CN103532352B - 用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法 - Google Patents

用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法，控制电路包括：噪声识别电路，用于检测功率开关管的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路发送触发信号；逻辑控制电路，用于在接收到触发信号时打开泄流单元；泄流单元，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。控制方法如下：通过监控功率开关管的关闭时间来确认是否进入消噪模式；当功率开关管关闭时间达到设定阈值时间，触发泄流电路释放输出电容上的电荷，降低输出电压。该控制电路和控制方法能够保证开关电源在全负载范围内的工作频率高于音频上限，有效的消除了开关电源的音频噪声。

Description

用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法
技术领域
本发明涉及开关电源消噪技术，特别涉及升压变换器、降压变换器、升压LED驱动等轻载音频噪声的消除控制电路和控制方法。
背景技术
线性稳压器是一种无需使用开关元件而能提供一个恒定电压输出的DC-DC转换器，其低成本、低噪声及其简单易用等特性而在众多应用中得到非常广泛的使用，并在很长的时间内都占据着市场的主要份额。但线性稳压器存在致命的缺点，低效率！线性稳压器的低效率迫使工程师寻求新的解决方案，正是在这一背景下，开关电源开始广泛进入人们的生活中。一个良好的开关电源效率可达95％甚至更高。但是，开关电源在带给我们高效率的同时也给我们带来了噪声。当开关频率落在20Hz-20kHz范围内，由于电感及电容等外部器件的机械振动还会产生刺耳的声音(啸叫)，严重影响设备的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法，该控制电路和控制方法能够保证开关电源在全负载范围内的工作频率高于音频上限，有效的消除了开关电源的音频噪声。
为实现上述目的，本发明提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，包括：
噪声识别电路，连接于功率开关管栅极与逻辑控制电路之间，用于检测功率开关管的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路发送触发信号；
逻辑控制电路，连接于噪声识别电路与泄流单元之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元；
泄流单元，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
优选的，所述噪声识别电路由计时电路构成。
优选的，所述逻辑控制电路由RS触发器构成。
优选的，所述泄流单元包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
为实现上述目的，本发明还提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，具体如下：
通过监控功率开关管的关闭时间是否达到设定阈值时间来确认是否进入消噪模式；
当功率开关管关闭时间达到设定阈值时间，进入消噪模式，触发泄流电路释放输出电容上的电荷，降低输出电压，使功率开关管的关闭时间小于音频周期下限，消除音频噪声。
上述控制方法进一步方案如下：
设置噪声识别电路，连接于功率开关管栅极与逻辑控制电路之间，用于检测功率开关管的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路发送触发信号。
设置逻辑控制电路，连接于噪声识别电路与泄流单元之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元。
设置泄流单元，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
优选的，所述噪声识别电路由计时电路构成。
优选的，所述逻辑控制电路由RS触发器构成。
优选的，所述泄流单元包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
噪声识别电路(计时电路)监测功率开关管的栅极信号，通过监控功率开关管的关闭时间来确认是否进入消噪模式，当功率开关管关闭时间达到设定阈值时间，噪声识别电路(计时电路)向逻辑控制电路发送触发信号，逻辑控制电路接收到触发信号即打开泄流单元，泄流单元释放输出电容上的电荷，降低输出电压，以此来保证功率开关管的关闭时间小于音频周期下限，消除音频噪声。该电路适用于升压LED驱动器、升压变换器以及降压变换器。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路和控制方法，该控制电路和控制方法能够保证开关电源在全负载范围内的工作频率高于音频上限，有效的消除了开关电源的音频噪声。适用于升压LED驱动器、升压变换器以及降压变换器。
附图说明
图1是本发明用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的拓扑图；
图2是本发明用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的升压拓扑图；
图3是噪声识别电路的具体实现方式；
图4是脉冲发生器的具体实现方式；
图5是本发明用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的逻辑时序波形图；
图6是本发明用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的工作波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
如图1所示，本发明提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，包括：
噪声识别电路76，连接于功率开关管66栅极与逻辑控制电路79之间，用于检测功率开关管66的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管66关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路79发送触发信号；
逻辑控制电路79，连接于噪声识别电路76与泄流单元80之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元80；
泄流单元80，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路79之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
所述噪声识别电路76由计时电路构成。
所述逻辑控制电路79由RS触发器构成。
所述泄流单元80包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
本发明还提供一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，具体如下：
通过监控功率开关管66的关闭时间是否达到设定阈值时间来确认是否进入消噪模式；
当功率开关管66关闭时间达到设定阈值时间，进入消噪模式，触发泄流电路释放输出电容上的电荷，降低输出电压，使功率开关管66的关闭时间小于音频周期下限，消除音频噪声。
上述控制方法进一步方案如下：
设置噪声识别电路76，连接于功率开关管66栅极与逻辑控制电路79之间，用于检测功率开关管66的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管66关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路79发送触发信号。
设置逻辑控制电路79，连接于噪声识别电路76与泄流单元80之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元80。
设置泄流单元80，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路79之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
所述噪声识别电路76由计时电路构成。
所述逻辑控制电路79由RS触发器构成。
所述泄流单元80包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
噪声识别电路76(计时电路)监测功率开关管66的栅极信号，通过监控功率开关管66的关闭时间来确认是否进入消噪模式，当功率开关管66关闭时间达到设定阈值时间，噪声识别电路76(计时电路)向逻辑控制电路79发送触发信号，逻辑控制电路79接收到触发信号即打开泄流单元80，泄流单元80释放输出电容上的电荷，降低输出电压，以此来保证功率开关管66的关闭时间小于音频周期下限，消除音频噪声。该电路适用于升压LED驱动器、升压变换器以及降压变换器。
图2所示是本发明用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路应用于升压变换器的升压拓扑图。
如图3所示，本发明的一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路中计时电路76的具体实现形式。当DRV变为低电平时，开关105打开，开关107关闭，电流源104向电容106充电，若DRV低电平时间达到计时器设定时间，电容106电压达到设定阈值电压，比较器102翻转，TimerOut输出低电平，对触发器79置位，打开NMOS开关管73。若DRV低电平时间小于计时器设定时间，TimerOut持续保持高电平，不对触发器79置位。
如图4所示，本发明的一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路中脉冲发生器77的具体实现形式。当Discharge为低电平时，开关117打开，开关115关闭，电容116两端电压为0，Pulse输出高电平。当Discharge变为高电平时，开关117关闭，开关115打开，电流源114向电容116充电，电容两端电压达到设定阈值电压，比较器112翻转，Pulse变为低电平，等DRV变为高电平时，触发器79复位，关闭NMOS开关管73。
如图5所示，本发明的一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的逻辑时序波形图。当信号DRV低电平时间达到阈值时间，Timerout变为低电平，触发器(79)置位，Discharge变为高，打开NMOS开关管(73)，同时触发器(79)复位端变低电平。当输出电压(Vo)降低，DRV变高，同时触发Timerout变高，触发器(79)复位为低电平，NMOS开关管(73)关闭，电荷释放结束。
如图6所示，是采用一种用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路的工作波形图。由于采用了本发明，保证系统的开关频率大于音频噪声的上限，系统不会产生音频噪声。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，其特征在于，包括：
噪声识别电路，连接于功率开关管栅极与逻辑控制电路之间，用于检测功率开关管的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路发送触发信号；
逻辑控制电路，连接于噪声识别电路与泄流单元之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元；
泄流单元，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
2.根据权利要求1所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，其特征在于，所述噪声识别电路由计时电路构成。
3.根据权利要求2所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，其特征在于，所述逻辑控制电路由RS触发器构成。
4.根据权利要求3所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制电路，其特征在于，所述泄流单元包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
5.用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，其特征在于：
通过监控功率开关管的关闭时间是否达到设定阈值时间来确认是否进入消噪模式；
当功率开关管关闭时间达到设定阈值时间，进入消噪模式，触发泄流电路释放输出电容上的电荷，降低输出电压，使功率开关管的关闭时间小于音频周期下限，消除音频噪声。
6.根据权利要求5所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，其特征在于：
设置噪声识别电路，连接于功率开关管栅极与逻辑控制电路之间，用于检测功率开关管的关闭时间是否达到阈值，并且在功率开关管关闭时间达到阈值时向逻辑控制电路发送触发信号；
设置逻辑控制电路，连接于噪声识别电路与泄流单元之间，用于在接收到触发信号时打开泄流单元；
设置泄流单元，连接于输出电压检测端口与逻辑控制电路之间，用于释放输出电容上的电荷，降低输出电压。
7.根据权利要求6所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，其特征在于，所述噪声识别电路由计时电路构成。
8.根据权利要求7所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，其特征在于，所述逻辑控制电路由RS触发器构成。
9.根据权利要求8所述的用于消除开关电源轻载音频噪声的控制方法，其特征在于，所述泄流单元包括脉冲发生器、限流电阻以及开关MOS管。
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