为“低”。输入信号被施加到节点412 并且复位开关416被打开，使得电容器404从由电流源402提供给它的电流充电(尽管也可以使用电阻器)。参考图12，可以看出，斜坡电路的电容器两端的电压应该在初始值(例如零)和最终值“Vmax”之间以恒定速率上升，如线420所示。在图12中在时间T0开始的充电过程期间，差分放大器410将电容器404两端的电压，即由线420表示的电压的瞬时值与节点412处的输入电压进行比较，其代表储能电容器两端的电压Vcap。开始时，电容器404两端的电压应低于输入电压，并且差分放大器410可在节点414处提供低电压。在此期间，控制信号26'保持为“低”。然而，当电容器404充电并且其两端的电压Vramp增加以匹配然后超过输入电压 Vcap时，差分放大器410将节点414处的电压转换为正电源轨电压，如时间T1所示。当差分放大器410在节点414处产生高值输出时，控制信号 26'从“低”转变为“高”。然后控制信号26'保持为“高”直到脉冲结束，由时间T2表示，此时复位开关416闭合以使电容器404放电。重复上述过程。以这种方式，产生控制信号26'，其具有一系列具有占空比(或脉冲宽度)的脉冲，该占空比基于由功率接收器28'存储的电荷量来设定。可以看出，可以通过改变电流的大小或电容器的大小来改变周期的长度。这由线 422说明，线422以较慢的速率在0伏特和Vmax之间转换。这可以通过减小来自电流源402的电流的大小、增加电容器404的尺寸或这些动作的组合来实现。现在不是花费T2表示的时间来完成脉冲宽度编码信号的产生，而是现在花费时间段T4。可以看出，电容器Vramp两端的电压与输入电压Vcap匹配的时间现在从T1增加到T3。然而，由线420表示的充电率的掩模-空间比S1：M1与由线422表示的充电率的标记-空间比S2：M2 相同。因此，对于一阶近似，控制周期的长度是变化的，但是标记-空间比或占空比保持相同。也就是说，如果控制周期变得相对较长，则电容器两端的输出电压可能开始出现过度变化。还可以观察到，如果电容器两端的电压相对较高(表示相对高度充电的状态)并且电阻器上的电荷耗尽越多，则输出为高的相对比例表示振荡器18应该通电，其相对较短。
基于上述操作，可以看出，如果以下变量保持恒定，则控制信号26' 的占空比将保持恒定：负载电流；电流源402的电流；电容器404的电容。在这些条件下，系统2'产生的噪声将集中在该稳态循环操作的频率附近。因此，为了引入抖动，抖动模块72'被配置为下列中的一个或多个：抖动输入信号(例如，形成Vcap或Vcap的缩放版本与阈值之间的差异，或者通过改变分压器中至少一个电阻器的电阻)；电容器404的电容；电流源402 的电流。改变输入电压会改变系统的目标电压，而改变电流或电容会改变完成控制周期所需的时间，即从初始值斜坡到斜坡的最终值，因此控制系统的更新频率发生变化。
图11B示出了根据另一实施例的充电电路450，其是图11A中所示电路的修改。充电电路450与图11A的充电电路400相同，然而，充电电路 450包括附加的可变电流源(用作电流吸收器)452，其与电容器404并联连接。附加电流源452提供了另一种方法，通过该方法可以改变或抖动电容器404的充电速率。
应理解，在一些其他实施例中，充电电路可以是不同的。例如，可变电流源402、452中的一个可以不是可变的；电容器404或电流源402、452 中的仅一个可以是可变的，或者仅节点412处的差异可以是可变的。
因此，抖动模块72'被配置为通过比较节点412处呈现的电压来产生控制信号26'，该电压可以是电容器两端的电压的衰减版本，或者电容器两端的衰减电压与参考电压之间的差，其中在斜坡生成电路400、450的电容器两端形成电压。此外，抖动模块72'可以配置成抖动充电电流(通过402 或452)和/或斜坡产生电路450、452的电容(通过404)以将抖动加到控制信号26'的控制周期的长度。可变电流源402或452可以使用可切换电流镜配置中的多个晶体管来实现，使得可以通过数字信号来控制用作电流镜的数量或晶体管。
使用模拟电子器件实现上述实施例的斜坡生成电路450、452。然而，在一些其他实施例中，充电电路可以由适当配置的数字电子设备代替，或者在运行在处理器上的软件中实现。例如，抖动和PWM编码功能可以由数字计数器电路实现。计数器电路可以通过基于特定计数增量和计数率递增计数值来产生输出。计数值可以从其最低值开始，例如零，并且增加。如前所述，控制信号26'可以开始“低”。可以将计数值与表示电容器两端的电压的信号进行比较。这可以通过使用模数转换器来数字化电压来完成，或者计数器可以驱动数模转换器以形成计数器值的模拟表示，并且比较由模拟比较器完成。当计数值达到表示储存电容器208两端的电压的信号的值时，控制信号26'可以从“低”转变为“高”，表示应该启用振荡器以便使功率转移到隔离屏障。在控制周期结束时，可以更新表示储存电容器两端的电压的信号，重置计数器电路，并且控制信号26'返回到“低”，使得可以重复控制序列。因此，以与上面参考模拟实现所描述的类似方式，可以抖动差值或其他合适的输入信号、计数器增量和/或计数器速率以抖动控制周期长度或控制信号26'的标记空间比率。
因此，抖动模块72'可以包括计数器电路，该计数器电路被配置为通过将输入信号与计数器电路的计数器值进行比较来产生控制信号26'。此外，抖动模块72'可以被配置为抖动以下中的至少一个：a)输入信号；b)应用于斜坡发生器的电压的偏移(例如，在数字世界中通过将计数器预加载到非零值而在模拟实现中通过切换电阻器与电容器404串联，例如在电容器 404和地轨之间；c)计数器增量大小，和d)将抖动添加到控制信号26' 的计数器更新速率。
基于监视器32'的上述操作，产生控制信号26'并包括激活振荡器18' 的占空比。如在图7中更具体地看到的，控制器32'可以包括编码器310，编码器310被配置为用于编码控制信号26'，使得它可以通过隔离器8'从隔离屏障4'从第二侧12'传递到第一侧10'。在一个实施例中，控制信号26' 可以被转换成振荡信号，以便例如在隔离器8'是变压器时跨越隔离屏障4' 传输。或者，控制信号26'可以被转换成光信号，以便例如在隔离器8'是光耦合器时跨越隔离屏障4'传输。
在关于图7描述的实施例中，隔离器8'是第二变压器，其具有耦合到控制器32'的初级绕组600和耦合到驱动器24'的次级绕组602。另外，驱动器24'可以包括解码器604和控制逻辑606。
解码器604耦合到次级绕组602，以便从其接收振荡控制信号26'。解码器604对编码器310的编码操作执行协作解码操作。解码器604的输出耦合到控制逻辑606，使得解码器604将解码的控制信号26'输出到控制逻辑606。在一个实施例中，在稳态操作期间，控制逻辑606不对解码的控制信号26'执行任何功能，并且因此基于控制信号26'的占空比来接通和断开晶体管132。因此，在一些实施例中，可以省略控制逻辑606并且晶体管132可以耦合到解码器604的输出。然而，在一些实施例中，控制逻辑 606在系统2'被接通时操作以便激活晶体管132，使得振荡功率信号20'产生并且电荷开始由功率接收器28'存储。而且，这可以向控制器32'提供电力。在任何情况下，基于控制信号26'控制晶体管132，以便基于控制信号 26'激活和停用振荡器18'。应当理解，在不同的实施例中，控制器32'、隔离器8'和驱动器24'的各个方面可以是不同的。例如，如果控制信号26'和隔离器8'被配置成使得控制信号26'不需要编码以便通过隔离器8'从隔离屏障4'从第二侧12'传递到第一侧10'，则可以省略编码器310和解码器604。在一个实施例中，编码器310和解码器604操作与隔离器8'相关联。例如，当隔离器8'是变压器时，编码器310和解码器640可以执行开关键控。隔离器8'可以是电容器或光耦合器，而不是变压器。在另一个实施例中，编码器310和解码器604可以使用脉冲编码/解码方案，例如在国际专利申请 No.WO2004/100473所述。
应当理解，根据上述实施例，可以存在抖动电路70、70'和抖动模块 72、72'。然而，在一些实施例中，可以省略抖动电路70、70'或抖动模块 72、72'中的一个。以这种方式省略特征的优点在于系统2、2'可以不那么复杂，因此可以占用更少的芯片面积并且可以消耗更少的功率。然而，仅包括抖动电路70、70'和抖动模块72、72'中的一个可能导致由电力传输系统2或2'产生的干扰对相邻电子元件的问题更大，因为噪声可能在一个频率范围内散开，并可能更专注于特定频率。
上述实施例提供了一种跨隔离屏障传输功率的方法。具体地，在隔离屏障的第一侧产生振荡功率信号。然后，振荡功率信号从隔离屏障的第一侧传输到隔离屏障的第二侧。在隔离屏障的第二侧，从传输的振荡功率信号中恢复电能，并且存储的电荷可用于为隔离屏障的第二侧的负载电路供电。
同样在第二侧，产生控制信号。控制信号定义振荡器激活的占空比，其基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量。一旦产生，控制信号从隔离屏障的第二侧传输到隔离屏障的第一侧，使得根据控制信号传送的指令产生振荡功率信号。也可以抖动振荡器的相位。
附加地或替代地，将抖动添加到控制信号的占空比或循环长度。具体地，产生控制信号包括，首先，产生基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量而变化的信号，以及第二，将控制周期的占空比(标记-空间比)或控制周期的长度设置为储能电容器的电压的函数。应当理解，抖动控制信号的占空比具有抖动振荡功率信号的参数以扩散由系统产生的噪声的效果。如上所述，当控制信号为高时，振荡器可以产生振荡信号，但是当控制信号为低时，振荡器可以不产生振荡信号。因此，当振荡器被激活时，振荡功率信号的一部分将包括振荡，并且当振荡器被去激活时，振荡功率信号的一部分将不包括振荡。以这种方式，振荡功率信号包括振荡部分和非振荡部分，其中这些部分的大小和位置由控制信号的占空比限定。因此，抖动占空比会抖动振荡功率信号的参数，因为振荡功率信号的振荡和非振荡部分的相对大小和位置会抖动。
图13示出了根据另一实施例的系统500。系统500包括图5的系统2 和图7的系统2'的一些但不是全部特征。具体地，系统500包括具有抖动电路70的上述振荡器18。如前所述，振荡器18产生振荡功率20信号20，振荡器18包括抖动电路70，抖动电路70抖动振荡功率信号20的振荡频率。振荡功率信号20建立在变压器6的初级绕组14中，并从初级绕组14 传输到次级绕组16。传输的振荡功率信号20被提供给功率接收器28"。负载电路30从功率接收器28”接收功率以便操作。以这种方式，可以在第一侧10上产生电力并且通过隔离屏障4传递到第二侧12，在那里它可以用于为负载电路30供电。
在该实施例中，功率接收器28"可以如上所述。例如，功率接收器28" 可以作为功率接收器28'并且包括存储设备(例如电容器)。存储装置存储电荷并将存储的电荷提供给负载电路30。然而，在另一个实施例中，功率接收器28"可以不存储电荷，而是可以简单地将电荷从转移的振荡功率信号20转发到负载电路30而不存储电荷。例如，功率接收器28"可以包括整流器电路，用于将AC振荡功率信号20转换成DC信号，用于为负载电路30供电。DC信号可以直接传送到负载电路30，而不是用于给诸如电容器的存储设备充电。
在图13所示的实施例中，系统500不包括控制器、反馈隔离器或驱动器。因此，系统500不产生控制信号。相反，系统500在被激活时提供永久性抖动振荡功率信号20以向负载电路30提供电荷。可通过停用系统 500来停用振荡功率信号20。与系统2和2'相比，系统500的优点是不产生第二噪声分量，因为当处于稳态条件时，由于控制信号的激活的恒定占空比，振荡器18被恒定地激活而不是被循环激活和去激活。而且，系统 500不那么复杂，因此占用较少的芯片面积并且消耗较少的功率。然而，系统2和2'与系统500相比的优点在于系统2和2'包括反馈特征，该反馈特征避免了向第二侧的过度供电，并且以这种方式节省了功率。对于不包括反馈的实施例，可以提供电压钳或其他耗散负载以提供输出电压的调节。因此，为了简单起见，交易效率。
作为另一选择，储存电容器处的电压可以提供给另一个DC-DC转换器，例如降压调节器、升压电路或降压-升压电路。这为负载提供了电压稳定性，并且可以容忍功率接收器输出端的更大的电压波动。
图14示出了根据另一实施例的系统600。系统500包括图5的系统2 和图7的系统2'的一些但不是全部特征。具体地，系统600包括上述振荡器18，但可选地没有抖动电路70。例如，振荡器18可以仅包括一对交叉耦合的晶体管(例如图7的晶体管100和101)。如前所述，振荡器18产生振荡功率信号20，但此时振荡功率信号20的振荡频率是恒定的，因为不存在抖动电路70。振荡功率信号20建立在变压器6的初级绕组14中，并从初级绕组14传递到次级绕组16。传送的振荡功率信号20被提供给功率接收器28以进行电荷存储。负载电路30从功率接收器28接收存储的电荷以便操作。以这种方式，在第一侧10上接收电力并且通过隔离屏障4 传输到第二侧12，在那里它可以用于为负载电路30供电。
在一个实施例中，功率接收器28可以如上所述。例如，功率接收器 28可以作为功率接收器28'并且包括整流器电路5(诸如图7的整流器电路) 和存储装置(诸如图7的电容器208)。存储设备可以存储电荷并且将存储的电荷提供给负载电路30。
在图14所示的实施例中，系统600包括耦合到功率接收器28的控制器604。在前面描述的实施例中，控制器32'提供具有调节从第一侧到第二侧的动力流的占空比的控制信号26'。由于控制信号26'调节流量，因此可以避免向功率接收器28'供电不足和过电流。然而，遗憾的是，在稳态条件下，该调节方面可以通过恒定或接近恒定的充电和放电循环产生噪声。因此，在本替代实施例中，可以用随机控制信号代替调节，以避免由于恒定或接近恒定的充电和放电循环而产生的噪声。具体地，监视器604可以包括压控振荡器(VCO)606和伪随机数发生器(PRNG)608。
在该实施例中，如前所述，控制器604产生表示由功率接收器28存储的电荷量的信号。例如，控制器可以包括图7的分压器。在任何情况下，该信号可以被提供给VCO 606产生频率信号，该频率信号的频率根据功率接收器28存储的电荷量而变化。频率信号然后可以用作PRNG 608的时钟信号。这样，PRNG 608可以以取决于VCO的频率的速率产生1s和0s的伪随机序列，VCO的频率又取决于功率接收器28'存储的电荷量。控制器 604可输出伪随机数作为控制信号610。驱动器612位于隔离屏障4的第一侧10上，并经由隔离器8从控制器604接收控制信号610。驱动器612 耦合到振荡器18，以便基于控制信号610控制振荡功率信号20的产生。例如，驱动器612可以包括基于控制信号610的伪随机数的最新位的值接通和断开的晶体管(例如图7的晶体管132)。也就是说，当控制信号610 的伪随机数为“1”时晶体管可以导通，而当控制信号610的伪随机数为“0”时晶体管可以关闭。这种随机启动和停止的振荡信号将其扩展到相空间。通过在隔离屏障的第一侧上产生伪随机序列并从该序列驱动振荡器，可以实现类似的效果。序列发生器可以以恒定速率计时，或者振荡器的操作可以用于对隔离屏障的第一侧上的漏泄积分器充电，该积分器用于驱动VCO。因此避免了反馈隔离器占用的空间。
因此，总之，控制器604耦合到功率接收器28，以便确定由功率接收器28存储的电荷量。此外，控制器604被配置为生成伪随机数序列，该序列基于所确定的所存储的电荷量以一定速率改变值。驱动器612经由隔离器8耦合到控制器604，以便接收伪随机数。而且，驱动器612耦合到振荡器18，以便控制振荡器18以根据伪随机数值建立振荡功率信号20。特别地，控制器604包括附加振荡器(例如VCO 606)，其被配置为产生振荡信号，该振荡信号具有基于存储在电荷存储装置(例如储存电容器) 处的电荷量的频率。此外，控制器604包括伪随机数发生器(例如，PSNG 608)，其被配置为以基于VCO的频率的速率改变伪随机数的值。
基于上述操作，如果不包括频率抖动电路，则振荡功率信号20的振荡频率是恒定的。然而，振荡功率信号20的激活和去激活以随机方式产生。以这种方式，由振荡功率信号20产生的干扰在频率范围上扩展，而不是以特定频率聚焦，例如振荡功率信号20的振荡频率。特别地，由功率接收器28存储的电荷量正在变化且不可预测。因此，PRNG 608产生伪随机数的速率也在变化且不可预测。因此，振荡器18的激活以随机速率 (通过伪随机数改变值的速率)随机变化(通过伪随机数值)。因此，有两个随机变量。以这种方式，避免了稳态循环操作，并且因此，系统600 产生的噪声在频率范围上扩展而不是以特定频率聚焦。
系统600的优点在于控制器604与控制器32或32'相比占据相对小的芯片面积，这是因为VCO 606和PRNG 608占据相对小的芯片面积。例如， PRNG 608可以类似于图9的PRNG608，但是，可以包括23个触发器和 1个异或门。以这种方式，PRNG 608可以具有8.39×106位(即223-1)的模式长度。在一个实施例中，VCO 606可以具有1MHz至20MHz的频率范围，并且频率信号的平均频率可以是大约10MHz。因此，完整的模式可能需要大约840ms(即8.39×106/106)。因此，在伪随机数开始重复其序列之前需要大约840ms，并且这足够长以表示来自振荡器的干扰将在频率范围内充分展开。当然，在一些其他实施例中，PRNG 608的结构可以是不同的，例如，在一些实施例中，触发器的数量可以多于或少于23。具有更多触发器的优点是图案将更长并且因此噪声将更加分散。具有较少触发器的优点是PRNG 608占用的芯片面积较小。
在一个实施例中，VCO 606可以包括误差放大器，该误差放大器被配置为形成参考电压和代表储存电容器两端电压的电压之间的差值，从而相对于功率接收器的输出电压的变化提供更大的VCO输出频率变化率(储存电容器电压)。系统600的进一步优点是系统600的高压区域被最小化，因为调节反馈方面不包括在内并且由相对于调节反馈方面占据小区域的 VCO和PRNG代替。也就是说，由于振荡器602具有固定频率，因此高压区域被最小化，因此，不需要实现振荡器频率的扩展，例如，使用抖动电路。而且，功率效率和用于驱动负载电路的电流最大化。例如，固定振荡频率意味着通过将振荡器602设置为用于功率传输的最佳频率(例如，跨越变压器6)可以最大化功率效率。因此，系统600提供具有两个随机性级别的低成本架构。
根据一个实施例，提供了一种用于跨隔离屏障传输电力的系统。该系统包括：变压器，在所述隔离屏障的第一侧具有初级绕组和在所述隔离屏障的第二侧具有次级绕组；振荡器，被配置为在变压器的初级绕组中建立振荡功率信号，该振荡功率信号被传递到变压器的次级绕组。该系统被配置为抖动振荡功率信号的参数以修改振荡功率信号的频谱分布。
在一些这样的实施例中，振荡器包括抖动电路，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。在一些这样的实施例中，抖动电路包括选择性地耦合到变压器的第一绕组的多个电容器，并且改变多个电容器的耦合以改变连接到振荡器的电容，以将抖动加到振荡功率信号的振荡频率上。在一些这样的实施例中，抖动电路包括伪随机数发生器，并且基于由伪随机数发生器产生的伪随机数来修改耦合到振荡器的多个电容器的耦合。
在该系统的一些实施例中，还提供功率接收器，其耦合到次级绕组并且布置成对从次级绕组接收的信号进行整流并对储存电容器充电。
在该系统的一些实施例中，还提供了一种反馈系统，包括驱动器、隔离器和控制器。控制器耦合到功率接收器，以响应由功率接收器存储的电荷量，并且被配置为基于存储的电荷量生成用于控制振荡器的激活的控制信号。控制器通过隔离器向驱动器提供控制信号，驱动器耦合到振荡器，以便控制振荡器根据控制信号建立振荡功率信号。
在一些这样的实施例中，控制器被配置为将抖动添加到控制信号的循环时间或控制信号的占空比。在一些这样的实施例中，控制器被配置为抖动表示连接到功率接收器或功率接收器的一部分的电荷存储器两端的电压的信号，以将抖动添加到控制信号。在一些这样的实施例中，控制器还包括充电电路，其被配置为通过将表示功率接收器处的电压的信号与时变信号进行比较来产生时变信号并产生控制信号，其中控制器被配置为抖动充电电路和/或充电电路的电容以将抖动添加到控制信号。
在具有控制器的系统的一些实施例中，控制器包括计数器电路，该计数器电路被配置为通过将表示电荷存储器两端的电压的信号与计数器电路的计数器值进行比较来产生控制信号，并且控制器被配置为抖动一个或更多：计数器增量；计数器电路的反制率；计数器的初始值；以及应用于表示电压的信号的偏移量。
在系统的一些实施例中，提供负载电路并将其耦合到功率接收器，其中通过消耗由功率接收器存储的电荷来为负载电路供电。
在该系统的一些实施例中，该系统包括抖动电路，该抖动电路耦合到振荡器并被配置为抖动振荡功率信号。在一些这样的实施例中，抖动电路是振荡器的一部分。
在一些实施例中，提供包含在芯片级封装中的隔离器，并且适于在第一和第二电压域之间传输数据。隔离器中的电路由上述类型的电力传输系统供电。
根据一个实施例，提供了一种跨隔离屏障传输功率的方法。该方法包括在所述隔离屏障的第一侧中产生振荡功率信号，将振荡功率信号从隔离屏障的第一侧传输到隔离屏障的第二侧，以及抖动振荡功率信号以修改振荡功率信号的频谱分布。
在一些这样的实施例中，该方法还包括将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率。在一些这样的实施例中，振荡功率信号由振荡器产生，并且将抖动添加到振荡功率信号的振荡频率包括改变振荡器的电容。在一些这样的实施例中，电容以伪随机方式变化。
在传输功率的方法的一些实施例中，该方法还包括将抖动添加到用于控制振荡器是启用还是禁用的控制信号的占空比或周期长度。在一些这样的实施例中，该方法还包括基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量或隔离屏障的第二侧上的负载处的电压产生控制信号，并且将控制信号从隔离屏障的第二侧传输到隔离屏障的第一侧，并根据控制信号操作振荡器。在该方法的一些实施例中，产生控制信号包括：产生信号，该信号基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量或隔离屏障的第二侧上的负载处的电压而变化；并根据信号设定控制信号的占空比或循环时间。
根据一个实施例，提供了一种用于跨隔离屏障传输电力的系统。该系统包括隔离器和分离隔离屏障的第一和第二侧的变压器，该变压器在隔离屏障的第一侧上具有初级绕组，在隔离屏障的第二侧上具有次级绕组；在隔离屏障的第一侧上的振荡器，该隔离屏障被配置为向变压器的初级绕组提供振荡功率信号；隔离屏障的第二侧上的功率接收器耦合到变压器的次级绕组，并且被配置为在电荷存储装置中存储来自所传送的振荡功率信号的电荷；控制电路，其耦合到所述功率接收器以便确定所述电荷存储装置处的电压，并且被配置为生成伪随机数或序列，所述伪随机数或序列基于所述电压以一定速率改变值；振荡器驱动器，通过隔离器耦合到控制电路，以便接收伪随机数并驱动振荡器以根据伪随机数或序列建立振荡功率信号。
在一些这样的实施例中，控制器包括附加振荡器，该附加振荡器被配置为基于所存储的确定的电荷量生成具有振荡频率的另一振荡信号。控制器包括伪随机数发生器，其被配置为基于另外的振荡信号的振荡频率以一定速率改变伪随机数的值。
根据一个实施例，提供了一种跨隔离屏障传输功率的方法。该方法包括在所述隔离屏障的第一侧中产生振荡功率信号；将振荡功率信号从隔离屏障的第一侧传输到隔离屏障的第二侧；在隔离屏障的第二侧存储来自传输的振荡功率信号的电荷；生成伪随机数，该伪随机数基于存储在隔离屏障的第二侧的电荷量以一定速率改变值；将伪随机数从隔离屏障的第二侧传递到隔离屏障的第一侧，使得根据伪随机数值产生振荡功率信号。
概述
除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”等应以包含性的意义解释，而不是排他性的或详尽的意思；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。
如本文通常使用的，词语“耦合”或“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或更多个元件。另外，当在本申请中使用时，词语“此处”、“上方”、“下方”和类似含义的词语应当指代本申请的整体而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的详细描述中的词语也可以分别包括复数或单数。关于两个或更多个项目的列表的“或”一词旨在涵盖对该词的所有以下解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。
应当理解，来自一个或多个上述实施例的一个或多个特征可以与上述实施例中的一个或多个其他特征的一个或多个特征组合，以便形成在所附权利要求范围内的其他实施例。
这些权利要求以单一依赖格式提出，适合向美国专利局提交。然而，应该理解，每个权利要求可以取决于相同类型的任何前述权利要求，除非这在技术上明显是不可行的。

Claims (20)

1.一种用于跨越隔离屏障传输电力的系统，该系统包括：
变压器，具有在所述隔离屏障的第一侧的初级绕组和在所述隔离屏障的第二侧的次级绕组；
振荡器，耦合到所述初级绕组的两端并且被配置为在所述初级绕组中建立振荡功率信号；和
抖动电路，耦合到所述振荡器并被配置为抖动所述振荡功率信号的参数。
2.权利要求1所述的系统，其中所述抖动电路被配置为将抖动添加到所述振荡功率信号的振荡频率。
3.权利要求1所述的系统，其中所述抖动电路包括选择性地耦合到所述变压器的初级绕组的多个电容器。
4.权利要求3所述的系统，其中所述抖动电路包括伪随机数发生器，所述伪随机数发生器被配置为控制所述多个电容器与所述初级绕组的耦合。
5.权利要求1所述的系统，还包括：耦合到所述次级绕组的功率接收器，和耦合到所述功率接收器并且被配置为产生振荡器激活控制信号的反馈控制器。
6.权利要求5所述的系统，其中所述反馈控制器被配置为将抖动添加到所述振荡器激活控制信号的周期时间或所述振荡器激活控制信号的占空比。
7.权利要求6所述的系统，其中所述反馈控制器被配置为抖动表示跨连接到所述功率接收器或部分功率接收器的电荷存储装置的电压的信号，以将所述抖动添加到所述振荡器激活控制信号。
8.权利要求7所述的系统，其中所述反馈控制器还包括充电电路，该充电电路被配置为抖动所述充电电路的充电电流和/或电容以将所述抖动添加到所述振荡器激活控制信号。
9.权利要求6所述的系统，其中所述反馈控制器包括计数器电路，该计数器电路被配置为通过将表示跨电荷存储装置的电压的信号与所述计数器电路的计数器值进行比较来产生振荡器激活控制信号，其中所述反馈控制器被配置为抖动下列中的一个或多个：计数器增量；计数器电路的计数率；计数器电路的初始值；或者应用于表示所述电压的信号的偏移量。
10.一种跨隔离屏障传输电力的方法，该方法包括：
利用振荡器在所述隔离屏障的第一侧的初级绕组中产生振荡功率信号，所述振荡器耦合到所述初级绕组的两端；
将所述振荡功率信号从所述隔离屏障的第一侧传送到所述隔离屏障的第二侧；和
抖动所述振荡功率信号以修改所述振荡功率信号的频谱分布。
11.权利要求10所述的方法，其中抖动振荡功率信号包括将抖动添加到所述振荡功率信号的振荡频率。
12.权利要求11所述的方法，其中所述振荡功率信号由具有耦合到所述初级绕组的电容的振荡器产生，并且其中将抖动添加到所述振荡功率信号的振荡频率包括改变所述振荡器的电容。
13.权利要求12所述的方法，其中改变所述振荡器的电容包括以伪随机方式改变所述振荡器的电容。
14.权利要求10所述的方法，其中产生振荡功率信号包括使用振荡器来产生所述振荡功率信号，并且其中抖动振荡功率信号包括将抖动添加到用于控制所述振荡器是启用还是禁用的控制信号的占空比或周期长度。
15.权利要求14所述的方法，还包括基于存储在所述隔离屏障的第二侧的电荷量或所述隔离屏障的第二侧上的负载处的电压产生所述控制信号。
16.权利要求15所述的方法，其中将抖动添加到所述控制信号的占空比或周期长度包括：将所述控制信号的占空比或周期长度设置为存储在所述隔离屏障的第二侧处的电荷量或所述隔离屏障的第二侧上的负载处的电压的函数。
17.一种用于跨越隔离屏障传输电力的系统，所述系统包括：
分离所述隔离屏障的第一侧和第二侧的变压器，所述变压器具有在所述隔离屏障的第一侧的初级绕组以及在所述隔离屏障的第二侧的次级绕组；
所述隔离屏障的第一侧上的振荡器，其耦合到所述初级绕组的两端，并被配置为向所述变压器的初级绕组提供振荡功率信号；
所述隔离屏障的第二侧上的功率接收器，耦合到所述变压器的次级绕组以接收所述振荡功率信号；
控制电路，耦合到所述功率接收器并且被配置为生成伪随机数或伪随机序列；和
振荡器驱动器，耦合到所述控制电路并且被配置为基于所述伪随机数或伪随机序列来驱动所述振荡器以建立所述振荡功率信号。
18.权利要求17所述的系统，其中所述控制电路和所述振荡器驱动器通过隔离器耦合。
19.权利要求17所述的系统，其中所述振荡器驱动器被配置为经由耦合到所述初级绕组的电容器抖动所述振荡功率信号的振荡频率。
20.权利要求17所述的系统，其中所述控制电路被配置为基于存储在所述隔离屏障的第二侧上的电压来生成所述伪随机数或伪随机序列。
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