开关电源及系统 |
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| 申请号 | CN200610167562.0 | 申请日 | 2006-12-19 | 公开(公告)号 | CN101017976B | 公开(公告)日 | 2012-10-03 |
| 申请人 | 电力集成公司; | 发明人 | D·J·贝利; B·巴拉克里斯南; | ||||
| 摘要 | 公开了一种可以被 鉴别 的电源。一种根据本 发明 的各个方面的装置包括 电子 产品的外部电源，该电源用编码信息调制其输出，以识别上述产品的电源。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种外部开关电源，所述外部开关电源包括： |
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| 说明书全文 | 开关电源及系统技术领域背景技术[0002] 外部电源是置于产品壳体之外的电源，如数码相机的交流适配器，或是让产品从汽车的电源出口接收电能来工作的直流适配器。这些电子制品通常是小型的便携式单元，但非便携式产品也使用外部电源。例如，某些型号的小型台式计算机使用相当大的外部电源。 [0003] 电子产品的制造商通常倾向于使用外部电源而非内部电源来为他们的设备供电。使用外部电源减少了产品的物理尺寸和重量。同时，如果能简单地根据制造商的说明书来采购作为外部组件的电源，则无需在设计产品时为电源提供冷却。典型地，可以用较长的电缆与该产品相连，以便使产品与电源保持合适的距离。 [0004] 制造商希望避免将未经认可的或伪造的外部电源与他们的产品一起使用。使用不符合制造商要求的电源可能使产品或用户面临危害。制造商也希望获得有关外部电源工作状况的信息(如外部电源的功耗或外部电源中可能存在的故障状况)。对集成到产品(如机顶盒或电视)中的内部电源而言，也希望能获得与电源的工作状况有关的信息。以机顶盒或电视等产品为例，它们的内部电源封装在产品内。在某些情况下，电源可以被完全包括在其自身的独立壳体中，但仍封装在产品(如台式计算机)的壳体内部。 [0005] 发明内容 [0006] 一种外部开关电源，所述外部开关电源包括：开关；提供功率的输出；和开关电源控制器，所述开关电源控制器包括开关逻辑，所述开关逻辑进行响应来产生切换命令信号以对所述开关进行切换，从而在所述输出上产生功率，其中，所述输出上的功率利用信息被调制，所述信息被编码以供产品识别所述电源。 [0007] 一种系统，包括：具有外部电源输出的外部电源，所述外部电源输出提供功率；和电子产品，所述电子产品与所述外部电源输出相耦合，以从所述外部电源接收功率，其中，所述电子产品包含电源总线监视器，所述电源总线监视器被耦合来通过翻译编制在所述外部电源输出之中的信息来识别所述外部电源，并产生鉴别信号，所述鉴别信号指明所述外部电源是否被认可对所述电子产品供电。 [0008] 一种具有开关的开关电源，所述开关按照开关频率切换以产生经调节的开关电源输出，所述开关频率被耦合为按照一模式来变化，所述模式供电子产品识别所述开关电源，所述电子产品被耦合从所述开关电源输出接收功率。 [0009] 一种具有开关的开关电源，所述开关被切换以产生经调节的开关电源输出，所述开关电源被耦合为按照一模式来改变所述经调节的开关电源输出的大小，所述模式供电子产品识别所述开关电源，所述电子产品被耦合从所述开关电源输出接收功率。 [0010] 一种电子产品的电源，所述产品用提供有关所述电源的工作信息的编码信息来调制所述电源的输出。 [0012] 结合以下附图对本发明的非限制性的和非穷举的实施例进行了描述，其中，除非特别指出，各幅图中的相似的附图标记表示相似的部件。 [0013] 图1的框图示出了电子系统实例，该系统具有根据本发明教导的外部电源。 [0014] 图2的框图示出了根据本发明教导的开关电源实例。 [0015] 图3的框图示出了根据本发明教导的电源总线监视器实例。 [0016] 图4示出了根据本发明教导的、利用编码信息来调制开关频率的实例。 [0017] 图5示出了根据本发明教导的、使用识别电源的信息对输出进行编码的实例。 [0018] 具体实施方式 [0019] 公开了鉴别电源的方法和装置。在以下的描述中，阐述了大量具体细节来使读者透彻理解本发明。然而，对本领域普通技术人员而言，显而易见，无需上述具体细节即可实施本发明。为避免使本发明变得不清楚，没有详细描述与上述实施方式有关的众所周知的方法。 [0020] 贯穿本说明书的“一个实施例”或“某一实施例”表明，在本发明的至少一个实施例中包括了结合实施例描述的特定特征、结构或特性。因而，在本说明书各处出现的“对于一个实施例”或“在某一实施例中”不一定均指相同的实施例。而且，在根据本发明的教导的一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合以下所述和/或在附图中示出的特定特征、结构、特性、组合和/或子组合。此外，应当懂得，本文提供的特征用于为本领域普通技术人员提供解释，且附图不一定按比例绘制。 [0021] 如以下所述，本文公开了鉴别电源的新颖实例。在一个实例中，根据本发明的教导，用从电源到电子产品的单向通信对电源进行鉴别，且在该电源和电子产品之间存在的导线不超过两根。将信息编入电源的输出而非独立的数据线。产品将所述信息解码，以识别和/或鉴别该电源，并进行相应的回应。产品可拒绝与其无法鉴别的电源一起工作。产品也可响应其从电源接收的信息而改变其工作模式。例如，取决于电源的性能或响应该电源中的故障状况，产品可执行不同的功率管理操作。 [0022] 为进行说明，图1示出了电子系统100，该系统100包括根据本发明的教导的、为电子产品110供电的外部开关电源105。外部开关电源105具有输入120(电压VIN)和输出145(电压VO 148)以及电流IO 149。外部开关电源105包括开关S1125和控制器135。控制器135响应输出感测信号140而提供对开关S1125进行切换的控制信号130来对输出 145进行稳压。 [0023] 输出145通过连接器115与电子产品110相连。电子产品110包括与电源105的输出145相连的电源总线监视器150，电源105通过连接器115为电子产品110供电。根据本发明的教导，电源总线监视器150响应外部开关电源105的输出145的电压或电流变化而产生鉴别信号155，该信号指明是否已认可外部开关电源105对电子产品110供电。 [0024] 图2更具体地示出了图1中的开关电源控制器135的实例。如图所示，开关电源控制器135包括连接在一起的振荡器215、开关逻辑210、编码器220以及误差放大器205。误差放大器205接收输出的感测信号140和参考信号VREF 225。开关逻辑210响应振荡器 215、编码器220和误差放大器205而产生对开关S1125进行切换的切换命令信号130，以产生希望的输出145。根据本发明的教导，编码器220可以以规定的方式改变振荡器215的工作状况、参考信号225的值和开关逻辑210的响应，以提供识别电子产品的电源的信息。 [0025] 应当懂得，在提供的公开文献中，词“编码”或“译码”可解释为仅仅向结果中增加信息内容。因此，应当懂得，本文使用的术语“编码”或“译码”不一定意味着使用加密技术来维护信息的安全性和私秘性。根据本发明的教导，当进行“编码”或“译码”时，可使用也可不使用加密技术对上述进行编码。 [0026] 图3的框图更具体地示出了图1中的电源总线监视器150的实例。如图所示，电源总线监视器150包括信号检测器305、解码器310和逻辑比较器315。信号检测器305检测由解码器310翻译和由逻辑比较器315评估的输出145的变化模式。通往图3所示的实例中的电源总线的节点连接可用于检测输出电压148的变化。应当懂得，在其他实例中，可连接信号检测器305来检测输出电流149的变化。所检测的电压或电流变化可以相当大，如电压或电流的存在或不存在，或者，它们也可以是大得多的直流电压或电流值上的低幅值纹波。在所示实例中，根据本发明的教导，逻辑比较器315提供逻辑 输出155，该输出指明是否是经过认可的电源在为产品供电。 [0027] 可以以几种方式将信息编入开关电源的输出。开关电源的输出包括处于开关S1125的开关频率的低幅值纹波分量。在一个实例中，根据本发明的教导，开关电源控制器135以规定的方式改变上述开关频率，以便将信息编入该电源的输出，同时将该输出保持在规定范围内。 [0028] 在一个实例中，可调制开关频率来降低平均开关噪声(如在开关频率发生抖动时)，以减少电磁干扰。对开关频率的调制通常不改变输出的稳压值，且仅能检测到存在于输出之中的低幅值纹波变化和噪声形式的调制。通常以恒定的周期速率在两个值之间来调制开关频率。但是，在一个实例中，将频率调制为代表二进制信息的模式，以对电源进行鉴别。 [0029] 为进行说明，图4示出了根据本发明的教导的、用编码信息调制图1的开关S 1125的开关频率的实例。在所示实例中，所述开关频率以代表位序列的某一模式在第一频率fSL和第二频率fSH之间变动。开关频率的这种变动可以是逐渐的或突然的。根据本发明的一个实施例的教导，这种频率变动只需大到足以被可靠检测的程度即可。 [0030] 本领域技术人员将可以看出，图4的实例中示出的编码法是曼彻斯特编码法。应当懂得，图4中所示的曼彻斯特编码法只是一种类型的编码方法，根据本发明的教导，也可以采用其他类型的数据编码方法。然而，根据本发明的教导，曼彻斯特编码信号的自同步性质、易于生成和零平均值等性质使得曼彻斯特编码法非常适于用来将二进制信息编入开关电源的输出。因此，回到图1，将外部电源105连接到电子产品110的电缆只需连接器115中的不超过两根的导线。换言之，根据本发明的教导，不需要用于在外部电源105和电子产品110之间传输数据和进行同步的第三根导线。 [0031] 现在参考图2，举例来说，根据本发明的教导，编码器220可包 括使用多项式来生成位序列的简单的线性反馈移位寄存器，该位序列加密了二进制的密钥。在使用中，电子产品的制造商可规定上述多项式和密钥。根据本发明的教导，可以间歇地或连续地用所希望的信息对开关频率进行调制。 [0032] 回到图3，当开关电源对开关频率进行调制来将数据编入该电源的输出时，信号检测器可使用几种众所周知的解调方法中的任一种方法从电源总线提取二进制信息。在一个实例中，解码器310包括使用相同的加密多项式与密钥来对上述位序列进行解密的线性反馈移位寄存器。根据本发明的教导，当逻辑比较器315辨识出该密钥时，则断言逻辑输出155，以鉴别上述电源。 [0033] 在另一个实例中，不必调制开关频率来编入用于鉴别电源的信息。例如，可通过将开关的开关延迟半个开关周期来调制输出处的纹波相位。在又一个开关频率不发生变化的实例中，根据本发明的教导，也可以将信息编入电源105的输出量(如输出145处的输出电压VO 148的幅值或输出电流IO 149的幅值)。 [0034] 为进行说明，图5示出了根据本发明的教导的、用识别电子产品110的电源105的信息编入图1的输出电压VO 148的幅值的一个实例。在一个实例中，可以在启动阶段进行鉴别。在启动阶段的该鉴别事件中，输出145处的电压VO 148经历了幅值上的一系列变化。在一个实例中，启动事件是将交流(AC)功率施加到电源。在另一个实例中，启动事件是将电源的输出连接到产品。当鉴别事件是启动事件时，幅值上的较大变化通常不会干扰产品 110的工作。根据本发明的教导，当幅值与阈值相交时编入信息。在一个实例中，在鉴别事件过程中，将输出电压VO 148超过上限阈值VUTH的持续时间与输出电压VO 148低于下限阈值VLTH的持续时间进行比较。在一个实施例中，下限阈值VLTH基本上等于0伏。 [0035] 在本发明的另一个实例中，在正常工作期间，控制器135采用通/断控制方案来工作，其中，开关S1125切换的平均频率根据传输 给产品110的功率而变化。在该实例中，上述鉴别事件在开关S1125切换的平均频率处于规定范围内时发生。尽管开关S1125的平均开关频率处于这个范围内，但也可以使用上述编码技术中的任何技术(如调制输出的大小或进一步调制开关频率)来编入可由信号检测器305检测的信息。 [0036] 例如，根据本发明的教导，如果开关S1125的平均开关频率低于阈值，则开关电源控制器135的编码器220对参考电压225进行调制，以调节电源输出电压140的大小。 [0037] 又如，根据本发明的教导，如果开关S1125的平均开关频率低于阈值，则开关电源控制器135的编码器220对振荡器215或开关逻辑210进行调制来完全停止开关S1125的切换，以调节电源输出电压145的大小。 [0038] 在本发明的另一个实施例中，在正常工作中，控制器135接收表示输出电压148的输出感测信号140。在该实施例中，在输出145处的输出电压Vo 148低于阈值时发生上述鉴别事件。尽管输出电压低于该阈值，但也可使用上述编码技术中的任何技术(如调制输出的大小或调制开关频率)来编入可由信号检测器305检测的信息。 [0039] 在一个实例中，在信号检测器305检测到鉴别事件后，解码器310对上述序列、与阈值相交的持续时间进行解码，以便与密钥进行比较。在一个实例中，根据本发明的教导，密钥只是某一时间窗内的转变次数的特定计数值。当逻辑比较器315识别出该密钥时，断言逻辑输出155，以鉴别所述电源。 [0040] 除用于鉴别外部电源外，也可将任何上述编码和解码方法用于允许电源105向电子产品110提供与该外部电源的工作状况有关的信息(如该外部电源的功耗或该外部电源工作中可能存在的任何故障情况)。当电源设于产品(如台式计算机、机顶盒和电视)内时，同样希望向电子产品提供与电源有关的信息。 [0041] 不希望以上对本发明实施例的描述(包括摘要中描述的内容)为穷 举的或受限于公开的精确形式。尽管为解释的目的在本文中描述了本发明的具体实施例和各种例子，但本领域技术人员将认识到，仍可以对这些实施例进行各种等价的修改。确实，应当懂得，根据本发明的教导，为解释的目的而提供了一些具体的电压、电流、频率、功率范围、次数，等等，且其他实施例中也可以使用其他值。 [0042] 根据上述详细说明，可以对本发明的实施例进行这些修改。以下权利要求中使用的术语并未将本发明限于说明书和权利要求中公开的那些具体实施例。相反地，发明的范围应完全由以下权利要求来确定，且应当根据确立的权利要求释义来理解这些权利要求。 |
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