CN101399530B - 根据负载进行扰频的电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据负载进行扰频的电路，包含：负载状况判断电路，其接收一切换讯号，并根据负载状况而产生输出；数值产生器，接收负载状况判断电路的输出而产生数字；数字模拟转换电路，将数值产生器的输出转换为模拟讯号；以及震荡器，其根据数字模拟转换电路的输出而变动频率。

Description

根据负载进行扰频的电路与方法

技术领域

本发明涉及一种扰频(frequency jittering)电路与相关方法，特别是指一种根据负载状况来机动进行扰频的电路与方法，即一种根据负载进行扰频的电路与方法。

背景技术

高频讯号会产生电磁干扰(EMI，Electro-Magnetic Interference)，为避免此项困扰，在高频电子产品中，需要进行扰频。现有的扰频作法是采用计数器，随计数器的计数，而在一个频率范围内微幅改变频率。此种使用计数器达成扰频的典型作法，例如可参阅美国专利第6229366号；该发明的作法概念如图1所示，由计数器14来计数震荡器12的输出，并根据计数值的变化来控制数字模拟转换电路(DAC)16产生不同的讯号，进而回馈调整震荡器12，使其输出频率微幅变化，亦即产生“受扰动的频率(jittered frequency)”。

请再参阅图2，在电源芯片中，震荡器12的输出通常是供应给脉宽调变(PWM，pulse width modulation)电路18，并由PWM电路18来推动功率级电路20，以将输入电压Vin转换成输出电压Vout，供应给负载。功率级电路20例如可为切换式电源供应器(switching regulator)、返驰式电源供应器(fly-back regulator)、或他种电源供应器。通常，在负载较高时，电源供应器内的功率开关(未示出)才需要进入高频切换状态，此时较有扰频的必要；当负载较低或无负载时，则并无扰频的必要，扰频反而会加大涟波(ripple)。

美国专利第6229366号的作法，其缺点即在于并未考虑到扰频与负载的关系。

发明内容

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种新颖扰频控制电路与方法，可根据负载状况来机动进行扰频。

为达上述目的，本发明提供了一种根据负载进行扰频的电路，包含：负载状况判断电路，其接收一切换讯号，并根据负载状况而产生输出；数值产生器，接收负载状况判断电路的输出而产生数字；数字模拟转换电路，将数值产生器的输出转换为模拟讯号；以及震荡器，其根据数字模拟转换电路的输出而变动频率。

此外，为达上述目的，根据本发明的另一观点，也提供一种根据负载进行扰频的方法，包含以下步骤：接收一切换讯号；根据负载状况与该切换讯号而产生数字讯号；根据该数字讯号产生模拟讯号；以及根据该模拟讯号而改变一震荡器的频率。

以上所述的切换讯号意指具有两种以上变换状态的模拟或数字讯号，可以是PWM讯号、或用以决定PWM讯号的重设(reset)讯号、或经过遮蔽的PWM讯号、或与负载相关的电流感测讯号。

底下通过对具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1说明现有技术如何进行扰频；

图2说明扰频应用于电源供应器时的电路结构；

图3说明本发明的概念；

图4说明本发明应用于电源供应器的实施例；

图5举例说明图4的PWM电路和功率开关控制电路的具体结构；

图6说明图5电路的讯号波形；

图7与图8说明以电流感测讯号来控制扰频的实施例；

图9与图10说明以PWM讯号来控制扰频的实施例。

图中符号说明

12震荡器

14计数器

16数字模拟转换电路

18PWM电路

20功率级电路

32震荡器

33负载状况判断电路

34数值产生器

36数字模拟转换电路

38PWM电路

39功率开关控制电路

40功率级电路

81，82讯号下落位准

101比较器

381PWM讯号

382拴锁电路

383比较器

391栅极讯号

392遮蔽电路

393驱动门

401功率开关

A，B，C讯号

CS电流感测讯号

FB反馈讯号

Ref参考位准

VL参考位准

具体实施方式

首先请参考图3的示意电路图来说明本发明的概念。如图所示，本发明中可使用任意的切换讯号来达成扰频，所谓的切换讯号意指具有两种以上变换状态的模拟或数字讯号，其细节容后说明。此切换讯号通过负载状况判断电路33的过滤；在负载状况判断电路33中，根据负载的状况，决定是否将切换讯号传递给数值产生器34。判断的方式例如为，于正常负载时容许切换讯号通过，而于轻载和无负载时阻隔该切换讯号。负载状况判断电路33的输出，使数值产生器34产生不同的数值；数值产生器34可以为计数器，或为随机数字产生器等。数值产生器34的输出推动数字模拟转换电路36输出模拟讯号，进而调整震荡器32产生受扰动的频率。

请参考图4，震荡器32所输出的受扰动的频率，可供应给PWM电路38，以产生PWM讯号381；PWM讯号381经功率开关控制电路39过滤后，产生栅极驱动讯号391，控制功率级电路40中功率开关401的切换。在较简单的电路结构中，功率开关控制电路39可以仅是一个驱动门。在较复杂的设计中，功率开关控制电路39中可以设置遮蔽电路，以遮蔽某些部份的PWM讯号381，目的是在轻负载时，减少功率开关401的切换次数，降低能量转换的耗损。遮蔽PWM讯号381的模式，可采用规律性的跳频模式(pulse skipping mode)、或采用在一段时间内容许PWM讯号通过而在另一段时间内遮蔽PWM讯号的丛集模式(burst mode)等。

图5举例说明图4电路的具体架构，图6显示图5中的讯号的波形图。如图所示，PWM电路38中包括拴锁电路382和比较器383。震荡器32的输出(讯号A)传送至拴锁电路382的设定输入端S，因此拴锁电路382的输出讯号(即PWM讯号381)的上升缘跟随讯号A的上升缘。此外，比较器383将电流感测讯号CS与自输出端直接或间接取得的反馈讯号FB加以比较，当电流感测讯号CS到达反馈讯号FB的电压位准时，比较器383输出讯号控制拴锁电路382的重设输入端R，因此PWM讯号381的下降缘由电流感测讯号CS和反馈讯号FB的交会点来决定。一般而言，电源供应器中均会针对输出端进行电流与电压侦测，以取得电流感测讯号CS和反馈讯号FB。图标萃取电流感测讯号CS的节点仅为示例，亦可自其它位置萃取电流感测讯号。反馈讯号FB可直接自输出端萃取，或使用光耦合或其它方式取得讯号；图示实施例以返驰式电源供应器为例，因此反馈讯号FB使用光耦合方式取得，其与输出电压Vout为反向关系，当负载增加、输出电压Vout下降时，反馈讯号FB上升。有关返驰式电源供应器及以光耦合方式萃取反馈讯号FB的细节，为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。

本实施例中，功率开关控制电路39包含遮蔽电路392与驱动门393。图示的遮蔽电路392为与门，但亦可由其它方式来实现。遮蔽电路392受遮蔽讯号的控制，以选择性地遮蔽PWM讯号381，使电源供应器进入节省耗损的跳频模式或丛集模式。当PWM讯号381被遮蔽时，便不会开启功率开关401的栅极，如图6最后两个波形所示。如此，在轻负载时，可减少功率开关401的切换次数，节省耗损。

请回阅图3并对照图5，切换讯号可以取自讯号A、B、C、电流感测讯号CS、讯号381、或讯号391。首先以电流感测讯号CS为例作说明，请参考图7与图8，电流感测讯号CS的下落位准会随负载轻重而有所不同(见81与82)，因此可通过适切设定参考电压VL，来区分负载状况。在图7的实施例中，负载状况判断电路33为比较器而数值产生器34为计数器。负载状况判断电路33的正输入端为参考电压VL，负输入端为电流感测讯号CS，仅有当电流感测讯号CS低于参考电压VL时，负载状况判断电路33才会输出讯号，令计数器34变动数字，进行扰频动作。当电流感测讯号CS高于参考电压VL时，表示电源供应器处在无负载或轻负载状况下，因此即不必进行扰频。

再请参考图9，在本实施例中，负载状况判断电路33为逻辑门，此逻辑门接受遮蔽讯号与PWM讯号381。此遮蔽讯号可以与图5的遮蔽讯号相同，或另行产生。遮蔽讯号与负载状况有关，其产生方式例如可见图10，同样以反驰式电源供应器为例，因反馈讯号FB与输出电压Vout为反向关系，但与负载为同向关系，因此可将反馈讯号FB与设定的参考电压Ref比较，于正常负载时，反馈讯号FB大于参考电压Ref，比较器101输出为高位准，负载状况判断电路33的输出跟随PWM讯号381；在无负载或轻负载状况时，比较器101输出为低位准，负载状况判断电路33的输出即保持为低位准，不进行扰频。

若“是否进行扰频”的轻重负载判定标准，与“是否启动节能模式(跳频模式或丛集模式等)”的判定标准相同，则图9的遮蔽讯号可以与图5的遮蔽讯号相同，换言之，图9的计数器34可以直接以图5的讯号C或门极讯号391为输入。另一种情形是，即使启动节能模式，仍需进行扰频，仅有在更轻负载时才取消扰频，此时图9的遮蔽讯号与图5的遮蔽讯号不同，图10比较器101中的参考电压Ref，应设定地更低。

图9中的PWM讯号381，亦可代换为图5的讯号B，此等于以PWM讯号381的下降缘来触发计数器34，亦可达成相似的扰频控制效果。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。本领域技术人员当可在本发明精神内立即思及各种等效变化，例如，当反馈讯号FB的萃取方式不同，以致其与输出电压及负载的方向关系改变时，可根据本发明的概念与精神来对应改变负载状况判断电路33的结构，等等。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种根据负载进行扰频的电路，运用于一电源供应器中，该电源供应器将一输入电压转换为一输出电压供应给一负载，其特征在于，包含：

负载状况判断电路，其接收一切换讯号，并根据负载状况而产生输出；

数值产生器，接收负载状况判断电路的输出而产生数字；

数字模拟转换电路，将数值产生器的输出转换为模拟讯号；以及

振荡器，其根据数字模拟转换电路的输出而变动频率。

2.如权利要求1所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该数值产生器为计数器或随机数字产生器。

3.如权利要求1所述的根据负载进行扰频的电路，其中，更包含：PWM电路，接收振荡器的输出而产生PWM讯号。

4.如权利要求3所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该PWM电路根据振荡器的输出而决定PWM讯号的上升缘，并根据与所述输出电压相关的反馈讯号和与负载相关的电流感测讯号而决定PWM讯号的下降缘。

5.如权利要求3所述的根据负载进行扰频的电路，其中，更包含：功率开关控制电路，其接收该PWM讯号，并根据负载状况而选择性地传递该PWM讯号的一部分给一功率开关。

6.如权利要求5所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该功率开关控制电路包括一遮蔽电路，根据一遮蔽讯号而选择性地传递该PWM讯号的一部分。

7.如权利要求6所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该遮蔽讯号是通过将与输出电压相关的反馈讯号和一第一参考电压比较而获得的。

8.如权利要求3所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该切换讯号为该振荡器的输出或PWM讯号。

9.如权利要求4所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该切换讯号为以下讯号之一：

(a)该振荡器的输出或PWM讯号；

(b)该与负载相关的电流感测讯号；

(c)比较该与所述输出电压相关的反馈讯号和该与负载相关的电流感测讯号而产生的讯号。

10.如权利要求5所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该切换讯号为该振荡器的输出或PWM讯号、或该功率开关控制电路的输出讯号。

11.如权利要求6所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该切换讯号为该振荡器的输出或PWM讯号、或该功率开关控制电路的输出讯号、或该遮蔽电路的输出讯号。

12.如权利要求1所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该切换讯号为与负载相关的电流感测讯号，且该负载状况判断电路将与负载相关的电流感测讯号和一第二参考电压比较。

13.如权利要求1所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该负载状况判断电路包括一遮蔽电路，根据一遮蔽讯号而选择性地传递该切换讯号。

14.如权利要求13所述的根据负载进行扰频的电路，其中，该遮蔽讯号是通过将与所述输出电压相关的反馈讯号和一第三参考电压比较而获得的。

15.一种根据负载进行扰频的方法，运用于一电源供应器中，该电源供应器将一输入电压转换为一输出电压供应给一负载，其特征在于，包含以下步骤：

接收一切换讯号；

根据负载状况与该切换讯号而产生数字讯号；

根据该数字讯号产生模拟讯号；以及

根据该模拟讯号而改变一振荡器的频率。

16.如权利要求15所述的方法，其中，该根据该数字讯号产生模拟讯号的步骤包含：根据该数字讯号产生变动的数值，以及根据该变动的数值产生变动的模拟讯号。

17.如权利要求15所述的方法，其中，该切换讯号为与负载相关的电流感测讯号，其与一第一参考电压比较而产生该数字讯号。

18.如权利要求15所述的方法，其中，该方法更包含：

根据该振荡器的输出决定一PWM讯号的上升缘；

根据与所述输出电压相关的反馈讯号和与负载相关的电流感测讯号而决定PWM讯号的下降缘；以及

使用该PWM讯号的上升缘或下降缘来产生该切换讯号。

19.一种根据负载进行扰频的方法，运用于一电源供应器中，该电源供应器将一输入电压转换为一输出电压供应给一负载，其特征在于，包含以下步骤：

接收一切换讯号；

根据负载状况与该切换讯号而产生数字讯号；

根据该数字讯号产生模拟讯号；

根据该模拟讯号而改变一振荡器的频率；

根据该振荡器的输出决定一PWM讯号的上升缘；

根据与所述输出电压相关的反馈讯号和与负载相关的电流感测讯号而决定PWM讯号的下降缘；

选择性地遮蔽该PWM讯号的一部分；以及

以该遮蔽后的PWM讯号来产生该切换讯号。

20.如权利要求19所述的方法，其中，更包含：将与所述输出电压相关的反馈讯号和一参考电压比较，以决定是否遮蔽该PWM讯号的一部分。

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