ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ТОЧКИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ Российский патент 2022 года по МПК H02M3/335 H02M1/32 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к электронным схемам, включающим в себя точку гальванической развязки и, более конкретно, к определению входного напряжения для точки гальванической развязки.

Уровень техники

В изделиях управления производственным оборудованием, обмен данными должен выполняться в потенциально опасных и электрически шумных средах, в то же время использующих ограниченные вычислительные и/или энергетические ресурсы. Вследствие потенциально опасных и/или электрически шумных сред, в которых изделия для управления производственным оборудованием применяются, многие изделия включают в себя электрическую изоляцию между каналами ввода/вывода (I/O), соединением датчика и/или функциями обработки. В неопасных установках эта изоляция предусматривается, чтобы устранять возможный контур заземления и источники шума, поскольку I/O-каналы могут быть направлены к различным системам. В установках в опасной зоне изоляция может быть необходима, чтобы удовлетворять стандартам утверждения.

Трансформатор может быть использован для электрической изоляции входного и выходного напряжения. Трансформатор может быть частью DC/DC-преобразователя, такого как обратноходовой преобразователь. Фиг. 1 показывает примерный обратноходовой преобразователь 10. Как показано на фиг. 1, обратноходовой преобразователь 10 включает в себя источник 11 входного напряжения и изолирующий трансформатор 12. Изолирующий трансформатор 12 соединен с источником 11 входного напряжения и выполнен с возможностью принимать входное напряжение Vin, предоставляемое источником 11 входного напряжения. Изолирующий трансформатор 12 также соединен со схемой 13 выпрямителя. Схема 13 выпрямителя состоит из выпрямляющего диода D1 и выходного конденсатора Cout. Переключатель 15 соединен с изолирующим трансформатором 12 и выполнен с возможностью предоставлять возможность току протекать от источника 11 входного напряжения через изолирующий трансформатор 12.

Изолирующий трансформатор 12 служит в качестве точки гальванической развязки. Т.е. выходное напряжение, предоставляемое посредством обратноходового преобразователя 10, может не включать в себя шум, импульсные помехи, высокое напряжение или т.п., которые могут быть вызваны протеканием тока между входным и выходным участками, что было бы возможно в отсутствие точки гальванической развязки. Обратноходовой преобразователь 10 может быть включен в электронную аппаратуру (например, электронное устройство), которая должна определять входное напряжение Vin, чтобы гарантировать, что входное напряжение Vin находится в пределах спецификации. Например, в устройстве с питанием от контура, мощность может потребляться на вторичной или гальванически изолированной стороне электронной схемы устройства, включающей в себя измерительный преобразователь(и) и ассоциированные схемы обработки сигнала. Мощность должна предоставляться посредством контура, соединенного с входной или первичной стороной устройства, которой может быть недостаточно для измерительного преобразователя и ассоциированных схем обработки сигнала.

Электронной аппаратуре может также быть необходимо определять входное напряжение Vin с помощью схем на вторичной или гальванически изолированной стороне электронной аппаратуры. Однако, добавление дополнительной точки гальванической развязки (например, дополнительного трансформатора) для передачи измеренного значения входного напряжения Vin требует дополнительного пространства на плате. Кроме того, значительные расходы могут быть понесены при модификации существующих электронных схемных решений, чтобы включать в них дополнительную точку гальванической развязки, которых можно избежать, если может быть использована существующая точка гальванической развязки. Следовательно, существует необходимость в определении входного напряжения для точки гальванической развязки без необходимости дополнительной точки гальванической развязки.

Сущность изобретения

Предоставляется электронная аппаратура, выполненная с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки электронной аппаратуры. Согласно варианту осуществления, электронная аппаратура содержит изолирующий трансформатор, выполненный с возможностью проведения первичного тока, предоставляемого посредством источника входного напряжения, и предоставления вторичного напряжения, причем вторичное напряжение является пропорциональным первичному напряжению, индуцируемому первичным током. Электронная аппаратура также содержит схему обнаружения пика, соединенную с изолирующим трансформатором, причем схема обнаружения пика выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение и, на основе вторичного напряжения, предоставлять сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению.

Предоставляется способ определения входного напряжения для точки гальванической развязки. Согласно варианту осуществления, способ содержит проведение первичного тока, предоставляемого посредством источника входного напряжения, через изолирующий трансформатор, предоставление вторичного напряжения с помощью изолирующего трансформатора, причем вторичное напряжение является пропорциональным первичному напряжению, индуцированному первичным током, прием вторичного напряжения с помощью схемы обнаружения пика, и, на основе вторичного напряжения, предоставление с помощью схемы обнаружения пика сигнала, который является пропорциональным первичному напряжению.

Аспекты

Согласно аспекту, электронная аппаратура (100), выполненная с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки электронной аппаратуры (100) содержит изолирующий трансформатор (120), выполненный с возможностью проведения первичного тока (Ip), предоставляемого посредством источника (110) входного напряжения, и предоставления вторичного напряжения (Vs), причем вторичное напряжение (Vs) является пропорциональным первичному напряжению (Vp), индуцируемому первичным током (Ip). Электронная аппаратура (100) также содержит схему (130) обнаружения пика, соединенную с изолирующим трансформатором (120), причем схема (130) обнаружения пика выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs) и, на основе вторичного напряжения (Vs), предоставлять сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению (Vp).

Предпочтительно, электронная аппаратура (100) дополнительно содержит схему (140) выпрямителя, соединенную с изолирующим трансформатором (120), причем схема (140) выпрямителя выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs) и предоставлять нагрузке (L) напряжение конденсатора, когда вторичное напряжение (Vs) имеет отрицательное значение, и вторичное напряжение (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет положительное значение.

Предпочтительно, схема (140) выпрямителя состоит из выпрямляющего диода (D1) в последовательном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120) и выполнена с возможностью предоставлять вторичное напряжение (Vs) нагрузке (L), когда вторичное напряжение (Vs) имеет положительное значение, посредством проведения вторичного тока (Is), предоставляемого посредством изолирующего трансформатора (120). Схема (140) выпрямителя также состоит из выходного конденсатора (Cout) в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120), причем выходной конденсатор (Cout) выполнен с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs), когда выпрямляющий диод (D1) проводит вторичный ток (Is).

Предпочтительно, выпрямляющий диод (D1) дополнительно выполнен с возможностью предотвращать протекание тока, когда вторичное напряжение (Vs) имеет отрицательное значение.

Предпочтительно, схема (130) обнаружения пика дополнительно выполнена с возможностью поддерживать первое значение напряжения для вторичного напряжения (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения.

Предпочтительно, схема (130) обнаружения пика состоит из диода (D2) для обнаружения пика в последовательном электрическом соединении с конденсатором (C1) для поддержания пика, причем схема (130) обнаружения пика находится в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120).

Предпочтительно, конденсатор (C1) для поддержания пика выполнен с возможностью поддерживать первое значение напряжения для вторичного напряжения (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения, и диод (D2) для обнаружения пика выполнен с возможностью проводить ток, когда второе значение напряжения для вторичного напряжения (Vs) меньше первого значения напряжения.

Предпочтительно, вторичное напряжение (Vs) является пропорциональным первичному напряжению (Vp) по соотношению вторичных и первичных витков обмотки (Ns/Np) изолирующего трансформатора (120).

Способ для определения входного напряжения для точки гальванической развязки содержит проведение первичного тока, предоставляемого посредством источника входного напряжения, через изолирующий трансформатор, предоставление вторичного напряжения с помощью изолирующего трансформатора, вторичное напряжение является пропорциональным первичному напряжению, индуцируемому первичным током, прием вторичного напряжения с помощью схемы обнаружения пика, и, на основе вторичного напряжения, предоставление с помощью схемы обнаружения пика сигнала, который является пропорциональным первичному напряжению.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит прием с помощью схемы выпрямителя вторичного напряжения и предоставление нагрузке с помощью схемы выпрямителя напряжения конденсатора, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение, и вторичного напряжения, когда вторичное напряжение имеет положительное значение.

Предпочтительно, предоставление нагрузке с помощью схемы выпрямителя напряжения конденсатора, когда вторичное напряжение имеет положительное значение, содержит предоставление с помощью выпрямляющего диода в схеме выпрямителя в последовательном электрическом соединении с изолирующим трансформатором посредством проведения вторичного тока, предоставляемого посредством изолирующего трансформатора, и прием с помощью выходного конденсатора в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором вторичного напряжения, когда выпрямляющий диод проводит вторичный ток.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит предотвращение протекания тока с помощью выпрямляющего диода, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит поддерживание с помощью схемы обнаружения пика первого значения напряжения для вторичного напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит предоставление диода для обнаружения пика и конденсатора для поддержания пика, и соединение диода для обнаружения пика и конденсатора для поддержания пика последовательно, чтобы составлять схему обнаружения пика.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит поддержание с помощью конденсатора для поддержания пика первого значения напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, большее по сравнению с первым значением напряжения, и конфигурирование диода для обнаружения пика для проведения тока, когда второе значение напряжения меньше первого значения напряжения.

Предпочтительно, вторичное напряжение является пропорциональным первичному напряжению по соотношению вторичных и первичных витков обмотки изолирующего трансформатора.

Краткое описание чертежей

Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех чертежах. Должно быть понятно, что чертежи необязательно начерчены в масштабе.

Фиг. 1 показывает примерный обратноходовой преобразователь 10.

Фиг. 2 показывает электронную аппаратуру 100, выполненную с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки.

Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий различные электрические значения и состояния в электронной аппаратуре, выполненной с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки электронной аппаратуры.

Фиг. 4 показывает способ 400 для определения входного напряжения для точки гальванической развязки.

Подробное описание изобретения

Фиг. 2-4 и последующее описание изображают конкретные примеры, чтобы обучить специалистов в области техники тому, как выполнять и использовать оптимальный режим вариантов осуществления электронной аппаратуры и способов, которые могут определять входное напряжение для точки гальванической развязки. В целях обучения принципам изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники поймут вариации из этих примеров, которые попадают в рамки настоящего описания. Специалисты в области техники поймут, что признаки, описанные ниже, могут быть объединены различными способами, чтобы формировать электронную аппаратуру и способы, которые могут определять входное напряжение для точки гальванической развязки. В результате, варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются конкретными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг. 2 показывает электронную аппаратуру 100, включающую в себя точку гальванической развязки. Как показано на фиг. 2, электронная аппаратура 100 включает в себя источник 110 входного напряжения, который соединяется с изолирующим трансформатором 120. Изолирующий трансформатор 120 является точкой гальванической развязки электронной аппаратуры 100. Схема 130 обнаружения пика соединяется с изолирующим трансформатором 120. Переключатель 115 соединяется с изолирующим трансформатором 120 и выполнен с возможностью выборочно проводить ток на основе сигнала SW_Cntl управления переключателем. Также показана схема 140 выпрямителя, которая соединяется с изолирующим трансформатором 120. Топология электронной аппаратуры 100 является обратноходовым преобразователем, хотя схема 130 обнаружения пика и схема 140 выпрямителя могут быть применены в других топологиях, таких как изолированный вольтодобавочный преобразователь.

Источник 110 входного напряжения предоставляет входное напряжение Vin. Источник 110 входного напряжения может предоставлять неизменное напряжение, такое как напряжение постоянного тока (DC), изолирующему трансформатору 120. Источник 110 входного напряжения может быть на неизолированной стороне точки гальванической развязки. В результате, входное напряжение Vin может включать в себя шум, импульсные помехи, высокие напряжения или т.п. Источник 110 входного напряжения может быть любым подходящим источником, таким как двухпроводная шина, внешний источник питания, аккумулятор или источник питания в электронной аппаратуре 100, и т.д. Источник 110 входного напряжения имеет первую клемму 110a источника входного напряжения и вторую клемму 110b источника входного напряжения.

Переключатель 115 показан как состоящий из полевого транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET), хотя любой подходящий переключатель может быть применен. Как показано, MOSFET включает в себя клеммы затвора G, стока D и истока S. Переключатель 115 соединяется со второй клеммой 110b источника входного напряжения. Переключатель 115 выполнен с возможностью принимать сигнал SW_Cntl управления переключателем. Когда переключатель 115 состоит из MOSFET, показанного на фиг. 2, исток S электрически соединяется со второй клеммой 110b источника входного напряжения, а затвор G принимает сигнал управления переключателем.

Изолирующий трансформатор 120 включает в себя первичную обмотку 122 и вторичную обмотку 124. Изолирующий трансформатор 120 может быть любой подходящей конфигурацией и необязательно ограничивается трансформаторами. Например, изолирующий трансформатор 120 может состоять из соединенных индукционных катушек. Как показано, первичная обмотка 122 состоит из индукционной катушки, которая имеет первую первичную клемму 122a и вторую первичную клемму 122b. Первая первичная клемма 122a электрически соединяется с первой клеммой 110a источника входного напряжения для источника 110 входного напряжения. Вторая первичная клемма 122b электрически соединяется со второй клеммой 110b источника входного напряжения и переключателем 115.

Как показано, первичная обмотка 122 обозначается как имеющая первичное напряжение Vp, а вторичная обмотка 124 обозначается как имеющая вторичное напряжение Vs. Первичная обмотка 122 показана как имеющая Np число витков, а вторичная обмотка 124 показана как имеющая Ns число витков. Соответственно, первичное напряжение Vp может быть пропорционально вторичному напряжению Vs по соотношению вторичных и первичных витков (Ns/Np) изолирующего трансформатора 120. Однако любое подходящее соотношение может быть использовано.

Изолирующий трансформатор 120 может проводить первичный ток Ip, который предоставляется посредством источника 110 входного напряжения. Т.е. источник 110 входного напряжения может предоставлять входное напряжение Vin изолирующему трансформатору 120, и переключатель 115 может выборочно замыкать схему между первой клеммой 110a источника входного напряжения и второй клеммой 110b источника входного напряжения. В результате, первичное напряжение Vp является равным входному напряжению Vin, тем самым, вынуждая изолирующий трансформатор 120 проводить первичный ток Ip. Вследствие индукционной связи первичный ток Ip может индуцировать вторичное напряжение Vs на вторичной обмотке 124. Вторичное напряжение Vs может быть предоставлено схеме 130 обнаружения пика.

Схема 130 обнаружения пика выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение Vs. Как показано на фиг. 2, схема 130 обнаружения пика включает в себя первую клемму 130a определения напряжения и вторую клемму 130b определения напряжения. Первая клемма 130a определения напряжения электрически соединяется с первой вторичной клеммой, а вторая клемма 130b определения напряжения электрически соединяется со второй вторичной клеммой. Соответственно, вторичное напряжение Vs прикладывается к первой и второй клеммам 130a, 130b определения напряжения схемы 130 обнаружения пика.

Схема 130 обнаружения пика может также быть выполнена с возможностью предоставлять сигнал Vin_sense через сигнальную клемму 130c. Сигнал может быть пропорциональным первичному напряжению Vp. Как показано на фиг. 2, например, сигнал Vin_sense является пропорциональным первичному напряжению Vp вследствие того, что схема 130 обнаружения пика поддерживает вторичное напряжение Vs. Например, сигнал Vin_sense, предоставляемый посредством схемы 130 обнаружения пика, может быть значением напряжения для вторичного напряжения Vs. Значение напряжения для вторичного напряжения Vs может быть пропорционально первичному напряжению Vp по соотношению вторичных и первичных витков изолирующего трансформатора 120.

Как показано на фиг. 2, схема 130 обнаружения пика состоит из диода D2 для обнаружения пика последовательно с конденсатором C1 для поддержания пика. Диод D2 для обнаружения пика электрически соединяется с конденсатором C1 для поддержания пика на сигнальной клемме 130c. Диод D2 для обнаружения пика размещается так, чтобы предоставлять возможность проведения тока от конденсатора C1 для поддержания пика к первой клемме 130a определения напряжения. Диод D2 для обнаружения пика также выполняется с возможностью предотвращать проведение тока от первой клеммы 130a определения напряжения к конденсатору C1 для поддержания пика.

В результате, когда вторичное напряжение Vs является отрицательным, когда первая клемма 130a определения напряжения является отрицательной клеммой, а вторая клемма 130b определения напряжения является положительной клеммой, диод D2 для обнаружения пика может предоставлять возможность току протекать от конденсатора C1 для поддержания пика к первой клемме 130a определения напряжения. Это может предоставлять возможность конденсатору C1 для поддержания пика заряжаться до значения напряжения для вторичного напряжения Vs.

Когда вторичное напряжение Vs является положительным, когда первая клемма 130a определения напряжения является положительной клеммой, а вторая клемма 130b определения напряжения является отрицательной клеммой, тогда диод D2 для обнаружения пика препятствует протеканию тока от первой клеммы 130a определения напряжения к конденсатору C1 для поддержания пика. Это предоставляет возможность конденсатору C1 для поддержания пика поддерживать значение напряжения для вторичного напряжения Vs. Т.е., конденсатор C1 для поддержания пика не разряжается. Соответственно, сигнал Vin_sense все еще предоставляется.

Как обсуждалось выше, топология электронной аппаратуры 100 может быть обратноходовым преобразователем, хотя схема 130 обнаружения пика и/или схема 140 выпрямителя могут быть применены в других топологиях, таких как изолированный вольтодобавочный преобразователь. В изолированном вольтодобавочном преобразователе выходное напряжение «понижающей» обмотки может быть необходимо вычесть из сигнала, предоставляемого посредством схемы обнаружения пика, чтобы получать входное напряжение. Схема 130 обнаружения пика может быть использована в любой топологии, где входное напряжение имеет амплитуду, которая является различимой на выходной стороне обмотки изолирующего трансформатора.

Схема 140 выпрямителя выполнена с возможностью предоставлять выходное напряжение Vout, которое, например, может быть практически неизменным DC-напряжением. Как показано на фиг. 2, схема 140 выпрямителя может принимать вторичное напряжение Vs от изолирующего трансформатора 120 и предоставлять выходное напряжение Vout. Как обсуждалось выше и объясняется более подробно в последующем со ссылкой на фиг. 3, вторичное напряжение Vs может иметь отрицательное значение напряжения или положительное значение напряжения. Когда вторичное напряжение Vs имеет положительное значение напряжения, схема 140 выпрямителя может предоставлять вторичное напряжение Vs в качестве выходного напряжения Vout. Когда вторичное напряжение Vs имеет отрицательное значение напряжения, тогда схема 140 выпрямителя может не принимать вторичное напряжение Vs, но может, тем не менее, предоставлять выходное напряжение Vout. Выходное напряжение Vout предоставляется нагрузке L.

Как показано на фиг. 2, схема 140 выпрямителя состоит из выпрямляющего диода D1 и выходного конденсатора Cout. Выпрямляющий диод D1 также электрически соединяется с выходным конденсатором Cout. Выпрямляющий диод D1 выполняется с возможностью проводить ток от первой клеммы 130a определения напряжения к выходному конденсатору Cout. Выходной конденсатор Cout имеет первую выходную клемму Cout1 и вторую выходную клемму Cout2. Первая выходная клемма Cout1 электрически соединяется с выпрямляющим диодом D1. Вторая выходная клемма Cout2 электрически соединяется со второй клеммой 130b определения напряжения. Разность напряжений между первой выходной клеммой Cout1 и второй выходной клеммой Cout2 показана как равная выходному напряжению Vout.

Выпрямляющий диод D1 может предотвращать протекание тока от первой выходной клеммы Cout1 к первой клемме 130a определения напряжения. Соответственно, если вторичное напряжение Vs имеет значение напряжения, которое меньше значения напряжения на первой выходной клемме Cout1, тогда выпрямляющий диод D1 может предотвращать протекание тока от выходного конденсатора Cout к изолирующему трансформатору 120. Выпрямляющий диод D1 может также предоставлять возможность протекания тока от первой клеммы 130a определения напряжения к первой выходной клемме Cout1, чтобы, например, заряжать выходной конденсатор Cout. Т.е., если вторичное напряжение Vs имеет значение напряжения, которое больше значения напряжения на первой выходной клемме Cout1, тогда выпрямляющий диод D1 может предоставлять возможность току протекать к первой выходной клемме Cout1.

В результате, выходное напряжение Vout может быть практически неизменным в значении напряжения, которое приблизительно равно значению напряжения для вторичного напряжения Vs, которое вынуждает выпрямляющий диод D1 предоставлять возможность протекания тока к первой выходной клемме Cout1. Выходное напряжение Vout остается практически постоянным, даже если схема 130 обнаружения пика предоставляет сигнал на сигнальной клемме 130c, который является пропорциональным входному напряжению Vin. Т.е. различные электрические значения и состояния в электронной аппаратуре предоставляют возможность схеме 130 обнаружения пика определять входное напряжение Vin, в то же время также являясь изолированной от источника 110 входного напряжения. Электрические значения и состояния в электронной аппаратуре обсуждаются более подробно в последующем со ссылкой на фиг. 3.

Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий различные электрические значения и состояния в электронной аппаратуре, выполненной с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки электронной аппаратуры. Как показано на фиг. 3, график 300 включает в себя первую-пятую оси 310a-310e времени и ось 320 состояния/значения. Первая-пятая оси 310a-310e времени существуют в единицах секунд, хотя любая подходящая единица измерения может быть использована. Ось 320 состояния/значения существует в единицах вольт, ампер или двоичного состояния в зависимости от того, на какую из первой-пятой осей 310a-310e времени делается ссылка. Как показано на фиг. 3, график 300 включает в себя график 330a управления переключением, график 330b первичного напряжения Vp, график 330c вторичного напряжения Vs, график 330d первичного тока Ip и график 330e вторичного тока Is.

График 330a управления переключением показан как состоящий из «включенного» или «выключенного» состояния. График 330a управления переключением может представлять сигнал управления переключением, который предоставляется переключателю 115, описанному со ссылкой на фиг. 2. Как может быть понято, график 330a управления переключением чередуется между «включенным» и «выключенным» состоянием периодическим образом. Частота графика 330a управления переключением может быть, например, 100-200 кГц, хотя любая подходящая частота или частоты могут быть использованы. Также, любые подходящие периоды или другие способы управления переключателем 115 или первичным током Ip, показанным на фиг. 2, могут быть использованы.

График 330b первичного напряжения Vp показан как состоящий из первого значения 330ba напряжения и второго значения 330bb напряжения. Первое значение 330ba напряжения показано как равное входному напряжению Vin, которое может быть предоставлено посредством источника 110 входного напряжения, показанного на фиг. 2. Как может быть понято, альтернативные первые значения напряжения могут быть использованы, такие как, например, когда существуют дополнительные компоненты между источником входного напряжения и изолирующим трансформатором.

График 330c вторичного напряжения Vs показан как состоящий из первого значения 330ca напряжения и второго значения 330cb напряжения. Первое значение 330ca напряжения показано как равное -Vin(Ns/Np). Т.е. первое значение 330ca напряжения пропорционально входному напряжению Vin по соотношению -Ns/Np, хотя любое подходящее соотношение может быть применено, такое как соотношения витков, ассоциированные с многообмоточными трансформаторами, трансформаторами с выведенной средней точкой, соотношения, ассоциированные с соединенными индукционными катушками, и т.д. Второе значение 330cb напряжения показано как равное выходному напряжению Vout. Т.е. второе значение 330cb напряжения является выходным напряжением Vout вследствие, используя фиг. 2 в качестве примера, выпрямляющего диода D1, предоставляющего возможность протекания тока к выходному конденсатору Cout.

График 330d первичного тока Ip показан как состоящий из первого значения 330da тока и второго значения 330db тока. Первое значение 330da тока показано как имеющее положительное и увеличивающееся значение. Второе значение 330db тока показано как нулевое. Первое значение 330da тока может быть положительным вследствие, например, замыкания переключателя 115, тем самым, замыкающего цепь с источником 110 входного напряжения. Это предоставляет возможность первичному току Ip протекать через изолирующий трансформатор 120. Второе значение 330db тока может быть нулевым, поскольку переключатель 115 является разомкнутым, тем самым, предотвращая протекание тока от источника 110 входного напряжения.

График 330e вторичного тока Is показан как состоящий из первого значения 330ea тока и второго значения 330eb тока. Первое значение 330ea тока показано как нулевое. Второе значение 330eb тока показано как имеющее положительное и уменьшающееся значение. Первое значение 330ea тока может быть нулевым вследствие выпрямляющего диода D1, предотвращающего протекание тока от первой выходной клеммы Cout1 к изолирующему трансформатору 120. Второе значение 330eb тока может быть положительным вследствие выпрямляющего диода D1, предоставляющего возможность протекания тока от изолирующего трансформатора 120 к первой выходной клемме Cout1.

Обращаясь к схеме 130 обнаружения пика, диод D2 для обнаружения пика предоставляет возможность протекания тока от конденсатора C1 для поддержания пика, когда вторичное напряжение Vs имеет значение напряжения меньше значения напряжения на сигнальной клемме 130c. Т.е., когда диод D2 для обнаружения пика имеет положительное смещение, ток может протекать к первой клемме 130a определения напряжения. В результате, значение напряжения на сигнальной клемме 130c может быть равным значению напряжения для вторичного напряжения Vs.

Когда вторичное напряжение Vs имеет значение, которое больше значения напряжения на сигнальной клемме 130c, тогда диод D2 для обнаружения пика может предотвращать протекание тока от первой клеммы 130a определения напряжения к сигнальной клемме 130c. Т.е., когда диод D2 для обнаружения пика имеет обратное смещение, протекание тока может быть предотвращено, тем самым, предохраняя конденсатор C1 для поддержания пика от разряда. Конденсатор C1 для поддержания пика может, следовательно, поддерживать значение напряжения, такое как значение напряжения для вторичного напряжения Vs, которое может заряжать конденсатор C1 для поддержания пика, когда диод D2 для обнаружения пика является прямосмещенным.

Соответственно, при рассмотрении графика 330c вторичного напряжения Vs, может быть понято, что конденсатор C1 для поддержания пика может иметь значение напряжения, которое равно значению напряжения -Vin(Ns/Np), когда диод D2 для поддержания пика является прямосмещенным. Т.е., когда график 330a управления переключателем является «включенным», когда первичное напряжение Vp равно Vin, значение напряжения сигнальной клеммы 130c может быть равным Vs, которое равно -Vin(Ns/Np). Также может быть понято, что конденсатор C1 для поддержания пика будет поддерживать значение напряжения -Vin(Ns/Np), когда диод D2 для поддержания пика является обратносмещенным. Дополнительно, может быть нагрузочное сопротивление на концах конденсатора C1 для поддержания пика (аналогичное нагрузке L на концах выходного конденсатора Cout), которое предоставляет путь разряда конденсатора C1 для поддержания пика с относительно низкой скоростью, так что конденсатор C1 для поддержания пика может не бесконечно поддерживать наибольшее отрицательное напряжение, воздействию которого он когда-либо подвергался.

Как может также быть понято, поскольку входное напряжение Vin уменьшается со временем, величина значения напряжения для напряжения конденсатора C1 для поддержания пика может соответственно уменьшаться. В качестве примера, конденсатор C1 для поддержания пика может быть заряжен до первого значения напряжения -Vin1(Ns/Np) во время первого «включенного» состояния. Если значение напряжения для входного напряжения Vin уменьшается со временем, тогда вторичное напряжение Vs может быть равно второму значению напряжения -Vin2(Ns/Np), которое является более положительным или менее отрицательным по сравнению с первым значением напряжения -Vin1(Ns/Np). Соответственно, значение напряжения сигнальной клеммы 130c может быть равно второму значению напряжения -Vin2(Ns/Np).

Следовательно, сигнал, предоставляемый посредством сигнальной клеммы 130c, может быть пропорциональным с входным напряжением Vin с течением времени. Это предоставляет возможность, например, электронной аппаратуре 100 определять входное напряжение Vin с течением времени, даже если сигнальная клемма 130c является изолированной от источника 110 входного напряжения. Дополнительно, сигнал предоставляется с помощью единственной гальванической точки вместо отдельной гальванической точки. Это уменьшает требование пространства на плате по сравнению с предшествующим уровнем техники. Как может быть понято, электронная аппаратура, такая как электронная аппаратура 100, описанная выше, может выполнять способ для предоставления сигнала. Примерный способ описывается в последующем со ссылкой на фиг. 4.

Фиг. 4 показывает способ 400 для определения входного напряжения для точки гальванической развязки. Как показано на фиг. 4, способ 400 проводит первичный ток, предоставляемый посредством источника входного напряжения, через изолирующий трансформатор на этапе 410. На этапе 420 способ 400 предоставляет вторичное напряжение с помощью изолирующего трансформатора. Вторичное напряжение может быть пропорционально первичному напряжению, индуцированному посредством первичного тока. На этапе 430 способ 400 принимает вторичное напряжение с помощью схемы обнаружения пика. На этапе 440 способ 400, на основе вторичного напряжения, предоставляет с помощью схемы обнаружения пика сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению.

Способ 400 может дополнительно содержать прием с помощью схемы выпрямителя вторичного напряжения и предоставление выходного напряжения или вторичного напряжения нагрузке с помощью схемы выпрямителя. Выходное напряжение может быть предоставлено, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение, и вторичное напряжение может быть предоставлено, когда вторичное напряжение имеет положительное значение. Предоставление нагрузке с помощью схемы выпрямителя напряжения конденсатора, когда вторичное напряжение имеет положительное значение, может содержать предоставление с помощью выпрямляющего диода в схеме выпрямителя в последовательном электрическом соединении с изолирующим трансформатором посредством проведения вторичного тока, предоставляемого посредством изолирующего трансформатора, и прием с помощью выходного конденсатора в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором вторичного напряжения, когда выпрямляющий диод проводит вторичный ток.

Способ 400 может также дополнительно содержать предотвращение протекания тока с помощью выпрямляющего диода, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение. Например, как описано выше со ссылкой на фиг. 3, выпрямляющий диод D1 может предотвращать протекание тока от первой выходной клеммы Cout1 к первой клемме 130a определения напряжения. Соответственно, если вторичное напряжение Vs имеет значение напряжения, которое меньше значения напряжения на первой выходной клемме Cout1, тогда выпрямляющий диод D1 может предотвращать протекание тока от выходного конденсатора Cout к изолирующему трансформатору 120.

Способ 400 может также дополнительно содержать поддерживание с помощью схемы обнаружения пика первого значения напряжения для вторичного напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения. Например, как объяснено выше со ссылкой на фиг. 2, когда вторичное напряжение Vs является отрицательным, когда первая клемма 130a определения напряжения является отрицательной клеммой, а вторая клемма 130b определения напряжения является положительной клеммой, диод D2 обнаружения пика предоставляет возможность току протекать от конденсатора C1 для поддержания пика к первой клемме 130a определения напряжения. Это может предоставлять возможность конденсатору C1 для поддержания пика заряжаться до значения напряжения для вторичного напряжения Vs.

Соответственно, способ 400 может также дополнительно содержать предоставление диода для обнаружения пика и конденсатора для поддержания пика, и соединение диода для обнаружения пика и конденсатора для поддержания пика последовательно, чтобы составлять схему обнаружения пика. Способ 400 может также дополнительно содержать поддержание с помощью конденсатора для поддержания пика первого значения напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, большее по сравнению с первым значением напряжения, и конфигурирование диода для обнаружения пика для проведения тока, когда второе значение напряжения меньше первого значения напряжения. Вторичное напряжение может быть пропорциональным первичному напряжению посредством соотношения вторичных и первичных витков обмотки изолирующего трансформатора.

Приведенное выше описывает электронную аппаратуру 100 и способ 400, которые могут определять входное напряжение Vin для точки гальванической развязки. Как обсуждалось выше, схема 130 обнаружения пика может заряжать и поддерживать вторичное напряжение Vs, когда вторичное напряжение Vs является пропорциональным входному напряжению Vin. Схема 130 обнаружения пика может, следовательно, предоставлять сигнал, который является пропорциональным входному напряжению Vin.

Поскольку схема 130 обнаружения пика соединяется с вторичной обмоткой 124, а источник 110 входного напряжения соединяется с первичной обмоткой 122, схема 130 обнаружения пика является изолированной. Схема 130 обнаружения пика также изолируется без использования дополнительной точки гальванической развязки в дополнение к точке гальванической развязки, используемой для предоставления выходного напряжения Vout.

Это техническое решение решает техническую проблему использования единственной точки гальванической развязки, в то же время также измеряя входное напряжение Vin для точки гальванической развязки, что может уменьшать пространство на плате, требуемое для определения входного напряжения Vin. Это техническое решение также решает техническую проблему измерения входного напряжения Vin без шума соединения, импульсных помех, высоких напряжений или т.п. по отношению к вторичной обмотке 124, которая предоставляет выходное напряжение Vout. Выходное напряжение Vout может, следовательно, быть предоставлено без шума, импульсных помех, высоких напряжений или т.п., которые могут присутствовать во входном напряжении Vin.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в рамках настоящего описания. В действительности, специалисты в области техники поймут, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут по-разному быть объединены или устранены, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в рамки и учения настоящего описания. Также обычным специалистам в данной области техники будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены в целом или частично, чтобы создавать дополнительные варианты осуществления в рамках и учениях настоящего описания.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описываются в данном документе в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как поймут специалисты в связанной области техники. Учения, предоставленные в данном документе, могут быть применены к другой электронной аппаратуре и способам, которые определяют входное напряжение для точки гальванической развязки, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, рамки вариантов осуществления, описанных выше, должны быть определены из последующей формулы изобретения.

Изобретение относится к электронным схемам, включающим в себя точку гальванической развязки, и, более конкретно, к определению входного напряжения для точки гальванической развязки. Технический результат заключается в повышении компактности элементов на плате и устранении шума и импульсных помех. Технический результат достигается тем, что электронная аппаратура (100) выполнена с возможностью определения входного напряжения для точки гальванической развязки электронной аппаратуры (100). Электронная аппаратура (100) содержит изолирующий трансформатор (120), выполненный с возможностью проведения первичного тока (Ip), предоставляемого посредством источника (110) входного напряжения, и предоставления вторичного напряжения (Vs), причем вторичное напряжение (Vs) является пропорциональным первичному напряжению (Vp), индуцируемому посредством первичного тока (Ip). Электронная аппаратура (100) также содержит схему (130) обнаружения пика, соединенную с изолирующим трансформатором (120), причем схема (130) обнаружения пика выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs) и, на основе вторичного напряжения (Vs), предоставлять сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению (Vp). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электронная аппаратура (100), выполненная с возможностью определять входное напряжение для точки гальванической развязки электронной аппаратуры (100), причем электронная аппаратура (100) содержит:

изолирующий трансформатор (120), выполненный с возможностью:

проводить первичный ток (Ip), предоставляемый посредством источника (110) входного напряжения; и

предоставлять вторичное напряжение (Vs), причем вторичное напряжение (Vs) является пропорциональным к первичному напряжению (Vp), индуцируемому посредством первичного тока (Ip); и

схему (130) обнаружения пика, соединенную с изолирующим трансформатором (120), причем схема (130) обнаружения пика выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs) в первой вторичной клемме, соединенной с первой клеммой нагрузки (L), и второй вторичной клемме, соединенной со второй клеммой нагрузки (L), и на основе вторичного напряжения (Vs) предоставлять сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению (Vp).

2. Электронная аппаратура (100) по п. 1, дополнительно содержащая схему (140) выпрямителя, соединенную с изолирующим трансформатором (120), причем схема (140) выпрямителя выполнена с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs) и предоставлять нагрузке (L):

напряжение конденсатора, когда вторичное напряжение (Vs) имеет отрицательное значение; и

вторичное напряжение (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет положительное значение.

3. Электронная аппаратура (100) по п. 2, при этом схема (140) выпрямителя состоит из:

выпрямляющего диода (D1) в последовательном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120), и выполненного с возможностью предоставления вторичного напряжения (Vs) нагрузке (L), когда вторичное напряжение (Vs) имеет положительное значение, посредством проведения вторичного тока (Is), предоставляемого посредством изолирующего трансформатора (120); и

выходного конденсатора (Cout) в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120), причем выходной конденсатор (Cout) выполнен с возможностью принимать вторичное напряжение (Vs), когда выпрямляющий диод (D1) проводит вторичный ток (Is).

4. Электронная аппаратура (100) по п. 3, при этом выпрямляющий диод (D1) дополнительно выполнен с возможностью предотвращать протекание тока, когда вторичное напряжение (Vs) имеет отрицательное значение.

5. Электронная аппаратура (100) по любому из вышеупомянутых пп. 1-4, при этом схема (130) обнаружения пика дополнительно выполнена с возможностью поддерживать первое значение напряжения для вторичного напряжения (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения.

6. Электронная аппаратура (100) по п. 5, при этом схема (130) обнаружения пика состоит из диода (D2) для обнаружения пика в последовательном электрическом соединении с конденсатором (C1) для поддержания пика, причем схема (130) обнаружения пика находится в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором (120).

7. Электронная аппаратура (100) по п. 6, при этом:

конденсатор (C1) для поддержания пика выполнен с возможностью поддерживать первое значение напряжения для вторичного напряжения (Vs), когда вторичное напряжение (Vs) имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения; и

диод (D2) для обнаружения пика выполнен с возможностью проведения тока, когда второе значение напряжения для вторичного напряжения (Vs) меньше первого значения напряжения.

8. Электронная аппаратура (100) по одному из вышеупомянутых пп. 1-7, при этом вторичное напряжение (Vs) является пропорциональным первичному напряжению (Vp) по соотношению вторичных и первичных витков (Ns/Np) изолирующего трансформатора (120).

9. Способ определения входного напряжения для точки гальванической развязки, причем способ содержит этапы, на которых:

проводят первичный ток, предоставляемый посредством источника входного напряжения, через изолирующий трансформатор;

предоставляют вторичное напряжение с помощью изолирующего трансформатора, причем вторичное напряжение пропорционально первичному напряжению, индуцируемому посредством первичного тока;

принимают вторичное напряжение с помощью схемы обнаружения пика в первой вторичной клемме, соединенной с первой клеммой нагрузки (L), и второй вторичной клемме, соединенной со второй клеммой нагрузки (L); и

на основе вторичного напряжения предоставляют с помощью схемы обнаружения пика сигнал, который является пропорциональным первичному напряжению.

10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий этапы, на которых принимают с помощью схемы выпрямителя вторичное напряжение и предоставляют нагрузке с помощью схемы выпрямителя:

напряжение конденсатора, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение; и

вторичное напряжение, когда вторичное напряжение имеет положительное значение.

11. Способ по п. 10, при этом предоставление нагрузке напряжения конденсатора с помощью схемы выпрямителя, когда вторичное напряжение имеет положительное значение, содержит этапы, на которых:

осуществляют предоставление с помощью выпрямляющего диода в схеме выпрямителя в последовательном электрическом соединении с изолирующим трансформатором посредством проведения вторичного тока, предоставляемого посредством изолирующего трансформатора; и

принимают с помощью выходного конденсатора в параллельном электрическом соединении с изолирующим трансформатором вторичное напряжение, когда выпрямляющий диод проводит вторичный ток.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором предотвращают протекание тока с помощью выпрямляющего диода, когда вторичное напряжение имеет отрицательное значение.

13. Способ по любому из вышеупомянутых пп. 9-12, дополнительно содержащий этап, на котором поддерживают с помощью схемы обнаружения пика первое значение напряжения для вторичного напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, которое больше первого значения напряжения.

14. Способ по любому из вышеупомянутых пп. 9-13, дополнительно содержащий этапы, на которых предоставляют диод для обнаружения пика и конденсатор для поддержания пика и соединяют диод для обнаружения пика и конденсатор для поддержания пика последовательно, чтобы составлять схему обнаружения пика.

15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий этапы, на которых поддерживают с помощью конденсатора для поддержания пика первое значение напряжения, когда вторичное напряжение имеет второе значение напряжения, большее по сравнению с первым значением напряжения, и конфигурируют диод для обнаружения пика для проведения тока, когда второе значение напряжения меньше первого значения напряжения.

16. Способ по п. 15, при этом вторичное напряжение является пропорциональным первичному напряжению по соотношению вторичных и первичных витков изолирующего трансформатора.