CN116054593B - 一种开关电源通过变压器传递信息的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种开关电源通过变压器传递信息的方法，所述方法包括：编码及控制电路根据次级侧输出信息和用电设备请求信息生成编码信号；将编码信号调制到开关电压波形上；初级芯片从辅助绕组获得感应到的开关电压波形；解码及控制电路对被调制的开关电压波形解码，环路控制及驱动模块根据解码结果控制原边开关管通断以调节次级侧输出信息。以往相关研究往往存在信息传递过程严重干扰系统工作，造成系统无法稳定工作甚至无法工作，且存在信息传递不可靠等致命缺点，本申请采用全新的次级侧采样编码及初级侧解码控制的方式，提供一种完整可靠的信息传递及接收方式，克服以往相关研究方法的诸多缺点，既能保证信息可靠传递，又避免影响系统稳定运行。

Description

一种开关电源通过变压器传递信息的方法
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，尤其是涉及一种开关电源通过变压器传递信息的方法。
背景技术
在开关电源设计过程中，通常包括副边反馈(SSR)控制和原边反馈(PSR)控制方式。开关电源的副边反馈是指对输出信息的检测过程在变压器的副边侧完成，再通过光耦和误差放大器及相关阻容元件组成反馈电路，将输出信息传递至变压器的原边侧，但是这种实现方式存在以下缺陷：一方面，检测、放大器、隔离反馈器件的存在增加了开关电源的复杂程度，也增加了产品的体积；另一方面，光耦不能持续在高温下工作，易老化，从而降低了开关电源的使用寿命。
开关电源的原边反馈是在变压器原边侧的辅助绕组获取副边侧的输出信息，由于原边侧的辅助绕组与副边侧的副边绕组上的电压由变压器匝数比确定，通过采样原边侧的辅助绕组端的反馈信息，便可得到副边侧的输出信息。
原边反馈与副边反馈相比，省去了光耦和误差放大器等元器件，降低了整体电路的复杂性，也降低了成本，因此原边反馈控制方式在手机充电器等成本压力较大的市场，和LED驱动等对体积要求很高的市场具有广阔的应用前景。但是由于原边反馈是在变压器的原边侧进行采样和控制，系统中各种元器件的运行会产生较多干扰，导致采样和控制的精度较低。
为了解决原边反馈控制方式中信息采样和控制的精度较低的问题，市场上出现了较多将变压器副边侧的信息传递至原边侧的传递方法，但是，这些传递方法容易影响系统运行的稳定性，使信息传递的可靠性降低，甚至导致系统无法正常运行。
正因现有技术中存在着上述诸多问题，因此，如何依据目前现有的研究基础，提供一种全新且完整可靠的开关电源变压器传递信息的控制及方法，以克服上述诸多问题，也就成为了目前行业内技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决采用将变压器副边侧的信息传递至原边侧的传递方法容易影响系统的稳定运行，导致系统无法正常工作，且信息传递的可靠性低的问题。本申请提供一种完整可靠的开关电源通过变压器传递信息的方法。
本申请提供的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，采用如下的技术方案：
所述开关电源通过变压器传递信息的方法包括：编码及控制电路，用于获取开关电源次级侧的输出信息和用电设备的需求信息，并基于所述输出信息和需求信息生成编码信号，所述编码信号包括数据位和采样位；
编码及控制电路，还用于控制同步整流MOS管Q1的通断，使用开关电压波形作为载波将所述编码信号调制到变压器副边绕组的开关电压波形上；
变压器辅助绕组通过耦合获得变压器副边绕组上被调制的开关电压波形；
解码及控制电路，用于对所述被调制的开关电压波形采样及解码，所述解码及控制电路包括采样模块、判断及解码模块、DAC模块和环路控制及驱动模块，所述采样及解码过程包括：
采样模块，用于对所述被调制的开关电压波形采样生成采样信号；
判断及解码模块，用于对所述采样信号解码生成解码信号，将所述解码信号中数据位对应的数字信号输出至DAC模块，将所述解码信号中采样位对应的模拟反馈信号输出至环路控制及驱动模块；
DAC模块，用于将所述数据位对应的数字信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号输出至环路控制及驱动模块；
环路控制及驱动模块，用于根据判断及解码模块输出的采样位对应的模拟反馈信号或根据DAC模块输出的模拟信号控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息，使开关电源次级侧的输出信息适配用电设备的需求信息。
通过采用上述技术方案，通过在开关电源次级侧采样和编码，在开关电源初级侧解码和控制的方式，既能保证信息可靠的传递，又避免影响系统的稳定运行。
在一个具体的可实施方案中，所述环路控制及驱动模块，用于根据判断及解码模块输出的采样位对应的模拟反馈信号或根据DAC模块输出的模拟信号控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息，具体包括：
环路控制及驱动模块，用于根据判断及解码模块输出的采样位对应的模拟反馈信号与预设的基准值比较得到所述模拟反馈信号与预设的基准值之间的差值，并根据所述模拟反馈信号与预设的基准值之间的差值控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息，或环路控制及驱动模块，用于根据DAC模块输出的模拟信号更新预设的基准值，并根据更新后的基准值控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息。
在一个具体的可实施方案中，所述编码信号包含包头数据Dstart或触发位Dtrigger，所述采样及解码过程还包括：若判断及解码模块生成的解码信号中无包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则判断及解码模块不输出所述数据位对应的数字信号和所述采样位对应的模拟反馈信号；
若判断及解码模块生成的解码信号中有包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则判断及解码模块从包头数据Dstart或触发位Dtrigger的之后一位或之后多位开始输出所述数据位对应的数字信号和所述采样位对应的模拟反馈信号。
在一个具体的可实施方案中，所述编码信号的数据位和采样位交替设置，相邻采样位之间设置一位或多位数据位，相邻数据位之间设置一位或多位采样位。
在一个具体的可实施方案中，所述包头数据Dstart的位数比所述相邻采样位之间的数据位的位数至少多1位。
在一个具体的可实施方案中，所述编码及控制电路，用于控制同步整流MOS管Q1的通断，使用开关电压波形作为载波将所述编码信号调制到变压器副边绕组的开关电压波形上，包括以下方式：编码及控制电路调制编码信号的一位数据或多位数据到变压器副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，或者调制编码信号的一位数据到变压器副边绕组开关电压波形的两个信号周期或多个信号周期上。
在一个具体的可实施方案中，所述编码及控制电路调制编码信号的一位数据到变压器副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，包括以下方式：
编码及控制电路控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期开启、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，或者，
编码及控制电路控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期关闭、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期开启，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，n为大于1的自然数。
在一个具体的可实施方案中，所述编码及控制电路包括放电模块，所述放电模块用于在系统轻载或者空载工作导致开关电压波形的频率较低时，提高所述开关电压波形的频率。
在一个具体的可实施方案中，所述放电模块为可控制的虚拟负载。
在一个具体的可实施方案中，所述次级侧的输出信息包括输出电压、输出电流、输出功率、输出线损补偿信息中的一种或多种；所述用电设备的需求信息包括需求电压、需求电流、需求功率、需求线损补偿信息中的一种或多种。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请中开关电源通过变压器传递信息的方法，通过在开关电源次级侧采样和编码，在开关电源初级侧解码和控制的方式，既能保证信息可靠的传递，又避免影响系统的稳定运行。
附图说明
图1为本申请一个具体实施例中通过变压器传递信息的方法流程图；
图2为本申请一个具体实施例中开关电源系统的整体电路结构示意图；
图3为本申请一个具体实施例中解码及控制电路2的电路结构示意图；
图4为本申请一个具体实施例中开关电源系统在CCM模式下的编码信号、开关电压波形和解码信号示意图；
图5为本申请一个具体实施例中开关电源系统在DCM模式下的编码信号、开关电压波形和解码信号示意图；
图6为本申请一个具体实施例中开关电源系统在DCM模式下启动虚拟负载前后开关电压波形的变化示意图；
图7为本申请一个具体实施例中开关电源系统在CCM模式下传递编码信号的方式。
附图标记：
1、编码及控制电路；11、放电模块；2、解码及控制电路；21、采样模块；211、采样电路；212、第一传输门；22、判断及解码模块；221、判断及解码电路；222、第二传输门；23、DAC模块；24、环路控制及驱动模块。
实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图1-7，对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种开关电源通过变压器传递信息的方法，如图2所示，变压器的端口a和端口b为原边绕组，原边绕组连接电源，原边开关管Q2的漏极与变压器的端口b与连接，原边开关管Q2的源极与电阻R3串联后接地。变压器的端口c和端口d为原边辅助绕组，变压器的端口c依次与电阻R1、电阻R2串联后接地，变压器的端口d接地。变压器的端口e和端口f为副边绕组，开关电源通过变压器的端口e和端口f为用电设备供电，同步整流MOS管Q1的漏极与变压器的端口f连接，同步整流MOS管Q1的源极与用电设备连接，极性电容C4的正极与端口e连接、极性电容C4的负极与端口f连接，极性电容C4用于对输出到用电设备的电压进行滤波，使输出至用电设备的电压更加稳定。变压器原边绕组和变压器辅助绕组位于开关电源系统的初级侧，变压器副边绕组位于开关电源系统的次级侧。
如图2所示，解码及控制电路2包括采样模块21、判断及解码模块22、DAC模块23、环路控制及驱动模块24。各模块的连接关系具体如下：
采样模块21的输入端与电阻R2不接地的一端连接，采样模块21的输出端与判断及解码模块22的输入端连接，判断及解码模块22的输出端分别与DAC模块23和环路控制及驱动模块24的输入端连接，DAC模块23的输出端与环路控制及驱动模块24连接，环路控制及驱动模块24的输出端与原边开关管Q2的栅极连接。
本申请实施例中的开关电源通过变压器传递信息的过程如下：
S101：编码及控制电路1位于开关电源次级侧，编码及控制电路1与变压器副边绕组连接，获取开关电源次级侧的输出信息；编码及控制电路1还与用电设备连接，获取用电设备的需求信息；编码及控制电路1基于所述输出信息和需求信息生成编码信号，所述编码信号包括数据位和采样位。编码及控制电路1基于所述输出信息和需求信息生成的编码信号可以为输出信息和需求信息之间的差值。
具体的，上述开关电源次级侧的输出信息包括输出电压、输出电流输出功率、输出线损补偿信息中的一种或多种，上述用电设备的需求信息包括需求电压、需求电流、需求功率、需求线损补偿信息中的一种或多种。
进一步的，编码及控制电路1还包括放电模块11，放电模块11为可控制的虚拟负载，放电模块11与变压器副边绕组连接，放电模块11用于在系统轻载或者空载工作导致副边绕组开关电压波形的频率较低时，提高系统的开关频率，以提升信息传递速度或效能。如图6所示，启动虚拟负载后，系统的开关频率加快、周期时间减小。
编码信号中的数据位和采样位交替设置，相邻采样位之间可以设置一位或多位数据位，相邻数据位之间也可以设置一位或多位采样位，数据位用于表征输出信息和需求信息，采样位用于保证系统正常工作的周期对输出电压的采样功能不被受影响，以让数据传输不影响系统正常稳定的工作。
S102：编码及控制电路1与同步整流MOS管Q1的栅极连接，编码及控制电路1通过控制同步整流MOS管Q1的有序通断，被控制的同步整流MOS管Q1的通和断之间会产生一个压差，使用开关电压波形作为载波将所述编码信号调制到变压器副边绕组的开关电压波形上。
其中，编码及控制电路1将编码信号调制到副边绕组开关电压波形上的方式包括以下方式：编码及控制电路1可以调制编码信号的一位数据或多位数据到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，也可以调制编码信号的一位数据到副边绕组开关电压波形的两个信号周期或多个信号周期上。当副边绕组开关电压波形频率较低时，通过将编码信号的多位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上可以有效提高信息的传递效率，但为保证信息可靠的传递，一般一个信号周期上调制的数据不超过2位。
上述编码及控制电路1调制编码信号的一位数据到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，可以采用以下方式：编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期开启、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上；或者编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期关闭、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期开启，将编码信号中的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，n为大于1的自然数。
S103：变压器辅助绕组通过耦合获得变压器副边绕组被调制的开关电压波形。
以下为通过解码及控制电路2对所述被调制的开关电压波形采样及解码的步骤，所述采样及解码过程包括：
S104：采样模块21对所述被调制的开关电压波形采样生成采样信号。
S105：判断及解码模块22对采样信号解码生成解码信号，所述解码信号中包括两个信号，其中之一为解码出来的数据位对应的数字信号，判断及解码模块22将其输出至DAC模块23；第二个信号为采样位对应的模拟反馈信号，判断及解码模块22将其输出至环路控制及驱动模块24。
其中，一条完整的编码信号是由包头数据Dstart或触发位Dtrigger以及后面的被设定好的采样位和数据位组成，若判断及解码模块22生成的解码信号中无包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则认为无效数据位，那么判断及解码模块22不输出数据位对应的数字信号至DAC模块23；若判断及解码模块22生成的解码信号中有包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则认为有效数据位，那么判断及解码模块22将从包头数据Dstart或触发位Dtrigger的之后一位或之后多位开始输出数据位对应的数字信号至DAC模块23。例如，若编码信号中的包头数据为“00”，则判断及解码模块22解码出包头数据“00”后，从包头数据“00”的之后一位或之后多位开始输出数据位对应的数字信号至DAC模块23，DAC模块23将该数字信号转换为模拟信号并输出至环路控制及驱动模块24，使环路控制及驱动模块24调整次级侧的输出信息，比如输出电压、输出电流。将包头数据Dstart或触发位Dtrigger作为输出解码信号的触发点，很大程度的提高了解码的可靠性，使解码过程不被系统的信号干扰造成误动作。
具体的，包头数据Dstart或触发位Dtrigger的设计必须保证与正常传递的数据位和采样位的间隔不同，从而区分唯一性，确保解码出正确可靠的数字信息。例如，当采样位永远被定义为“1”，且定义相邻采样位之间只传递1个数据位，那么可以得到相邻的采样位和数据位的组合只有“10”、“11”两种情况，故相邻的采样位和数据位就不可能出现“00”的组合，那么“00”即可作为唯一性的包头数据Dstart或触发位Dtrigger；反之，当采样位永远被定义为“0”，且定义相邻采样位之间只传递1个数据位，那么可以得到相邻的采样位和数据位的组合只有“01”、“00”两种情况，故相邻采样位和数据位就不可能出现“11”的组合，那么“11”即可作为唯一性的包头数据Dstart或触发位Dtrigger。再例如，当采样位永远被定义为“1”，且定义相邻采样位之间传递2个数据位，那么可以得到相邻的采样位和数据位的组合只有：“100”、“111”、“101”、“110”四种情况，即组合中不会出现“000”的情况，那么“000”即可作为唯一性的包头数据Dstart或触发位Dtrigger；以此类推，可以得到，包头数据Dstart或触发位Dtrigger的位数永远比相邻两个采样位之间传递的数据位的位数至少多1位，比如相邻两个采样位之间传递的数据位为2位，那么包头数据Dstart或触发位Dtrigger的位数需要至少为3位。但是因为包头数据Dstart或触发位Dtrigger基本无法设为采样位，所以如果包头数据Dstart或触发位Dtrigger设置的位数过长，会拉长系统采样的间隔时间，从而影响系统的动态响应特性，基于上述考虑，所以建议包头数据Dstart或触发位Dtrigger一般不超过3位。
S106：环路控制及驱动模块24根据判断及解码模块22输出的采样位对应的模拟反馈信号得到开关电源次级侧的输出信息，环路控制及驱动模块24根据得到的次级侧的输出信息与预设的基准值比较得到输出信息和预设基准值之间的差值，环路控制及驱动模块24根据输出信息和预设基准值之间的差值控制原边开关管Q2的通断时间，从而快速的调节次级侧的输出状态，使次级侧的输出状态适配于预设的基准值对应的用电设备的需求信息值。
具体的，上述预设的基准值也就是次级侧连接的用电设备的需求信息值，比如当调节输出电压时，预设的基准值就等于次级侧连接的用电设备的需求电压值。
S107：DAC模块23将判断及解码模块22输出的数据位对应的数字信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号输出至环路控制及驱动模块24，环路控制及驱动模块24根据所述模拟信号更新预设的基准值，并根据更新后的基准值控制原边开关管Q2的通断时间，调节副边侧的输出信息。
因此，通过设置固定间隔的采样位可以使环路控制及驱动模块24能及时感知次级侧的输出状态，并迅速执行系统调节，以保持系统稳定的输出，消除开关电压波形上的调制信号对系统采样功能的影响，保证系统的正常稳定运行，提升系统的可靠性。
上述步骤S106和步骤S107的两种调节方式，一种是通过采样位对应的模拟反馈信号得到开关电源次级侧的输出信息，再与预设的基准值进行比较，根据比较结果对应调整次级侧的输出信息；另一种是通过解码得到输出信息和需求信息之间的差值，根据输出信息和需求信息之间的差值更新预设的基准值，并根据更新后的基准值控制调节次级侧的输出信息，将这两种调节方式结合使用，大大提高了开关电源系统对次级侧输出信息的调节精度，提高了次级侧的输出信息与用电设备的需求信息之间的匹配度。
如图3所示，为本申请中采样模块21和判断及解码模块22的其中一种实现方法：采样模块21包括采样电路211、第一传输门212，判断及解码模块22包括判断及解码电路221、第一电容C1、第二传输门222、第二电容C2。
其中，第一传输门212和第二传输门222也可以用其他的具有开关功能的元器件代替。
进一步的，本实施例中的编码及控制电路1也可以采用ADC采集次级侧的输出信息与用电设备的需求信息之间的差值，将此差值传递至解码及控制电路2，使采样电路211控制第一传输门212的开启以及判断及解码电路221控制第二传输门222的开启。
下面结合图3对采样模块21和判断及解码模块22内各部分的具体连接方式进行具体说明：
电阻R2不接地的一端同时与采样电路211、第一传输门212连接，采样电路211与第一传输门212的控制端连接，采样电路211用于控制第一传输门212在合适时间的通断，将采样信号进行传递。
第一传输门212的输出端同时与第一电容C1的一端、判断及解码电路221、第二传输门222的输入端连接，第一电容C1的另一端接地，判断及解码电路221还与DAC模块23连接，判断及解码电路221还与第二传输门222的控制端连接，第二传输门222的输出端同时与环路控制及驱动模块24、第二电容C2的一端、判断及解码电路221连接，第二电容C2的另一端接地，第二电容C2上的电压值Vc-hold为初始预设，判断及解码电路221用于控制第二传输门222的通断，以防止非正确的采样电压传递到第二电容C2。
DAC模块23与环路控制及驱动模块24连接。
参照图4，为开关电源系统工作在CCM模式下的编码信号、开关电压波形和解码信号示意图，下面结合图2、图3、图4对本申请实施例中通过变压器传递信息的过程进行具体说明：
预设第二电容C2上的初始电压值Vc-hold为V1。
若开关电源次级侧的输出电压为4.8V，用电设备的需求电压为5V，环路控制及驱动模块24中预设的电压基准值为5V，则编码及控制电路1根据副边侧的输出电压4.8V和用电设备的需求电压5V，得到二者的差值value为0.2V，编码及控制电路1通过对差值0.2V量化和编码，得到与0.2V对应的编码数据“1011”，其中，编码数据“1011”中的第一、二个数字“10”表示增加，编码数据“1011”中的第三、四个数字“11”表示0.2V，编码及控制电路1根据该编码数据生成对应的编码信号，编码信号中的采样位设置为“1”，编码及控制电路1在开关电压波形的一个信号周期上只调制一位数据，且相邻数据位之间设置一位采样位“1”，包头数据Dstart设置为“00”。
特别的，由于相邻数据位之间都有设置一位采样位“1”，因此由前述可知，相邻的采样位和数据位的组合只有“10”、“11”两种情况，不可能出现“00”的组合，所以将包头数据Dstart设置为“00”。
则编码信号如图4中所示，该编码信号中的前两位“00”是设置的包头数据Dstart，第四、六、八、十位上的数据“1011”为需要传递的电压信号，第三、五、七、九位均为采样位。
通过编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1的通断，当传递数据“1”时，编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1闭合，此时采样电路采样得到电压为V1，即第一传输门212的输入端电压为V1；当传递数据“0”时，编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1打开，此时采样电路采样得到电压为V1+△V，即第一传输门212的输入端电压为V1+△V，则第一传输门212的输入端的开关电压波形如图4中所示，下面对解码过程展开具体说明：
S201：传递包头数据Dstart“00”中的第一位“0”时，第一传输门212的输入端电压为V1+△V，采样电路211控制第一传输门212导通，第一传输门212将电压值V1+△V传递至第一电容C1上，则此时第一电容C1上的电压值也是V1+△V；判断及解码电路221通过比较第一电容C1上的电压值V1+△V，与第二电容C2上的初始电压值V1比较，判断出二者的电压存在差值△V，则判断及解码电路221解码得到“0”，判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
S202：传递包头数据Dstart“00”中的第二位“0”时，解码过程参照步骤S201的描述，判断及解码电路221解码得到“0”，判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
通过上述步骤S201~S202，判断及解码电路221已解码得到了包头数据“00”，则判断及解码电路221判断从下一位开始解码得到的解码信号，将解码信号中数据位对应的数字信号输出至DAC模块23，将解码信号中采样位对应的模拟反馈信号输出至环路控制及驱动模块24。
S203：传递编码信号中的采样位数据“1”时，第一传输门212的输入端电压为V1，采样电路211控制第一传输门212导通，第一传输门212将电压值V1传递至第一电容C1上，则此时第一电容C1上的电压值也是V1；判断及解码电路221通过比较第一电容C1上的电压值V1，与第二电容C2上的电压值V1，判断出二者的电压不存在差值，则解码得到采样位“1”，判断及解码电路221控制第二传输门222导通，将采样位“1”对应的模拟反馈信号输出至环路控制及驱动模块24，所述模拟反馈信号也就是辅助绕组通过耦合间接得到的开关电源次级侧的输出电压，将所述模拟反馈信号传递至环路控制及驱动模块24，环路控制及驱动模块24便可以得到辅助绕组耦合得到的开关电源次级侧的输出电压。
S204：传递编码数据“1011”中的第一位数据“1”时，此时传递的是数据位上的数据，解码过程参照步骤S203所述，判断及解码电路221解码得到“1”，判断及解码电路221将此解码数据“1”存储，同时判断及解码电路221控制第二传输门222导通，当然也可以设置判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
但是，建议设置为传递数据“1”时判断及解码电路221控制第二传输门222导通，将数据“1”对应的模拟反馈信号传递至环路控制及驱动模块24，这样可以有效提高系统的响应速度；同时，控制第二传输门222导通也可以使第二电容C2上的电压值更新，避免由于第二电容C2的自然放电造成第二电容C2上的电压值减小，从而影响判断及解码电路221的解码结果。
进一步的，由于第二电容C2的自然放电，判断及解码电路221比较第一电容C1上的电压值与第二电容C2上的电压值时，还可以设定若第一电容C1上的电压值与第二电容C2上的电压值之间的电压差值△V小于预设的阈值电压，则判断及解码电路221认为此时第一电容C1上的电压值与第二电容C2上的电压值相同，解码得到的数据为“1”。
S205：传递编码信号中的采样位数据“1”时，解码过程参照步骤S203的描述，判断及解码电路221解码得到采样位“1”，并控制第二传输门222导通，使第二电容C2上的电压值更新，同时环路控制及驱动模块24接收第二传输门222传递的采样位对应的模拟反馈信号。
S206：传递编码数据“1011”中的第二位数据“0”，此时传递的是数据位上的数据，解码过程参照步骤S201的描述，判断及解码电路221得到“0”，判断及解码电路221将此解码数据“0”存储，同时判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
S207：传递编码信号中的采样位数据“1”时，解码过程参照步骤S203的描述，判断及解码电路221解码得到“1”，并控制第二传输门222导通，使第二电容C2上的电压值更新，同时环路控制及驱动模块24接收第二传输门222传递的采样位对应的模拟反馈信号。
S208：传递编码数据“1011”中的第三位数据“1”，此时传递的是数据位上的数据，解码过程参照步骤S203的描述，判断及解码电路221解码得到“1”，判断及解码电路221将此解码数据“1”存储，同时判断及解码电路221控制第二传输门222导通，当然也可以设置判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
S209：传递编码信号中的采样位数据“1”时，解码过程参照步骤S203的描述，判断及解码电路221解码得到“1”，并控制第二传输门222导通，使第二电容C2上的电压值更新，同时环路控制及驱动模块24接收第二传输门222传递的采样位对应的模拟反馈信号。
S210：传递编码数据“1011”中的第四位数据“1”，此时传递的是数据位上的数据，解码过程参照步骤S203的描述，判断及解码电路221解码得到数据“1”，判断及解码电路221将此解码数据“1”存储，同时判断及解码电路221控制第二传输门222导通，当然也可以设置判断及解码电路221控制第二传输门222不导通。
在上述步骤S201~步骤S210中，环路控制及驱动模块24通过接收第二传输门222传递的采样位对应的模拟反馈信号，并将模拟反馈信号对应的次级侧的输出电压与预设的电压基准值进行比较，得到二者的差值，根据该差值去控制原边开关管Q2的通断时间，快速调节开关电源次级侧的输出电压，使次级侧的输出电压达到预设的电压基准值，即使次级侧的输出电压达到5V。通过将采样位对应的模拟反馈信号传递至环路控制及驱动模块24，使环路控制及驱动模块24可以及时感知次级侧的输出电压状态，并迅速执行系统调节，以保持系统稳定的输出电压状态，消除开关电压波形上的调制信号对系统采样功能的影响，保证系统的正常稳定运行，提升系统的可靠性。
通过上述步骤S201~步骤S210，判断及解码电路221已经解码得到数据位对应的数字信号“1011”，判断及解码电路221将此数据位对应的数字信号“1011”输出至DAC模块23；DAC模块23将接收到的数字信号进行数模转换，转换为对应的模拟信号，并将该模拟信号输出至环路控制及驱动模块24，使环路控制及驱动模块24更新预设的电压基准值5V，将电压基准值增大，同时环路控制及驱动模块24根据更新后的基准值可以判断出次级侧的输出电压偏小，需要增大次级侧输出电压，因此环路控制及驱动模块24控制原边开关管Q2的通断时间，调节开关电源次级侧的输出电压，使输出电压增大到用电设备的需求电压5V。
参照图4和图5，图4为开关电源系统工作在CCM模式下编码信号、开关电压波形和解码信号，图5为开关电源系统工作在DCM模式下编码信号、开关电压波形和解码信号，虽然CCM模式下的开关电压波形与DCM模式下的开关电压波形有所区别，但是不影响解码结果，DCM模式下的解码结果与CCM模式下的解码结果相同。
由于在信息传递过程中，编码及控制电路1将编码信号调制到变压器副边绕组开关电压波形上，当传递编码信号中的“0”或者“1”时如果编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1在当前周期不开启，那么在重载及数据频繁传递时，会造成一定的系统转换效率损失，因此为了尽可能的降低系统的转换效率损失，可以采用以下方式：
参照图7，下面以开关电源系统工作在CCM模式下举例，设定编码及控制电路1在传递编码信号中的包头数据和数据位时控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/2周期开启(前半周期电流最大，同步整流不开启损耗也最大)、控制同步整流MOS管Q1在开关电压波形同一个信号周期内高电平期间的后1/2周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，并相应的设定解码及控制电路2对被调制的开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后1/2周期的电压进行采样并解码，即可得到对应的解码信号。
当然，也可以设定编码及控制电路1在传递编码信号中的包头数据和数据位时控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/3周期开启、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后2/3周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，并相应的设定解码及控制电路2对被调制的开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后2/3周期的电压进行采样并解码，即可得到对应的解码信号。这样做将最大可能的让系统转换效率不被受到损失。
依此类推，可以设定编码及控制电路1控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期开启、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，并相应的设定解码及控制电路2对被调制的开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期的电压进行采样并解码，即可得到对应的解码信号，n为大于1的自然数。但是这种信息的传递方式也使控制的难度有所增加。
当然，开关电源系统工作在DCM模式下，也同样可以采用这种控制同步整流MOS管Q1在开关电压波形一个信号周期内高电平期间部分时间开启、部分时间关闭的方法来传递信息，在此不再赘述。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于，包括：
编码及控制电路(1)，用于获取开关电源次级侧的输出信息和用电设备的需求信息，并基于所述输出信息和需求信息生成编码信号，所述编码信号包括数据位和采样位；
编码及控制电路(1)，还用于控制同步整流MOS管Q1的通断，使用开关电压波形作为载波将所述编码信号调制到变压器副边绕组开关电压波形上；
变压器辅助绕组通过耦合获得变压器副边绕组被调制的开关电压波形；
解码及控制电路(2)，用于对所述被调制的开关电压波形采样及解码，所述解码及控制电路(2)包括采样模块(21)、判断及解码模块(22)、DAC模块(23)和环路控制及驱动模块(24)，所述采样及解码过程包括：
采样模块(21)，用于对所述被调制的开关电压波形采样生成采样信号；
判断及解码模块(22)，用于对所述采样信号解码生成解码信号，将所述解码信号中数据位对应的数字信号输出至DAC模块(23)，将所述解码信号中采样位对应的模拟反馈信号输出至环路控制及驱动模块(24)；
DAC模块(23)，用于将所述数据位对应的数字信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号输出至环路控制及驱动模块(24)；
环路控制及驱动模块(24)，用于根据判断及解码模块(22)输出的采样位对应的模拟反馈信号或根据DAC模块(23)输出的模拟信号控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息，使开关电源次级侧的输出信息适配用电设备的需求信息。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述环路控制及驱动模块(24)，用于根据判断及解码模块(22)输出的采样位对应的模拟反馈信号或根据DAC模块(23)输出的模拟信号控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息，具体包括：
环路控制及驱动模块(24)，用于根据判断及解码模块(22)输出的采样位对应的模拟反馈信号与预设的基准值比较得到所述模拟反馈信号与预设的基准值之间的差值，并根据所述模拟反馈信号与预设的基准值之间的差值控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息；或环路控制及驱动模块(24)，用于根据DAC模块(23)输出的模拟信号更新预设的基准值，并根据更新后的基准值控制原边开关管Q2的通断时间，以调节开关电源次级侧的输出信息。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述编码信号包含包头数据Dstart或触发位Dtrigger，所述采样及解码过程还包括：若判断及解码模块(22)生成的解码信号中无包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则判断及解码模块(22)不输出所述数据位对应的数字信号和所述采样位对应的模拟反馈信号；
若判断及解码模块(22)生成的解码信号中有包头数据Dstart或触发位Dtrigger，则判断及解码模块(22)从包头数据Dstart或触发位Dtrigger的之后一位或之后多位开始输出所述数据位对应的数字信号和所述采样位对应的模拟反馈信号。
4.根据权利要求3所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述编码信号的数据位和采样位交替设置，相邻采样位之间设置一位或多位数据位，相邻数据位之间设置一位或多位采样位。
5.根据权利要求4所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述包头数据Dstart的位数比所述相邻采样位之间的数据位的位数至少多1位。
6.根据权利要求1所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述编码及控制电路(1)，用于控制同步整流MOS管Q1的通断，使用开关电压波形作为载波将所述编码信号调制到变压器副边绕组的开关电压波形上，包括以下方式：编码及控制电路(1)调制编码信号的一位数据或多位数据到变压器副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，或者调制编码信号的一位数据到变压器副边绕组开关电压波形的两个信号周期或多个信号周期上。
7.根据权利要求6所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述编码及控制电路(1)调制编码信号的一位数据到变压器副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，包括以下方式：
编码及控制电路(1)控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期开启、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期关闭，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，或者，
编码及控制电路(1)控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的前1/n周期关闭、控制同步整流MOS管Q1在副边绕组开关电压波形一个信号周期内高电平期间的后(n-1)/n周期开启，将编码信号的一位数据调制到副边绕组开关电压波形的一个信号周期上，n为大于1的自然数。
8.根据权利要求1所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述编码及控制电路(1)包括放电模块(11)，所述放电模块(11)用于在系统轻载或者空载工作导致开关电压波形的频率较低时，提高所述开关电压波形的频率。
9.根据权利要求8所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述放电模块(11)为可控制的虚拟负载。
10.根据权利要求1所述的一种开关电源通过变压器传递信息的方法，其特征在于：所述次级侧的输出信息包括输出电压、输出电流、输出功率、输出线损补偿信息中的一种或多种；所述用电设备的需求信息包括需求电压、需求电流、需求功率、需求线损补偿信息中的一种或多种。
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