CN101116239A - 开关模式电源中的脉宽调制频率抖动 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种开关模式电源，其具有脉宽调制(PWM)时钟频率的PWM频率抖动。所述PWM频率抖动电路可根据多个频率中的每一频率来改变PWM时钟的频率。PWM时间基准电路可包括含有PWM周期值的周期寄存器、比较器和PWM计数器，其中可通过可变频率PWM时钟在所述PWM计数器中递增PWM计数值，所述比较器可将PWM周期值与PWM计数值进行比较，且当PWM周期值与PWM计数值基本上相等时，可将PWM计数值复位。PWM频率抖动电路可包括：滚动计数器，其中每当比较器将PWM计数器中的PWM计数值复位时，滚动计数器改变滚动计数值；多路复用器，其具有多个输入和一输出，其中所述输出根据所述滚动计数器的计数值耦合至多路复用器的所述多个输入中的每一者；和多个频率寄存器，所述多个频率寄存器中的每一者可分别耦合至多路复用器的所述多个输入中的相应一者；其中多路复用器的输出可耦合至可变频率PWM时钟的频率控制输入，以便可使用存储在所述多个频率寄存器中的频率值来确定可变频率PWM时钟频率。

Description

开关模式电源中的脉宽调制频率抖动
技术领域
根据一实施例，本发明涉及开关调节器电源，且更具体而言，涉及在开关调节器电源中的脉宽调制频率抖动。
背景技术
在销售开关模式电源时，电源制造商必须满足政府(例如，联邦通信委员会)和客户的电磁干扰(EMI)辐射要求。开关模式电源可使用脉宽调制(PWM)来控制可将一电感器充电至所需电流的开关，例如功率晶体管，功率场效应晶体管等。PWM信号接通的时间越长，则通过控制开关来对电感器充电的时间越长，且可从开关模式电源提供更大的电流。
在较大容量的开关模式电源中，功率晶体管会产生电磁干扰(EMI)。这些较大容量的开关模式电源必须进行试验并通过严格的EMI试验，以在某一长度的时间中限制处于一特定频率的射频能量的量。如果开关模式电源不能符合这些EMI试验要求，则它们不能得到相应试验组织及/或政府机构的认证及/或型号验收。
发明内容
在较大容量的开关模式电源中需要某种方式来限制在任一特定频率下以长于所需时间周期产生的EMI能量的量。
根据本发明一具体实例性实施例，具有脉宽调制(PWM)频率抖动的开关模式电源可包括具有至少一功率开关元件的充电电路、耦合至充电电路并对其进行控制的PWM控制电路、及PWM频率抖动电路，其中PWM频率抖动电路可将可变频率PWM时钟频率更改成多个频率中的每一频率。PWM控制电路可具有一PWM时间基准电路，其包括包含PWM周期值的周期寄存器、比较器、及PWM计数器，其中可通过可变频率PWM时钟在PWM计数器中递增PWM计数值，比较器可将PWM周期值与PWM计数值进行比较，且当PWM周期值与PWM计数值基本相等时，可将PWM计数值复位。PWM频率抖动电路可包括：滚动计数器，其中每当比较器将PWM计数器中的PWM计数值复位时，滚动计数器改变滚动计数值；多路复用器，其具有多个输入和一输出，其中所述输出根据所述滚动计数器的计数值耦合至多路复用器的多个输入的每一者；及多个频率寄存器，多个频率寄存器中的每一者可分别耦合至多路复用器的多个输入中的一者；其中多路复用器的输出可耦合至可变频率PWM时钟的频率控制输入，以便可使用存储在多个频率寄存器中的频率值来确定可变频率PWM时钟频率。滚动计数器可依序增加滚动计数值直到最大的滚动计数值为止，然后滚动计数器可复位到最小的滚动计数值。滚动计数值也可随机改变。
根据本发明的另一具体实例性实施例，用于控制多个PWM时钟频率的脉宽调制(PWM)频率抖动设备可包括：滚动计数器，其中每当PWM计数值基本上等于PWM计数值时，滚动计数器改变滚动计数值；多路复用器，其具有多个输入和一输出，其中所述输出根据滚动计数器的计数值耦合至多路复用器的多个输入的每一者；及多个频率寄存器，多个频率寄存器中的每一者可分别耦合至多路复用器的多个输入中的一者；其中多路复用器的输出可耦合至可变频率PWM时钟的频率控制输入，以便可使用存储在多个频率寄存器中的频率值来确定可变频率PWM时钟频率。滚动计数器可依序增加滚动计数值直到最大的滚动计数值为止，然后滚动计数器可复位到最小的滚动计数值。滚动计数值也可随机改变。
根据本发明的又一具体实例性实施例，一种用于对一开关模式电源的脉宽调制(PWM)时钟频率进行频率抖动的方法可包括：为PWM时钟的每一频率循环递增PWM计数值；将PWM计数值与周期值进行比较，直到PWM计数值基本上与周期值相同为止，然后将PWM计数值复位；每当PWM计数值复位时，改变滚动计数值；根据滚动计数值从多个频率值中进行选择；及根据从多个频率值中所选定的一个频率值来调节PWM时钟的频率。
附图说明
结合附图参照下文说明可更全面地理解本发明，在附图中：
图1是由开关模式电源供电的电子系统的示意性方块图；
图2是具有PWM频率抖动电路的开关模式电源的示意性方块图；及
图3是根据本发明的具体实例性实施例，图2所示PWM频率抖动电路的更为详细的示意性方块图。
尽管易于对本发明作出各种修改及替代形式，但在图式中显示并在本文中详细阐述其特定实例性实施例。然而，应了解，本文对具体实例性实施例的阐述并非打算将本发明限定于本文揭示的特定形式，而是相反，本发明欲覆盖随附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施方式
在开关模式电源中，功率晶体管可产生电磁干扰(EMI)。因此，需要限制EMI，以符合客户需要和政府规定。抖动脉宽调制PWM周期可清除在某一频率范围内的EMI，从而降低任一频率处的峰值EMI辐射。
现在参考这些图式，其示意性地图解说明一些实例性实施例的细节。在这些图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且相似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。
参考图1，其绘示由开关模式电源供电的电子系统的示意性方块图。大体用编号100表示的电子系统可包括电源，例如可为电子系统100的电子电路104提供工作电压和电流的开关模式电源102。开关模式电源102可将电源电压106(例如，120VAC、48VDC等)转换成由电子电路104使用的所有所需的工作电压。
参考图2，其绘示具有PWM频率抖动电路的开关模式电源的示意性方块图。开关模式电源102可包括充电电路210、PWM控制电路208和PWM频率抖动电路212。可由PWM控制电路208控制充电电路210。PWM频率抖动电路212可改变至PWM控制电路208的PWM时钟频率。充电电路可包括至少一个功率开关元件(未图示)，例如功率晶体管、功率场效应晶体管等。
参考图3，其绘示根据本发明的具体实例性实施例的PWM频率抖动电路212的示意性方块图。PWM频率抖动电路212可包括：具有周期寄存器320、比较器322和PWM计数器324的PWM时间基准电路326；滚动计数器330、可变频率振荡器(VFO)334、多路复用器332和其中存储有频率值的多个频率寄存器336。这些频率值可由用户指定。在比较器322中可比较周期寄存器320输出338处的值和PWM计数器324输出342处的值，且当它们基本上相等时，比较器322输出340可使(在复位输入346处)PWM计数器324复位，并可递增(在时钟输入328处)滚动计数器330。比较器322将PWM时间基准计数器324与可存储在周期寄存器320中的PWM周期值进行比较。PWM周期值可由用户指定。当PWM计数器324达到存储在周期寄存器320中的指定的最大计数值时，PWM周期已完成，且PWM时间基准计数器324复位，因而PWM循环可重新开始。
滚动计数器330可按照多路复用器选择输入350所确定来控制多路复用器332的哪一输入耦合至其输出348。根据多路复用器选择输入350处的选择值，可将存储在所述多个频率寄存器336的所选择的一者中的频率值应用于VFO334的频率调节输入362。多路复用器332从含有可由用户指定的一些频率值的多个频率寄存器336选择所需频率值。所选择的频率值可控制VFO334中的定时元件，例如RC振荡器的电流源、除以N锁相环(PLL)等。然后VFO334可产生具有基本上对应于来自多个频率寄存器336中所选择的一者的频率值的频率的PWM时钟输出354。VFO334将该时钟信号从PWM时钟输出354提供至PWM时间基准326的PWM时间基准计数器324。PWM时钟输出354可通过PWM计数器324的时钟输入344来递增PWM计数器324。
每当PWM时间基准326达到最大(终点)计数时，可将滚动计数器330计时(递增)。因此，在每一PWM循环的点处，PWM时钟的频率(VFO334输出354)改变成存储在多个频率寄存器336中的频率值的下一频率值。滚动计数器330还可包括伪随机数产生器，其中滚动计数器330的计数值可以是随机产生的在多路复用器332的多路复用器选择输入350的位范围(位的数量)之内的数字。
由于PWM时钟的频率(VFO334输出354)是变化的，所以来自开关功率晶体管(未图示)的辐射EMI能量分布在一频率范围内。这便降低了在任一具体频率处的时间平均EMI能量，从而能够更容易符合EMI规范。
虽然已参照本发明的实例性实施例来绘示、阐述及界定本发明各实施例，但此种参照并不意味着限定本发明，且不应推断出存在此种限定。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、改动及等效形式，所属相关领域的技术人员根据本揭示内容将会联想到此等修改、改动及等效形式。所示及所述的本发明各实施例仅作为实例，而并非是对本发明范围的穷尽性说明。

Claims (15)

1.一种具有脉宽调制(PWM)频率抖动的开关模式电源，其包括：
充电电路，其包括至少一个功率开关元件；
PWM控制电路，其耦合至所述充电电路并对其进行控制；及
PWM频率抖动电路，其中所述PWM频率抖动电路将可变频率PWM时钟频率改变成多个频率中的每一者。
2.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述至少一个功率开关元件是至少一个功率晶体管。
3.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述至少一个功率开关元件是至少一个功率场效应晶体管。
4.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述PWM控制电路具有PWM时间基准电路，其包括：
含有PWM周期值的周期寄存器；
比较器；及
PWM计数器，
其中通过所述可变频率PWM时钟在所述PWM计数器中递增PWM计数值，
所述比较器将所述PWM周期值与所述PWM计数值进行比较，并当所述PWM周期值与所述PWM计数值基本上相等时，将所述PWM计数值复位。
5.如权利要求4所述的开关模式电源，其中所述PWM频率抖动电路包括：
滚动计数器，其中每当所述比较器将所述PWM计数器中的所述PWM计数值复位时，所述滚动计数器改变滚动计数值；
多路复用器，其具有多个输入和一输出，其中所述输出根据所述滚动计数器的计数值耦合至所述多路复用器的所述多个输入中的每一者；及
多个频率寄存器，所述多个频率寄存器中的每一者分别耦合至所述多路复用器的所述多个输入中的相应一者；
其中所述多路复用器的所述输出耦合至所述可变频率PWM时钟的频率控制输入，以便使用存储在所述多个频率寄存器中的频率值来确定所述可变频率PWM时钟频率。
6.如权利要求5所述的开关模式电源，其中所述滚动计数器依序增加所述滚动计数值直到处于最大的滚动计数值为止，然后将所述滚动计数值复位至最小的滚动计数值。
7.如权利要求5所述的开关模式电源，其中所述滚动计数值随机改变。
8.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述可变频率PWM时钟包括阻容(RC)电路。
9.如权利要求1所述的开关模式电源，其中所述可变频率PWM时钟包括除以N锁相环电路。
10.一种用于控制多个PWM时钟频率的脉宽调制(PWM)频率抖动设备，所述PWM抖动设备包括：
滚动计数器，其中每当PWM计数值基本上等于PWM计数值时，所述滚动计数器改变滚动计数值；
多路复用器，其具有多个输入和一输出，其中所述输出根据所述滚动计数器的计数值耦合至所述多路复用器的所述多个输入中的每一者；及
多个频率寄存器，所述多个频率寄存器中的每一者分别耦合至所述多路复用器的所述多个输入中的相应一者；
其中所述多路复用器的所述输出耦合至可变频率PWM时钟的频率控制输入，以便使用存储在所述多个频率寄存器中的频率值来确定所述可变频率PWM时钟频率。
11.如权利要求10所述的PWM频率抖动设备，其中所述滚动计数器依序增加所述滚动计数值，直到处于最大的滚动计数值为止，然后将所述滚动计数值复位至最小的滚动计数值。
12.如权利要求10所述的PWM频率抖动设备，其中所述滚动计数值随机改变。
13.一种用于对开关模式电源的脉宽调制(PWM)时钟频率进行频率抖动的方法，所述方法包括：
针对PWM时钟的每一频率循环递增PWM计数值；
将所述PWM计数值与周期值进行比较，直到所述PWM计数值基本上与所述周期值相同为止，然后将所述PWM计数值复位；
每当所述PWM计数值复位时，改变滚动计数值；
根据所述滚动计数值从多个频率值中进行选择；及
根据所述多个频率值中的所选定的一者来调整所述PWM时钟的频率。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述改变所述滚动计数值的步骤包括如下步骤：依序递增所述滚动计数器值直到处于最大滚动计数值为止，然后将所述滚动计数值复位至最小滚动计数值。
15.如权利要求13所述的开关模式电源，其中所述改变所述滚动计数值的步骤包括如下步骤：随机改变所述滚动计数值。
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