[发明专利]用于增加消息的数据速率或用于增加对反激转换器中传输的消息的响应速度的辅助负载应用

说明书

一种通过使用辅助负载至少维持输出调节来在开关频率低于期望水平时控制开关功率转换器的数据传输率的系统和方法。

技术领域

本申请涉及开关功率转换器，并且更具体地涉及在反激转换器中增加通信数据速率和对传输的消息的响应速率。

背景技术

移动电子设备(例如智能手机和平板电脑)中的爆炸性增长在本领域中产生了对于紧凑而有效的开关功率转换器的增长的需求，使得用户可以对这些设备进行再充电。反激开关功率转换器通常设置有移动设备，因为其变压器提供与AC家用电流的安全隔离。这种隔离引入了一个问题，即功率开关发生在变压器的初级侧，而负载处于次级侧。用于反激转换器的功率开关调制需要知道变压器的次级侧上的输出。这种反馈可以通过从次级侧到初级侧桥接的光隔离器或通过各种仅初级反馈技术获得。

仅初级反馈技术在每个开关周期中使用变压器初级侧的反射电压。在用于反激变换器的开关周期中，次级电流(变压器次级绕组中的电流)在初级侧功率开关周期关断之后脉冲冲高。然后，当电力传送到负载时，次级电流斜降到零。电源关断时间和次级电流斜降变为零之间的延迟被表示为变压器复位时间(Trst)。在变压器复位时的初级绕组上的反射电压与输出电压成比例，因为在次级电流已经停止流动时在次级侧上没有二极管电压降。因此，在变压器复位时间的反射电压与基于变压器中的匝数比和其它因素的输出电压直接成正比。仅初级反馈技术使用该反射电压来有效地调制功率开关，并且从而调制输出电压，而不需要光耦合器或其它装置来感测输出电压。

随着设备和充电器变得更加先进，需要将数据信号从变压器的次级侧传输到初级侧。在这方面，次级侧控制器通常通过通用串行总线(USB)电缆与移动设备连接。USB电缆不仅提供来自反激转换器的电力，而且还在次级侧控制器和移动设备之间运送数据。数据信号可以用于提供设备信息和/或期望的操作参数(例如期望的输出电压、电流或其它操作设置)和/或保护设置(例如设备组件或充电器组件温度限制)。应当理解，正被传输的数据的具体类型不限于上面描述的那些，并且可以使用本文公开的技术来传送任何类型的有用信息。

如上面说明的，反激功率转换器的次级侧与初级侧隔离以保护不受AC主电路的影响。因此，从次级侧控制器到初级侧控制器的数据传输也必须类似地隔离。为了提供这种隔离，数据信号可以使用光隔离器传输，或者通过变压器传输，以实现更具成本效益的设计。一种这样的通过变压器而不是光隔离器传输数据的方法是在变压器复位时间之后并且在功率晶体管被置于导通状态之前传输数据位。这可以以多种方式实现。例如，次级侧控制器可以在变压器复位时间之后将次级侧二极管短路，以使电压脉冲反映到初级绕组上。该脉冲在初级绕组上的电压谐振振荡时发生。为了提供具有这样的脉冲的数据信号，次级侧控制器可以选择在哪个谐振振荡的周期传输该脉冲。然后初级侧控制器可以基于在哪个谐振周期接收到脉冲来识别传输的脉冲的二进制值。在同步整流实施方式中可以传输类似的脉冲，在该同步整流实施方式中通过闭合开关来由同步整流开关晶体管替代次级侧二极管。次级侧控制器可以配置为使得这样的跨过开关功率转换器的次级侧绕组的电压脉冲序列表示编码一个或多个控制参数的数字消息。

使用这种方法，在每个开关周期期间传输一个或多个数据位。应当理解，用于通过对次级绕组的整流的这种短路来指示位状态的各种技术。例如，次级通信控制器可以调制次级谐振振铃的相位以传输数据。调制还可以包括幅度调制。但是，不管如何通过次级侧绕组电流上的整流的瞬时停止来传输数据，这样的技术都取决于功率开关速率。特别地，注意数据传输发生在电源开启时段之后的关闭时间期间。因此，数据传输速率仍然受到功率开关的开关频率的限制。因此，尽管在低频操作期间(例如在低输出负载期间)，数据传输速率在相对高的开关频率下可能是足够的，但是数据速率可能下降到低于有用水平，特别是对于紧急消息(例如过电压消息或欠电压消息)。

因此，低负载操作可能导致在反激转换器中实现有用数据传输速率的显著问题。此外，注意仅仅增加开关频率有失调地驱动输出电压和电流的风险。因此，本领域中存在一种改进的系统和方法，用于在低负载水平期间增加从反激转换器的次级侧控制器到初级侧控制器的数据传输速率。