CN104506043B - 一种电源转换器的噪音控制方法、电路和开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电源转换器的噪音控制方法，通过获取第一信号，当判断所述第一信号大于第一预设值且小于第二预设值时，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系，使得电源转换器中开关管的导通频率fsw稳定在以固定值，本领域技术人员通过合理的设置所述第一预设值和第二预设值的大小，就能够保证所述fsw的值超出人的听觉范围，从而达到减小噪音的目的，可见，该方法不受负载情况的限制。

Description

一种电源转换器的噪音控制方法、电路和开关电源

技术领域

本申请涉及开关电源技术领域，更具体地说，涉及一种电源转换器的噪音控制方法、电路和开关电源。

背景技术

开关电源具有体积小，效率高以及电流大的优点，因此被广泛应用于手机充电器和笔记本电脑适配器等场合。近年来，由于绿色电源概念的兴起，更加强调了使用更加优良的开关电源。

在开关电源中，当开关频率在人的听觉范围内(20kHz)会产生噪音。在诸多情况下，噪音都是不能够被接收或允许的。脉冲频率调制PFM(pulse frequency modulation)转换器中，噪音会在轻载条件下产生。在某些专利技术中，可能通过系统层面的最佳利用来减少噪音，如通过降低变压器最大流通密度。或者，通过芯片技术层面也能减少噪音。但是传统通过芯片层面的解决方案通常是不令人满意。

例如美国专利号为7,202,609的技术方案是描述一种反激式变换器，通过使用计时器去测量晶体管开启与关闭的周期，来监控控制转换器的晶体管的频率，使得开关的频率控制在20kHz以下。当频率到达听觉范围内，通过立刻关闭晶体管来增加频率，即，在电流感应电阻上的电压上增加一个额外的电压。这个额外电压是通过一内部电流源提供。

但是该技术不能够适用于不同负载、且会增加系统的成本。因此提供一种更好的技术，以抑制开关电源中的噪音显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电源转换器的噪音控制方法、电路和开关电源，用于解决现有技术中的用于抑制电源转换器噪音的技术方案不能适用于不同负载的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电源转换器的噪音控制方法，应用于电源转换器中，包括：

获取用于表征当前电源转换器输出值的第一信号；

如果所述第一信号小于第二预设值时，改变用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，所述开根号的非线性关系为： 其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器原边绕组的电感。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，还包括：

如果所述第一信号大于第一预设值且小于第二预设值时，改变CS比较器的参考信号，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，包括：

如果所述第一信号大于第二预设值，则使得CS比较器的参考信号为第一固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，如果所述第一信号小于第一预设值，则使得CS比较器的参考信号为第二固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，所述第一固定值与第二固定值相同。

优选的，上述电源转换器的噪音控制方法中，所述第二预设值为所述电源转换器产生可听噪音时所述电源转换器所对应的输出值。

一种电源转换器的噪音控制电路，应用于电源转换器中，包括：

Vcs产生电路和控制模块；

所述Vcs产生电路，包括：

第一信号产生模块，用于检测所述电源转换器的输出值，并输出表征当前电源转换器输出值的第一信号；

非线性数模转换模块，用于将所述第一信号转化为反映负载轻重信息的数字信号，将所述数字信号经过非线性转换输出模拟信号；

且，当所述第一信号小于第二预设值时，使得所述模拟信号输出与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；从而使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

优选的，上述电源转换器的噪音控制电路中，所述开根号的非线性关系为： 其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器原边绕组的电感；

所述控制模块，用于依据所述参考信号V_CS控制电源转换器中功率开关的导通频率。

优选的，上述电源转换器的噪音控制电路中，所述第一信号为

其中所述Vref为一个固定参考电压，Tons为电源转换器副边导通时间，Tsw为Tons的计数周期。

优选的，上述电源转换器的噪音控制电路中，包括：

所述第一预设值为用于表征电源转换器输出值为I₁时的信号，所述第二预设值为用于表征电源转换器输出值为I₂时的信号，其中I₁≤3.9％*I_Omax，I₂≥40％*I_Omax，所述I_Omax表征电源输出转换器最大输出值。

优选的，上述电源转换器的噪音控制电路中，非线性数模转换模块的工作过程，还包括：

当所述第一信号小于第一预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第二固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式；

当所述第一信号大于第二预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第一固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

一种开关电源控制器，还包括上述任意一项公开的电源转换器的噪音控制电路。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的当判断所述第一信号大于第一预设值且小于第二预设值时，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系，从而使得电源转换器中开关管的导通频率fsw稳定在以固定值，本领域技术人员通过合理的设置所述第一预设值和第二预设值的大小，就能够保证所述fsw的值超出人的听觉范围，从而达到减小噪音的目的，可见，该方法不受负载情况的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的电源转换器的噪音控制方法的流程图；

图2为现有技术中的电源转换器的结构图；

图3为采用本申请实施例公开的方法中Vcs和fsw随电源输出值的变化图；

图4为本申请实施例公开的电源转换器的噪音控制电路的结构图；

图5为本申请实施例公开的Vcs产生电路的结构图；

图6为本申请实施例中公开的控制模块的结构图。

具体实施方式

为了解决现有的对开关电源的噪音进行抑制的技术方案不能适用于不同的负载的问题，本申请公开了一种电源转换器的噪音控制方法、电路和开关电源。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例公开的电源转换器的噪音控制方法的流程图。

图2为现有技术中的电源转换器的结构图。

图3为采用本申请实施例公开的方法中Vcs和fsw随电源输出值的变化图。

参见图1，本申请公开的所述电源转换器的噪音控制方法包括：

步骤S101：获取用于表征当前电源转换器输出值I_O的第一信号；

步骤S102：判断所述第一信号的值是否小于第二预设值，如果是执行步骤S103；

步骤S103：改变CS比较器的参考信号,使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变；

具体的，所述步骤S103中，此时所述电流感应参考信号如图3中AM段所示，用调幅模式对所述电源转换器进行控制，使得用于控制电源转换器中开关管的导通频率的电流感应参考信号V_CS与电源转换器输出电流I_O呈开根号的非线性关系，例如： 从而保证所述电源转换器中开关管的导通频率保持不变。

其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器原边绕组的电感。

本申请上述实施例公开的电源转换器的噪音控制方法，当所述转换器产生接近音频噪音(Audio noise)时，通过输出合适的用于控制电源转换器中开关管的导通频率的电流感应参考信号V_CS，控制电源转换器中开关管的导通频率稳定在超出人的听觉范围的一定相对固定值，以避免产生噪音。

上述方法中之所以使得就能够实现电源转换器中开关管的导通频率稳定在一固定值，是因为：

对于电源转换器中的原边控制系统而言，有以下关系：

原边峰值电流

因此，每个周期在原边电感Lp上储存的能量为：

所以从输入传递到输出的功率表达式为：

上式中，fsw是电源转换器中开关管的导通频率，η是转换效率。

当采用调幅模式AM对所述电源转换器中开关管的导通频率进行控制时，fsw为一固定值，假设Vo与η是常量，则可得：

电流感应参考信号

因此，当采用调幅模式AM对所述电源转换器中开关管的导通频率进行控制时，只需要控制所述电流感应参考信号V_CS与所述电源转换器的输出I_O保持平方根的关系即可保证fsw稳定在一固定值。

因此，本申请上述实施例公开的方法中通过获取所述第一信号，当判断所述第一信号大于第一预设值且小于第二预设值时，依据公式对所述电流感应参考信号V_CS进行调整，从而使得电源转换器中开关管的导通频率fsw稳定在以固定值，本领域技术人员通过合理的设置所述第一预设值和第二预设值的大小，就能够保证所述fsw的值超出人的听觉范围，从而达到减小噪音的目的，可见，该方法不受负载情况的限制。

可以理解的是，本申请上述方法中，获取用于表征当前电源转换器输出值的第一信号，是为了在实体电路时方便信号获取与计算，当然在不考虑计算过程和计算难度的前提下，也可以直接采用当前电源转换器的输出I_O进行分析控制，即：上述方法还可为：

获取当前电源转换器的输出值I_O；

如果所述I_O大于第一预设值所对应的输出值I₁且小于第二预设值对应的输出值I₂时，采用调幅模式对所述电源转换器进行控制，使得所述电源转换器中开关管的导通频率保持不变，且超出人的听觉范围，此时，用于控制电源转换器中开关管的导通频率的电流感应参考信号电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系

当然可以理解的是，经过申请人研究发现，当所述第一信号所匹配的电源转换器的输出值不大于3.9％*I_Omax、且不小于40％*I_Omax时，采用上述调幅模式对所述电源转换器进行控制能够使得所述电源转换器中开关管的导通频率稳定于超出人的听觉范围的一定值。即本申请上述方法中，所述第一预设值为用于表征电源转换器输出值为I₁时的信号，所述I₁≤3.9％*I_Omax，所述第二预设值为用于表征电源转换器输出值为I₂时的信号，所述I₂≥40％*I_Omax，所述I_Omax表征电源输出转换器最大输出值。优选的，本申请上述实施例中所述第一预设值I₁＝3.9％*I_Omax，所述第二预设值I₂＝40％*I_Omax。

可以理解的是，本申请上述电源转换器的噪音控制方法中，当所述第一信号小于第一预设值或大于第二预设值时，可采用频率调制模式PFM(pulse frequencymodulation)对所述电源转换器的开关频率进行控制，此时依据预设的电流感应参考信号对所述电源转换器中开关管的导通频率fsw进行控制，此时，I₀参见图3中的FM阶段，所述Vcs为固定值，且随着所述电源转换器的输出值I₀的增大，所述fsw以一定斜率递增。

可以理解的是，当所述第一信号小于第一预设值和所述第一信号大于第二预设值时，所述采用的电流感应参考信号V_CS值可以相同也可以不同，例如，本申请上述实施例中，当所述第一信号小于第一预设值，采用频率调制模式PFM对所述电源转换器的开关频率进行控制时，此时所述预设电流感应参考信号可以为第一预设电流感应参考信号V_CS1，其大小为第一固定值，当所述第一信号大于第二预设值，采用频率调制模式PFM对所述电源转换器的开关频率进行控制时，此时所述预设电流感应参考信号可以为第二预设电流感应参考信号V_CS2，其大小可以为第二固定值，所述第一预设电流感应参考信号V_CS1和第二预设电流感应参考信号V_CS2的值可以根据用户需求自行设定，例如本申请上述实施例中，参见图3，所述第一预设电流感应参考信号所述第二预设电流感应参考信号即只要所述第一预设值和第二预设值规定后，所述V_CS1和V_CS2的大小即为固定值，所述第二预设值可以为所述电源转换器产生可听噪音时所述电源转换器所对应的输出值。

图4为本申请实施例公开的电源转换器的噪音控制电路的结构图。

图5为本申请实施例公开的Vcs产生电路的结构图。

可以理解的是，对应于上述电源转换器的噪音控制方法，本申请还公开了一种应用于电源转换器101中的电源转换器的噪音控制电路，该电路中的技术特征与上述方法中的技术特征可相互借鉴，所述电源转换电器101的具体结构如图4所示，在此并不再进行详细介绍，参见图4和图5，本申请公开的电源转换器的噪音控制电路，包括：

Vcs产生电路132和控制模块134；

所述Vcs产生电路132的输入端与所述电源转换器中的电阻112和电阻111的公共端相连，输出端与所述控制模块134的Vcs输入端相连；

参见图5，所述Vcs产生电路132，包括：

第一信号产生模块01，输入端与电阻112和电阻111的公共端相连，用于检测所述电源转换器的输出值，并输出表征当前电源转换器输出值I_O的第一信号；

非线性数模转换模块02，用于将所述第一信号转化为反映负载轻重信息的数字信号，将所述数字信号经过非线性转换输出模拟信号；

且，当所述第一信号小于第二预设值时，使得所述模拟信号输出与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系(例如： )；从而使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变；

其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器的绕组比；

所述控制模块134，用于依据所述电流感应参考信号V_CS控制电源转换器101中开关管108的导通频率。

其中，参见图5，所述非线性数模转换模块02可以包括：8bit nonlinear DAC转换模块03和分压电路04，所述8bit nonlinear DAC转换模块03，用于将所述第一信号转化为反映负载轻重信息的8bit DAC码字，将所述8bit DAC码字通过非线性DAC输出；分压电路04，对所述8bit nonlinear DAC转换模块的输出信号进行分压，输出当前第一信号所对应的电流感应参考信号V_CS；所述分压电路04可以包括一比较器A、电阻R1和电阻R2，所述比较器A的输出端与所述比较器A的反相输入端相连，输出端依次通过电阻R1和电阻R2接地，所述电阻R1和电阻R2的公共端作为所述Vcs产生电路132的输出端与所述控制模块134的Vcs输入端相连。

图6为本申请实施例中公开的控制模块的结构图。

本申请还公开了一种控制模块134的具体结构图，参见图6，所述控制模块134可以包括：比较器408、所述比较器408的第一输入端作为所述控制模块134的Vcs输入端与所述Vcs产生电路的输出端相连、第二输入端与所述电源转换器中的开关管108与电阻109的公共端相连、输出端与所述开关管108的公共端相连，通过比较所述Vcs与由开关管108与电阻109的公共端获取的信号的大小，控制所述开关管108的通断。

可以理解的是，由于因此，在所述第一信号产生模块01检测所述电源转换器的输出值，并输出表征当前电源转换器输出值的第一信号的具体工作过程可以为：获取到用于表示所述电源转换器开通时间的信号Tons后，通过公式对所述Tons进行计算，计算结果即为用于反应所述电源转换器输出的所述第一信号，即所述第一信号为其中所述Vref为一固定的参考电压，Tons为副边导通时间，Tsw为Tons的计数周期，本实施中Tsw为可以8毫秒。

可以理解的是，与上述方法相对应，本申请上述实施例公开的电源转换器的噪音控制电路中，所述第一预设值为用于表征电源转换器输出值为I₁时的信号，所述第二预设值为用于表征电源转换器输出值为I₂时的信号，其中I₁≤3.9％*I_Omax，I₂≥40％*I_Omax，优选的，所述I₁＝3.9％*I_Omax，I₂＝40％*I_Omax，所述I_Omax表征电源输出转换器最大输出值。

可以理解的是，与上述方法相对应，当所述第一信号小于第一预设值时或所述第一信号大于第二预设值时，采用脉冲频率调制PFM模式对电源转换器进行控制，在该阶段内，所述电源转换器101中开关管108的导通频率随着所述电源转换器输出值的增大而增大，具体的，本申请上述实施例中的所述，非线性数模转换模块02的工作过程，还可以包括：

当所述第一信号小于第一预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第二固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式；

当所述第一信号大于第二预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第一固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

当然，可以理解的是，与上述电源转换器的噪音控制电路相对应，参见图4，本申请还公开了参见一种开关电源控制器，包括电源转换器101，还包括上述任意一项公开的电源转换器的噪音控制电路130。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种电源转换器的噪音控制方法，应用于电源转换器中，其特征在于，包括：

获取用于表征当前电源转换器输出值的第一信号；

如果所述第一信号小于第二预设值时，改变用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

2.根据权利要求1所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，所述开根号的非线性关系为：其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号，I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器原边绕组的电感。

3.根据权利要求1所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，还包括：

如果所述第一信号大于第一预设值且小于第二预设值时，改变CS比较器的参考信号，让所述参考信号与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

4.根据权利要求1或3所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，包括：

如果所述第一信号大于第二预设值，则使得CS比较器的参考信号为第一固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

5.根据权利要求4所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，如果所述第一信号小于第一预设值，则使得CS比较器的参考信号为第二固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

6.根据权利要求5所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，所述第一固定值与第二固定值相同。

7.根据权利要求1所述的电源转换器的噪音控制方法，其特征在于，所述第二预设值为所述电源转换器产生可听噪音时所述电源转换器所对应的输出值。

8.一种电源转换器的噪音控制电路，应用于电源转换器中，其特征在于包括：

Vcs产生电路和控制模块，其中，Vcs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的CS比较器的参考信号；

所述Vcs产生电路，包括：

第一信号产生模块，用于检测所述电源转换器的输出值，并输出表征当前电源转换器输出值的第一信号；

非线性数模转换模块，用于将所述第一信号转化为反映负载轻重信息的数字信号，将所述数字信号经过非线性转换输出模拟信号；

且，当所述第一信号小于第二预设值时，使得所述模拟信号输出与电源转换器输出电流呈开根号的非线性关系；从而使得所述电源转换器中功率开关的开关频率保持不变。

9.根据权利要求8所述的电源转换器的噪音控制电路，其特征在于，所述开根号的非线性关系为：I_O为电源转换器输出电流，R_cs为用于检测所述电源转换器中功率开关电流的电流检测电阻，V₀为所述电源转换器的输出电压，η为转换效率，fsw是电源转换器中功率开关的开关频率，L_p为电源转换器变压器原边绕组的电感；

所述控制模块，用于依据所述参考信号V_CS控制电源转换器中功率开关的导通频率。

10.根据权利要求9所述的电源转换器的噪音控制电路，其特征在于，所述第一信号为

其中所述Vref为一个固定参考电压，Tons为电源转换器副边导通时间，Tsw为的计数周期，所述V_CS为第一信号产生模块产生的模拟信号。

11.根据权利要求8所述的电源转换器的噪音控制电路，其特征在于，包括：

第一预设值为用于表征电源转换器输出值为I₁时的信号，所述第二预设值为用于表征电源转换器输出值为I₂时的信号，其中I₁≤3.9％*I_Omax，I₂≥40％*I_Omax，所述I_Omax表征电源输出转换器最大输出值。

12.根据权利要求11所述的电源转换器的噪音控制电路，其特征在于，非线性数模转换模块的工作过程，还包括：

当所述第一信号小于第一预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第二固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式；

当所述第一信号大于第二预设值时，则使得CS比较器的参考信号为第一固定值，使得所述电源转换器采用频率调制模式。

13.一种开关电源控制器，其特征在于，还包括权利要求8-11任意一项公开的电源转换器的噪音控制电路。