CN101521456A - 可降低电源转换器音频噪声的切换控制器 - Google Patents

可降低电源转换器音频噪声的切换控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种可降低电源转换器音频噪声的切换控制器。切换控制器包括：一切换电路、一比较电路、一启用电路与一减噪电路。减噪电路包含：一第一检查电路、一第二检查电路、一脉宽缩减电路与一限制电路。第一检查电路接收与电源转换器的一切换电流相关的一切换电流信号与一脉宽调制信号，用以产生一触发信号。第二检查电路接收触发信号以产生一控制信号。当触发信号的频率落入音频带，控制信号将被使能以限制切换电流。因而，变压器产生的音频噪声得以降低。

Description

可降低电源转换器音频噪声的切换控制器
技术领域
本发明涉及电源转换器，更确切地说，涉及一种用于降低电源转换器音频噪声的切换控制器。
背景技术
图1绘示一已知电源转换器的电路图。电源转换器为了安全因素考虑，通常包括一变压器10，该变压器具有一初级绕组NP与一次级绕组NS以提供电气绝缘。一输入电压VIN供应至变压器10的初级绕组NP的第一端。耦接至变压器10初级绕组NP的一晶体管20的第二端由一切换控制器100所控制。一旦晶体管20接通，流经晶体管20的一切换电流IP将递增，而将能量存储于变压器10中。当晶体管20断开，该能量将传递到变压器10的次级绕组NS。此时存储在变压器10的能量将通过整流器40在一电容器45上建立一输出电压VO。一旦输出电压VO超过一齐纳二极管50的一逆向崩溃电压，一代表电源转换器输出电压VO的一反馈电压VFB将经由一光耦合器60被供应至切换控制器100。齐纳二极管50与一电阻51串联耦接于整流器40与光耦合器60之间。一电流感测电阻30耦接于晶体管20与接地参考点之间，以将切换电流IP转换为一切换电流信号VCS。因此，切换电流信号VCS便与切换电流IP相关。切换控制器100依据切换电流信号VCS与反馈电压VFB产生用以控制晶体管20的一切换信号SOUT。
参阅图1，电源转换器还包括一电阻26与一电容器24，其串联耦接于变压器10的初级绕组NP的第一端与接地参考点之间。变压器10还包括一辅助绕组NA。辅助绕组NA磁性耦合于初级绕组NP。整流器22耦接于电阻26与电容器24之间的接点与辅助绕组NA的第一端之间。绕组NA的第一端耦接接地参考点。
下列等式表示变压器10的磁力F：
F＝B×l×N×IP
其中B为磁通密度；l为导体长度；N为绕组匝数；而IP为流经变压器10的切换电流。
在变压器10气隙中形成的磁力F在切换电流IP的切换频率落入音频带时可能产生音频噪声。依据上述等式，限制切换电流IP将可降低变压器10的磁力F，也因此可降低电源转换器的音频噪声。
发明内容
本发明提出一种可降低电源转换器音频噪声的切换控制器。该切换控制器包括有一切换电路、一比较电路、一启用电路与一减噪电路。该切换电路产生一脉宽调制信号。包含有一第一比较器、一第二比较器与一第三比较器的该比较电路系用于周期性地禁用脉宽调制信号。该启用电路用以依据负载条件致/禁用该减噪电路。该减噪电路包含一第一检查电路、一第二检查电路、一脉宽缩减电路与一限制电路。该第一检查电路接收该脉宽调制信号与一切换电流信号以产生一触发信号。该切换电流信号与电源转换器的一切换电流相关。该第二检查电路接收该触发信号与一复位信号以产生一控制信号。当该触发信号的频率落入音频带，该控制信号将被使能，此将限制电源转换器的切换电流。因此，由电源转换器的一变压器所产生的音频噪声将得以减低。
以下通过数个实施例及比较实施例，以更进一步说明本发明的方法、特征及优点，但并非用来限制本发明的范围，本发明的范围应以权利要求为准。
附图说明
图1绘示一已知电源转换器的电路图。
图2绘示本发明的一切换控制器的一实施例。
图3绘示本发明的切换控制器的一减噪电路的一实施例。
图4绘示本发明的一单击电路的一实施例。
图5绘示本发明减噪电路的一第一检查电路的一实施例。
图6绘示本发明减噪电路的一第二检查电路的一实施例。
图7绘示本发明减噪电路的一限制电路的一实施例。
图8绘示本发明减噪电路的一脉宽缩减电路的主要波形。
图9绘示本发明切换控制器的主要波形。
附图标记说明
图1：
10～变压器；                      20～晶体管；
22～整流器；                      24～电容器；
26～电阻；                        30～电流感测电阻；
40～整流器；                      45～电容器；
50～齐纳二极管；                  51～电阻；
60～光耦合器；                    100～切换控制器；
IP～切换电流；                    NA～辅助绕组；
NP～初级绕组；                    NS～次级绕组；
SOUT～切换信号；                  VCC～供应电压；
VCS～切换电流信号；               VFB～反馈电压；
VIN～输入电压；                   VO～输出电压。
图2：
110～晶体管；                     112～拉高电阻；
115、116～电阻；                  121～第一比较器；
122～第二比较器；                 123～第三比较器；
124～第四比较器；                 125、126～与门；
130～触发器；                     140～与门；
150～振荡器；                     200～减噪电路；
PLS～脉冲信号；                   RST～复位信号；
SPWM～脉宽调制信号；
SYSRST～系统复位信号；
V’FB～反馈信号；                 VM～限制信号；
VT1、VT2～阈值。
图3：
210～与门；                       211～反相器；
215～与门；                       230～或门；
250～单击电路；                   300～第一检查电路；
400～第二检查电路；               500～限制电路；
SA～控制信号；                    SE～触发信号；
SN～宽度信号。
图4：
251～反相器；                  253～晶体管；
260～电流源；                  270～电容；
280～反相器；                  285～与门；
IN～单击电路的输入；           OUT～单击电路的输出。
图5：
310～比较器；                  320～与门；
340～单击电路；                345、350～反相器；
351～晶体管；                  352～电流源；
353～开关；                    360～电容；
365～比较器；                  370～单击电路；
375～或门；                    VTA～电流阈值；
VTB～脉宽阈值。
图6：
410～触发器；                  415、416～与非门；
419～晶体管；                  420～电流源；
425～电容；
431、432～具有磁滞特性的比较器；
435～与门；                    450～触发器；
RMP～斜波信号；                VT3、VT4～阈值。
图7：
510～运算放大器；              515～开关；
520～电流源；                  530～软突发电容；
550～运算放大器；              561、562～电阻。
具体实施方式
以下，请配合附图，来详细说明本发明实施例所述的相变化存储装置及其制造方法。
图2绘示本发明的一切换控制器100的一实施例。切换控制器100包含一反馈输入电路、一比较电路、一启用电路、一切换电路与一减噪电路200。反馈输入电路包含一晶体管110，晶体管110具有耦接至切换控制器100的一反馈端FB的一控制端。晶体管110的一漏极耦接至一供应电压VCC。一拉高(pUll-high)电阻112拉高切换控制器100的反馈端FB。由电阻115与116串联组成的一电压衰减器耦接于晶体管110的一源极与一接地参考点之间。电阻115与116之间的接点输出一反馈信号V’FB，此反馈信号V，FB与切换控制器100反馈端FB上的反馈电压VFB相关。当负载条件减少，反馈电压VFB将随着输出电压VO的增加而降低。
切换电路包含一振荡器150、一触发器130与一与门140。振荡器150提供一脉冲信号PLS至触发器130的一时钟输入与与门140的一输入。与门140的另一输入耦接至触发器130的一输出。与门140的一输出产生一脉宽调制信号SPWM。
比较电路包含一第一比较器121、一第二比较器122、一第三比较器123与一与门125。第一比较器121的一负端耦接至切换控制器100的一电流感测端CS用以接收一切换电流信号VCS。切换电流信号VCS与流过图1中晶体管20的切换电流IP相关。第一比较器121的一正端接收一阈值VT1，其为一过功率阈值。一旦切换电流信号VCS超过阈值VT1，第一比较器121的一输出将复位触发器130并经由与门125禁用脉宽调制信号SPWM。第二比较器122的一正端接收反馈信号V’FB。第二比较器122的一负端接收切换电流信号VCS。一旦切换电流信号VCS超过反馈信号V’FB，第二比较器122的一输出亦将复位触发器130并经由与门125禁用脉宽调制信号SPWM。第三比较器123的一负端接收切换电流信号VCS。第三比较器123的一正端接收由减噪电路200产生的一限制信号VM。一旦切换电流信号VCS超过限制信号VM，第三比较器123的一输出亦将复位触发器130并经由与门125禁用脉宽调制信号SPWM。
启用电路包含一第四比较器124与一与门126。第四比较器124的一负端接收反馈信号V’FB。第四比较器124的一正端接收一阈值VT2，其决定一轻载条件。与门126的一输入耦接至第四比较器124的一输出。与门126的另一输入接收一系统复位信号SYSRST。系统复位信号SYSRST在切换控制器100启动后变成逻辑高电平状态。与门126的一输出产生一复位信号RST。一旦反馈信号V’FB低于阈值VT2，第四比较器124的输出状态将变成逻辑高电平。此将令复位信号RST变成逻辑高电平状态以启用减噪电路200。
图3绘示本发明的切换控制器的一减噪电路200的一实施例。减噪电路200用以检测流经变压器10的切的换电流IP。减噪电路200包含一第一检查电路300、一第二检查电路400、一限制电路500与一脉宽缩减电路。第一检查电路300接收脉宽调制信号SPWM与切换电流信号VCS以产生一触发信号SE。切换电流信号VCS与切换电流IP相关。第二检查电路400接收触发信号SE以产生一控制信号SA。第二检查电路400并接收复位信号RST以禁用控制信号SA。使能控制信号SA以限制一切换信号SOUT的脉宽。此限制了切换电流IP的振幅因而使变压器10的音频噪声得以降低。切换信号SOUT经由晶体管20切换变压器10以产生切换电流IP。控制信号SA亦供应至限制电路500以产生输入至第三比较器123的正端的限制信号VM。脉宽缩减电路包含一单击电路250、一与门210、一与门215、一反相器211与一或门230。脉宽调制信号SPWM供应至单击电路250的一输入与与门210的一输入。或门230的两输入分别耦接至与门210的一输出与与门215的一输出。单击电路250的一输出产生一宽度信号SN至与门215的一输入。与门210的另一输入经由反相器211供应控制信号SA。与门215的另一输入由控制信号SA供应。脉宽调制信号SPWM经由或门230的一输出产生切换信号SOUT以调节电源转换器。
图4绘示本发明的单击电路250的一实施例。单击电路250包含反相器251与280、一电流源260、一晶体管253、一电容270与一与门285。单击电路250的一输入IN经由反相器251耦接至晶体管253的一栅极。单击电路250的输入IN亦耦接至与门285的一输入。电流源260耦接于供应电压VCC与晶体管253的一漏极之间。晶体管253的一源极连接至接地参考点。电容270连接于晶体管253的漏极与接地参考点之间。反相器280耦接于晶体管253的漏极与与门285的另一输入。与门285的一输出耦接至单击电路250的一输出OUT。当单击电路250的输入IN变成逻辑高电平状态，单击电路250的输出OUT将产生一具有脉宽的信号，此信号的脉宽由电流源260的电流振幅与电容270的电容值所决定。
图5绘示本发明减噪电路200的一第一检查电路300的一实施例。第一检查电路300包含比较器310与365、反相器345与350、单击电路340与370、一与门320、一或门375、一电流源352、一开关353、一晶体管351与一电容360。比较器310的一负端接收一电流阈值VTA。比较器310的一正端由切换电流信号VCS所供应。与门320的一第一输入连接至比较器310的一输出。与门320的一第二输入接收脉宽调制信号SPWM。与门320的一第三输入经由反相器345耦接至单击电路340的一输出。单击电路340的实施方式与图4中的单击电路250相同。单击电路340的一输入接收脉宽调制信号SPWM。晶体管351经由反相器350由脉宽调制信号SPWM所驱动。开关353连接于电流源352与晶体管351的一漏极之间。开关353的一控制端由脉宽调制信号SPWM所控制。电容360连接于晶体管351的漏极与接地参考点之间。比较器365的一正端接收跨于电容360上的电压。比较器365的一负端接收一脉宽阈值VTB。与门320的一输出与比较器365的一输出皆耦接至或门375。单击电路370依据或门375的一输出产生触发信号SE。单击电路370的实施方式亦与图4中的单击电路250相同。第一检查电路300接收切换电流信号VCS以检测切换电流IP的振幅。当切换电流信号VCS的振幅超过电流阈值VTA便使能触发信号SE。
一旦脉宽调制信号SPWM变成逻辑高电平状态，晶体管351将断开且开关353将接通。在脉宽调制信号SPWM的接通期间，电流源352将经由开关353对电容360进行充电。当脉宽调制信号SPWM的接通期间持续，一跨于电容360上代表脉宽调制信号SPWM脉宽的电压将随之增加。当跨于电容360上的电压超过脉宽阈值VTB时，触发信号SE将被使能。换句话说，脉宽阈值VTB表示或决定一用来与脉宽调制信号SPWM脉宽进行比较的数值。
图6绘示本发明减噪电路200的第二检查电路400的一实施例。第二检查电路400包含触发器410与450、与非门415与416、具有磁滞特性的比较器431与432、一晶体管419、一电流源420、一电容425与一与门435。触发器410的一时钟输入与与非门415的一输入接收触发信号SE。与非门415的另一输入耦接至触发器450的一反相输出。触发器410的一输出连接至与非门416的第一输入。与非门415的一输出耦接至与非门416的一第二输入。触发器410的一复位输入、触发器450的一复位输入与与非门416的一第三输入接连接至与门435的一输出。与非门416的一输出连接至晶体管419的一栅极。供应电压VCC供应至触发器410的一D-输入、触发器450的一D-输入与电流源420的一输入。晶体管419连接于电流源420与接地参考点之间。电容425与晶体管419并联连接。一斜波信号RMP于电容425上产生。斜波信号RMP供应至比较器431的一正端与比较器432的一负端。比较器431的一负端接收一阈值VT3。VT3决定切换信号SOUT的切换频率进入音频带。比较器432的一正端接收一阈值VT4。VT4决定切换信号SOUT的切换频率离开音频带。比较器431的一输出耦接至触发器450的一时钟输入。比较器432的一输出连接至与门435的一输入。与门435的另一输入接收来自与门126的输出的复位信号RST。触发器450的一输出产生控制信号SA。第二检查电路400因应触发信号SE的频率产生控制信号SA。当触发信号SE的周期落入音频带，第二检查电路400将使能控制信号SA。一旦控制信号SA使能后，由切换电流IP造成变压器10的音频噪声将得以降低。
图7绘示本发明减噪电路200的限制电路500的一实施例。限制电路500包含一电流源520、一开关515、一运算放大器510、一软突发(soft-burst)电容530、一运算放大器550与一分压器。开关515连接于电流源520与运算放大器510的一输出之间。运算放大器510的一负端连接至其输出。运算放大器510的一正端接收一阈值VT5。运算放大器550的一正端连接至电流源520与开关515的接点。运算放大器550的一负端连接至其一输出。软突发电容530连接于运算放大器550的正端与接地参考点之间。电阻561与562串联连接以组成分压器。分压器连接于运算放大器550的输出与接地参考点之间。限制信号VM由电阻561与562的接点取得。参照图2与图7，当控制信号SA使能，限制信号VM将降至阈值VT5以限制切换电流IP的振幅。一旦控制信号SA再次禁用，限制信号VM将因应跨于软突发电容530上的电压逐渐增加。
图8绘示本发明减噪电路的一脉宽缩减电路的主要波形。当控制信号SA为逻辑低电平(禁用)，切换信号SOUT的脉宽将等于脉宽调制信号SPWM的脉宽。当控制信号SA为逻辑高电平(使能)，切换信号SOUT的脉宽将被限制并等于宽度信号SN的脉宽。亦即，当控制信号SA被使能，切换信号SOUT的脉宽将被缩减以限制电源转换器的切换电流IP的振幅。
图9绘示本发明切换控制器100的主要波形。切换电流信号VCS的振幅与切换信号SOUT的脉宽成比例。参照图5、图6与图9，一旦晶体管419断开，电流源420将对电容425进行充电。跨于电容425上的斜波信号RMP将开始增加，其增加的斜率由电流源420的电流与电容425的电容值决定。当斜波信号RMP低于阈值VT3，斜波信号RMP依据一大切换电流信号VCS而被放电。一旦斜波信号RMP持续增加且到达阈值VT3，控制信号SA将被使能(T1周期)。当斜波信号RMP持续增加并到达阈值VT4，控制信号SA将被禁用且斜波信号RMP被放电。阈值VT3与VT4决定了控制信号SA的一T2周期。T2周期内切换信号SOUT的频率为音频带。当控制信号SA被禁用，图7中的开关515将被断开且电流源520将开始对软突发电容530进行充电，此使得限制信号VM逐渐增加(T3周期)。脉宽调制信号SPWM的脉宽将因此逐渐增加。
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定为准。

Claims (8)

1.一种可降低电源转换器音频噪声的切换控制器，其包含：
切换电路，产生脉宽调制信号；
比较电路，周期性地复位所述切换电路；
启用电路，产生复位信号；及
减噪电路，接收所述脉宽调制信号、切换电流信号与所述复位信号，所述减噪电路产生切换信号与限制信号，其中，所述切换电流信号与所述电源转换器的切换电流相关。
2.如权利要求1所述的切换控制器，其中，所述比较电路包含：
第一比较器，比较所述切换电流信号与第一阈值，其中，当所述切换电流信号超过所述第一阈值时，所述第一比较器禁用所述脉宽调制信号；
第二比较器，比较反馈信号与所述切换电流信号，其中，当所述切换电流信号超过所述反馈信号时，所述第二比较器禁用所述脉宽调制信号；及
第三比较器，比较所述限制信号与所述切换电流信号，其中，当所述切换电流信号超过所述限制信号时，所述第三比较器禁用所述脉宽调制信号。
3.如权利要求2所述的切换控制器，其中，所述启用电路包含：
第四比较器，比较所述反馈信号与第二阈值；及
与门，其具有输入耦接至所述第四比较器的输出及具有另一输入接收系统复位信号，其中，所述减噪电路自所述与门的输出接收所述复位信号。
4.如权利要求3所述的切换控制器，其中，所述减噪电路包含：
单击电路，接收所述脉宽调制信号以产生宽度信号；
第一检查电路，接收所述脉宽调制信号与所述切换电流信号并产生触发信号，其中，当所述切换电流信号超过电流阈值或当所述脉宽调制信号的脉宽大于由脉宽阈值所决定的值，所述第一检查电路便使能所述触发信号；
第二检查电路，接收所述触发信号与所述复位信号并产生控制信号，其中，当所述触发信号的频率落入音频带，所述第二检查电路便使能所述控制信号；
限制电路，提供所述限制信号予所述第三比较器进行比较；及
脉宽缩减电路，接收所述脉宽调制信号、所述宽度信号与所述控制信号，用以产生所述切换信号，其中当所述控制信号使能时，所述切换信号的脉宽减少以限制所述电源转换器的所述切换电流。
5.如权利要求4所述的切换控制器，其中，当所述控制信号使能时，所述切换信号的所述脉宽等于所述宽度信号的脉宽。
6.如权利要求4所述的切换控制器，其中，当所述控制信号使能时，所述限制信号降至第五阈值以限制所述电源转换器的所述切换电流。
7.如权利要求4所述的切换控制器，其中，在所述控制信号由禁用变为使能瞬间，所述限制信号开始逐渐增加。
8.如如权利要求3所述的切换控制器，其中，所述第四比较器用以检测轻载条件以启用所述减噪电路。
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