Usb及发光应用的接口电路的制作方法
Usb及发光应用的接口电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及接口电路，以及在特定实施例中，涉及用于USB及发光应用的接口电路。
【背景技术】
[0002]随着如智能手机和平板电脑的便携式电子设备变得计算功能更强大和复杂，其正在消耗更多的电能。用于给这些设备供电的电池的能量存储容量同样正在相应地增加以满足提升的功率要求。
[0003]在许多便携式产品中，通常使用通用串行总线(USB)作为通信端口和用以适应电池充电的功率传输端口。例如，标准USB 2.0兼容端口可将最大7.5W(在1.5A，5V)的功率传输提供至指定充电端口，可使用该端口给便携设备的电池反复充电。但是，随着便携式设备的电池容量的增加，例如，从5600mAh至8000mAh以及lOOOOmAh，这些设备的充电时间相应的增加。例如，使用标准USB2.0兼容端口，需要2小时40分钟给5600mAh电池重新充满电，但需要4小时45分钟给1000mAh电池重新充满电。
[0004]然而，通过提高充电电流或充电电压可实现较快充电时间。一些情况下，可使用“Y”形连接器将两个USB端口的输出合并以提供较高电流，或者一些非标准USB类型的实施方式可允许较高电流。
【发明内容】
[0005]根据本发明的实施例，本发明涉及一种操作供电电路的方法，该方法包括接收输入信号，该输入信号包括在可调电源的次级侧的接口电路处对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将该数字信号通过电绝缘的信号路径传输至可调电源初级侧的控制器。
[0006]根据本发明的可选实施例，接口电路包括接收器电路、变换器电路和发送器电路。将该接收电路配置为在可调电源的次级侧接收输入信号。该输入信号包括对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该变换电路配置为将输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将发送电路配置为与可调电源初级侧中的控制器耦合，但与其电绝缘，并且将其配置为将数字信号输出至控制器。
[0007]根据本发明的实施例，供电电路包括可调电源，其包括初级侧绕组和次级侧绕组，以及与该次级侧绕组耦合的接口电路。该接口电路包括接收器电路、变换器电路和发送器电路。将该接收器电路配置为在次级侧接收输入信号，该输入信号包括对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该变换器电路配置为将输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将发送器电路配置为输出数字信号。光耦合器或电感耦合器与接口电路耦合。初级侧电路与可调电源的初级侧绕组耦合。初级侧电路被配置为调节可调电源的输出。该初级侧电路包括与光耦合器或电感耦合器耦合的控制器。该控制器被配置为通过光耦合器或电感耦合器从接口电路接收数字信号，并且调节可调电源以提供请求的目标供电电压和/或目标供电电流。
【附图说明】
[0008]为更完整地理解本发明及其优点，参考下面与附图结合的描述，其中:
[0009]图1示出了根据本发明实施例的电能系统；
[0010]图2A-2B示出了根据本发明实施例的电能传输系统的运行。图2A和图2B示出了供电设备和电力用户设备；
[0011]图3示出了根据本发明的实施例的用作发光控制器的电能系统应用的可选实施例；
[0012]图4示出了根据本发明实施例的使用普通接口电路的集成至单一供电设备的充电器和发光控制器；
[0013]图5示出了供电设备电路/发光控制器电路实施例的示意图；
[0014]图6A和图6B示出了根据本发明的一个实施例的供电设备电路/发光控制器电路的详细不意图，其中图6A图不了电路，图6B图不了控制器；
[0015]图7A和图7B示出了根据本发明实施例的接口电路的详细示意图；
[0016]图8示出了根据本发明实施例的接口电路的查询表生成器使用的查询表的示例；以及
[0017]图9示出了根据本发明实施例的模拟调光器的输出电压与可调电源输出电流之间关系的不例。
【具体实施方式】
[0018]下面详细讨论的本发明优选实施例的构成及使用。但应当意识到，本发明提供许多可应用的发明性概念，其可在各种具体情景中得以实施。讨论的具体实施例仅仅是特定方式下说明性的，以构成并使用本发明，并且不限定本发明的保护范围。
[0019]将针对优选实施例在特定上下文中描述本发明，用于接口的系统和方法可被用于在充电端口和便携式设备或发光控制器与发光设备之间的通信。本发明同样适用于其它系统和应用，包括其它执行串行通信和/或向电子设备供电的电路。
[0020]通常在消费电子和如发光二极管驱动的发光应用中的电源中使用反激变换器。反激变换器通常使用在次级侧电路中的光电晶体管和误差放大器实现次级反馈，以输出恒定的电压和/或恒定的电流。在这种使用中，次级侧电路将次级侧脉冲信号传递至反馈回路的初级侧，以调节应用于与初级绕组耦合的开关晶体管的脉冲占空比。但是，这种次级反馈回路在应用中遇到很多困难，其要求从反激变换器中获得多个输出电压和多个输出电流。
[0021]一种这样的应用涉及要求多个输出电压，例如，5V、9V、12V或20V的USB快速充电或迅速充电。传统的在恒定电压模式下改变开关模式电源(SMPS)的输出电压方式是改变对于每个请求的输出电压的反馈网络的电阻分压器的比率。在这种传统电路中，例如，ChiPhy?系列1C，检测请求的电压信号，例如，USB总线的D+和D-信号线，并相应地改变SMPS反馈网络的电阻分压器的比率，使得相应地改变输出电压VOUT。
[0022]在本发明的实施例中，电能输送系统包括指定的充电端口，将其配置用于将电能提供给通过USB电缆连接的设备。在检测操作之后，充电系统与相连设备通信。在该通信期间，通过使用指定电压电平，可在连接在USB总线的D+和D-线中的至少一个上的设备与充电器之间交换各种参数。例如，连接的设备可为指定的充电端口指定请求的充电电压，以提供给连接的设备。这种情况下，使用下面进一步描述的本发明实施例，指定的充电端口可调整向相连设备充电的供电电路的输出电压。
[0023]在另一个实施例中，连接设备可指示在应用中使用的请求的恒定电流，例如，输出取决于输入电流的发光应用。在这种情况下，使用以下进一步描述的本发明的实施例，发光控制器可调节向连接的光源提供电流的供电电路的输出电流。
[0024]图1示出了根据本发明实施例的供电系统100。该供电系统100包括供电设备102，其经由总线连接120耦合至电力用户设备110。该总线连接120可遵守不同的标准协议。在一个实施例中，该总线连接120为通用串行总线(USB)。在可选实施例中，总线连接120可包括其它标准，如Lightning?，IEEE 1394 (火线)，IEEE 802.3af以太供电以及其它。
[0025]应该理解，在一些实施例中，电力用户设备110可表示与供电设备102通过如USB电缆的电缆耦合的任意设备。如图所示，总线连接120包括信号线，即，供电连接VBUS，接地连接GND以及数据线D+和D-。在可选实施例中，可使用其它供电连接或数据连接替代总线连接120。
[0026]供电设备102包括可调电源104，其向供电连接VBUS提供电能。在不同实施例中，可调电源104可包括开关模式电源(SMPS)。在一个或多个实施例中，可调电源104包括与变压器绝缘的变换器，如反激变换器。
[0027]在本发明的实施例中，可通过改变可调电源104的输出电压来调节提供给电力用户设备110的 功率数量。例如，可将供电连接VBUS的电压在5V与20V之间以不同数目的步骤进行调节。可选地，根据特定设备及其说明书，可使用该范围之外的电压。例如，USB电缆可允许在例如5V或20V情况下提供高达100W的能耗。
[0028]供电设备102同样包括与数据线D+和D-耦合的接口电路108。在实施例中，该接口电路108包括发送器和接收器，其被配置为参与供电设备102和电力用户设备110之间的通信。在一个实施例中，该供电设备102和电力用户设备110之间的通信是单边的，即，从电力用户设备110到供电设备102。但在可选实施例中，通信也可是双边的，例如，双向或半双向的。控制器106从接口电路108接收通信，并控制可调电源104。特别地，控制器106被配置为调节输出电压。但接口电路108仅与控制器106光耦合，而没有其它电耦合。在一些情况中，接口电路108仅与控制器106感性耦合，而没有其它电耦合。例如，接口电路108可通过包含发光二极管和光电晶体管的光耦合器与控制器106耦合。这导致了在供电连接VBUS处的输出电压的变化。因此，本发明的实施例启用初级侧调节。
[0029]在不同实施例中，电力用户设备110消耗由供电设备112传输的电能。电力用户设备I1包括电源/充电器112，其从供电设备102中的可调电源104中接收电能。
[0030]根据电力用户设备110的特定实现方式，电源/充电器112可在不同供电连接VBUS的电压下运行。例如，在正常运行模式中，当将供电连接VBUS设定为大约5V时，电源/充电器112可向电力用户设备110提供充足电能。另一方面，在充电操作期间或在快速充电操作期间，当将供电连接VBUS设定为较高电压，如12V或20V时，电源/充电器112可更快地向与电力用户设备110耦合的电池115充电。[0031 ] 在一个实施例中，电力用户设备110可针对在供电连接VBUS处的请求供电电压向供电设备102发送信号。该信号发送，例如，可通过包括可与供电设备102通信的发送器和接收器的接口电路114实现，且该信号发送向电力用户设备110提供了一种方式以向供电设备102指示电力用户设备110能够在高于标准的5V USB电压下运行。
[0032]控制器116操作接口电路114，且USB接口 118与数据管脚D+和D-通过接口电路114耦合。在一个或多个实施例中，使用标准USB接口的高速电路来执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。可选地，在一些实施例中，可使用标准USB接口的高速电路来执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。可选地，在一些实施例中，可另外地执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信，或使用电力用户设备110的适当标准的标准电路执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。
[0033]在不同实施例中，可以多种不同方式实现供电设备102和电力用户设备110。供电设备102和电力用户设备110可具有多种不同配置，例如，USB或非USB通信，单端口与多端口，指定电源与多端口公用电源，基于硬件的实现方式与基于软件的实现方式。图1中的结构示出了在一个可能的实现方式中的高层级元件。
[0034]如图1所示，总线连接120将供电设备102连接至电力用户设备110。在USB电能传输中，成对的直接附连的端口协商电压、电流和/或在流过供电导体VBUS的电能方向。特别地，电力用户设备110使用数据线D+和D-在供电连接VBUS处向供电设备102传输电压。作为响应，供电设备102通过供电连接VBUS向耗能设备110提供所请求的电压。
[0035]图2，其包括图2A至图2B，图2示出了根据本发明的实施例的电能传输系统的运行。图2A和图2B示出了在图1中的供电设备102处和电力用户设备110处的运行。
[0036]参考图2A，在物理上将两个设备连接并建立安全的电连接之后，供电设备102检测电力用户设备110的附接件(方框252)。
[0037]当供电设备102和电力用户设备110附接至彼此时，下行端口和上行端口初始默认为标准USB运行(方框254)。因此，根据USB标准，供电连接VBUS上的输出默认为5V(或0V)，且电力用户设备110获取电流。
[0038]同时，电力用户设备110监控在供电连接VBUS处的输出(图2B中方框262)。当供电设备102在供电连接VBUS处输出标准电压时，电力用户设备110检测输出功率(图2B中方框264)。
[0039]参考图2A中方框256，供电设备102可与电力用户设备110例如通过接口电路108通信。例如，接口电路108可向电力用户设备110指示供电设备102的容量。
[0040]参考图2B中的方框266，电力用户设备110可接收消息，其可能是来自电力用户设备I1的通告。基于该通告，电力用户设备110识别例如供电设备102的容量，随后将供电设备102与特定充电器配置文件(profile)关联。例如，电力用户设备110可识别出供电设备102能够在多电压/多电流下快速充电。此外，电力用户设备110可识别出在充电过程中可改变供电连接VBUS的输出。
[0041]下面，电力用户设备110与供电设备102协商电能传输需求。如下面在图2A的方框258中和图2B的方框270中所示，建立电能传输连接。该电能传输连接通过接口电路108建立，将在不同实施例中详细描述该接口电路。例如，电力用户设备110请求特定的电能输出，在供电设备的接口电路108处接收到该请求。该请求的能量输出可以是恒定的电压和/或恒定的电流。
[0042]特别地，供电设备102的接口电路108从电力用户设备110处得到请求的电能输出值，并将该电能输出值提供给控制器106，而不改变反馈网络。特别地，接口电路108仅光耦合至控制器106。电能输送协商完成之后，可在高于或低于标准默认电压的电压和/或电流情况下供电。在充电过程期间，可随着电力用户设备110请求电能输出的改变，例如，随着电池接近充电完成，而调整供电连接VBUS。
[0043]另外，如果供电设备102检测到总线连接120和/或电力用户设备110具有高于之前通告的容量，则可在电能输送连接过程中进一步调整电能连接。这种情况下，可重新通告电能传送容量并可建立更好的电能传送连接。
[0044]如果供电设备识别出电力用户设备的脱离、故障，和/或收到停止请求，供电设备可停止供电(方框260)。类似地，电力用户设备被配置为检测是否存在供电的中断、脱离或任何其它故障(方框272)。
[0045]图3说明了根据本发明实施例的供电系统100的应用的可选实施例。供电系统100包括供电设备(光控制器125)，其与调光器122和光源124耦合。调光器122可以是模拟调光器，用于控制来自光源124的光输出的强度。通过减小或增加DC电压，调光器122控制至光源124的平均电压。在各种实施例中，光源124可以是发光二极管(LED)光。然而，在其他实施例中，光源124可以是其它形式的二极管，如白炽灯、卤素灯和紧凑型荧光灯光源。
[0046]在一个或多个实施例中，将LED用作光源124。在这些实施例中，控制到LEDs的输入电流而不是控制输入电压。这是因为来自LED光源的光通量输出大约正比于供给至LED的电流量。只要施加的电流在设备的设计极限/击穿极限内，电流越大，则光强越强。
[0047]调光器122通常例如在OV至1V之间分步地输出模拟电压，。对通常的LED输入是固定的电流值。因此，在将模拟电压供应至LED之前，必须将模拟电压转换成电流。
[0048]因此，在不同实施例中，基于调光器122的输出，供电系统1 00产生恒定输出电流1UTo在不同实施例中，接收到来自调光器122的模拟输出并在接口电路108处进行处理，接口电路108将模拟电压转换成数字信号，该数字信号包括指示期待在光控制器125的输出处得到的恒定电流10UT。该数字信号与控制器106通信，控制器106随后控制可调电源以提供恒定电流10UT。可选地，可将模拟电压的数字值提供给光控制器125。
[0049]在不同的实施例中，图3的光控制器125和图1的供电设备102使用了相同的元件。例如，针对光控制器125和供电设备102两者，接口电路108是共有的。
[0050]图4示出了根据本发明实施例的集成在单一设备中的供电设备和光控制器，以及使用共同的接口电路。
[0051]如图1所示，供电设备102可在总线连接120上提供输出电压，或如图3所示供电设备102可提供恒定电流输出。供电设备102可顺序或并行地执行这些操作。例如，如果并行执行光控制器和电池的充电操作，则供电设备102可包括多个供电单元，例如，多于一个的反激变换器。
[0052]图5示出了供电设备电路/发光控制器电路实施例的示意图。
[0053]参考图5，图5示出了初级侧20和次级侧30电路。该初级侧20电路和次级侧30通过绝缘体134电绝缘。可调电源104包括开关132、二极管133、电容器C133和反激变压器136。在不同实施例中开关132可以是场效应晶体管。
[0054]当初级侧电源开关132接通时，首先通过将来自输入源的能量存储至反激变压器136来运行可调电源104。当开关132关断时，变压器136的电压反向，由此将输出二极管133正向偏置并将能量输送至输出。可调电源104同样能够产生多个输出电平，因为其有能力在传输至输出电路之前存储反激变压器135中的不同的电量。因此，控制器106驱动开关132从可调电源104中产生多个输出电平。
[0055]在各种实施例中，接口电路108获得第一信号SI和第二信号S2并产生数字信号S3?在一个实施例中，第一信号SI和第二信号S2是来自USB总线的数据线D+和D-的信号，该信号可以是差分数据信号。在另一个可选实施例中，第一信号SI和第二信号S2是来自模拟调光器的信号。
[0056]接口电路108是次级侧30的一部分，因为其通过光耦合器107耦合至控制器106。在一个或多个实施例中，数字信号S3为可以是串行数字信号的数字信号，例如，通用异步接收器/发送器(UART)信号。在可选实施例中，可使用其它适当的数字信号。
[0057]数字信号S3光学地跨初级侧20与次级侧30之间的边界传输，且将初级侧数字信号S4提供给控制器106。控制器106使用初级侧数字信号S4中的信息调节开关132，开关132改变可调电源104的输出。
[0058]图6包括图6A和图6B，图6不出了根据本发明一个实施例的供电设备电路/发光电路的详细示意图。图6A示出了电路，图6B示出了控制器。
[0059]参考图6A，将输入AC电压通过桥式二极管或整流器转换为DC供给电压VIN，该DC供给电压Vin被提供至反激变压器136的初级绕组的高侧。该变压器136包括在初级侧20的初级绕组和在次级侧30的次级绕组，其由绝缘体134隔离。另外，变压器136可包括辅助绕组138.
[0060]供给电压Vin同样被提供至控制器106，至高侧电压(HV)管脚中。控制器106进一步包括恒定电流供给电压管脚VCC，其与辅助绕组138通过阻断二极管144和电阻器R2
锂A
柄口 O
[0061]参考图6B，控制器106包括数字引擎，除其它元件外，该数字引擎可包括存储器和处理器。在一些实施例中，可将控制器106的部件集成在不同层级，例如，在同一个电路板上、不同电路板上、相同封装、不同封装、相同芯片、不同芯片以及其它。例如，一种情况中，可将A/D转换器与数字引擎集成在单个芯片上。在另一个示例中，可将处理器和存储器集成在单个芯片上。
[0062]参考图6A和图6B，控制器106包括多功能输入输出(MF1)管脚，其能够从接口电路108接收命令信号。MF1管脚能够被配置为感测例如8位A/D转换器的A/D转换器的输入，和/或将其配置为感测数字引擎的UART的输入(图6B)。
[0063]在不同实施例中，接口电路108桥接设备之间的通信:使用在次级侧30的USB和LED发光电子控制机构和在初级侧20的开关模式电源(SMPS)控制器106，以从可调电源104中产生期望的输出电压(或电流)电平。将主控制器106配置为允许设备从可调电源104请求所期望的输出电压(或电流)电平。使得控制器106驱动开关132以产生所期望的输出。因此，通过使用控制器106和接口电路108可有效的实现初级侧调节，而不改变传统电路中次级侧的反馈网络。
[0064]如前所述，接口电路108从电力用户设备接收输入信号，并将通信解码为如UART信号的数字信号。随后将该UART信号通过光耦合器107传输至初级侧上的控制器106。在控制器106处的MF1管脚接收该数字信号，并将其传递给控制器106的数字引擎处的UART (图6B)。在一个实施例中，数字信号可指示输出电压VOUT和期望目标电压的差异。控制器106的数字引擎使用数字信号中的信息控制开关132。例如，这可以由脉冲宽度调制(PWM)控制器通过将PWM信号通过⑶O管脚施加到开关132的栅极而实现。
[0065]控制器106可包括与开关132的电流路径耦合的电流感测(CS)管脚。控制器106可进一步包括与过零检测器耦合的过零检测(ZCD)管脚，以检测输入信号的过零(图6B)。控制器106的过零检测器与辅助绕组138耦合。例如，过零检测器识别是否跨辅助绕组的电压接近零，使得随后将控制器106配置为通过耦合至开关132的PWM输出再次开始供电周期。因此，控制器106直接使用其从变压器初级侧20上的辅助绕组138接收到电压信号调节脉冲占空比，使得稳定输出电流与输出电压。
[0066]图7包括图7A和图7B，图7示出了根据本发明实施例的接口电路的详细示意图。
[0067]参考图7A，该接口电路108包括多功能开关240，该多功能开关240被配置为根据选择线路SEL出的值将来自数据线SI和S2的输入路由至查询表生成器220或A/D转换器(ADC) 230。例如，如果数字线SI和S2携带来自USB设备的信息，其中在接口电路108的数据线SI和S2数据线处确定(asserted)数据线D+和D_，将信号转送至查询表生成器220。该查询表生成器220可包括数据库，或可使用算法确定对应于在数据线D+和D-上所确定的信号的电压值。图8提供了这种表的示例。
[0068]图8示出了根据本发明的实施例的由接口电路的查询表生成器使用的查询表的示例。如图所示，查询表生成器220可确定出在D+和D-两条线上确定的电压值为0.6V。因此，查询表生成器220确定出由电力用户设备请求的对应电压值为12V。
[0069]相比之下，如果数据线SI和S2通过所示的SEL线耦合至模拟调光器，则将输入传送至ADC 230，ADC 230将模拟电压转换为数字电压。在一些实施例中，同样可将模拟电压转换为在可调电源输出处期望的输出电流I.。图9示出了模拟调光电压与输出电流之间关系的不例。
[0070]图9示出了根据本发明的实施例的模拟调光器的输出电压和可调电源输出电流之间关系的示例。该模拟调光电压可从OV至1V变化，而输出电流在这段时间内从OA加大至峰值电流的100%。
[0071]将来自查询表生成器220和ADC 230的输出发送至产生UA RT信号的UART 210。UART同样可将来自可调电源的输出的输出电压VOUT或输出电流1UT转换为用于向控制器106提供反馈的UART信号。
[0072]在可选的实施例中，如图7B所示，在误差检测器250处，可将来自查询表生成器220和ADC 230的输出与来自次级绕组的输出电压/输出电流比较以确定误差，例如，使用误差放大器。随后将该误差转换为UART信号。
[0073]因此，在不同实施例中，优选地，在不调整反馈网络的情况下，简单地通过初级侧调节而调节输出电压或输出电流。相对而言，传统方法依赖于次级侧反馈网络的改变以改变SMPS的输出电压。此外，可将本发明的实施例用于其它要求来自SMPS的多电平恒定电流应用。例如，可将本发明实施例无缝地用于恒定电压和/或恒定电流的拓扑。由于使用了较少数量的部件，本发明的实施例降低了总成本。例如，不同于传统电路，本发明无需使用电阻分压器。
[0074]尽管详细地描述了本发明及其优点，应该理解，在不偏离本发明主旨及保护范围的前提下，如随附的权利要求书所限定，可在本文中进行各种改变、替换以及变型。例如，可在软件、硬件、固件或其组合中实现上述多种特征以及功能。
[0075]尽管参考说明性实施例描述了本发明，并不应将该描述理解为限定性的。在参考说明书的前提下，本发明的不同说明性实施例的修改及组合，以及其它实施例都将对本领域的技术人员是显而易见的。因此，随附的权利要求书旨在包含任何这样的修改或实施例。
【主权项】
1.一种操作供电电路的方法，所述方法包括: 接收输入信号，所述输入信号包括在可调电源的次级侧处在接口电路处对目标供电电压和/或电流的请求； 将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 经由电绝缘信号路径将所述数字信号传送至所述可调电源的初级侧中的控制器。2.根据权利要求1所述方法，其中，所述控制器被配置为调节所述可调电源以提供所请求的目标供电电压和/或电流。3.根据权利要求1所述方法，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。4.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括差分数据信号。5.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号。6.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号或来自调光器的模拟信号，其中所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。7.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 使用查询表生成器生成请求的输出电压；以及 从所述请求的输出电压中生成通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。8.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 使用模数转换器产生包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 从包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的所述数字信号中生成通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。9.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 确定在所述目标供电电压和/或电流与来自所述可调电源的实际输出之间的误差；以及 从确定的所述误差中生成UART数据信号。10.一种接口电路，所述接口电路包括: 接收器电路，所述接收器电路被配置为在可调电源的次级侧处接收输入信号，所述输入信号包括针对目标供电电压和/或电流的请求； 变换器电路，所述变换器电路被配置为将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 发送器电路，所述发送器电路被配置为与所述可调电源的初级侧中的控制器耦合，但与所述控制器电绝缘，并且所述发送器电路被配置为将所述数字信号输出至所述控制器。11.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述控制器被配置为调节所述可调电源以提供请求的所述目标供电电压和/或电流。12.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。13.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述输入信号包括差分数据信号。14.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号。15.根据权利要求1所述接口电路，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号或来自调光器的模拟信号，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。16.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 查询表生成器，所述查询表生成器被配置为生成请求的输出电压；以及通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为以从所述请求的输出电压中生成UART数据信号。17.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 模数转换器，所述模数转换器被配置为生成包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从所述包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的所述数字信号中生成UART数据信号。18.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 误差放大器，所述误差放大器被配置为确定所述目标供电电压和/或电流与来自所述可调电源的实际输出之间的误差；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从确定的所述误差中生成UART数据信号。19.一种供电电路，包括: 可调电源，所述可调电源包括初级侧绕组和次级侧绕组； 接口电路，所述接口电路耦合至所述次级侧绕组，所述接口电路包括接收器电路，所述接收器电路被配置为在所述次级侧接收输入信号，所述输入信号包括对目标供电电压和/或电流的请求； 变换器电路，所述变换器电路被配置为将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 发送器电路，所述发送器电路被配置为输出所述数字信号； 与所述接口电路耦合的光耦合器或电感耦合器；以及 与所述可调电源的所述初级绕组耦合的初级侧电路，所述初级侧电路被配置为调节所述可调电源的所述输出，所述初级侧电路包括控制器，所述控制器耦合至所述光耦合器或电感耦合器，其中，所述控制器被配置为 从所述接口电路通过所述光耦合器或所述电感耦合器接收所述数字信号，以及 调节所述可调电源以提供请求的所述目标供电电压和/或电流。20.如权利要求19所述供电电路，其中，所述供电电路包括: 查询表生成器，所述查询表生成器被配置为生成请求的输出电压；以及模数转换器，所述模数转换器被配置为生成包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从所述请求的输出电压以及针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求生成UART数据信号。
【专利摘要】提供了USB及发光应用的接口电路。根据本发明的实施例，一种操作供电电路的方法包括，在可调电源的次级侧处的接口电路处接收包含目标供电电压和/或电流请求的输入信号。将所述输入信号转换为包含了目标供电电压和/或电流的数字信号。将该数字信号通过电绝缘的信号路径传输至可调电源初级侧中的控制器。
【IPC分类】G06F13/40
【公开号】CN104899171
【申请号】CN201510094509
【发明人】邓耀翰, 张镝
【申请人】英飞凌科技奥地利有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】DE102015103057A1, US20150249393
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及接口电路，以及在特定实施例中，涉及用于USB及发光应用的接口电路。
【背景技术】
[0002]随着如智能手机和平板电脑的便携式电子设备变得计算功能更强大和复杂，其正在消耗更多的电能。用于给这些设备供电的电池的能量存储容量同样正在相应地增加以满足提升的功率要求。
[0003]在许多便携式产品中，通常使用通用串行总线(USB)作为通信端口和用以适应电池充电的功率传输端口。例如，标准USB 2.0兼容端口可将最大7.5W(在1.5A，5V)的功率传输提供至指定充电端口，可使用该端口给便携设备的电池反复充电。但是，随着便携式设备的电池容量的增加，例如，从5600mAh至8000mAh以及lOOOOmAh，这些设备的充电时间相应的增加。例如，使用标准USB2.0兼容端口，需要2小时40分钟给5600mAh电池重新充满电，但需要4小时45分钟给1000mAh电池重新充满电。
[0004]然而，通过提高充电电流或充电电压可实现较快充电时间。一些情况下，可使用“Y”形连接器将两个USB端口的输出合并以提供较高电流，或者一些非标准USB类型的实施方式可允许较高电流。
【发明内容】
[0005]根据本发明的实施例，本发明涉及一种操作供电电路的方法，该方法包括接收输入信号，该输入信号包括在可调电源的次级侧的接口电路处对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将该数字信号通过电绝缘的信号路径传输至可调电源初级侧的控制器。
[0006]根据本发明的可选实施例，接口电路包括接收器电路、变换器电路和发送器电路。将该接收电路配置为在可调电源的次级侧接收输入信号。该输入信号包括对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该变换电路配置为将输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将发送电路配置为与可调电源初级侧中的控制器耦合，但与其电绝缘，并且将其配置为将数字信号输出至控制器。
[0007]根据本发明的实施例，供电电路包括可调电源，其包括初级侧绕组和次级侧绕组，以及与该次级侧绕组耦合的接口电路。该接口电路包括接收器电路、变换器电路和发送器电路。将该接收器电路配置为在次级侧接收输入信号，该输入信号包括对于目标供电电压和/或目标供电电流的请求。将该变换器电路配置为将输入信号转换为包含目标供电电压和/或目标供电电流的数字信号。将发送器电路配置为输出数字信号。光耦合器或电感耦合器与接口电路耦合。初级侧电路与可调电源的初级侧绕组耦合。初级侧电路被配置为调节可调电源的输出。该初级侧电路包括与光耦合器或电感耦合器耦合的控制器。该控制器被配置为通过光耦合器或电感耦合器从接口电路接收数字信号，并且调节可调电源以提供请求的目标供电电压和/或目标供电电流。
【附图说明】
[0008]为更完整地理解本发明及其优点，参考下面与附图结合的描述，其中:
[0009]图1示出了根据本发明实施例的电能系统；
[0010]图2A-2B示出了根据本发明实施例的电能传输系统的运行。图2A和图2B示出了供电设备和电力用户设备；
[0011]图3示出了根据本发明的实施例的用作发光控制器的电能系统应用的可选实施例；
[0012]图4示出了根据本发明实施例的使用普通接口电路的集成至单一供电设备的充电器和发光控制器；
[0013]图5示出了供电设备电路/发光控制器电路实施例的示意图；
[0014]图6A和图6B示出了根据本发明的一个实施例的供电设备电路/发光控制器电路的详细不意图，其中图6A图不了电路，图6B图不了控制器；
[0015]图7A和图7B示出了根据本发明实施例的接口电路的详细示意图；
[0016]图8示出了根据本发明实施例的接口电路的查询表生成器使用的查询表的示例；以及
[0017]图9示出了根据本发明实施例的模拟调光器的输出电压与可调电源输出电流之间关系的不例。
【具体实施方式】
[0018]下面详细讨论的本发明优选实施例的构成及使用。但应当意识到，本发明提供许多可应用的发明性概念，其可在各种具体情景中得以实施。讨论的具体实施例仅仅是特定方式下说明性的，以构成并使用本发明，并且不限定本发明的保护范围。
[0019]将针对优选实施例在特定上下文中描述本发明，用于接口的系统和方法可被用于在充电端口和便携式设备或发光控制器与发光设备之间的通信。本发明同样适用于其它系统和应用，包括其它执行串行通信和/或向电子设备供电的电路。
[0020]通常在消费电子和如发光二极管驱动的发光应用中的电源中使用反激变换器。反激变换器通常使用在次级侧电路中的光电晶体管和误差放大器实现次级反馈，以输出恒定的电压和/或恒定的电流。在这种使用中，次级侧电路将次级侧脉冲信号传递至反馈回路的初级侧，以调节应用于与初级绕组耦合的开关晶体管的脉冲占空比。但是，这种次级反馈回路在应用中遇到很多困难，其要求从反激变换器中获得多个输出电压和多个输出电流。
[0021]一种这样的应用涉及要求多个输出电压，例如，5V、9V、12V或20V的USB快速充电或迅速充电。传统的在恒定电压模式下改变开关模式电源(SMPS)的输出电压方式是改变对于每个请求的输出电压的反馈网络的电阻分压器的比率。在这种传统电路中，例如，ChiPhy?系列1C，检测请求的电压信号，例如，USB总线的D+和D-信号线，并相应地改变SMPS反馈网络的电阻分压器的比率，使得相应地改变输出电压VOUT。
[0022]在本发明的实施例中，电能输送系统包括指定的充电端口，将其配置用于将电能提供给通过USB电缆连接的设备。在检测操作之后，充电系统与相连设备通信。在该通信期间，通过使用指定电压电平，可在连接在USB总线的D+和D-线中的至少一个上的设备与充电器之间交换各种参数。例如，连接的设备可为指定的充电端口指定请求的充电电压，以提供给连接的设备。这种情况下，使用下面进一步描述的本发明实施例，指定的充电端口可调整向相连设备充电的供电电路的输出电压。
[0023]在另一个实施例中，连接设备可指示在应用中使用的请求的恒定电流，例如，输出取决于输入电流的发光应用。在这种情况下，使用以下进一步描述的本发明的实施例，发光控制器可调节向连接的光源提供电流的供电电路的输出电流。
[0024]图1示出了根据本发明实施例的供电系统100。该供电系统100包括供电设备102，其经由总线连接120耦合至电力用户设备110。该总线连接120可遵守不同的标准协议。在一个实施例中，该总线连接120为通用串行总线(USB)。在可选实施例中，总线连接120可包括其它标准，如Lightning?，IEEE 1394 (火线)，IEEE 802.3af以太供电以及其它。
[0025]应该理解，在一些实施例中，电力用户设备110可表示与供电设备102通过如USB电缆的电缆耦合的任意设备。如图所示，总线连接120包括信号线，即，供电连接VBUS，接地连接GND以及数据线D+和D-。在可选实施例中，可使用其它供电连接或数据连接替代总线连接120。
[0026]供电设备102包括可调电源104，其向供电连接VBUS提供电能。在不同实施例中，可调电源104可包括开关模式电源(SMPS)。在一个或多个实施例中，可调电源104包括与变压器绝缘的变换器，如反激变换器。
[0027]在本发明的实施例中，可通过改变可调电源104的输出电压来调节提供给电力用户设备110的 功率数量。例如，可将供电连接VBUS的电压在5V与20V之间以不同数目的步骤进行调节。可选地，根据特定设备及其说明书，可使用该范围之外的电压。例如，USB电缆可允许在例如5V或20V情况下提供高达100W的能耗。
[0028]供电设备102同样包括与数据线D+和D-耦合的接口电路108。在实施例中，该接口电路108包括发送器和接收器，其被配置为参与供电设备102和电力用户设备110之间的通信。在一个实施例中，该供电设备102和电力用户设备110之间的通信是单边的，即，从电力用户设备110到供电设备102。但在可选实施例中，通信也可是双边的，例如，双向或半双向的。控制器106从接口电路108接收通信，并控制可调电源104。特别地，控制器106被配置为调节输出电压。但接口电路108仅与控制器106光耦合，而没有其它电耦合。在一些情况中，接口电路108仅与控制器106感性耦合，而没有其它电耦合。例如，接口电路108可通过包含发光二极管和光电晶体管的光耦合器与控制器106耦合。这导致了在供电连接VBUS处的输出电压的变化。因此，本发明的实施例启用初级侧调节。
[0029]在不同实施例中，电力用户设备110消耗由供电设备112传输的电能。电力用户设备I1包括电源/充电器112，其从供电设备102中的可调电源104中接收电能。
[0030]根据电力用户设备110的特定实现方式，电源/充电器112可在不同供电连接VBUS的电压下运行。例如，在正常运行模式中，当将供电连接VBUS设定为大约5V时，电源/充电器112可向电力用户设备110提供充足电能。另一方面，在充电操作期间或在快速充电操作期间，当将供电连接VBUS设定为较高电压，如12V或20V时，电源/充电器112可更快地向与电力用户设备110耦合的电池115充电。[0031 ] 在一个实施例中，电力用户设备110可针对在供电连接VBUS处的请求供电电压向供电设备102发送信号。该信号发送，例如，可通过包括可与供电设备102通信的发送器和接收器的接口电路114实现，且该信号发送向电力用户设备110提供了一种方式以向供电设备102指示电力用户设备110能够在高于标准的5V USB电压下运行。
[0032]控制器116操作接口电路114，且USB接口 118与数据管脚D+和D-通过接口电路114耦合。在一个或多个实施例中，使用标准USB接口的高速电路来执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。可选地，在一些实施例中，可使用标准USB接口的高速电路来执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。可选地，在一些实施例中，可另外地执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信，或使用电力用户设备110的适当标准的标准电路执行供电设备102与电力用户设备110之间的通信。
[0033]在不同实施例中，可以多种不同方式实现供电设备102和电力用户设备110。供电设备102和电力用户设备110可具有多种不同配置，例如，USB或非USB通信，单端口与多端口，指定电源与多端口公用电源，基于硬件的实现方式与基于软件的实现方式。图1中的结构示出了在一个可能的实现方式中的高层级元件。
[0034]如图1所示，总线连接120将供电设备102连接至电力用户设备110。在USB电能传输中，成对的直接附连的端口协商电压、电流和/或在流过供电导体VBUS的电能方向。特别地，电力用户设备110使用数据线D+和D-在供电连接VBUS处向供电设备102传输电压。作为响应，供电设备102通过供电连接VBUS向耗能设备110提供所请求的电压。
[0035]图2，其包括图2A至图2B，图2示出了根据本发明的实施例的电能传输系统的运行。图2A和图2B示出了在图1中的供电设备102处和电力用户设备110处的运行。
[0036]参考图2A，在物理上将两个设备连接并建立安全的电连接之后，供电设备102检测电力用户设备110的附接件(方框252)。
[0037]当供电设备102和电力用户设备110附接至彼此时，下行端口和上行端口初始默认为标准USB运行(方框254)。因此，根据USB标准，供电连接VBUS上的输出默认为5V(或0V)，且电力用户设备110获取电流。
[0038]同时，电力用户设备110监控在供电连接VBUS处的输出(图2B中方框262)。当供电设备102在供电连接VBUS处输出标准电压时，电力用户设备110检测输出功率(图2B中方框264)。
[0039]参考图2A中方框256，供电设备102可与电力用户设备110例如通过接口电路108通信。例如，接口电路108可向电力用户设备110指示供电设备102的容量。
[0040]参考图2B中的方框266，电力用户设备110可接收消息，其可能是来自电力用户设备I1的通告。基于该通告，电力用户设备110识别例如供电设备102的容量，随后将供电设备102与特定充电器配置文件(profile)关联。例如，电力用户设备110可识别出供电设备102能够在多电压/多电流下快速充电。此外，电力用户设备110可识别出在充电过程中可改变供电连接VBUS的输出。
[0041]下面，电力用户设备110与供电设备102协商电能传输需求。如下面在图2A的方框258中和图2B的方框270中所示，建立电能传输连接。该电能传输连接通过接口电路108建立，将在不同实施例中详细描述该接口电路。例如，电力用户设备110请求特定的电能输出，在供电设备的接口电路108处接收到该请求。该请求的能量输出可以是恒定的电压和/或恒定的电流。
[0042]特别地，供电设备102的接口电路108从电力用户设备110处得到请求的电能输出值，并将该电能输出值提供给控制器106，而不改变反馈网络。特别地，接口电路108仅光耦合至控制器106。电能输送协商完成之后，可在高于或低于标准默认电压的电压和/或电流情况下供电。在充电过程期间，可随着电力用户设备110请求电能输出的改变，例如，随着电池接近充电完成，而调整供电连接VBUS。
[0043]另外，如果供电设备102检测到总线连接120和/或电力用户设备110具有高于之前通告的容量，则可在电能输送连接过程中进一步调整电能连接。这种情况下，可重新通告电能传送容量并可建立更好的电能传送连接。
[0044]如果供电设备识别出电力用户设备的脱离、故障，和/或收到停止请求，供电设备可停止供电(方框260)。类似地，电力用户设备被配置为检测是否存在供电的中断、脱离或任何其它故障(方框272)。
[0045]图3说明了根据本发明实施例的供电系统100的应用的可选实施例。供电系统100包括供电设备(光控制器125)，其与调光器122和光源124耦合。调光器122可以是模拟调光器，用于控制来自光源124的光输出的强度。通过减小或增加DC电压，调光器122控制至光源124的平均电压。在各种实施例中，光源124可以是发光二极管(LED)光。然而，在其他实施例中，光源124可以是其它形式的二极管，如白炽灯、卤素灯和紧凑型荧光灯光源。
[0046]在一个或多个实施例中，将LED用作光源124。在这些实施例中，控制到LEDs的输入电流而不是控制输入电压。这是因为来自LED光源的光通量输出大约正比于供给至LED的电流量。只要施加的电流在设备的设计极限/击穿极限内，电流越大，则光强越强。
[0047]调光器122通常例如在OV至1V之间分步地输出模拟电压，。对通常的LED输入是固定的电流值。因此，在将模拟电压供应至LED之前，必须将模拟电压转换成电流。
[0048]因此，在不同实施例中，基于调光器122的输出，供电系统1 00产生恒定输出电流1UTo在不同实施例中，接收到来自调光器122的模拟输出并在接口电路108处进行处理，接口电路108将模拟电压转换成数字信号，该数字信号包括指示期待在光控制器125的输出处得到的恒定电流10UT。该数字信号与控制器106通信，控制器106随后控制可调电源以提供恒定电流10UT。可选地，可将模拟电压的数字值提供给光控制器125。
[0049]在不同的实施例中，图3的光控制器125和图1的供电设备102使用了相同的元件。例如，针对光控制器125和供电设备102两者，接口电路108是共有的。
[0050]图4示出了根据本发明实施例的集成在单一设备中的供电设备和光控制器，以及使用共同的接口电路。
[0051]如图1所示，供电设备102可在总线连接120上提供输出电压，或如图3所示供电设备102可提供恒定电流输出。供电设备102可顺序或并行地执行这些操作。例如，如果并行执行光控制器和电池的充电操作，则供电设备102可包括多个供电单元，例如，多于一个的反激变换器。
[0052]图5示出了供电设备电路/发光控制器电路实施例的示意图。
[0053]参考图5，图5示出了初级侧20和次级侧30电路。该初级侧20电路和次级侧30通过绝缘体134电绝缘。可调电源104包括开关132、二极管133、电容器C133和反激变压器136。在不同实施例中开关132可以是场效应晶体管。
[0054]当初级侧电源开关132接通时，首先通过将来自输入源的能量存储至反激变压器136来运行可调电源104。当开关132关断时，变压器136的电压反向，由此将输出二极管133正向偏置并将能量输送至输出。可调电源104同样能够产生多个输出电平，因为其有能力在传输至输出电路之前存储反激变压器135中的不同的电量。因此，控制器106驱动开关132从可调电源104中产生多个输出电平。
[0055]在各种实施例中，接口电路108获得第一信号SI和第二信号S2并产生数字信号S3?在一个实施例中，第一信号SI和第二信号S2是来自USB总线的数据线D+和D-的信号，该信号可以是差分数据信号。在另一个可选实施例中，第一信号SI和第二信号S2是来自模拟调光器的信号。
[0056]接口电路108是次级侧30的一部分，因为其通过光耦合器107耦合至控制器106。在一个或多个实施例中，数字信号S3为可以是串行数字信号的数字信号，例如，通用异步接收器/发送器(UART)信号。在可选实施例中，可使用其它适当的数字信号。
[0057]数字信号S3光学地跨初级侧20与次级侧30之间的边界传输，且将初级侧数字信号S4提供给控制器106。控制器106使用初级侧数字信号S4中的信息调节开关132，开关132改变可调电源104的输出。
[0058]图6包括图6A和图6B，图6不出了根据本发明一个实施例的供电设备电路/发光电路的详细示意图。图6A示出了电路，图6B示出了控制器。
[0059]参考图6A，将输入AC电压通过桥式二极管或整流器转换为DC供给电压VIN，该DC供给电压Vin被提供至反激变压器136的初级绕组的高侧。该变压器136包括在初级侧20的初级绕组和在次级侧30的次级绕组，其由绝缘体134隔离。另外，变压器136可包括辅助绕组138.
[0060]供给电压Vin同样被提供至控制器106，至高侧电压(HV)管脚中。控制器106进一步包括恒定电流供给电压管脚VCC，其与辅助绕组138通过阻断二极管144和电阻器R2
锂A
柄口 O
[0061]参考图6B，控制器106包括数字引擎，除其它元件外，该数字引擎可包括存储器和处理器。在一些实施例中，可将控制器106的部件集成在不同层级，例如，在同一个电路板上、不同电路板上、相同封装、不同封装、相同芯片、不同芯片以及其它。例如，一种情况中，可将A/D转换器与数字引擎集成在单个芯片上。在另一个示例中，可将处理器和存储器集成在单个芯片上。
[0062]参考图6A和图6B，控制器106包括多功能输入输出(MF1)管脚，其能够从接口电路108接收命令信号。MF1管脚能够被配置为感测例如8位A/D转换器的A/D转换器的输入，和/或将其配置为感测数字引擎的UART的输入(图6B)。
[0063]在不同实施例中，接口电路108桥接设备之间的通信:使用在次级侧30的USB和LED发光电子控制机构和在初级侧20的开关模式电源(SMPS)控制器106，以从可调电源104中产生期望的输出电压(或电流)电平。将主控制器106配置为允许设备从可调电源104请求所期望的输出电压(或电流)电平。使得控制器106驱动开关132以产生所期望的输出。因此，通过使用控制器106和接口电路108可有效的实现初级侧调节，而不改变传统电路中次级侧的反馈网络。
[0064]如前所述，接口电路108从电力用户设备接收输入信号，并将通信解码为如UART信号的数字信号。随后将该UART信号通过光耦合器107传输至初级侧上的控制器106。在控制器106处的MF1管脚接收该数字信号，并将其传递给控制器106的数字引擎处的UART (图6B)。在一个实施例中，数字信号可指示输出电压VOUT和期望目标电压的差异。控制器106的数字引擎使用数字信号中的信息控制开关132。例如，这可以由脉冲宽度调制(PWM)控制器通过将PWM信号通过⑶O管脚施加到开关132的栅极而实现。
[0065]控制器106可包括与开关132的电流路径耦合的电流感测(CS)管脚。控制器106可进一步包括与过零检测器耦合的过零检测(ZCD)管脚，以检测输入信号的过零(图6B)。控制器106的过零检测器与辅助绕组138耦合。例如，过零检测器识别是否跨辅助绕组的电压接近零，使得随后将控制器106配置为通过耦合至开关132的PWM输出再次开始供电周期。因此，控制器106直接使用其从变压器初级侧20上的辅助绕组138接收到电压信号调节脉冲占空比，使得稳定输出电流与输出电压。
[0066]图7包括图7A和图7B，图7示出了根据本发明实施例的接口电路的详细示意图。
[0067]参考图7A，该接口电路108包括多功能开关240，该多功能开关240被配置为根据选择线路SEL出的值将来自数据线SI和S2的输入路由至查询表生成器220或A/D转换器(ADC) 230。例如，如果数字线SI和S2携带来自USB设备的信息，其中在接口电路108的数据线SI和S2数据线处确定(asserted)数据线D+和D_，将信号转送至查询表生成器220。该查询表生成器220可包括数据库，或可使用算法确定对应于在数据线D+和D-上所确定的信号的电压值。图8提供了这种表的示例。
[0068]图8示出了根据本发明的实施例的由接口电路的查询表生成器使用的查询表的示例。如图所示，查询表生成器220可确定出在D+和D-两条线上确定的电压值为0.6V。因此，查询表生成器220确定出由电力用户设备请求的对应电压值为12V。
[0069]相比之下，如果数据线SI和S2通过所示的SEL线耦合至模拟调光器，则将输入传送至ADC 230，ADC 230将模拟电压转换为数字电压。在一些实施例中，同样可将模拟电压转换为在可调电源输出处期望的输出电流I.。图9示出了模拟调光电压与输出电流之间关系的不例。
[0070]图9示出了根据本发明的实施例的模拟调光器的输出电压和可调电源输出电流之间关系的示例。该模拟调光电压可从OV至1V变化，而输出电流在这段时间内从OA加大至峰值电流的100%。
[0071]将来自查询表生成器220和ADC 230的输出发送至产生UA RT信号的UART 210。UART同样可将来自可调电源的输出的输出电压VOUT或输出电流1UT转换为用于向控制器106提供反馈的UART信号。
[0072]在可选的实施例中，如图7B所示，在误差检测器250处，可将来自查询表生成器220和ADC 230的输出与来自次级绕组的输出电压/输出电流比较以确定误差，例如，使用误差放大器。随后将该误差转换为UART信号。
[0073]因此，在不同实施例中，优选地，在不调整反馈网络的情况下，简单地通过初级侧调节而调节输出电压或输出电流。相对而言，传统方法依赖于次级侧反馈网络的改变以改变SMPS的输出电压。此外，可将本发明的实施例用于其它要求来自SMPS的多电平恒定电流应用。例如，可将本发明实施例无缝地用于恒定电压和/或恒定电流的拓扑。由于使用了较少数量的部件，本发明的实施例降低了总成本。例如，不同于传统电路，本发明无需使用电阻分压器。
[0074]尽管详细地描述了本发明及其优点，应该理解，在不偏离本发明主旨及保护范围的前提下，如随附的权利要求书所限定，可在本文中进行各种改变、替换以及变型。例如，可在软件、硬件、固件或其组合中实现上述多种特征以及功能。
[0075]尽管参考说明性实施例描述了本发明，并不应将该描述理解为限定性的。在参考说明书的前提下，本发明的不同说明性实施例的修改及组合，以及其它实施例都将对本领域的技术人员是显而易见的。因此，随附的权利要求书旨在包含任何这样的修改或实施例。
【主权项】
1.一种操作供电电路的方法，所述方法包括: 接收输入信号，所述输入信号包括在可调电源的次级侧处在接口电路处对目标供电电压和/或电流的请求； 将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 经由电绝缘信号路径将所述数字信号传送至所述可调电源的初级侧中的控制器。2.根据权利要求1所述方法，其中，所述控制器被配置为调节所述可调电源以提供所请求的目标供电电压和/或电流。3.根据权利要求1所述方法，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。4.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括差分数据信号。5.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号。6.根据权利要求1所述方法，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号或来自调光器的模拟信号，其中所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。7.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 使用查询表生成器生成请求的输出电压；以及 从所述请求的输出电压中生成通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。8.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 使用模数转换器产生包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 从包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的所述数字信号中生成通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。9.根据权利要求1所述方法，其中，将所述输入信号转换为数字信号包括: 确定在所述目标供电电压和/或电流与来自所述可调电源的实际输出之间的误差；以及 从确定的所述误差中生成UART数据信号。10.一种接口电路，所述接口电路包括: 接收器电路，所述接收器电路被配置为在可调电源的次级侧处接收输入信号，所述输入信号包括针对目标供电电压和/或电流的请求； 变换器电路，所述变换器电路被配置为将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 发送器电路，所述发送器电路被配置为与所述可调电源的初级侧中的控制器耦合，但与所述控制器电绝缘，并且所述发送器电路被配置为将所述数字信号输出至所述控制器。11.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述控制器被配置为调节所述可调电源以提供请求的所述目标供电电压和/或电流。12.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。13.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述输入信号包括差分数据信号。14.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号。15.根据权利要求1所述接口电路，其中，输入信号包括来自通用串行总线(USB)数据线的数据信号或来自调光器的模拟信号，其中，所述数字信号为通用异步接收器/发送器(UART)数据信号。16.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 查询表生成器，所述查询表生成器被配置为生成请求的输出电压；以及通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为以从所述请求的输出电压中生成UART数据信号。17.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 模数转换器，所述模数转换器被配置为生成包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从所述包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的所述数字信号中生成UART数据信号。18.根据权利要求10所述接口电路，其中，所述变换器电路包括: 误差放大器，所述误差放大器被配置为确定所述目标供电电压和/或电流与来自所述可调电源的实际输出之间的误差；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从确定的所述误差中生成UART数据信号。19.一种供电电路，包括: 可调电源，所述可调电源包括初级侧绕组和次级侧绕组； 接口电路，所述接口电路耦合至所述次级侧绕组，所述接口电路包括接收器电路，所述接收器电路被配置为在所述次级侧接收输入信号，所述输入信号包括对目标供电电压和/或电流的请求； 变换器电路，所述变换器电路被配置为将所述输入信号转换为包含所述目标供电电压和/或电流的数字信号；以及 发送器电路，所述发送器电路被配置为输出所述数字信号； 与所述接口电路耦合的光耦合器或电感耦合器；以及 与所述可调电源的所述初级绕组耦合的初级侧电路，所述初级侧电路被配置为调节所述可调电源的所述输出，所述初级侧电路包括控制器，所述控制器耦合至所述光耦合器或电感耦合器，其中，所述控制器被配置为 从所述接口电路通过所述光耦合器或所述电感耦合器接收所述数字信号，以及 调节所述可调电源以提供请求的所述目标供电电压和/或电流。20.如权利要求19所述供电电路，其中，所述供电电路包括: 查询表生成器，所述查询表生成器被配置为生成请求的输出电压；以及模数转换器，所述模数转换器被配置为生成包含针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求的数字信号；以及 通用异步接收器/发送器(UART)，所述通用异步接收器/发送器(UART)被配置为从所述请求的输出电压以及针对所述目标供电电压和/或电流的所述请求生成UART数据信号。
【专利摘要】提供了USB及发光应用的接口电路。根据本发明的实施例，一种操作供电电路的方法包括，在可调电源的次级侧处的接口电路处接收包含目标供电电压和/或电流请求的输入信号。将所述输入信号转换为包含了目标供电电压和/或电流的数字信号。将该数字信号通过电绝缘的信号路径传输至可调电源初级侧中的控制器。
【IPC分类】G06F13/40
【公开号】CN104899171
【申请号】CN201510094509
【发明人】邓耀翰, 张镝
【申请人】英飞凌科技奥地利有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月3日
【公告号】DE102015103057A1, US20150249393
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