CN101043140A - 电源供应系统及电源供应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源供应系统。所述电源供应系统包含功率转换器，以通过电源供应系统的输出电缆向电子电路供应电源。通信单元耦合到所述电源供应系统的所述输出电缆，以在所述功率转换器与所述电子电路之间形成通信信道，以便将所述功率转换器的状态报告给所述电子电路。

Description

电源供应系统及电源供应器

技术领域

本发明涉及一种电源供应器，且更具体地说，涉及电源供应器的通信电路。

背景技术

电源供应器(power supply)用于向电子电路(例如计算机、家用电器等)提供稳定电源(regulated power source)。所述电源供应器还用于保护用户使其不会触电。电源供应器因此成为需要得到安全要求证明的重要单元。此外，电源供应器将在功率转换期间产生热能。因此，多种产品经开发以使用外部电源供应器或功率适配器来简化产品设计，例如携带式计算机(Portable Computer)和移动电话充电器等。然而，使用外部电源供应器的缺点在于缺乏电源供应器的信息，例如输出电压、输出电流和工作温度等，这使得功率管理和保护变得困难。

发明内容

本发明提供一种电源供应系统，其中可将功率转换器(powerconverter)的状态报告给外部电子电路以用于功率管理和保护。

本发明的电源供应系统包含功率转换器以通过输出电缆将电源供应到电子电路。通信单元(communication unit)耦合到输出电缆，以在功率转换器与电子电路之间形成通信信道(communication channel)。电感装置(inductive device)进一步耦合到输出电缆，以在功率转换器与通信单元之间提供阻抗。通信单元通过输出电缆传输通信数据，以便将功率转换器的状态报告给电子电路。通信数据被调制为频移键控(frequency-shift-key，FSK)信号以进行传输。

其中可将功率转换器(power converter)的状态报告给外部电子电路以用于功率管理和保护。

附图说明

本发明包含附图以提供对本发明的进一步理解，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例并连同描述内容一起用于阐述本发明的原理。在附图中，

图1示意性地绘示计算机通过电源供应器的输出电缆而与电源供应器对话。

图2是根据本发明的具有通信信道的电路简图越过电源供应器的输出电缆的优选实施例。

图3是根据本发明的具有通信信道的电路简图越过电源供应器的输出电缆的另一优选实施例。

图4A绘示根据本发明实施例的通信单元。

图4B绘示根据本发明实施例的另一通信单元。

图5绘示根据本发明实施例的通信信道的等效电路。

图6是根据本发明实施例的通信单元的振荡电路。

图7绘示根据本发明实施例的通信单元的输出数据缓冲器。

图8是根据本发明实施例的通信单元的滤波电路。

图9绘示根据本发明实施例的通信单元的输入数据缓冲器。

图10绘示根据本发明实施例的用于产生脉冲信号的单触发电路。

图11绘示根据本发明实施例的输入信号和脉冲信号的波形。

具体实施方式

本发明设法通过电源供应器的输出电缆而在电源供应器与电子电路之间提供通信信道。因此，根据本发明优选实施例而提供的通信信道，如图1和图2所示。电源供应器10包含功率转换器11，以用于通过输出电缆30向电子电路20供应电源V_E。电源V_E包含两个端子E+和E-。通信单元100耦合到输出电缆30，以在功率转换器11与电子电路20之间形成通信信道。输出电缆30具有四个端子WA、WB、WM和WN。端子WA和WB连接到电源供应器10。端子WM和WN连接到电子电路20。电源V_E具有低输出阻抗。电感装置15耦合到电源V_E的端子E+和E-以及输出电缆30的端子WA和WB，电感装置15向功率转换器11和通信单元100提供阻抗。由电感装置15所建立的阻抗在输出电缆30上形成通信路径以进行数据传输。

通信单元100通过输出电缆30传输通信数据，以便将功率转换器11的状态报告给电子电路20。通信单元100和电感装置15位于电源供应器10中。通信单元100经耦合从功率转换器11处获得状态数据S_N...S₀。状态数据S_N...S₀包含功率转换器11的数据，例如输入电压、输出电压和温度等。

另一通信单元200和另一电感装置25装配在电子电路20中。电感装置25连接到输出电缆30的端子WM和WN以及电子电路20的负载的两个端子V+和V-。通信单元200接收到的输入数据D_N...D₀将被传递到电子电路20的控制单元(control unit)(例如CPU)以用于功率管理和保护。通信单元100和200实现电源供应器10与电子电路20之间的通信。

电感装置15和25是共模扼流圈(common mode choke)，其为电源V_E提供低阻抗路径以将功率输送到电子电路20。然而，共模扼流圈为共模信号(common mode signal)提供高阻抗，这使通信单元100和200的通信信号与电源V_E隔离。

图3中绘示本发明另一优选实施例，其中单端电感器(single-endinductor)16用于在通信单元100与电源V_E之间提供高阻抗。此外，单端电感器26用于在通信单元200与电子电路20的负载之间提供高阻抗。虽然电感器16和26不能为电源V_E到电子电路20提供低阻抗路径，但电感器16和26的成本低于图2所示的电感装置15和25。

图4A绘示根据本发明实施例的通信单元100。通信单元100包含输出数据缓冲器300和接口电路400。

图4B绘示根据本发明实施例的另一通信单元200的实施例。通信单元200包含输入数据缓冲器500和接口电路400。通信单元200的接口电路400与通信单元100的接口电路相同。通信单元100的通信数据被调制为频移键控(frequency-shift-key，FSK)信号，所述频移键控信号耦合到电源供应器10的输出电缆30。通信单元100包含振荡电路(oscillationcircuit，OSC)150，以响应于通信单元100的输出数据(DATA)而产生频移键控信号。通过端子X1和X2，输出电路410耦合到电源供应器10的输出电缆30，以输出FSK信号。

运算放大器110、电阻器111和晶体管112、114、115、116、118和119形成通信单元100的接口电路400的输出电路410。振荡电路150的输出信号V_OSC是根据通信单元100的输出数据(DATA)而产生的FSK信号。输出信号V_OSC连接到运算放大器110。运算放大器110、电阻器111和晶体管112形成电压-电流转换器，以响应于振荡电路150的输出信号V_OSC而在晶体管112处产生电流信号I₁₁₂。晶体管114、115和116形成电流镜，以分别在晶体管115和116处产生电流信号I₁₁₅和电流信号I₂。电流信号I₁₁₂连接到晶体管114。因此，响应于电流信号I₁₁₂而产生电流信号I₁₁₅和电流信号I₂。电流信号I₁₁₅耦合到晶体管118。晶体管118和119形成另一电流镜，以响应于电流信号I₁₁₅而在晶体管119处产生电流信号I₁。FSK信号响应于电流信号I₁和I₂而形成。FSK信号通过端子X1和X2而耦合到输出电缆30。

图4A所示的输入电路耦合到输出电缆30的端子WA和WB，以接收FSK信号。电容器210、220形成输入电路。滤波电路250耦合到输入电路，以响应于FSK信号而产生数据信号S_H和S_L。

图5绘示通过输出电缆30的通信信道的等效电路。与电感装置15相关联的电流信号I₁和I₂越过输出电缆30的端子WA和WB而产生信号V_W。

V_w＝2π×f×L×ΔI-----------------------------------     (1)

其中f是FSK信号的频率；L是电感装置的等效电感；ΔI是电流信号I₁和I₂的差电流(difference current)。

图6绘示振荡电路150的实施例。当输出数据(DATA))为低逻辑(logic-low)时，输出信号V_OSC是低频信号。一旦振荡电路150接收到-输出数据(DATA)為高逻辑(logic-high)时，输出信号V_OSC就是高频信号。电流源151通过开关161对电容器170进行充电。电流源152通过开关162对电容器170进行放电。电流源153与开关163串联提供。电流源153和开关163与电流源151并联连接。电流源154与开关164串联连接。电流源154和开关164与电流源152并联连接。开关163和164由输出数据(DATA)控制。具有跳变点电压(trip-point voltage)V_H的比较器181连接到电容器170。具有跳变点电压V_L的比较器182连接到电容器170。与非(NAND)闸183和184形成闩锁电路。与非闸183连接到比较器181的输出。与非闸184连接到比较器182的输出。与非闸183的输出经连接以控制开关162。

通过反相器185，与非闸183的输出控制开关161的接通或断开。因此在电容器170处产生振荡信号，以产生输出信号V_OSC。输出信号V_OSC通过开关190而连接到电容器170。经由启用信号ENB来启用或禁用开关190。此外，接地的开关195用于禁用输出信号V_OSC。通过由反相器187反相的启用信号ENB来控制开关195。针对低频F_{OSC_L}和高频F_{OSC_H}的输出信号V_OSC的频移可表达为：

$F_{\mathrm{OSC}\_L}=k\×\frac{I_{151}}{(V_H-V_L)\×C_{170}}---\left(2\right)$

$F_{\mathrm{OSC}\_H}=k\×\frac{I_{151}+I_{153}}{(V_H-V_L)\×C_{170}}---\left(3\right)$

其中k是由充电电流与放电电流的比率来确定的常数；I₁₅₁是电流源151的电流；I₁₅₃是电流源153的电流；C₁₇₀是电容器170的电容值；V_H是跳变点电压V_H的电压；V_L是跳变点电压V_L的电压。

因此，输出信号V_OSC包含三个状态。高频F_{OSC_H}表示高逻辑状态。低频F_{OSC_L}表示低逻辑状态。输出信号V_OSC的禁用代表数据為空白状态，其由启用信号ENB控制。

图7绘示通信单元100的输出数据缓冲器300的实施例。多个触发器(flip-flop)319、...、311和310串联连接，并存储功率转换器11的状态数据S_N...S₀。此外，所述触发器319...310被配置为移位寄存器(shiftregister)以用于数据输出。触发器319的输出连接到与(AND)闸325。与闸325的另一输入连接到启用信号ENB。与闸325的输出产生输出数据(DATA)。触发器319、...、311和310的时钟输入通过反相器320而连接到启用信号ENB。因此，输出数据(DATA)根据启用信号ENB的计时速率(clocking rate)而连续输出。

图8绘示图4所示的通信单元100的接口电路400的滤波电路250的实施例。差分放大器260具有负输入INM和正输入INP，其分别连接到电容器210和220。滤波器270和滤波器280连接到差分放大器260的输出端。滤波器270经开发以提供F_{OSC_H}的带通频率(band-pass frequency)，以产生高逻辑数据信号S_H。滤波器280用于解码F_{OSC_L}的带通频率，以便产生低逻辑数据信号S_L。

数据信号S_H和数据信号S_L进一步连接到输入数据缓冲器500，以产生输入数据D_N...D₀，如图9所示。多个触发器351、352、...和359经连接以作为移位寄存器，以用于根据连续输入数据信号S_H和S_L而产生数据D_N...D₀。触发器351的D输入是移位寄存器的输入。数据信号S_H和S_L连接到或(OR)闸362。或闸362的输出连接到单触发电路(one-shot circuit)370，以产生脉冲信号(pulse signal)PLS。脉冲信号PLS连接到触发器351、352、...和359的时钟输入。数据信号S_H进一步连接到与闸360。数据信号S_L通过反相器361而连接到与闸360的另一输入。与闸360的输出连接到移位寄存器的输入。

图10绘示如图9所示的单触发电路370的实施例。单触发电路370的输入信号IN连接到反相器373的输入和与非闸380的输入。反相器373的输出控制晶体管374。电流源371经连接以对电容器375进行充电。电流源372用于通过晶体管374而对电容器375进行放电。电容器375进一步连接到与非闸380的另一输入。与非闸380的输出连接到或非(NOR)闸390的输入。与非闸380的输出进一步用于控制晶体管384。电流源381经连接以对电容器385进行充电。晶体管384用于对电容器385进行放电。电容器385连接到或非闸390的另一输入，以在或非闸390的输出处产生脉冲信号PLS。图11绘示单触发电路(one-shot circuit)370的输入信号IN和脉冲信号PLS的波形，其中电流源371的电流和电容器375的电容量确定延迟时间T_D。电流源381的电流和电容器385的电容量确定脉冲信号PLS的脉冲宽度T_W。

所属领域的技术人员将了解到，可在不脱离本发明范围或精神的情况下，对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于前述内容，如果本发明的修改和变化在所附权利要求书和其等效物的范围内，那么期望本发明涵盖那些修改和变化。

Claims (12)

1、一种电源供应系统，其特征在于包括：

输出电缆；

功率转换器，其通过所述输出电缆向电子电路供应电源；

通信单元，其耦合到所述输出电缆，并在所述功率转换器与所述电子电路之间形成通信信道；以及

电感装置，其耦合到所述输出电缆，并在所述功率转换器与所述通信单元之间提供阻抗，其中所述通信单元通过所述输出电缆传输通信数据，并将所述功率转换器的状态报告给所述电子电路。

2、根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于其中所述电感装置是共模扼流圈。

3、根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于其中所述通信数据被调制为频移键控信号，所述频移键控信号耦合到所述电源供应器的所述输出电缆。

4、根据权利要求3所述的电源供应系统，其特征在于其中所述频移键控信号是电流信号。

5、根据权利要求3所述的电源供应系统，其特征在于其中所述通信单元包括：

输出数据缓冲器，其响应于所述功率转换器的状态而产生输出数据；

振荡电路，其响应于所述输出数据产生所述频移键控信号；

输出电路，其耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，并输出所述频移键控信号；

输入电路，其耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，并接收所述频移键控信号；以及

滤波电路，其耦合到所述输入电路，并响应于所述频移键控信号而产生输入数据。

6、根据权利要求1所述的电源供应系统，其特征在于其中所述功率转换器的状态包含所述功率转换器的输入电压、输出电压和温度。

7、一种电源供应器，其特征在于其包括：

功率转换器，其通过所述电源供应器的输出电缆向电子电路供应电源；以及

通信单元，其耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，并在所述功率转换器与所述电子电路之间形成通信信道，

其中所述通信单元通过所述输出电缆传输通信数据，并将所述功率转换器的状态报告给所述电子电路。

8、根据权利要求7所述的电源供应器，其特征在于其进一步包括电感装置，所述电感装置耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，以使所述通信数据与所述电源分离。

9、根据权利要求8所述的电源供应器，其特征在于其中所述电感装置是共模扼流圈。

10、根据权利要求7所述的电源供应器，其特征在于其中所述通信数据被调制为频移键控信号，所述频移键控信号耦合到所述电源供应器的所述输出电缆。

11、根据权利要求10所述的电源供应器，其特征在于其中所述频移键控信号是电流信号。

12、根据权利要求7所述的电源供应器，其特征在于其中所述通信单元包括：

输出数据缓冲器，其响应于所述功率转换器的状态产生输出数据；

振荡电路，其响应于所述输出数据产生所述频移键控信号；

输出电路，其耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，并输出所述频移键控信号；

输入电路，其耦合到所述电源供应器的所述输出电缆，并接收所述频移键控信号；以及

滤波电路，其耦合到所述输入电路，并响应于所述频移键控信号产生输入数据。

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