CN102437748A

CN102437748A - 电源供应器以及抑制电源供应器的输出电压波动的方法

Info

Publication number: CN102437748A
Application number: CN2010105016737A
Authority: CN
Inventors: 叶文中
Original assignee: Leadtrend Technology Corp
Current assignee: Leadtrend Technology Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明揭露一种电源供应器以及一种抑制电源供应器的输出电压波动的方法。提供一抖频信号，控制一三角波信号的一时脉频率。比较该抖频信号以及该三角波信号，以产生一比较结果。依据该比较结果，使一补偿电路切换于二操作状态。以该补偿电路，依据该电源供应器的输出电压，产生一补偿信号。

Description

电源供应器以及抑制电源供应器的输出电压波动的方法

技术领域

本发明是有关于一种电源供应器与以及抑制电源供应器的输出电压波动(ripple)的方法。

背景技术

电源供应器为一种电源管理装置，用来转换电源，以提供电源给电子装置或是组件。因为转换效率以及成品大小考虑，目前许多家用电子产品多以切换式电源供应器(switched-mode power supply，SMPS)，希望产生一输出电压，来对电子产品供电。而输出电压是否稳定，往往是SMPS的性能重点。

为了减小单一频率的电磁波干扰(EMI)，SMPS一般会设计有抖频(frequencyjittering)的功能，使其功率开关的操作频率，能够随着时间的变化，而缓慢的且周期性的变化于一很小的范围内。

但是，SMPS的输出功率事实上是跟操作频率相关的。譬如说，如果SMPS在每一开关周期中对输出所提供的能量为W，那SMPS的输出功率就会是W*f_CLK。在W为固定常数时，这样随着频率变化的输出功率往往容易导致输出电压的波动(ripple)，因而降低了SMPS的稳压表现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源供应器及抑制电源供应器的输出电压波动的方法。

本发明实施例提供一种电源供应器。一时脉产生器用以产生一时脉信号以及一三角波信号。该三角波信号具有一时脉频率(clock frequency)。一抖频产生器用以提供一抖频信号给该时脉产生器，用以控制该时脉频率。一补偿电路依据输出电源状态，以产生一补偿信号，可操作于不同的一第一状态以及一第二状态。当该抖频信号高于该三角波信号时，该补偿电路操作于该第一状态，当该抖频信号低于该三角波信号，该补偿电路操作于该第二状态。

本发明实施例提供一种抑制电源供应器的输出电压波动(ripple)的方法。提供一抖频信号，控制一三角波信号的一时脉频率。比较该抖频信号以及该三角波信号，以产生一比较结果。依据该比较结果，使一补偿电路切换于二操作状态。以该补偿电路，依据该电源供应器的输出电压，产生一补偿信号。

本发明的电源供应器以及抑制电源供应器的输出电压波动的方法可以使得输出电压稳定。

附图说明

图1显示了一个电源路径管理控制器；

图2显示本发明一实施例的时脉产生器与抖频产生器；

图3显示本发明一实施例的三角波信号、时脉信号、抖频信号、以及比较结果H/L之间的时序图；

图4显示本发明实施例的处理器与误差放大器；

图5a显示本发明一实施例的电阻模块；

图5b显示本发明一实施例的电阻模块；

图6显示本发明一实施例的时脉产生器与抖频产生器；以及

图7显示本发明一实施例的三角波信号、时脉信号、抖频信号、以及比较结果H/L之间的时序图。

【主要组件符号说明】

60 电源供应器

62 桥式整流器

64 变压器

66 整流器

68 误差放大器

69 负载电容

72 开关

74 处理器

76 控制器

90 抖频产生器

100、100a 时脉产生器

102、102a 波形产生器

104 比较器

201 补偿电路

202、202a、202b 电阻模块

204 比较器

206 逻辑处理器

208、210、302、304 电阻

214 二极管

280 光耦合器(photo-coupler)

282 补偿电容

CLK 时脉信号

COM、COM2 补偿信号

CS 电流侦测信号

C1、C2、C3 开关循环

f_CLK 时脉频率

FR、SR 上升段

FF、SF 下降段

GATE 控制信号

H/L 比较结果

JTR 抖频信号

L_P 一次侧绕组

L_S 二次侧绕组

RAMP 三角波信号

V_AC 交流电源

VCC 操作电源

V_IN 输入电源

V_OUT 输出电源

V_TARGET 目标电压

具体实施方式

图1为一依据本发明实施的电源供应器60，具有返驰式架构(flybacktopology)。桥式整流器62整流了交流电源V_AC，提供输入电源V_IN至变压器64。开关72闭路(close)时，变压器64的一次侧绕组L_P储能；开路(open)时，变压器64的二次侧绕组L_S透过整流器66释能至负载电容(load capacitor)69以建立输出电源V_OUT。误差放大器(error amplifier)68比较输出电源V_OUT的电压与目标电压V_TARGET，并在一补偿端产生补偿信号COM。控制器76依据补偿信号COM以及电流侦测信号CS，以控制信号GATE控制开关72。电流侦测信号CS反应流经一次侧绕组L_P的电感电流。补偿信号COM可以决定电源供应器60的能量输出。

随着各个国家的供电系统规格不同，输入电源V_IN可能是90伏特至264伏特中的一个相当高的电压。在一实施例中，控制器76是一单芯片集成电路。在另一实施例中，控制器76与开关72共同形成在一单芯片集成电路中。

在控制器76中，抖频产生器90提供抖频信号JTR给时脉产生器100，用来控制时脉产生器100所输出的时脉信号CLK以及三角波信号RAMP的时脉频率f_CLK。时脉产生器100也比较了三角波信号RAMP与抖频信号JTR，然后输出比较结果H/L。处理器74则依据电流侦测信号CS、补偿信号COM、时脉信号CLK以及比较结果H/L，来产生控制信号GATE控制开关72。

图2显示有图1中的时脉产生器100与抖频产生器90。抖频信号JTR由抖频产生器90所产生，为一具有很慢频率(譬如说400Hz)的三角波。抖频信号JTR导致波形产生器102所产生时脉信号CLK以及三角波信号RAMP的时脉频率f_CLK缓慢变化于，譬如说，60KHz到70KHz之间。比较器104比较抖频信号JTR以及三角波信号RAMP，而输出比较结果H/L。

图3显示三角波信号RAMP、时脉信号CLK、抖频信号JTR、以及比较结果H/L之间的时序关系。当三角波信号RAMP于上升/下降时，时脉信号CLK为逻辑的“1”/“0”。如同图3所示意的，随着抖频信号JTR的上升或下降，三角波信号RAMP与时脉信号CLK的时脉频率f_CLK也随之上升或下降。比较结果H/L为逻辑的“1”/“0”时，表示抖频信号JTR高/低于三角波信号RAMP。

图4显示图1中的处理器74与误差放大器68。误差放大器68有一光耦合器(photo-coupler)280与一补偿电容282。处理器74中，依据输出电源V_OUT的电压，补偿电路201会产生补偿信号COM与相对的补偿信号COM2。比较器204则比较了补偿信号COM2与电流侦测信号CS。逻辑处理器206依据比较器204的输出与时脉信号CLK，产生控制信号GATE。补偿信号COM大致决定了电流侦测信号CS的峰值，所以大约决定了一次开关循环(switch cycle)中，二次侧绕组LS的输出能量。

如同图4所示，补偿电路201有电阻模块202、二极管214、电阻208以及电阻210。电阻模块202耦接于操作电源VCC与补偿电容282之间，受控于比较结果H/L，可以操作于两种状态。譬如说，当比较结果H/L为逻辑“1”时，电阻模块202操作于一第一状态，具有一较高等效电阻；当比较结果H/L为逻辑“0”时，电阻模块202操作于一第二状态，具有有一较低等效电阻。

图5a与5b例示了两种不同的电阻模块，都可以适用于图4中的电阻模块202。每个图5a与5b都具有两电阻以及一开关。在图5a中，当开关被比较结果H/L所短路(short)时，电阻302的电阻对电阻模块202a的等效阻值就不会有任何影响。类似的，在图5b中，当开关被比较结果H/L所开路(open)时，电阻304的电阻对电阻模块202b的等效阻值就不会有任何影响。

从一个开关循环来看，虽然电阻模块202的等效电阻可能切换在较高与较低等效电阻之间，因为补偿电容282所提供的滤波效果，所以电阻模块202可以视为有一个平均电阻，由电阻模块202提供较高与较低等效电阻的时间比例而决定。譬如说，在图3中，在开关循环C1中，比较结果H/L在逻辑“0”的时间比较久，所以电阻模块202在较低等效电阻的时间比较久，因此，电阻模块202有一个比较低的平均电阻。同理可知，在开关循环C2中。电阻模块202有一个比较高的平均电阻。

在同样的输出电源V_OUT的电压下，比较低的平均电阻会导致比较高的补偿信号COM，以及二次侧绕组L_S比较高输出能量W。比较结果H/L在逻辑“0”的时间比较久，意味着比较低的时脉频率f_CLK，如同图3的开关循环C1所例示。只要设计得当，每个开关周期的输出功率P＝W*f_CLK就可以大约是个常数，不受抖频的频率变化影响，使得输出电源V_OUT的电压维持稳定。

图6显示有可适用于图1中的时脉产生器100a与抖频产生器90。跟图5中的时脉产生器100不一样的，图6中的时脉产生器100a中，抖频信号JTR没有直接连接到波形产生器102a，且比较结果H/L有连接到波形产生器102a。

图7为图6的三角波信号RAMP、时脉信号CLK、抖频信号JTR、以及比较结果H/L之间的时序关系。图7的时脉信号CLK、抖频信号JTR、以及比较结果H/L跟图3大致相同，不再重述。然而，跟图3不同的，图3中三角波信号RAMP的每个上升段与每个下降段都是大约斜率固定的一直线，在一开关循环中，图7中三角波信号RAMP则可能会有斜率不同的二上升段与二下降段。如同图7所示，开关循环C3中，上升段FR斜率高于上升段SR，下降段FF斜率高于下降段SF。比较结果H/L大致控制三角波信号RAMP的上升段或是下降段的斜率。在一个实施例，比较结果H/L为逻辑“0”时，三角波信号RAMP的上升与下降斜率大致会产出的时脉频率f_CLK是60kHz；比较结果H/L为逻辑“1”时，上升与下降斜率大致会产出的时脉频率f_CLK是70kHz。如果在一个开关循环中，比较结果H/L有绝大部分时间是逻辑“1”，则时脉信号CLK的时脉频率f_CLK，可预期的，会是介于60k～70kHz之间，但比较靠近70kHz的一个值。

以上实施例虽然以返驰式架构(flyback topology)的电源供应器为例，但是，本发明并不限于此，也可以适用于其它架构的电源供应器。譬如说，降压式转换器(buck converter)或是升压式转换器(booster)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种电源供应器，其特征在于，包含有：

一时脉产生器，用以产生一时脉信号以及一三角波信号，该三角波信号具有一时脉频率；

一抖频产生器，用以提供一抖频信号给该时脉产生器，用以控制该时脉频率；以及

一补偿电路，依据输出电源状态，以产生一补偿信号，可操作于不同的一第一状态以及一第二状态；

其中，当该抖频信号高于该三角波信号时，该补偿电路操作于该第一状态，当该抖频信号低于该三角波信号，该补偿电路操作于该第二状态。

2.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该补偿信号可以决定该电源供应器的功率输出。

3.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该补偿电路具有一电阻模块，于该第一状态时，具有一第一等效电阻，于该第二状态时，具有与该第一等效电阻相异的一第二等效电阻。

4.根据权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，该电阻模块耦接于一操作电源与一补偿电容之间。

5.根据权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，该电阻模块具有一电阻，操作于该第一与第二状态其中之一时，该电阻的电阻值不影响该电阻模块的等效电阻值。

6.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该三角波信号于一开关周期中，具有斜率不相同的二上升段或下降段。

7.一种抑制电源供应器的输出电压波动的方法，其特征在于，包含有：

提供一抖频信号，控制一三角波信号的一时脉频率；

比较该抖频信号以及该三角波信号，以产生一比较结果；

依据该比较结果，使一补偿电路切换于二操作状态；以及

以该补偿电路，依据该电源供应器的输出电压，产生一补偿信号。

8.根据权利要求7所述的抑制电源供应器的输出电压波动的方法，其特征在于，该补偿电路包含有一电阻模块，该比较结果决定该电阻模块的等效电阻。

9.根据权利要求7所述的抑制电源供应器的输出电压波动的方法，其特征在于，该比较结果控制该三角波信号的上升段或是下降段的斜率。

10.根据权利要求7所述的抑制电源供应器的输出电压波动的方法，其特征在于，还包含有：

依据该补偿信号，决定该电源供应器的输出功率。