CN101882866B

CN101882866B - 可线性跳频震荡的电源供应装置

Info

Publication number: CN101882866B
Application number: CN 201010145478
Authority: CN
Inventors: 周保助
Original assignee: Sitronix Technology Corp
Current assignee: Sitronix Technology Corp
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: CN101882866A

Abstract

本发明公开了一种可线性跳频震荡的电源供应装置，它包括：一个控制电路，该控制电路用以控制该电源供应装置的切换频率；一个线性跳频震荡单元，该线性跳频震荡单元设置于该控制电路内，该控制电路产生一个切换频率。本发明的线性跳频震荡单元利用动态积分方式运算电源供应系统的切换频率，并以线性的方式切割跳频范围，使其切换频率的高频能量能更平均分布于预设频率范围内，因此可有效降低电磁干扰效应。

Description

可线性跳频震荡的电源供应装置

技术领域

本发明涉及一种可线性跳频震荡的电源供应装置，具体地说，是涉及一种用以降低电磁干扰〔Electromagnetic interference，EMI〕的可线性跳频震荡的电源供应装置。

背景技术

一般而言，习用电源供应器是利用提升本身的切换频率方式降低电感元件或变压器的体积，但是该电源供应器的高切换频率导致产生高杂讯及高电磁干扰。因此，其在输入端设置一个电磁干扰滤波器，以便降低电磁干扰，且需要扩大该电磁干扰滤波器的规格。

此外，为了解决提升切换频率产生严重电磁干扰的问题，电源供应器可采用扰动〔perturbation〕的切换频率方式，将高频讯号分散于一个固定范围内，使其能量可分布于一个预先指定范围，以降低其发生电磁干扰效应。

中国台湾实用新型专利(公告第M286412号)“具跳频操作以降低电源供应器电磁干扰的控制电路”揭示了一种具有跳频操作的控制电路，以降低电源供应器的电磁干扰；一个切换电路耦接至一个回授电路，用以产生一个切换信号而调节电源供应器的输出；一个第一振荡器决定该切换信号的切换频率；一个第二振荡器与该第一振荡器耦接，藉以调变该切换信号的切换频率而降低电源供应器的电磁干扰；第二振荡器的输出更用以控制该回授电路的一个回授讯号的衰减率。因此，当切换频率跳频时，亦能保持输出功率与输出电压为定值。

而且，中国台湾发明专利(公告第I283956号)“应用于电源供应器具有跳频特性的切换式控制装置”揭示了一个切换式控制装置具有跳频〔frequency hopping〕特性，可用以降低电源供应器的电磁干扰。一个模组产生器〔pattern generator〕依据时脉讯号〔clock signal〕的输出来产生数位模组码〔digital pattern code〕；一个振荡器〔oscillator〕产生振荡讯号〔oscillation signal〕，用以决定切换讯号的切换频率；一个可编程的电容〔programmable capacitor〕与该振荡器相连接，依据数位模组码的改变来调变切换频率；一个衰减器〔attenuator〕连接到电压回授回路〔voltage feedback loop〕，用以衰减回授讯号；该回授讯号用来控制切换讯号的脉波宽度〔pulse width〕；一个可编程的电阻〔programmable resistor〕与该衰减器相连接，依据数位模组码的输出来编写衰减器的衰减比率〔attenuation rate〕；当切换频率增加时，衰减比率也随之增加；减少切换讯号的脉波宽度可用来补偿切换周期的降低，并且使得电源供应器的输出功率与输出电压维持固定值。

而且，中国台湾发明专利申请(公开第200805143号)“具有随机资料产生器的数位频率抖动装置以及其操作方法〔Digital frequency jittering apparatus with random data generator and method thereof〕”揭示了一种随机资料产生器，其包括有一个震荡器、一个延迟模组以及一个相位差侦测模组。该震荡器用来产生一个震荡讯号；该延迟模组耦接于该震荡器，用来对该震荡讯号延迟一个第一延迟量，以产生一个第一延迟讯号，以及对该震荡讯号延迟一个第二延迟量，以产生一个第二延迟讯号，其中，该第一延迟量不同于该第二延迟量；以及该相位差侦测模组耦接于该延迟模组，用来侦测该第一、第二延迟讯号之间的相位差，以产生一个随机资料。

而且，美国专利(第6,249,849号)“以跳频控制用于改变电源供应器的切换频率〔Frequency j ittering control for varying the switching frequency of a power supply〕”揭示了利用跳频控制一个切换式电源供应器，以降低电磁干扰效应。一个震荡器的控制输入端产生一个跳频时序讯号〔jittered clock signal〕，并连接至一个计数器，以便输出控制该计数器；该计数器驱动一个数位/类比转换器〔digital to analog converter〕，其具有一个输出端，输出端连接至该震荡器的控制输入端。

而且，美国专利(第6,107,851号)“具有缓启动及跳频的离线型转换器〔Offline converter with integrated soft start and frequency jitter〕”揭示了一个PWM切换开关，其包括一个第一端〔first terminal〕、一个第二端〔second terminal〕及一个切换开关。该切换开关依一个控制输入端的驱动讯号将一个讯号切换传送于该第一端与第二端之间；该PWM切换开关还包括一个频率变化电路〔frequency variation circuit〕，其用以提供一个频率变化讯号；该PWM切换开关还包括一个震荡器，其用以提供一个震荡讯号，且该震荡讯号的频率变化在该频率变化讯号的频率范围内；该震荡器还用以提供一个最大工作周期讯号，其包括一个第一状态〔first state〕及一个第二状态〔first state〕；该PWM切换开关还包括一个驱动电路〔drive circuit〕，当该最大工作周期讯号在第一状态，且该震荡讯号低于一个可变阀值〔variable threshold level〕时，该驱动电路用以提供一个驱动讯号。

而且，美国专利(第7,049,801号)“具有跳频用于电源供应器的PWM控制器〔PWM controller having frequency jitter for power supplies〕”揭示了一个跳频PWM控制器，其包括一个调变器，其用以产生一个第一跳频电流及一个第二跳频电流。一个震荡器用以产生一个脉波讯号，以便在该第一跳频电流进行调变时，该震荡器形成一个切换频率；一个衰减器，其连接至一个电压回馈电路，以便减弱一个回馈讯号至一个减弱回馈讯号〔attenuated feedback signal〕，其用以控制一个切换讯号的导通时间；一个可变电阻电路〔variable-resistance circuit〕，其连接至该衰减器，以便在该第二跳频电流进行调变时，该可变电阻电路编辑该衰减器的衰减率；每当该第一跳频电流增加时，该切换频率亦增加；同时，每当该第二跳频电流增加时，该衰减器的阻抗〔impedance〕减少，而该衰减器的衰减率则增加；如此，该切换讯号的导通时间立即减少，以弥补该切换周期的减少及保持该输出功率为一个定值。

为了降低习用切换式电源供应装置的切换电磁干扰，前述诸专利的电源供应装置大多采用跳频装置分散固定预设频率的能量，且该跳频装置大多以数位方式进行控制抖频范围，以分散固定切换频率能量。然而，采用数位方式控制无法将抖频范围理想化的切割至极小的抖频范围，因此，其能量分散分布于预定频率范围的效果不佳，即其改善电磁干扰效应的效果不佳。事实上，若将抖频范围被切割至越小的跳频范围或抖频范围越具有线性时，其产生越小的电磁干扰。因此，其仍然存在需要进一步改善习用跳频震荡装置的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可线性跳频震荡的电源供应装置，该可线性跳频震荡的电源供应装置可将切换频率的高频能量平均分布于预定频率范围内，以达成降低该电源供应装置的电磁干扰效应的目的。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：一个控制电路，该控制电路用以控制该电源供应装置的切换频率；一个线性跳频震荡单元，该线性跳频震荡单元设置于该控制电路内，该控制电路产生一个切换频率；其中，该线性跳频震荡单元产生一个脉波讯号，该脉波讯号调变该电源供应装置的切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；所述线性跳频震荡单元包括一个比较器、多个控制开关、一个开关电容积分器及一个充放电电容，该比较器的输入负端电性连接至该开关电容积分器，该比较器的输入正端电性连接至该充放电电容，该开关电容积分器产生一个低频三角波讯号；所述开关电容积分器包括多个开关及一个限制器，所述开关电容积分器的输出端连接回授至该限制器；所述限制器包括两个比较器、一个OR逻辑闸及一个JK正反器，该OR逻辑闸连接于两个该比较器与该JK正反器之间。

一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：一个控制电路，该控制电路用以控制该电源供应装置的切换频率；一个线性跳频震荡单元，该线性跳频震荡单元设置于该控制电路内，该控制电路产生一个切换频率；其中，该线性跳频震荡单元具有一个开关电容积分器结合一个震荡器，以便产生一个线性抖动切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；所述开关电容积分器包括多个开关及一个限制器，所述开关电容积分器的输出端连接回授至该限制器；所述限制器包括两个比较器、一个OR逻辑闸及一个JK正反器，该OR逻辑闸连接于两个该比较器与该JK正反器之间。

一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：一个控制电路，该控制电路用以控制该电源供应装置的切换频率；一个线性跳频震荡单元，该线性跳频震荡单元设置于该控制电路内，该控制电路产生一个切换频率；其中，该线性跳频震荡单元包括一个比较器、多个控制开关、一个开关电容积分器及一个充放电电容，以便产生一个线性抖动切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；所述开关电容积分器包括多个开关及一个限制器，所述开关电容积分器的输出端连接回授至该限制器；所述限制器包括两个比较器、一个OR逻辑闸及一个JK正反器，该OR逻辑闸连接于两个该比较器与该JK正反器之间。

本发明的优点是：本发明的线性跳频震荡单元利用动态积分方式运算电源供应系统的切换频率，并以线性(例如：三角波的波形)的方式切割跳频范围，使其切换频率的高频能量能更平均分布于预设频率范围内，因此可有效降低电磁干扰效应。

附图说明

图1是具有固定震荡频率的电源供应装置可采用的控制电路的示意图。

图2是本发明较佳实施例可线性跳频震荡的电源供应装置的控制电路采用的线性跳频震荡单元的示意图。

图3是本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的开关电容积分器产生三角波的波形示意图。

图4是本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的开关电容积分器电路及其控制时序电路的示意图。

图5是本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的限制器电路的示意图。

图6是本发明较佳实施例采用的线性跳频震荡单元的输出波形的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明较佳实施例可线性跳频震荡的电源供应装置可适用于各种切换式电源供应装置或类似电源供应装置，其利用一个线性抖动切换频率降低该电源供应装置的电磁干扰效应，但其并非用以限定本发明电源供应装置的适用范围。

图1揭示了具有固定震荡频率的电源供应装置可采用的控制电路的示意图。请参照图1所示，该电源供应装置的控制电路1包括一个震荡器10、一个比较器11、一个SR锁闩器12及多个开关电晶体13，它们之间如图1所示具有适当地电性连接。该电源供应装置为切换式电源供应器，而该控制电路1的控制架构为电流模式PWM控制方法，且该控制电路1用以控制该电源供应装置的切换频率。

请再参照图1所示，该震荡器10外接一个电容元件，以便该震荡器10产生一个固定震荡频率的脉波(pulse)。该震荡频率以周期性启动方式启动该SR锁闩器12，而该锁闩器12的重置(reset)动作则由该控制电路1的输出的回授信号与感测电流(CS)在该比较器11进行比较之后的结果决定。该SR锁闩器12的输出结果会决定该开关电晶体13的导通和截止时间。当该开关电晶体13的导通和截止时间达到一个稳定的比例(ratio)时，该电源供应装置可供应稳定的输出电压。

请再参照图1所示，该震荡器10的输出频率主要受该电容元件的充放电时间的影响，即该电容元件的充放电时间可决定该震荡器10的输出频率。一般而言，该震荡器10的输出频率设定在50KHz至100KHz之间，而该电源供应器的切换频率亦取决于该震荡器10的输出频率。

图2揭示了本发明较佳实施例可线性跳频震荡的电源供应装置的控制电路采用的线性跳频震荡单元的示意图。请参照图2所示，本发明较佳实施例的电源供应装置的控制电路采用一个线性跳频震荡单元20，其包括一个比较器201、多个控制开关Sp、Sn、S1、S2、一个开关电容积分器202及一个充放电电容203，其中，该比较器201的输入负端电性连接至该开关电容积分器202，而该比较器201的输入正端电性连接至该充放电电容203。该比较器201的输出端则连接至该控制开关Sp、Sn、S1、S2。

请再参照图2所示，当该比较器201的输出初始值OUT等于0时，导通两个该控制开关S1和Sp(如图2的上半部分所示)。此时，该比较器201的输入负端电位为VH，且一个参考电流Ip同时将该充放电电容203充电至准位VH。当该充放电电容203的电压Vcs略高于准位VH时，该比较器201的输出准位反转为OUT等于1。

请再参照图2所示，当该比较器201的输出值OUT等于1时，导通两个该控制开关S2和Sn(如图2的下半部分所示)。此时，该开关电容积分器202提供至该比较器201的输入负端，该比较器201的输入负端的准位为VL，且该充放电电容203产生一个参考电流In进行放电至准位VL。当该充放电电容203的电压Vcs略低于准位VL时，该比较器201的输出准位再被反转为OUT等于0；依此周期性的运作则可产生一个脉波讯号。

图3揭示了本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的开关电容积分器产生三角波的波形示意图。请参照图3所示，该线性跳频震荡单元20的低压参考准位VL并非一个固定值，其为该开关电容积分器202产生低频三角波讯号。该低压参考准位VL被限制于VL+与VL-之间，而该线性跳频震荡单元20的输出震荡频率亦随着VL的变化产生高低不同的震荡频率。

当该低压参考准位VL等于VL+时，该线性跳频震荡单元20的输出频率可由下述公式(1)至(3)推导。此时，该输出频率为较高频率f_H。本发明采用公式(1)至(3)如下：

TonH＝Cs(VH-(VL+ΔV))/Ip (1)

ToffH＝Cs(VH-(VL+ΔV))/In (2)

f_H＝1/(Tonh+Toffh) (3)

当该低压参考准位VL等于VL-时，该线性跳频震荡单元20的输出频率可由下述公式(4)至(6)推导。此时，该输出频率为较低频率f_L。本发明采用公式(4)至(6)如下：

TonL＝Cs(VH-(VL-ΔV))/Ip (4)

ToffL＝Cs(VH-(VL-ΔV))/In (5)

f_L＝1/(TonL+ToffL) (6)

当VL为周期性的低频三角波讯号时，该线性跳频震荡单元20的输出频率在频率f_H与频率f_L之间抖动(frequency hopping)。

图4揭示了本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的开关电容积分器电路及其控制时序电路的示意图。本发明经由该开关电容积分器202(如图2和图4所示)的运算产生一个低频三角波讯号(如图3所示)。

请再参照图4所示，该开关电容积分器202包括多个开关S1、S2、S3、S4、S5及一个限制器(limiter)204。当该开关S1导通时，由于该开关电容积分器202产生正斜率的累加动作，因此该开关电容积分器202的输出值VL会变大。相对地，当该开关S2导通时，由于该开关电容积分器202产生正斜率的累加动作，因此该开关电容积分器202的输出值VL会变小。此外，该开关电容积分器202输出端连接回授至该限制器204，藉此控制该开关电容积分器202的输出值VL的输出范围。

图5揭示了本发明较佳实施例的控制电路采用的线性跳频震荡单元的限制器电路的示意图。请参照图4和图5所示，该限制器204包括两个比较器CMP2、CMP3、一个OR逻辑闸及一个JK正反器，该OR逻辑闸连接于两个该比较器CMP2、CMP3与JK正反器之间。

请参照图2和图5所示，当该开关电容积分器202的输出值准位VL小于VL-时，该比较器CMP2输出一个高准位high，而另一个该比较器CMP3则维持输出一个低准位low。该高准位high及低准位low经该OR逻辑闸产生一个触发信号，再将该触发信号输出至该JK正反器，使该JK正反器的输出信号CNT产生变化，且该JK正反器的输出信号CNT与前一个时态相反。

请再参照图2和图5所示，同样地，当该开关电容积分器202的输出值准位VL大于VL+时，该比较器CMP2维持输出一个低准位low，而另一个该比较器CMP3则输出一个高准位high。该高准位high及低准位low经该OR逻辑闸产生一个触发信号，使该JK正反器的输出信号CNT产生变化，且该JK正反器的输出信号CNT与前一个时态相反。

请再参照图2和图5所示，相对地，当该开关电容积分器202的输出值准位VL介于VL+与VL-之间时，两个该比较器CMP2、CMP3皆维持在一个低准位low。由于其无法经该OR逻辑闸产生一个触发信号，因此该JK正反器的输出信号CNT不会产生变化。

图6揭示了本发明较佳实施例采用的线性跳频震荡单元的输出波形的示意图。请参照图2和图6所示，本发明较佳实施例的该线性跳频震荡单元20的充放电电容203的充放电压Vcs被箝制在准位VH与VL之间，而该开关电容积分器202的输出值准位VL为低频三角波讯号。当该开关电容积分器202的输出值准位VL较低时，该充放电电容203的充放电压Vcs需较长的充放电时间(三角波的波谷)，因此该线性跳频震荡单元20的输出震荡频率相对较慢。相对地，当该开关电容积分器202的输出值准位VL较高时，该充放电电容203的充放电压Vcs需较短的充放电时间(三角波的波峰)，因此该线性跳频震荡单元20的输出震荡频率相对较快。若将该开关电容积分器202的输出值准位VL的三角波振幅设计为振幅平均值的±5％时，该线性跳频震荡单元20的输出则可获得输出频率±5％的抖动频率。

本发明的该线性跳频震荡单元20利用动态积分方式运算电源供应系统的切换频率，并以线性(例如：三角波的波形)的方式切割跳频范围，使其切换频率的高频能量能更平均分布于预设频率范围内，因此其可有效降低电磁干扰效应。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：

一个控制电路，该控制电路用以控制该电源供应装置的切换频率；及

一个线性跳频震荡单元，该线性跳频震荡单元设置于该控制电路内，该控制电路产生一个切换频率；

其中，该线性跳频震荡单元产生一个脉波讯号，该脉波讯号调变该电源供应装置的切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；

所述线性跳频震荡单元包括一个比较器、多个控制开关、一个开关电容积分器及一个充放电电容，该比较器的输入负端电性连接至该开关电容积分器，该比较器的输入正端电性连接至该充放电电容，该开关电容积分器产生一个低频三角波讯号；

所述开关电容积分器包括多个开关及一个限制器，所述开关电容积分器的输出端连接回授至该限制器；

所述限制器包括两个比较器、一个OR逻辑闸及一个JK正反器，该OR逻辑闸连接于两个该比较器与该JK正反器之间。

2.一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：

其中，该线性跳频震荡单元具有一个开关电容积分器结合一个震荡器，以便产生一个线性抖动切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；

3.如权利要求2所述的可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于：所述开关电容积分器产生一个低频三角波讯号。

4.如权利要求2所述的可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于：所述开关电容积分器的输出值准位VL小于VL-或大于VL+时，两个该比较器的输出经所述OR逻辑闸产生一个触发信号，再将该触发信号输出至所述JK正反器，以使所述JK正反器的输出信号产生变化，所述JK正反器的输出信号与前一个时态相反。

5.一种可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于，它包括：

其中，该线性跳频震荡单元包括一个比较器、多个控制开关、一个开关电容积分器及一个充放电电容，以便产生一个线性抖动切换频率，以降低该电源供应装置的电磁干扰效应；

6.如权利要求5所述的可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于：所述开关电容积分器产生一个低频三角波讯号。

7.如权利要求5所述的可线性跳频震荡的电源供应装置，其特征在于：所述开关电容积分器的输出值准位VL小于VL-或大于VL+时，两个该比较器的输出经所述OR逻辑闸产生一个触发信号，再将该触发信号输出至所述JK正反器，以使所述JK正反器的输出信号产生变化，所述JK正反器的输出信号与前一个时态相反。