CN107276413B - 可调抖动幅度的电源转换器的控制器及其相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器及其相关的方法。该控制器包含一回授接脚、一第一逻辑单元、一逻辑电路、一辅助接脚及一电流侦测接脚。该回授接脚从该电源转换器的二次侧接收一回授电压；该逻辑电路根据一频率、该回授电压和一第一电阻，产生一抖动信号；该辅助接脚接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；该电流侦测接脚根据流经该电源转换器的一次侧的电流，产生一侦测电压；该电压、该抖动信号和该侦测电压是决定该电源转换器的一次侧的开启时间。如此，本发明可在一准谐振模式脉冲宽度调变架构中，在频谱上针对一功率开关的主开关频率及其次高谐波加以抖动，以进行能量扩散，降低电磁干扰的峰值能量。

Description

可调抖动幅度的电源转换器的控制器及其相关的方法

原申请案的申请日为2013年2月26日，申请号为201310060456.2，以及发明名称为“可调抖动幅度的电源转换器的控制器及其相关的方法”。

技术领域

本发明是有关于一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器以及电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法，尤指一种利用控制器内的逻辑电路抖动来自电源转换器的二次侧的回授电压或是流经电压电源转换器的一次侧的电流，以调整开启时间的电源转换器的控制器及其产生可调抖动幅度的方法。

背景技术

切换式电源供应器(switching power supply)已经是大多数消费性电子装置所采用的电源供应器，其通过一功率开关的切换，控制电感中的储能与释能，来提供符合规格要求的电源。如果功率开关的切换，一直是维持于一特定频率，则很容易通过电子装置中的联机，放射出具有那特定频率的电磁波，而可能会有电磁干扰的问题。

一种解决电磁干扰的方法是使功率开关的切换频率抖动(jitter)于特定频率附近，也就是俗称的频率抖动(frequency jittering)。抖动的主要目的是在频谱上针对功率开关的主开关频率及其次高谐波加以抖动，以进行能量扩散，降低电磁干扰的峰值能量。

在准谐振模式脉冲宽度调变(Quasi resonant mode PWM)架构中，准谐振模式脉冲宽度调变架构可在第一波谷与第二波谷自然跳动，产生类似抖动的现象，但这个现象对电磁干扰的改善并不显著。另外，准谐振模式脉冲宽度调变架构通常在低电压重负载时，电磁干扰的峰值能量会很大，例如当脉冲宽度调变的频率介于150KHz到1MHz时，电磁干扰的峰值能量会很大。

发明内容

本发明的一实施例公开一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器。该控制器包含一回授接脚、一逻辑电路、一辅助接脚及一电流侦测接脚。该回授接脚是用以从该电源转换器的二次侧接收一回授电压，其中该回授电压和该电源转换器的二次侧的输出电压有关；该逻辑电路是用以根据一频率和流经该电源转换器的一次侧的电流，产生一调整电流；该辅助接脚是用以接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；该电流侦测接脚是用以根据该调整电流，产生一侦测电压；该电压、该回授电压和该侦测电压是用以决定该电源转换器的一次侧的开启时间。

本发明的另一实施例公开一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法，该控制器包含一回授接脚、一逻辑电路、一电流侦测接脚和一辅助接脚，其中该逻辑电路包含一第一逻辑单元与一第二逻辑单元。该方法包含：该回授接脚从该电源转换器的二次侧接收一回授电压，其中该回授电压和该电源转换器的二次侧的输出电压有关；该第一逻辑单元根据一频率，产生具有一预定位的数字信号；该第二逻辑单元根据该预定位的数字信号和流经该电源转换器的一次侧的电流，产生一调整电流；该电流侦测接脚根据该调整电流，产生一侦测电压；及根据该辅助接脚所接收的有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压、该回授电压和该侦测电压，决定该电源转换器的一次侧的开启时间。

本发明公开一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器以及电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法。该控制器和该方法是利用该控制器内的逻辑电路抖动来自该电源转换器的二次侧的回授电压或是流经该电压电源转换器的一次侧的电流，使得电该源转换器的一次侧的功率开关的开启时间不固定。如此，相较于现有技术，本发明可在一准谐振模式脉冲宽度调变(Quasi resonant mode PWM)架构中，在频谱上针对该功率开关的主开关频率及其次高谐波加以抖动，以进行能量扩散，降低电磁干扰的峰值能量。

附图说明

图1是为本发明的一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器的示意图。

图2是为说明抖动信号的示意图。

图3是为说明参考电压、抖动信号、电压、侦测电压和电源转换器的一次侧的开启时间的示意图。

图4是为本发明的另一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器的示意图。

图5是为本发明的另一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器的示意图。

图6是为说明参考电压、电压、回授电压、侦测电压和电源转换器的一次侧的开启时间的示意图。

图7是为本发明的另一实施例说明一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法的流程图。

图8是为本发明的另一实施例说明一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100、400、500 控制器

102 回授接脚

104、504 逻辑电路

106 辅助接脚

108 电流侦测接脚

110 分压电路

112、412 逻辑单元

114 第一比较器

116 第二比较器

118 功率开关

1042、5042 第一逻辑单元

1044、5044 第二逻辑单元

10442 放大器

10444 可变电阻

10446 切换器

AUX 辅助绕组

CLK 频率

DS 数字信号

DV 侦测电压

FS 关闭信号

IA 调整电流

IPRI 电流

JS 抖动信号

OS 开启信号

PRI 一次侧

R1 第一电阻

RCS 电阻

SEC 二次侧

T 周期

TON 开启时间

VREF 参考电压

VD、VAUX、VD1 电压

VFB 回授电压

VOUT 输出电压

700-714、800-812 步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是为本发明的一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器100的示意图。如图1所示，控制器100包含一回授接脚102、一逻辑电路104、一辅助接脚106及一电流侦测接脚108。回授接脚102是用以从电源转换器的二次侧SEC接收一回授电压VFB，其中回授电压VFB和电源转换器的二次侧SEC的输出电压VOUT有关，且是为一直流电压；逻辑电路104是用以根据一频率CLK、回授电压VFB和一第一电阻R1，产生一抖动信号JS，其中频率CLK是为控制器100的内部频率；辅助接脚106是用以接收有关于电源转换器的一辅助绕组AUX的一电压VD，其中电压VD是由耦接于辅助绕组AUX的分压电路110所产生，电压VD可通过一逻辑单元112设定第一电阻R1，且电压VD是有关于辅助绕组AUX的电压VAUX；电流侦测接脚108是用以根据流经电源转换器的一次侧PRI的电流，产生一侦测电压DV；电压VD、抖动信号JS和侦测电压DV是用以决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间。

如图1所示，逻辑电路104包含一第一逻辑单元1042和一第二逻辑单元1044。第一逻辑单元1042用以根据频率CLK，产生具有一预定位的数字信号DS(例如4位的数字信号)，其中在频率CLK的一周期中，预定位的数字信号DS是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增的循环周期。但本发明并不受限于4位的数字信号。第二逻辑单元1044包含一放大器10442、一可变电阻10444和一切换器10446。放大器10442具有一第一输入端，用以接收回授电压VFB，及一第二输入端；可变电阻10444是耦接于放大器10442的第二输入端和切换器10446。因此，如图1所示，切换器10446可根据预定位的数字信号DS，切换切换器10446内部的开关以调整可变电阻10444的阻值。另外，可变电阻10444并不受限于包含4个串联电阻。

因为在频率CLK的一周期中，预定位的数字信号DS是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增，所以切换器10446可根据预定位的数字信号DS，逐渐调整可变电阻10444由大阻值变小阻值或是由小阻值变大阻值。如此，第二逻辑单元1044可根据回授电压VFB、可变电阻10444的阻值、第一电阻R1和式(1)，产生抖动信号JS：

在式(1)中，R是为可变电阻10444的阻值。由式(1)可知，第一电阻R1可控制抖动信号JS的最大振幅(例如抖动信号JS的最大振幅是为回授电压VFB的±4％)，且抖动信号JS可根据可变电阻10444的阻值和数字信号DS的周期周期性地逐渐由大变小或是由小变大。请参照图2，图2是为说明抖动信号JS的示意图。如图2所示，因为数字信号DS是为4位数字信号，所以抖动信号JS是在数字信号DS的一周期T中，在抖动信号JS的最大振幅内以15阶的方式逐渐由大变小或是由小变大。

如图1所示，控制器100另包含一第一比较器114和一第二比较器116。第一比较器114是用以根据电压VD和一参考电压VREF，产生并输出一开启信号OS至电源转换器的一次侧的功率开关118，其中功率开关118是整合在控制器100内；第二比较器116是用以根据抖动信号JS和侦测电压DV，产生并输出一关闭信号FS至功率开关118。

请参照图3，图3是为说明参考电压VREF、抖动信号JS、电压VD、侦测电压DV和电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON(功率开关118的开启时间)的示意图。如图3所示，当电压VD因为功率开关118关闭而下降(因为电压VAUX下降)至低于参考电压VREF时，第一比较器114会产生开启信号OS至电源转换器的一次侧的功率开关118，导致功率开关118开启。另外，当侦测电压DV高于抖动信号JS时，第二比较器116会产生关闭信号FS至功率开关118。因此，开启信号OS和关闭信号FS可决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON。然而因为抖动信号JS是在数字信号DS的周期T中，周期性地逐渐由大变小或是由小变大，所以开启时间TON亦会随着抖动信号JS而改变，亦即开启时间TON并非固定。

请参照图4，图4是为本发明的另一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器400的示意图。控制器400和控制器100的差别在于是由耦接于电流侦测接脚108的电阻RCS在功率开关118关闭时所产生的电压VD1通过一逻辑单元412设定第一电阻R1。另外，控制器400的其余操作原理皆和控制器400相同，在此不再赘述。

请参照图5，图5是为本发明的另一实施例说明一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器500的示意图。控制器500和控制器100的差别在于控制器500的逻辑电路504是用以根据一频率CLK和流经电源转换器的一次侧PRI的电流IPRI，产生一调整电流IA；电流侦测接脚108是用以根据调整电流IA，产生一侦测电压DV。

如图5所示，逻辑电路504包含一第一逻辑单元5042和一第二逻辑单元5044，第一逻辑单元5042用以根据一频率CLK，产生具有一预定位的数字信号DS(例如4位的数字信号)，其中在频率CLK的一周期中，预定位的数字信号DS是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增。但本发明并不受限于4位的数字信号。第二逻辑单元5044是用以根据预定位的数字信号DS和流经电源转换器的一次侧PRI的电流IPRI，产生调整电流IA。

请参照图6，图6是为说明参考电压VREF、电压VD、回授电压VFB、侦测电压DV和电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON(功率开关118的开启时间)的示意图。因为在频率CLK的一周期中，第二逻辑单元5044是根据预定位的数字信号DS，周期性地逐渐递增后逐渐递减电流IPRI产生调整电流IA，或逐渐递减后逐渐递增电流IPRI产生调整电流IA，且电流侦测接脚108是根据调整电流IA，产生侦测电压DV，所以侦测电压DV亦会随着预定位的数字信号DS的周期T周期性地改变。如图6所示，当电压VD因为功率开关118关闭而下降(因为电压VAUX下降)至低于参考电压VREF时，第一比较器114会产生开启信号OS至电源转换器的一次侧的功率开关118，导致功率开关118开启。另外，当侦测电压DV高于回授电压VFB时，第二比较器116会产生关闭信号FS至功率开关118。因此，开启信号OS和关闭信号FS可决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON。然而因为侦测电压DV是在数字信号DS的周期T中，周期性地逐渐由大变小或是由小变大，所以开启时间TON亦会随着侦测电压DV而改变，亦即开启时间TON并非固定。

请参照图1、图2、图3、图4和图7，图7是为本发明的另一实施例说明一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法的流程图。图7的方法是利用图1的控制器100说明，详细步骤如下：

步骤700：开始；

步骤702：回授接脚102从电源转换器的二次侧SEC接收一回授电压VFB；步骤704：第一逻辑单元1042根据一频率CLK，产生具有一预定位的数字信号DS；

步骤706：第二逻辑单元1044根据预定位的数字信号DS，调整一可变电阻10444的阻值；

步骤708：第二逻辑单元1044根据回授电压VFB、可变电阻10444的阻值和第一电阻R1，产生一抖动信号JS，跳至步骤714；

步骤710：辅助接脚106接收有关于电源转换器的辅助绕组AUX的一电压VD，跳至步骤714；

步骤712：电流侦测接脚108根据流经电源转换器的一次侧PRI的电流，产生一侦测电压DV；

步骤714：根据电压VD、抖动信号JS和侦测电压DV，决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON；跳回步骤702、步骤710和步骤712。

在步骤702中，回授电压VFB是和电源转换器的二次侧SEC的输出电压VOUT有关，且是为一直流电压。在步骤704中，第一逻辑单元104是用以根据频率CLK，产生具有预定位的数字信号DS(例如4位的数字信号)，其中在频率CLK的一周期中，预定位的数字信号DS是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增。但本发明并不受限于4位的数字信号。另外，频率CLK是为控制器100内的一频率。在步骤706中，切换器10446可根据预定位的数字信号DS，切换切换器10446内部的开关以调整可变电阻10444的阻值。因为在频率CLK的一周期中，预定位的数字信号DS是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增，所以切换器10446可根据预定位的数字信号DS，逐渐调整可变电阻10444由大阻值变小阻值或是由小阻值变大阻值。如此，在步骤708中，第二逻辑单元1044可根据回授电压VFB、可变电阻10444的阻值、第一电阻R1，产生抖动信号JS，其中抖动信号JS是在数字信号DS的一周期T中，在抖动信号JS的最大振幅内以15阶的方式逐渐由大变小或是由小变大(如图2所示)。在步骤710中，电压VD是由耦接于辅助绕组AUX的分压电路110所产生，且电压VD可通过一逻辑单元112设定第一电阻R1(如图2所示)。但在本发明的另一实施例中，是由耦接于电流侦测接脚108的电阻RCS在功率开关118关闭时所产生的电压VD1通过一逻辑单元412设定第一电阻R1(如图4所示)。在步骤714中，如图1和图3所示，控制器100内的第一比较器114可根据电压VD和一参考电压VREF，产生并输出一开启信号OS至电源转换器的一次侧的功率开关118，其中功率开关118是整合在控制器100内；控制器100内的第二比较器116可根据抖动信号JS和侦测电压DV，产生并输出一关闭信号FS至功率开关118。因此，控制器100可通过开启信号OS和关闭信号FS，决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON。然而因为抖动信号JS是在数字信号DS的周期T中，周期性地逐渐由大变小或是由小变大，所以开启时间TON亦会随着抖动信号JS而改变，亦即开启时间TON并非固定。

请参照图5、图6和图8，图8是为本发明的另一实施例说明一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法的流程图。图8的方法是利用图5的控制器500说明，详细步骤如下：

步骤800：开始；

步骤802：回授接脚102从电源转换器的二次侧SEC接收一回授电压VFB，跳至步骤812；

步骤804：第一逻辑单元5042根据一频率CLK，产生具有一预定位的数字信号DS；

步骤806：第二逻辑单元5044根据预定位的数字信号DS和流经电源转换器的一次侧PRI的电流IPRI，产生调整电流IA；

步骤808：电流侦测接脚108根据调整电流IA，产生侦测电压DV，跳至步骤812；

步骤810：辅助接脚106接收有关于电源转换器的辅助绕组AUX的一电压VD；

步骤812：根据电压VD、回授电压VFB和侦测电压DV，决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON；跳回步骤802步骤804和步骤810。

图8的实施例和图7的实施例的差别在于在步骤806中，第二逻辑单元5044是根据预定位的数字信号DS和流经电源转换器的一次侧PRI的电流IPRI，产生调整电流IA；在步骤810中，电流侦测接脚108是根据调整电流IA，产生一侦测电压DV。因此，在步骤812中，如图5和图6所示，控制器500内的第一比较器114可根据电压VD和一参考电压VREF，产生并输出一开启信号OS至电源转换器的一次侧的功率开关118；另外，控制器500内的第二比较器116可根据当侦测电压DV和回授电压VFB，产生并输出一关闭信号FS至功率开关118。因此，控制器500可通过开启信号OS和关闭信号FS决定电源转换器的一次侧PRI的开启时间TON。然而因为侦测电压DV是在数字信号DS的周期T中，周期性地逐渐由大变小或是由小变大，所以开启时间TON亦会随着侦测电压DV而改变，亦即开启时间TON并非固定。

综上所述，本发明所公开的可调抖动幅度的电源转换器的控制器以及电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法，是利用控制器内的逻辑电路抖动来自电源转换器的二次侧的回授电压或是流经电压电源转换器的一次侧的电流，使得电源转换器的一次侧的功率开关的开启时间不固定。如此，相较于现有技术，本发明可在准谐振模式脉冲宽度调变(Quasi resonant mode PWM)架构中，在频谱上针对功率开关的主开关频率及其次高谐波加以抖动，以进行能量扩散，降低电磁干扰的峰值能量。

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

Claims (6)

1.一种可调抖动幅度的电源转换器的控制器，包含：

一回授接脚，用以从该电源转换器的二次侧接收一回授电压，其中该回授电压和该电源转换器的二次侧的输出电压有关；

其特征在于还包含：

一逻辑电路，用以根据一频率和流经该电源转换器的一次侧的电流，产生一调整电流，其中该逻辑电路包含：

一第一逻辑单元，用以根据该频率，产生具有一预定位的数字信号；及

一第二逻辑单元，用以在该频率的一周期中，根据该预定位的数字信号逐渐递增后逐渐递减流经该电源转换器的一次侧的电流，产生该调整电流，或逐渐递减后逐渐递增该电流产生该调整电流；

一辅助接脚，用以接收有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压；及

一电流侦测接脚，用以根据该调整电流，产生一侦测电压；

其中该电压、该回授电压和该侦测电压是用以决定该电源转换器的一次侧的开启时间。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，另包含：

一第一比较器，用以根据该电压和一参考电压，产生并输出一开启信号至该电源转换器的一次侧的功率开关；及

一第二比较器，用以根据该回授电压和该侦测电压，产生并输出一关闭信号至该功率开关。

3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，另包含该频率。

4.一种电源转换器的控制器产生可调抖动幅度的方法，该控制器包含一回授接脚、一逻辑电路、一电流侦测接脚和一辅助接脚，其中该逻辑电路包含一第一逻辑单元与一第二逻辑单元，该方法包含：

该回授接脚从该电源转换器的二次侧接收一回授电压，其中该回授电压和该电源转换器的二次侧的输出电压有关；

其特征在于还包含：

该第一逻辑单元根据一频率，产生具有一预定位的数字信号；

该第二逻辑单元在该频率的一周期中，根据该预定位的数字信号逐渐递增后逐渐递减流经该电源转换器的一次侧的电流，产生一调整电流，

或逐渐递减后逐渐递增该电流产生该调整电流；

该电流侦测接脚根据该调整电流，产生一侦测电压；及

根据该辅助接脚所接收的有关于该电源转换器的一辅助绕组的一电压、该回授电压和该侦测电压，决定该电源转换器的一次侧的开启时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在该频率的一周期中，该预定位的数字信号是逐渐递增后逐渐递减，或逐渐递减后逐渐递增。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该频率是为该控制器内的一频率。