CN118157490A - 具有用于数据传输的电容器的功率转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有次级侧调节(SSR)的功率转换器，该SSR用于驱动具有电容器(优选地为Y电容器)的一个或多个输出负载以用于反馈和数据传输。该功率转换器包括具有初级绕组和次级绕组的变压器、初级电路、包括次级控制器的次级电路，以及包括多个电容器的数据传输电路。该初级电路包括一个或多个开关装置和初级控制器。该次级电路通过该变压器与该初级电路隔离并且连接到该输出负载和该次级绕组。该数据传输电路将该次级电路连接到该初级电路以用于传输反馈信号直到变成初级侧反馈信号。该电容器包括在反馈路径上的一个或多个第一电容器和在接地路径上的一个或多个第二电容器。

Description

具有用于数据传输的电容器的功率转换器
本申请是申请号为201980099854、申请日为2019年9月16日、发明名称为“具有用于数据传输的电容器的功率转换器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开整体涉及用于驱动发光二极管(LED)或其他输出负载的功率转换器。具体地，本公开涉及具有次级侧调节(SSR)的开关模式功率转换器，该开关模式功率转换器具有Y电容器以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。
背景技术
开关模式功率转换器(也称为“功率转换器”)通常用于提供经调节的负载电流以驱动输出负载，尤其是对于发光设备。开关模式功率转换器通常被配置为将输出负载与输入功率(诸如交流(AC)干线或直流(DC)输入电压)隔离，并且生成经调理的DC输出电压以用于驱动输出负载。在传统的隔离功率转换器拓扑结构中，通常使用光耦合器通过次级侧反馈来执行输出电压调节，以将反馈信息电隔离并光学耦接到初级侧。
图1中示出了使用光耦合器进行反馈和数据传输来驱动一个或多个发光二极管(LED)的具有SSR的常规开关模式功率转换器的一个示例。为了说明的简单和清楚，在图1中可能没有描绘常见和公知的元件(诸如EMI滤波器、桥式整流器、缓冲器、输出整流器和平滑电容器)，以便较少地妨碍对所描绘的特征的观察。功率转换器100接收输入信号101，该输入信号可以是DC电压或来自AC干线的整流信号。输入信号101耦接到变压器140，该变压器包括初级绕组141和次级绕组142。开关晶体管131被配置为控制变压器140的初级绕组141，使得在变压器140的次级绕组142中感应出电流，这可将输出负载与初级电路隔离。输出电流可用于通过将输出负载连接到VOUT+151和VOUT-152端口来驱动一个或多个输出负载。
为了稳定次级侧处的输出电压，通常使用光耦合器110将反馈信息电隔离并从次级电路光学耦接到初级电路。通常，VOUT+151处的输出信号由具有两个或更多个电阻器的分压器121处理。从分压器121生成用于为次级控制器120供电的电压。次级控制器120被配置为连续感测输出电压和/或电感器电流，并经由光耦合器110将反馈信号耦接到初级控制器130以调整开关晶体管131的相对占空比。图2A和图2B分别示出在光耦合器110的初级侧和次级侧处捕获的反馈信号的波形。因此，来自次级控制器120的反馈信号可耦接到初级控制器130。
在常规开关模式功率转换器中，电隔离和数据传输通常由光耦合器110实现。然而，在室外和工业应用中，在初级侧和次级侧之间预期较高的浪涌电压。电压突然上升可对功率转换器中的部件造成相当大的损坏。应在火线/零线(L/N)和保护地线(PE)之间以较高的浪涌要求对AC干线进行良好保护。例如，如果在初级侧和次级侧之间预期>12kV的浪涌电压，则L/N和PE之间的浪涌要求为至少10kV。然而，可用的标准光学耦合器110只能支持高达8kV浪涌电压。具有较高浪涌电压的专门设计的光耦合器110的成本显著高于标准光耦合器110。对于一般和低成本应用，诸如室外LED设备和其他工业装备，这不是优选的。
鉴于常规开关模式功率转换器的缺陷，在本领域中需要具有带有SSR的开关模式功率转换器，以用于驱动LED或其他输出负载而不需要光耦合器。特别地，可以使用常规无源部件来实现从次级电路到初级电路的反馈和数据传输，使得功率转换器的系统成本可减少，而没有对其性能或其安全性的任何折衷。此外，还通过数据编码协议消除与数据传输相关联的任何噪声和错误。
发明内容
本文提供了带有SSR的功率转换器，该功率转换器具有电容器，优选地为Y电容器，以用于从次级电路到初级电路和/或从初级电路到次级电路的反馈和数据传输。功率转换器包括变压器、初级电路、次级电路和数据传输电路。该变压器包括初级绕组和次级绕组。初级电路包括耦接到初级绕组的至少一个开关装置以及初级控制器。次级电路通过变压器与初级电路隔离并且连接到一个或多个输出负载和次级绕组，并且次级电路包括次级控制器。数据传输电路将次级电路连接到初级电路以用于传输反馈信号，并且包括多个电容器，优选地为Y电容器。多个电容器包括在反馈路径上的一个或多个第一电容器和在接地路径上的一个或多个第二电容器。反馈信号通过多个电容器传输，以在初级电路处成为初级侧反馈信号。
根据某些方面，次级控制器将反馈信号耦接到一个或多个第一电容器，使得初级侧反馈信号基于反馈信号耦接到初级控制器。
根据某些方面，初级侧反馈信号是电压浪涌信号，其包括与反馈信号的上升沿相对应的多个电压火花。
根据某些方面，次级控制器被配置为生成由编码方法以数字形式编码的反馈信号。根据另外的方面，该编码方法是特殊曼彻斯特码，其特征在于，从存在第一脉冲串到不存在第一脉冲串的转变表示逻辑1，而从不存在第二脉冲串到存在第二脉冲串的另一转变表示逻辑0。
根据另外的方面，以多个脉冲的形式周期性地递送第一脉冲串和第二脉冲串持续在1ms至20ms范围内的周期。
根据另外的方面，在10ms内以100个脉冲周期性地递送第一脉冲串和第二脉冲串。
根据某些方面，反馈信号被布置成携带包括起始位、多个数据位、奇偶校验位和停止位的数据分组。
根据某些方面，数据传输电路还包括两级电压放大器，该两级电压放大器连接在次级控制器与一个或多个第一电容器之间。两级电压放大器是共发射极放大器继之以共集电极放大器的级联。
根据某些方面，初级控制器包括内部比较器、解码器以及调制发生器，该调制发生器选自由脉宽调制(PWM)发生器、频率调制发生器和它们的组合组成的组。
根据某些方面，接地路径具有串联连接的两个或更多个第二电容器，并且保护地线连接在两个或更多个第二电容器中的任何两个相邻连接的电容器之间。
根据某些方面，次级控制器被配置为检测次级电路中的负温度系数(NTC)热敏电阻的值或外部电阻器的第二值，该外部电阻器限定要由功率转换器提供的标称输出电流。
提供该发明内容以便以简化形式介绍概念的选择，这些概念在以下的具体实施方式中进一步描述。该发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围时的辅助。公开了本发明的其他方面和优点，如下文中的实施方案所示。
附图说明
附图(其中相似的参考标号指代相同或功能上类似的元件)包含某些实施方案的图以进一步说明和阐明如本文所公开的功率转换器的各个方面、优点和特征。应当理解，这些附图和图形仅描绘了本发明的某些实施方案并且不旨在限制其范围。将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述和解释如本文所公开的功率转换器，其中：
图1描绘了带有SSR的常规开关模式功率转换器的简化电路图，该常规开关模式功率转换器具有光耦合器以用于从次级电路到初级电路的数据传输。
图2A示出根据图1的常规开关模式功率转换器的由初级控制器从光耦合器接收的波形。
图2B示出根据图1的常规开关模式功率转换器的由光耦合器从次级控制器接收的波形。
图3描绘了根据本公开的示例性实施方案的带有SSR的隔离开关模式功率转换器的简化电路图，该隔离开关模式功率转换器具有电容器以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。
图4A示出了根据本公开的示例性实施方案的由初级控制器接收的波形。
图4B示出了根据本公开的示例性实施方案的由次级控制器生成的波形。
图5描绘了根据本公开的示例性实施方案的特殊曼彻斯特码的数据格式。
图6是示出根据本公开的示例性实施方案从次级控制器传输到初级控制器的反馈信号的数据格式的表。
图7描绘了根据本公开的示例性实施方案的示出从次级控制器到初级控制器的数据传输的框图。
图8A描绘了根据本公开的示例性实施方案的示出用于将信号从次级侧传输到初级侧的功率转换器的第一布置的框图。
图8B描绘了根据本公开的示例性实施方案的示出用于将信号从初级侧传输到次级侧的功率转换器的第二布置的框图。
图8C描绘了根据本公开的示例性实施方案的示出用于传输双向信号的功率转换器的第三布置的框图。
图9描绘了根据本公开的示例性实施方案的带有SSR的隔离开关模式功率转换器的示例性电路图，该隔离开关模式功率转换器具有电容器以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。
图10描绘了根据本公开的示例性实施方案的带有SSR的隔离开关模式功率转换器的另一示例性电路图，该隔离开关模式功率转换器具有电容器以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。
技术人员将理解的是，图中的元件是为了简单和清楚起见而示出的，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
本公开整体涉及用于驱动发光二极管(LED)或其他输出负载的带有SSR的功率转换器。具体地，本公开涉及开关模式功率转换器，该开关模式功率转换器具有电容器(例如，Y电容器)以用于从次级电路到初级电路和/或从初级电路到次级电路的反馈和数据传输。由于可在不使用光耦合器的情况下使用常规无源部件来实现数据传输，因此功率转换器的系统成本可减少，而没有对性能和安全标准的任何折衷。
在以下实施方案中，功率转换器及其系统本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开或其应用和/或用途。应当理解，存在大量变化。本具体实施方式将使得本领域普通技术人员能够在没有过度实验的情况下实现本公开的示例性实施方案，并且应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可在示例性实施方案中描述的电路的功能和布置中进行各种改变或修改。
益处、优点、问题的解决方案以及可能致使任何益处、优点或解决方案出现或变得更明显的任何元素不应被解释为任何或所有权利要求的关键、所需或必要特征或元素。本发明仅由所附权利要求限定，包括在本申请的待决期间做出的任何修订以及所发布的那些权利要求的所有等效物。
为了简单和清楚起见，诸如“第一”、“第二”等(如果有的话)的关系术语仅用于将一个条目、项目或设备与另一个条目、项目或设备区分开，而不必要求此类条目、项目或设备之间的任何实际此类关系或顺序。除非另有说明或明显与上下文相矛盾，否则术语“耦接”和“连接”以及其任何变体用于覆盖两个或更多个元件之间的任何耦接或连接(直接或间接)。
参见图3，描绘了根据本公开的示例性实施方案的隔离开关模式功率转换器的电路图。为了说明的简单和清楚，在图3中可能没有描绘常见和公知的元件(诸如EMI滤波器、桥式整流器、缓冲器、输出整流器和平滑电容器)，以便较少地妨碍对所描绘的特征的观察。功率转换器200在初级侧处接收输入信号201以用于在次级侧处驱动输出负载。输入信号201可以是DC电压或来自AC干线的整流信号。在DC电压的情况下，功率转换器200可接收例如400V DC的DC输入，该DC输入可由有源功率因数校正电路(PFC)(例如，升压PFC)提供。在整流信号的情况下，功率转换器200可接收120V/60Hz AC功率、220V/50Hz AC功率或其他合适的AC功率的AC输入。可通过全桥整流器或半桥整流器对AC输入进行整流以获得整流信号。在次级侧上，输出负载连接到VOUT+251和VOUT-252，其可包括一个或多个发光设备或其他输出负载。在发光设备的情况下，设备可以是将电能转换为光的固态设备，诸如包括一个或多个LED、LED串、LED阵列或它们的任何组合的设备。另选地，发光设备可以是气体放电灯、白炽灯、照明面板、低压卤素灯等，或它们的任何组合。为了驱动输出负载，向其供应驱动电流(IOUT)。
输入信号201耦接到变压器240，该变压器包括初级电路上的初级绕组241和次级电路上的次级绕组242。变压器240用于使输入信号201升压或降压并且将AC干线与次级侧上的电路隔离。开关装置231被配置为控制变压器240的初级绕组241，使得在变压器240的次级绕组242中感应出电流。初级绕组241磁性耦接到次级绕组242并通过隔离边界243与该次级绕组隔离，该隔离边界可将输出负载与初级电路隔离。
为了提供输出电流的增强的精度，可以实现各种SSR方案。如名称所暗示的，SSR是涉及感测次级侧处的输出电压并将所感测的输出电压与参考电压进行比较以确定误差电压的方案。误差电压在次级控制器220中被处理并被转换成反馈信号，该反馈信号被传输到初级控制器230以用于控制至少一个开关装置231。本公开的反馈信号不限于来自功率转换器200的输出的误差电压或纯反馈，而是可以是在功率转换器200的次级侧上感测的任何信号。开关装置231可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)或本领域技术人员已知的任何其他开关设备。在某些实施方案中，开关装置231是NMOS晶体管，并且漏极连接到变压器240的初级绕组241。开关装置231的栅极由初级控制器230控制。变压器240以不连续传导模式进行操作。当开关装置231被关断时，初级绕组241中的电流塌缩。开关装置231被控制以提供功率转换，使得来自输入信号201的电流通过变压器240进行调节并且通过可被准确控制的驱动电流(IOUT)感应到次级绕组242。
VOUT+251处的输出信号由具有至少两个或更多个电阻器的分压器221处理。本公开中使用的电阻器可以是薄膜电阻器、表面安装芯片电阻器，或本领域技术人员已知的任何其他类型的电阻器。通过在中间位置处分接两个或更多个电阻器，从分压器221生成用于向次级控制器220供电的电压。
次级控制器220被配置为连续感测输出电压和/或电感器电流，并且将反馈信号传输到初级控制器230。有利地，功率转换器200不具有用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输的光耦合器。相反，功率转换器200包括将次级电路连接到初级电路的数据传输电路210。数据传输电路210包括多个Y电容器211、212、213、214。用于本公开的Y电容器是具有足够额定电压以安全地跨越功率转换器200的初级电路和次级电路之间的隔离边界243的电容器。通常，Y电容器可用于抑制初级侧与次级侧之间的高频电磁干扰(EMI)。在某些实施方案中，Y电容器可为极化电解电容器，诸如铝电解电容器或钽电解电容器。电容器的额定电压应被选择为对应于功率转换器200的操作电压。在跨过隔离边界243的反馈路径216上存在至少一个或多个第一Y电容器211、212，并且在跨过隔离边界243的接地路径217上存在一个或多个第二Y电容器213、214。
数据传输电路210还包括两级电压放大器226，该两级电压放大器连接在次级控制器220与一个或多个第一Y电容器之间。两级电压放大器226的输出连接到次级侧上的反馈路径216，而两级电压放大器226的接地(次级接地)连接到次级侧上的接地路径217。两级电压放大器226是共发射极放大器继之以共集电极放大器的级联。在第一级中，共发射极放大器包括第一电阻器222和第一BJT 223。第一BJT 223的基极连接到次级控制器220作为输入，并且第一BJT 223的集电极连接到第一电阻器222和第二级。在第二级中，共集电极放大器(或称为发射极跟随器)包括第二电阻器225和第二BJT 224。第二BJT的基极接收来自第一级的信号，并且第二BJT 224的发射极连接第二电阻器225和跨过隔离边界243的反馈路径216。共发射极放大器可提供相对较高的输入电阻，并且共集电极放大器具有低输出电阻。因此，在数据传输电路210中使用两级电压放大器226可增加输入电阻，降低输出电阻，并且实现大的增益。本领域技术人员很容易理解，两级电压放大器226可通过使用其他半导体设备或离散部件(诸如MOSFET和缓冲器)来实现，或通过在次级控制器220内集成并包含微控制器(MCU)、定制集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现，以在不脱离本公开的目的和范围的情况下实现相同优点。
在跨过隔离边界243的反馈路径216上，第一Y电容器211、212被布置成从次级控制器220接收反馈信号，并且反馈信号通过一个或多个Y电容器211、212、213、214跨过隔离边界243传输以成为初级侧反馈信号，该初级侧反馈信号可以是电压浪涌信号或脉冲。由次级控制器220提供的反馈信号可以是方波，如图4B所示，其限定用于控制初级电路中的开关装置231的调制信号(例如，脉宽调制(PWM)信号)的特性。然而，显而易见的是，反馈信号无法直接连接到初级控制器230，并且不可能跨过隔离边界243将连接从次级控制器220路由到初级控制器230。将反馈信号的确切波形传输到初级控制器230的任何尝试可能需要光耦合器或其他专门设计的设备。本公开有利地提供了一种用于跨过隔离边界243传输初级侧反馈信号的方法。如图4A所示，由初级控制器230在初级电路处接收多个电压火花。每个电压火花对应于反馈信号上的上升沿，而对应于反馈信号上的下降沿的电压火花由第一二极管(D1)233和第二二极管(D2)232滤除。第一二极管(D1)233具有在第一Y电容器212处耦接到反馈路径216的阴极，以及耦接到初级接地的阳极。第二二极管(D2)232具有耦接到初级控制器230的阴极以及在第一Y电容器212处耦接到反馈路径216的阳极。
在反馈路径216上，来自数据传输电路210的初级侧反馈信号基于来自次级控制器220的反馈信号耦接到初级控制器230。在接地路径217上，次级接地经由数据传输电路210的接地路径217连接到初级接地。在某些实施方案中，接地路径217具有串联连接的两个或更多个第二Y电容器213、214，并且保护地线215连接在任何两个相邻连接的Y电容器之间(例如，在213和214之间)。优选地，保护地线215连接到具有功率转换器200的设备的外壳。
利用本公开的功率转换器200，使用多个Y电容器实现次级侧和初级侧之间的数据传输。因此，通过用Y电容器替换光耦合器，数据传输电路210可以以显著较低的成本来实现。由于Y电容器是具有足够额定电压以安全地跨越隔离边界的电容器，其可用于抑制高频电磁干扰(EMI)，所以功率转换器200可满足室外和工业应用的较高浪涌要求。
为了实现经由多个Y电容器211、212、213、214的数据传输，次级控制器220被配置为生成由编码方法(诸如本文所述的特殊曼彻斯特码)以数字形式编码的反馈信号。来自数据传输电路210的初级侧反馈信号在嘈杂环境或实际应用设备中具有大量噪声。不同于无法有效地区分正常脉冲和噪声脉冲的传统曼彻斯特码，特殊曼彻斯特码具有强的抗干扰特性。特殊曼彻斯特码的数据格式描绘于图5中。特殊曼彻斯特码的特征在于，从存在第一脉冲串到不存在第一脉冲串的转变表示逻辑1，而从不存在第二脉冲串到存在第二脉冲串的另一转变表示逻辑0。在某些实施方案中，脉冲串的时间周期是周期的一半(T/2)。由次级控制器220以多个脉冲的形式周期性地递送第一脉冲串和第二脉冲串持续在1ms至20ms范围内的周期(T/2＝1ms-20ms)。在一个实施方案中，由次级控制器220以20ms的周期(T)提供具有100个脉冲的脉冲串。从存在在10ms内具有100个脉冲的第一脉冲串到不存在任何脉冲的另一个10ms的转变表示逻辑1。从不存在任何脉冲的10ms到存在在10ms内具有100个脉冲的第一脉冲串的转变表示逻辑0。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的目的和范围的情况下，可以修改特殊曼彻斯特码的布置、脉冲的数量以及周期。利用特殊曼彻斯特码，脉冲数量的可接受范围用于确定脉冲串的存在，使得噪声耦合不会导致数据检测中的错误。
图6进一步提供了示出从次级控制器220传输到初级控制器230的反馈信号的数据格式的表。反馈信号被布置成携带数据分组。在某些实施方案中，数据分组的长度为16位。最高有效位是起始位，随后是保留位、多个数据位、奇偶校验位和停止位。保留位的默认值为1。在示例性实施方案中，可能存在多达12个数据位，并且如果数据是偶数，则奇偶校验位是1。停止位是最低有效位，并且停止位的默认值为1。所提出的数据分组的格式是一种示例性布置，并且显而易见的是，在不脱离本公开的目的和范围的情况下，数据分组可以以其他方式布置。
现在转到图7，示出了示出从次级控制器220到初级控制器230的数据传输的框图。初级控制器230包括内部比较器331、解码器332和调制发生器333(例如，PWM发生器、频率调制发生器或它们的组合)。内部比较器331被配置为消除背景噪声和其他不需要的噪声耦合。解码器332是特殊曼彻斯特码解码器，其被配置为对所接收的初级侧反馈信号进行解码。解码器332识别初级侧反馈信号中脉冲串的存在和不存在，并且根据特殊曼彻斯特码的数据格式确定逻辑1和逻辑0，如图5所详述。所解码的结果然后被调制发生器333用来生成调制信号340，以用于控制初级电路中的开关装置231在如次级控制器220所确定的占空比内导通。控制占空比以调节功率转换器200的输出特性，诸如输出电压、驱动电流(IOUT)或它们的组合。在该示例中，调制发生器333由脉宽调制(PWM)发生器形成，该PWM发生器改变占空比。在替代实施方案中，例如在控制如图10的示例中所示的半桥LLC(HB-LLC)转换器的情况下，调制发生器333可生成频率调制信号340。
如图8A和图8B所示，用于使用特殊曼彻斯特码经由多个Y电容器传输数据的方法也可应用于跨过隔离边界243从初级控制器230到次级控制器220的数据传输。在某些实施方案中，功率转换器包括变压器240、传输控制器410、接收控制器420和数据传输电路210。传输控制器410和接收控制器420被设置在功率转换器中彼此隔离的两个电路中。因此，接收控制器420通过变压器与传输控制器410隔离。数据传输电路210将传输控制器410连接到接收控制器420以用于传输反馈信号。数据传输电路210包括多个Y电容器和两级电压放大器，并且多个Y电容器包括在反馈路径上的一个或多个第一Y电容器和在接地路径上的一个或多个第二Y电容器。传输控制器410被配置为生成由编码方法(诸如特殊曼彻斯特码)以数字形式编码的反馈信号。反馈信号通过多个Y电容器传输以成为能够由接收控制器420接收的初级侧反馈信号。两级电压放大器连接在传输控制器410与一个或多个第一Y电容器之间。
利用这种布置，传输控制器410将反馈信号耦接到一个或多个第一Y电容器，使得初级侧反馈信号基于反馈信号耦接到接收控制器420。初级侧反馈信号是电压浪涌信号，其包括与反馈信号的上升边沿相对应的多个电压火花，而对应于反馈信号上的下降沿的电压火花被滤除。特殊曼彻斯特码的特征在于，从存在第一脉冲串到不存在第一脉冲串的转变表示逻辑1，而从不存在第二脉冲串到存在第二脉冲串的另一转变表示逻辑0。在某些实施方案中，由传输控制器410以多个脉冲的形式周期性地递送第一脉冲串和第二脉冲串持续在1ms至20ms范围内的周期(T/2＝1ms-20ms)。在一个实施方案中，由传输控制器410以20ms的周期(T)提供具有100个脉冲的脉冲串。反馈信号被布置成携带数据分组。在某些实施方案中，数据分组的长度为16位。最高有效位是起始位，随后是保留位、多个数据位、奇偶校验位和停止位。
参见图8C，传输不限于单向通信，并且在某些实施方案中，功率转换器可包括用于实现初级侧和次级侧之间的双向通信的两个数据传输电路530、630。在初级侧上，存在第一传输控制器510和第二接收控制器620。在次级侧上，存在第一接收控制器520和第二传输控制器610。第一传输控制器510被配置为生成第一反馈信号，该第一反馈信号通过第一数据传输电路530传输以成为第一初级侧反馈信号。类似地，第二传输控制器610被配置为生成第二反馈信号，该第二反馈信号通过第二数据传输电路630传输以成为第二初级侧反馈信号。
图9描绘了带有SSR的用于照明系统的隔离开关模式功率转换器200的示例性电路图，该隔离开关模式功率转换器具有电容器(例如，Y电容器)以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。功率转换器200在用于驱动一个或多个发光设备的照明系统中使用，优选地用于室外应用。发光设备可以是将电能转换为光的固态设备，包括一个或多个LED、LED串、LED阵列或它们的任何组合。次级控制器220是MCU，其被配置为检测外部NTC热敏电阻的值或外部电阻器(图9中未示出)的第二值，并且经由多个Y电容器(反馈路径上的C2、C5和接地路径上的C3、C6)将值发送到初级电路，该外部电阻器限定要由功率转换器200提供的标称输出电流。反馈信号在功率转换器200的次级侧上由NTC感测，并作为初级侧反馈信号传输到初级电路。初级控制器230被配置为接收初级侧反馈信号并生成PWM信号以用于控制初级电路中的两个开关装置231。
图10描绘了带有SSR的用于照明系统的隔离开关模式功率转换器700的另一示例性电路图，该隔离开关模式功率转换器具有电容器(例如，Y电容器)以用于从次级电路到初级电路的反馈和数据传输。功率转换器700基于升压PFC继之以包括两个开关装置的LLC转换器的组合，其在用于驱动一个或多个发光设备的照明系统中使用，优选地用于室外应用。功率转换器700可接收供电电压705，其可以是来自AC干线的DC电压或AC电压。供电电压705由EMI滤波器滤波，并且由整流块745整流。在该示例中，来自EMI滤波器和整流块745的输出的整流电压被提供给有源PFC电路750，例如升压PFC，其将例如400V DC的DC输入作为输入信号701提供给随后的DC-DC转换器，该DC-DC转换器是HB-LLC转换器，其包括具有初级绕组741、次级绕组742和两个开关元件731、739的变压器740。发光设备可以是将电能转换为光的固态设备，包括一个或多个LED、LED串、LED阵列或它们的任何组合。在次级侧上，输出负载连接到VOUT+751和VOUT-752，其可包括一个或多个发光设备或其他输出负载。次级控制器720是MCU，其被配置为检测变压器740的次级侧上的值(例如，由输出感测块721提供给发光设备的电流和/或电压)和/或外部电阻器795的值，并且通过数据传输电路710经由多个Y电容器(此处未示出，但是类似于Y电容器211、212、213、214)将值发送到初级电路，该外部电阻器可限定要由功率转换器700提供的标称LED电流。初级控制器730被配置为接收反馈信号并将关于反馈信号的该信息转发到控制块PFC和HB-LLC控件760，其可以是ASIC或其他控制IC以生成用于控制初级电路中的开关装置731和739的脉冲信号。初级控制器730以及PFC和HB-LLC控件760也可被集成到一个集成电路中，例如作为ASIC或微控制器。初级控制器730可被配置为经由接口770接收控制总线信号，例如调光命令，如数字可寻址照明接口(DALI)总线命令。
隔离开关模式功率转换器700还包括初级侧低电压供应源780和次级侧低电压供应源790。
在本公开中，提供了对具有SSR的用于为一个或多个输出负载供电的隔离开关模式功率转换器的详细描述。本领域技术人员容易理解，使用各种隔离拓扑结构(诸如DC到DC转换器、半桥谐振转换器、正向转换器、反激转换器以及其他基于变压器的功率转换器)的电源还可基于特殊曼彻斯特码作为反馈使用多个Y电容器来实现数据传输，以在不脱离本公开的目的和范围的情况下实现相同优点。只要需要跨过隔离边界的数据传输，功率转换器就可以是SSR或初级侧调节(PSR)。
在不脱离本发明的实质或基本特征的情况下，本公开可以其他特定形式体现。因此，本实施方案在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求而非前述描述指示，并且因此权利要求的等效物的含义和范围内的所有变化旨在包括在本公开中。

Claims (25)

1.一种具有用于驱动一个或多个输出负载诸如发光二极管(LED)的次级侧调节(SSR)的功率转换器，所述功率转换器包括：
变压器，所述变压器包括初级绕组和次级绕组；
初级电路，所述初级电路包括耦接到所述初级绕组的一个或多个开关装置以及初级控制器；
次级电路，所述次级电路通过所述变压器与所述初级电路隔离并且连接到所述一个或多个输出负载和所述次级绕组，所述次级电路包括次级控制器；和
数据传输电路，所述数据传输电路将所述次级电路连接到所述初级电路，以用于传输反馈信号，所述数据传输电路包括多个电容器；
其中：
所述多个电容器包括位于反馈路径上的一个或多个第一电容器和位于接地路径上的一个或多个第二电容器；并且
所述反馈信号是通过所述多个电容器传输的，以在所述初级电路处成为初级侧反馈信号。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述多个电容器是多个Y电容器。
3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述次级控制器将所述反馈信号耦接到所述一个或多个第一电容器，使得所述初级侧反馈信号基于所述反馈信号耦接到所述初级控制器。
4.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述初级侧反馈信号是电压浪涌信号，所述电压浪涌信号包括与所述反馈信号的上升沿相对应的多个电压火花。
5.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述次级控制器被配置为生成由编码方法以数字形式编码的所述反馈信号。
6.根据权利要求5所述的功率转换器，其中所述编码方法是特殊曼彻斯特码。
7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中所述特殊曼彻斯特码的特征在于，从存在第一脉冲串到不存在所述第一脉冲串的转变表示逻辑1，而从不存在第二脉冲串到存在所述第二脉冲串的另一转变表示逻辑0。
8.根据权利要求7所述的功率转换器，其中以多个脉冲的形式周期性地递送所述第一脉冲串和所述第二脉冲串持续在1ms至20ms范围内的周期。
9.根据权利要求7所述的功率转换器，其中在10ms内以100个脉冲周期性地递送所述第一脉冲串和所述第二脉冲串。
10.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述反馈信号被布置成携带包括起始位、多个数据位、奇偶校验位和停止位的数据分组。
11.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述数据传输电路还包括两级电压放大器，所述两级电压放大器连接在所述次级控制器与所述一个或多个第一电容器之间。
12.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述两级电压放大器是共发射极放大器继之以共集电极放大器的级联。
13.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述初级控制器包括内部比较器、解码器以及调制发生器，所述调制发生器选自由脉宽调制(PWM)发生器、频率调制发生器和它们的组合组成的组。
14.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述接地路径具有串联连接的两个或更多个第二电容器，并且保护地线被连接在所述两个或更多个第二电容器中的任何两个相邻连接的电容器之间。
15.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述次级控制器被配置为检测所述次级电路中的负温度系数(NTC)热敏电阻的值或外部电阻器的第二值，所述外部电阻器限定要由所述功率转换器提供的标称输出电流。
16.一种功率转换器，所述功率转换器包括：
变压器；
传输控制器；
接收控制器，所述接收控制器通过所述变压器与所述传输控制器隔离；和
数据传输电路，所述数据传输电路将所述传输控制器连接到所述接收控制器以用于传输反馈信号，所述数据传输电路包括多个电容器；
其中：
所述多个电容器包括位于反馈路径上的一个或多个第一电容器和位于接地路径上的一个或多个第二电容器；并且
所述反馈信号通过所述多个电容器传输以成为能够由所述接收控制器接收的初级侧反馈信号。
17.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述多个电容器是多个Y电容器。
18.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述传输控制器将所述反馈信号耦接到所述一个或多个第一电容器，使得所述初级侧反馈信号基于所述反馈信号耦接到所述接收控制器。
19.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述初级侧反馈是电压浪涌信号，所述电压浪涌信号包括与所述反馈信号的上升沿相对应的多个电压火花。
20.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述次级控制器被配置为生成由特殊曼彻斯特码以数字形式编码的所述反馈信号。
21.根据权利要求20所述的功率转换器，其中所述特殊曼彻斯特码的特征在于，从存在第一脉冲串到不存在所述第一脉冲串的转变表示逻辑1，而从不存在第二脉冲串到存在所述第二脉冲串的另一转变表示逻辑0。
22.根据权利要求21所述的功率转换器，其中以多个脉冲的形式周期性地递送所述第一脉冲串和所述第二脉冲串持续在1ms至20ms范围内的周期。
23.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述反馈信号被布置成携带包括起始位、多个数据位、奇偶校验位和停止位的数据分组。
24.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述数据传输电路还包括两级电压放大器，所述两级电压放大器被连接在所述传输控制器与所述一个或多个第一电容器之间。
25.根据权利要求16所述的功率转换器，其中所述接收控制器包括内部比较器、解码器以及调制发生器，所述调制发生器选自由脉宽调制(PWM)发生器、频率调制发生器和它们的组合组成的组。
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