本申請要求2014年5月30日提交的第62/005,602號美國臨時申請的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引用被合并到本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般地涉及電力供給裝置，以及更具體地涉及利用初級側(cè)感測和反饋的電壓和/或電流的調(diào)節(jié)。

背景技術(shù)：

電力供給裝置(包括電池充電器)可以用于將經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓傳送至電氣設(shè)備，其中電氣設(shè)備包括除了若干其他示例之外的手機(jī)、平板、電動工具和數(shù)碼相機(jī)等。可以使用商業(yè)上可獲得的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制器集成電路(IC)來實現(xiàn)電力供給裝置。當(dāng)用于電池充電器中時，PWM控制器IC被配置成補(bǔ)償將電池充電器連接至電池的充電線纜上的電壓降，通常被稱為線纜壓降補(bǔ)償(CDC)。在傳統(tǒng)PWM控制器中，線纜壓降常常需要使用專用線纜補(bǔ)償電路和額外的專用IC引腳來附接用于線纜補(bǔ)償?shù)念~外的電氣部件以滿足特定應(yīng)用規(guī)格(例如輸出電流、輸出電壓和線纜電阻)。

通常，傳統(tǒng)線纜壓降補(bǔ)償調(diào)整線纜兩端的、由輸出電流乘以線纜的直流電阻引起的電壓降，該電壓降常常被稱為IR損耗。隨著輸出負(fù)載電流從輸出電流額定值的0％增加至100％，IR損耗從0V增加至最大電流額定值處的電流與線纜的電阻的乘積(I_最大×R_線纜)。

圖1示出執(zhí)行線纜壓降補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)100的簡化框圖。在圖1中，功率級102將電力經(jīng)由線纜傳送至負(fù)載104，其中在線纜兩端產(chǎn)生線纜壓降106。功率級102基于經(jīng)調(diào)整的反饋電壓Va來調(diào)節(jié)通過負(fù)載104的電力。在系統(tǒng)100中，經(jīng)調(diào)整的反饋電壓Va是通過根據(jù)線纜兩端的估計的電壓降Vreg來調(diào)整反饋電壓Vfb而生成的，其中反饋電壓Vfb表示負(fù)載104兩端的電壓。通過將輸出電流作為最大額定輸出電流的百分比乘以CDC定標(biāo)因子CDC₀來表示估計的電壓降Vreg。CDC定標(biāo)因子CDC₀是特定于輸出電壓設(shè)定、輸出負(fù)載范圍和線纜的估計電阻的預(yù)設(shè)值。因此，估計的電壓降Vreg與輸出電流線性相關(guān)，如圖2所示。

然而，傳統(tǒng)的線纜壓降補(bǔ)償系統(tǒng)基于提供具有預(yù)定輸出負(fù)載范圍的固定調(diào)節(jié)輸出電壓的電力供給裝置。這些線纜壓降補(bǔ)償系統(tǒng)不能應(yīng)付能夠向設(shè)備傳送多個經(jīng)調(diào)節(jié)輸出電壓電平的電力供給裝置。此外，通過負(fù)載的最小和最大電流輸出可根據(jù)經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓設(shè)定而變化。傳統(tǒng)CDC系統(tǒng)針對一個輸出電壓和負(fù)載范圍設(shè)定的線纜IR損耗進(jìn)行調(diào)整。但是因為CDC定標(biāo)因子(CDC₀)是預(yù)設(shè)值并且線纜兩端的實際IR損耗不依賴于輸出電壓和負(fù)載范圍，所以當(dāng)電力供給裝置被配置成不同的輸出電壓和負(fù)載范圍設(shè)定時線纜壓降補(bǔ)償值將過度補(bǔ)償線纜IR損耗或者對線纜IR損耗補(bǔ)償不足。

圖3示出使用傳統(tǒng)預(yù)設(shè)CDC₀定標(biāo)因子將由于低估或高估線纜壓降而引起不準(zhǔn)確的CDC。圖3示出針對兩個輸出電壓設(shè)定V1和V2的線纜壓降補(bǔ)償，其中兩個輸出電壓設(shè)定V1和V2中的每個具有對應(yīng)的電流額定值(例如，以V2操作的電力供給裝置的電流范圍小于在V1下的電流范圍)。當(dāng)將同一CDC₀定標(biāo)因子用于這兩個輸出電壓設(shè)定時，在給定輸出負(fù)載I-LOAD處計算的CDC值具有CDC偏移302，該CDC偏移302引起不準(zhǔn)確的線纜壓降補(bǔ)償值。例如，如果基于V1指定CDC定標(biāo)因子CDC₀，然而功率級102被操作成以V2輸出電壓，則系統(tǒng)對于在I-LOAD處的線纜壓降欠補(bǔ)償了偏移302。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

將經(jīng)調(diào)節(jié)的電力經(jīng)由傳送線纜傳送至負(fù)載的電力供給控制系統(tǒng)補(bǔ)償由線纜中的電阻性損耗引起的傳送電纜兩端的電壓降。電力供給控制系統(tǒng)包括將經(jīng)調(diào)節(jié)的電力傳送至負(fù)載的功率級，并且電力供給控制系統(tǒng)能夠操作成以多個不同的電壓電平傳送電力。在一個實施方式中，功率級能夠操作成以第一調(diào)節(jié)電壓電平和以第二調(diào)節(jié)電壓電平傳送電力，其中功率級和/或負(fù)載被額定為在第一調(diào)節(jié)電壓電平處具有第一最大電流額定值，功率級和/或負(fù)載被額定為在第二調(diào)節(jié)電壓電平處具有第二最大電流額定值。

電力供給控制系統(tǒng)的線纜偏移電壓單元生成表示傳送線纜兩端的電壓降的偏移電壓信號。當(dāng)功率級被操作成以第一調(diào)節(jié)電壓電平傳送電力時，基于第一線纜壓降補(bǔ)償值生成偏移電壓信號。當(dāng)功率級被操作成以第二調(diào)節(jié)電壓電平傳送電力時，基于第二線纜壓降補(bǔ)償值生成偏移電壓信號。在一個實施方式中，通過按照第二調(diào)節(jié)電壓電平與第一調(diào)節(jié)電壓電平的比率和第二最大電流與第一最大電流的比率中的至少之一對第一線纜壓降補(bǔ)償值進(jìn)行定標(biāo)來生成第二線纜壓降補(bǔ)償值。

與功率級和線纜偏移電壓單元耦合的控制器至少部分地基于偏移電壓信號來控制功率級將經(jīng)調(diào)節(jié)的電力傳送至負(fù)載。例如，控制器接收指示根據(jù)線纜兩端的電壓降調(diào)整的通過負(fù)載的輸出電壓的反饋信號，其中該電壓降由控制器或線纜偏移電壓信號使用偏移電壓信號來計算。

說明書中描述的特征和優(yōu)點并非包括一切的，并且具體地許多另外的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在考慮附圖、說明書和權(quán)利要求的情況下將是明顯的。而且，應(yīng)當(dāng)注意的是，說明書中使用的語言主要出于可讀性和教示的目的進(jìn)行選擇，而可能并非被選擇以用來劃定或限制發(fā)明主題。

附圖說明

通過結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)描述可以容易地理解本發(fā)明的實施方式的教示。

圖1為示出執(zhí)行線纜壓降補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的框圖。

圖2示出關(guān)于輸出電流的線纜壓降補(bǔ)償值。

圖3示出由現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)生成的不準(zhǔn)確的線纜壓降補(bǔ)償值。

圖4示出根據(jù)一個實施方式的補(bǔ)償線纜兩端的電壓降的電力供給系統(tǒng)。

圖5示出根據(jù)一個實施方式的采用初級側(cè)反饋和控制的示例功率級。

圖6示出根據(jù)一個實施方式的針對兩個輸出電壓設(shè)定的示例線纜壓降補(bǔ)償值。

圖7示出根據(jù)一個實施方式的針對三個輸出電壓設(shè)定的示例線纜壓降補(bǔ)償值。

圖8A示出根據(jù)一個實施方式在基于輸出電壓和電流設(shè)定調(diào)整線纜壓降補(bǔ)償值之前的示例實驗結(jié)果。

圖8B示出根據(jù)一個實施方式在基于輸出電壓和電流設(shè)定調(diào)整線纜壓降補(bǔ)償值之后的示例實驗結(jié)果。

具體實施方式

附圖和下面的描述僅通過說明的方式涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)下面的討論，本文中公開的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式將被容易地認(rèn)作在不偏離要求保護(hù)的本發(fā)明的原理的情況下可采用的可行替選方案。

現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的若干實施方式，其中在附圖中示出本發(fā)明的若干實施方式的示例。注意，在任何情況下可以在圖中使用實際上類似或相似的附圖標(biāo)記并且實際上類似或相似的附圖標(biāo)記可以指示類似或相似的功能。附圖僅出于說明的目的描繪本發(fā)明的實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)下面的描述將容易認(rèn)識到在不偏離本文描述的本發(fā)明的原理的情況下可以采用本文示出的結(jié)構(gòu)和方法的替選實施方式。

圖4示出根據(jù)一個實施方式補(bǔ)償將電力傳送至負(fù)載的線纜兩端的電壓降的電力供給系統(tǒng)400。電力供給系統(tǒng)400在補(bǔ)償電壓降時將輸出電壓和電流設(shè)定考慮在內(nèi)，從而使得電力供給系統(tǒng)400能夠更準(zhǔn)確地補(bǔ)償在多個不同電力設(shè)定下線纜中的IR損耗。如圖4所示，電力供給系統(tǒng)400的一個實施方式包括將電力傳送至負(fù)載404的功率級402和線纜偏移電壓單元410。與圖4中示出的那些部件相比，其他實施方式可以包括額外的、更少的或不同的部件。

功率級402將經(jīng)調(diào)節(jié)的電力經(jīng)由傳送線纜傳送至負(fù)載404，其中傳送線纜中的電阻性損耗產(chǎn)生線纜電壓降406。在一個實施方式中，功率級402包括開關(guān)電力變換器，該開關(guān)電力變換器將電力傳送至感應(yīng)器兩端的負(fù)載404并且基于反饋信號V_sense來調(diào)節(jié)通過負(fù)載404的電力。在一個實施方式中，功率級402被配置成在各種負(fù)載狀況下進(jìn)行操作，其中所述負(fù)載狀況例如負(fù)載404連接至功率級402以及負(fù)載404未連接至功率級402。為了適應(yīng)不同的負(fù)載狀況，功率級402可以以恒定電壓模式或恒定電流模式操作。在恒定電壓模式下，功率級402提供在指定的容差范圍內(nèi)的經(jīng)調(diào)節(jié)的固定電壓輸出。當(dāng)負(fù)載404例如為由功率級402充電和供電的電子設(shè)備時，恒定電壓模式通常指示電子設(shè)備的內(nèi)部電池被完全充電并且功率級402的固定輸出電壓向電子設(shè)備提供操作電力以使其正常操作。在恒定電流模式下，功率級402提供固定電流輸出。恒定電流模式指示例如電子設(shè)備的內(nèi)部電池未被完全充電并且功率級402的恒定電流輸出允許電池的有效充電。

線纜偏移電壓單元410生成由功率級402用于調(diào)節(jié)傳送至負(fù)載404的電力的反饋信號V_sense。通常，線纜偏移電壓單元410接收指示負(fù)載404兩端的電壓的反饋電壓Vfb，確定偏移電壓Vreg，并且通過偏移電壓Vreg來調(diào)整反饋電壓Vfb以生成V_sense。在一個實施方式中，使用基線線纜偏移因子CDC₀來生成偏移電壓信號Vreg，該偏移電壓信號Vreg表示將功率級402與負(fù)載404耦合的傳送線纜兩端的電壓降406的估計?；€線纜偏移因子CDC₀是針對基線輸出電壓(V0)、對應(yīng)于基線輸出電壓V0的最大輸出電流額定值(I0)和估計的線纜電阻的特定組合而指定的預(yù)設(shè)值。例如，基線線纜偏移因子CDC₀是由電力供給系統(tǒng)400的設(shè)計者指定的。

對于給定的輸出電壓V1，將功率級402和/或負(fù)載404額定為達(dá)到最大額定電流I1的電流。即，功率級402輸出具有小于或等于I1的量值的電流。為了生成偏移電壓信號Vreg，線纜偏移電壓單元410(例如，從功率級402)接收功率級402的操作電壓V1和由功率級402輸出的電流的量值。線纜偏移電壓單元410通過V1與基線輸出電壓V0的比率、通過I1與基線電壓V0處的最大額定電流I0的比率或者通過這兩個比率來對基線線纜偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)。使經(jīng)定標(biāo)的線纜偏移因子乘以來自功率級402的實際輸出電流的作為最大額定電流I1的百分比的量值，從而生成偏移電壓信號Vreg。然后，線纜偏移電壓單元410從反饋電壓Vfb中減去Vreg，從而生成被輸入到功率級402以控制通過負(fù)載404的經(jīng)調(diào)節(jié)電力的信號V_sense。

如圖4所示，線纜偏移電壓單元410的一個實施方式包括第一補(bǔ)償塊412和第二補(bǔ)償塊414。第一補(bǔ)償塊412通過V1與基線輸出電壓V0的比率來對基線線纜偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)，并且將值CDC1(V)輸出至第二補(bǔ)償塊414，其中值CDC1(V)表示通過電壓進(jìn)行定標(biāo)的偏移因子。第二補(bǔ)償塊414通過I1與對應(yīng)于基線輸出電壓V0的電流額定值I0的比率來對CDC1(V)進(jìn)行定標(biāo)，從而生成值CDC1(V,I)。因此，例如通過下面的表達(dá)式可以給出CDC1(V,I)：

如果來自功率級402的實際輸出電流的量值為Ii，則以下給出Vreg：

最終，反饋信號V_sense被計算為：

V_sense＝Vfb-Vreg

基線偏移電壓單元410可以通過電壓設(shè)定與基線電壓的比率以及對應(yīng)于電壓設(shè)定的電流額定值與基線電流的比率二者來對基線偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)，或者可以通過電壓比率或電流比率來對基線偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)。此外，雖然圖4示出在第二補(bǔ)償塊414通過電流額定值進(jìn)行定標(biāo)之前第一補(bǔ)償塊412通過電壓對基線偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)，但是在其他實施方式中可以在通過電壓比率對基線偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)之前按照電流比率對基線偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)。

在另一實施方式中，線纜偏移電壓單元410從功率級402接收指示瞬時輸出電流的量值的信號。線纜偏移電壓單元410使用瞬時輸出電流和傳送線纜的電阻的估計來生成偏移電壓信號Vreg。例如，如果I_i為輸出電流的量值以及R_c為傳送線纜的估計電阻(例如，由電力供給系統(tǒng)400的設(shè)計者指定)，則線纜偏移電壓單元410根據(jù)以下等式生成偏移電壓信號Vreg：

Vreg＝I_i×R_c

線纜偏移電壓單元410可以例如在功率級402開關(guān)的每個開關(guān)周期期間周期性地接收瞬時輸出電流并且生成新的Vreg值。

圖5示出采用初級側(cè)反饋和控制的功率級402的示例實施方式。在一個實施方式中，除了其他部件之外，功率級402還包括：具有初級繞組502、次級繞組504和輔助繞組503的變壓器；電力開關(guān)506；以及控制器510。功率級402的其他實施方式可以包括額外的、更少的或者不同的部件，并且可以具有與圖5示出的配置不同的配置。例如，雖然圖5示出包括按照反激拓?fù)渑渲玫拈_關(guān)電力變換器的功率級402，但是功率級402可以替選地被配置為升壓拓?fù)?boost topology)、升降壓拓?fù)?buck-boost topology)或者適合于將電力傳送至感應(yīng)器兩端的負(fù)載404的任何其他電力變換器拓?fù)洹?/p>

參照圖5的示例，功率級402從AC電源(未示出)接收AC電力，其中AC電源被整流以在輸入電容器C1兩端提供經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸入電壓501。輸入電壓501與初級繞組502耦合。在電力開關(guān)506的導(dǎo)通周期期間，因為整流器D₁被反向偏置，所以能量被存儲在初級繞組502中。在電力開關(guān)506的關(guān)斷周期期間，因為整流器D₁變?yōu)檎蚱?，所以存儲在初級繞組502中的能量被釋放給次級繞組504并且被傳遞至電容器C2兩端的負(fù)載520。在電力開關(guān)506關(guān)斷之后，整流器D1將電流傳導(dǎo)至開關(guān)功率級402的輸出。

初級側(cè)控制器510生成使電力開關(guān)506導(dǎo)通或關(guān)斷的控制信號513。控制器510以感測電阻器Rs兩端的電壓515的形式來感測通過初級繞組502的電流I_sense。電流I_sense按照變壓器的匝數(shù)比與通過負(fù)載404的電流成比例?？刂破?10還接收反饋信號V_SENSE，該反饋信號V_SENSE指示通過由線纜偏移電壓單元410生成的線纜壓降補(bǔ)償調(diào)整的輸出電壓Vout。在一個實施方式中，在電力開關(guān)506的關(guān)斷周期期間輸出電壓Vout被反映為變壓器的輔助繞組503兩端的反饋電壓Vfb。線纜偏移電壓單元410與輔助繞組503耦合以接收反饋電壓Vfb?？梢允褂糜糜诟袦y功率級402的輸出電壓Vout的各種其他機(jī)制中的任何機(jī)制，而不是測量輔助繞組503兩端的電壓。

控制器510控制電力開關(guān)506的開關(guān)以基于V_sense調(diào)節(jié)輸出電壓Vout或者基于I_sense調(diào)節(jié)通過負(fù)載404的輸出電流?？刂破?10可以采用若干調(diào)制技術(shù)(例如，脈沖寬度調(diào)制(PWM)或脈沖頻率調(diào)制(PFM))中的任一技術(shù)來控制電力開關(guān)506的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)以及占空比，以調(diào)節(jié)輸出電壓Vout和通過負(fù)載404的電流。在一個實施方式中，控制器510還將電流和電壓設(shè)定傳送至用于生成偏移電壓信號的線纜偏移電壓單元410。

圖6示出由線纜偏移電壓單元410針對功率級402的兩個輸出電壓設(shè)定V0和V1生成的各個線纜壓降補(bǔ)償值。當(dāng)以V0操作時，功率級402和/或負(fù)載404被額定為最大輸出電流I0；以及當(dāng)以V1操作時，功率級402和/或負(fù)載404被額定為最大輸出電流I1。如圖6所示，線纜偏移電壓單元410針對輸出電壓V0通過根據(jù)作為I0的百分比的輸出電流對基線線纜偏移因子CDC₀進(jìn)行定標(biāo)來生成沿著線601的CDC值。例如，如果功率級402被操作成以電壓V0輸出最大額定電流I0，則線纜偏移電壓單元410生成圖6所示的偏移電壓信號Vreg0。線602表示在未針對功率級402的不同的輸出電壓和最大輸出電流進(jìn)行調(diào)整的情況下生成的用于以電壓V1操作功率級402的CDC值。例如，如果功率級402被操作成以電壓V1輸出最大額定電流I1，則在未補(bǔ)償電壓或電流差的情況下生成偏移電壓信號將產(chǎn)生Vreg1。通過V1與V0的比率調(diào)整基線CDC值產(chǎn)生沿線603生成的偏移電壓信號(例如，當(dāng)功率級被操作成輸出電流I1時，生成偏移電壓Vreg0)，而當(dāng)補(bǔ)償V1與V0的比率和I1與I0比率二者時產(chǎn)生沿線604生成的CDC值(例如，針對輸出電流I1，生成偏移電壓Vreg2)。如圖6所示，線604的斜率與線601的斜率相同，這是因為線纜兩端的實際IR損耗不依賴于輸出電壓或額定電壓范圍。因此，當(dāng)線纜偏移電壓單元410補(bǔ)償輸出電壓范圍和輸出電流額定值兩方面的差時，改變輸出電壓和負(fù)載范圍不會影響線纜壓降補(bǔ)償值的斜率。

圖7示出功率級402的三個示例輸出電壓設(shè)定(V1＝5V，V2＝9V，以及V3＝12V)以及跨在電壓設(shè)定中的每個電壓設(shè)定下負(fù)載被額定的電流值的范圍所生成的CDC值。在圖7的示例中，針對5V輸出指定基線線纜偏移因子CDC₀，以及通過基于電壓和/或電流比率調(diào)整基線因子來計算針對9V和12V的CDC值。在針對電壓設(shè)定中的每個電壓設(shè)定的最大電流負(fù)載Icc1、Icc2和Icc3(作為用于計算CDC值的示例電流輸出)處，線纜偏移電壓單元410分別生成偏移電壓Vreg3、Vreg4和Vreg5。如圖7所示，由線纜偏移電壓單元410計算的偏移電壓Vreg3、Vreg4和Vreg5更準(zhǔn)確地反映了線纜兩端的實際電壓降(例如，通過不過度補(bǔ)償線纜電壓降)，并且與輸出電壓電平無關(guān)。

圖8A至圖8B示出了在基于輸出電壓設(shè)定和對應(yīng)的最大電流額定值調(diào)整線纜壓降補(bǔ)償值之前(圖8A)和之后(圖8B)的實驗結(jié)果。類似于圖7，圖8A至圖8B示出與在未進(jìn)行調(diào)整的情況下生成的偏移電壓相比通過電壓比率和電流比率調(diào)整的偏移電壓更準(zhǔn)確地反映線纜兩端的實際電壓降。

在閱讀本公開內(nèi)容時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到還有用于線頻率檢測器的另外的替選設(shè)計。因此，雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的具體實施方式和應(yīng)用，但是要理解的是本發(fā)明不限于本文所公開的精確構(gòu)造和部件并且可以在本文公開的本發(fā)明的方法和裝置的布置、操作和細(xì)節(jié)中作出對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是明顯的各種修改、改變和變型。