CN110994976A - 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统 - Google Patents

开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110994976A
CN110994976A CN201911079751.6A CN201911079751A CN110994976A CN 110994976 A CN110994976 A CN 110994976A CN 201911079751 A CN201911079751 A CN 201911079751A CN 110994976 A CN110994976 A CN 110994976A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
switching power
voltage
reference voltage
transconductance amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911079751.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110994976B (zh
Inventor
张宝月
翁建城
林静玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Jieli Technology Co Ltd filed Critical Zhuhai Jieli Technology Co Ltd
Priority to CN201911079751.6A priority Critical patent/CN110994976B/zh
Publication of CN110994976A publication Critical patent/CN110994976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110994976B publication Critical patent/CN110994976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及一种开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。

Description

开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统。
背景技术
开关电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。开关电源由于其本质的工作原理即为其功率管周期性切换从而提高效率，但是在其切换的过程中会引入与其切换频率的噪声。随着目前外围电感的小型化和切换频率需求的不断提高，其高频切换波形中所包含的大量谐波成分就会通过传输线与空间电磁场对外传播，对系统其它部分造成传导与辐射干扰即电磁干扰(EMI)。如果应用环境中正好在其切换频率频谱附近需要较为严格的噪声需求，那么在开关电源芯片设计过程中就需要进行特殊处理。
由于频谱扩展技术可以有效衰减开关电源切换过程中产生的电磁波干扰，因此，现有的很多开关电源芯片在设计的过程中都加入了扩频技术。传统的频谱扩展技术目前的技术主要分为如下几种：一、在开关电源切换的过程中，引入跳频技术改变开关切换的频率，该模式通过随机的跳跃到不同频率来降低在某个固定频率处的开关切换频率处的噪声和谐波，但是同样会引入输出电压上额外的波动。二、利用三角波及其相类似的变种对开关切换时钟的频率进行调制，从而将噪声的频谱进行扩展，同样可以降低在某个固定频率处的开关切换频率处的噪声和谐波。
然而，传统的频谱扩展技术方案中，在负载确定的情况下，都是建立在开关频率较为固定的基础上，若开关切换频率、上管和下管的导通时间占空比都和电源电压、负载密切相关的动态调整的模式，传统的结构存在一定的局限性。
发明内容
基于此，有必要针对传统的频谱扩展技术方案中，在负载确定的情况下，都是建立在开关频率较为固定的基础上，若开关切换频率、上管和下管的导通时间占空比都和电源电压、负载密切相关的动态调整的模式，传统的结构存在一定的局限性的缺陷，提供一种开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统。
一种开关电源频谱扩展方法，包括步骤：
获取随机基准电压量；
转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流；
转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流；
将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间；其中，总电流为第一基准电流与第二基准电流之和。
上述开关电源频谱扩展方法，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
在其中一个实施例中，获取随机基准电压量的过程，包括步骤：
在获取到开关电源的上管和下管均不导通信号时，将多个预设电压量中的任意一个设定随机基准电压量；其中，各预设电压量的电压互不不同。
在其中一个实施例中，转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流的过程，包括步骤：
获取随机基准电压量和开关电源的基准电压的差值；
根据差值与第一跨导系数的乘积，得到第一基准电流。
在其中一个实施例中，转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流的过程，包括步骤：
根据开关电源的输入电压或输出电压与第二跨导系数的乘积，得到第二基准电流。
在其中一个实施例中，获取总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤：
将总电流和开关电源的输入电压代入标准电容的充放电公式，得到标准电容的充放电时间。
在其中一个实施例中，获取总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤：
获取开关电源的输出电压与输入电压的电压差值；
将总电流和电压差值代入标准电容的充放电公式，得到标准电容的充放电时间。
一种开关电源频谱扩展电路，包括：
第一随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第一跨导放大器，用于接入随机基准电压量和开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第二跨导放大器，用于接入开关电源的输入电压，输出第二基准电流；
第一标准电容，第一标准电容的一端连接第一跨导放大器的输出端和第二跨导放大器的输出端，第一标准电容的另一端用于接地；
第一受控开关，第一受控开关的两开关端并接在第一标准电容两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第一放大器，第一放大器的同相输入端连接第一跨导放大器的输出端和第二跨导放大器的输出端，第一放大器的反相输入端用于接入开关电源的输出电压；
第一与电路，第一与电路的一输入端连接第一放大器的输出端，第一与电路的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号，第一与电路的输出端用于连接开关电源的控制逻辑电路。
上述开关电源频谱扩展电路，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输入电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
另一种开关电源频谱扩展电路，包括：
第二随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第三跨导放大器，用于接入随机基准电压量和开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第四跨导放大器，用于接入开关电源的输出电压，输出第二基准电流；
第二标准电容，第二标准电容的一端连接第三跨导放大器的输出端和第四跨导放大器的输出端，第二标准电容的另一端用于接入开关电源的输入电压；
第二受控开关，第二受控开关的两开关端并接在第二标准电容两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第二放大器，第二放大器的同相输入端连接第三跨导放大器的输出端和第四跨导放大器的输出端，第二放大器的反相输入端用于接入开关电源的输出电压；
第二与电路，第二与电路的一输入端连接第二放大器的输出端，第二与电路的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号，第二与电路的输出端用于连接开关电源的控制逻辑电路。
上述开关电源频谱扩展电路，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
一种开关电源系统，包括降压型开关电源以及上述一种开关电源频谱扩展电路；
第一随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第一跨导放大器，用于接入随机基准电压量和降压型开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第二跨导放大器，用于接入降压型开关电源的输入电压，输出第二基准电流；
第一标准电容，第一标准电容的一端连接第一跨导放大器的输出端和第二跨导放大器的输出端，第一标准电容的另一端用于接地；
第一受控开关，第一受控开关的两开关端并接在第一标准电容两端，用于在接收到降压型开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第一放大器，第一放大器的同相输入端连接第一跨导放大器的输出端和第二跨导放大器的输出端，第一放大器的反相输入端用于接入降压型开关电源的输出电压；
第一与电路，第一与电路的一输入端连接第一放大器的输出端，第一与电路的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号，第一与电路的输出端用于连接降压型开关电源的控制逻辑电路。
上述开关电源系统，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和降压型开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换降压型开关电源的输入电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为降压型开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为降压型开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
一种开关电源系统，其特征在于，包括升压型开关电源以及上述另一种开关电源频谱扩展电路；
第二随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第三跨导放大器，用于接入随机基准电压量和升压型开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第四跨导放大器，用于接入升压型开关电源的输出电压，输出第二基准电流；
第二标准电容，第二标准电容的一端连接第三跨导放大器的输出端和第四跨导放大器的输出端，第二标准电容的另一端用于接入升压型开关电源的输入电压；
第二受控开关，第二受控开关的两开关端并接在第二标准电容两端，用于在接收到升压型开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第二放大器，第二放大器的同相输入端连接第三跨导放大器的输出端和第四跨导放大器的输出端，第二放大器的反相输入端用于接入升压型开关电源的输出电压；
第二与电路，第二与电路的一输入端连接第二放大器的输出端，第二与电路的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号，第二与电路的输出端用于连接升压型开关电源的控制逻辑电路。
上述开关电源系统，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和升压型开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为升压型开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为升压型开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
附图说明
图1为一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图；
图2为另一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图；
图3为又一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图；
图4为一实施方式的开关电源频谱扩展电路图；
图5为另一实施方式的开关电源频谱扩展电路图；
图6为一实施方式的开关电源系统模块结构图；
图7为另一实施方式的开关电源系统模块结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种开关电源频谱扩展方法。
图1为一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图，如图1所示，一实施方式的开关电源频谱扩展方法包括步骤S100至S103：
S100，获取随机基准电压量；
其中，随机基准电压量为一特定电压值。在其中一个实施例中，可预先设置多个预设电压量，各预设电压量的电压互不相同。随机基准电压量为预设电压量中任意一个。作为一个较优的实施方式，预设电压量与开关电源的基准电压构成电压等差数列。可选地，基准电压为该电压等差数列的中项。
在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图，如图2所示，步骤S100中获取随机基准电压量的过程，包括步骤S200：
S200，在获取到开关电源的上管和下管均不导通信号时，将多个预设电压量中的任意一个设定随机基准电压量；其中，各预设电压量的电压互不不同。
在开关电源中，主要的工作逻辑是通过控制上管和下管的导通或关断来实现的。其中，上管即开关电源中的上开关管，下管即开关电源中的下开关管。通过脉冲信号控制上管和下管的导通或关断，根据脉冲信号的差别，上管和下管存在四种导通状态：上管导通，下管关断；上管关断，下管导通；上管和下管均导通；上管和下管均不导通。在步骤S200，通过检测上管和下管的脉冲信号，在获取脉冲信号为上管和下管均不导通信号时，将多个预设电压量中的任意一个设定随机基准电压量。即，在上管和下管均不导通的瞬间，给出一个随机基准电压量。
S101，转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流；
其中，对随机基准电压量和基准电压进行相应处理，得到一个固定电压值，将该电压值转换为电流，即第一基准电流。其中，第一基准电流与该固定电压值呈线性相关。
在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S101中转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流的过程，包括步骤S300和S301：
S300，获取随机基准电压量和开关电源的基准电压的差值；
S301，根据差值与第一跨导系数的乘积，得到第一基准电流。
其中，引入第一跨导系数，将随机基准电压量和开关电源的基准电压的差值转换为第一基准电流。在具体实现方式上，可将随机基准电压量和开关电源的基准电压分别接入一跨导放大器的两个输入端，通过跨导放大器的输出端输出第一基准电流。
S102，转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流；
其中，可根据开关电源的输入电压，转换得到第二基准电流；或，根据开关电源的输出电压，转换得到第二基准电流。在其中一个实施方式中，若开关电源为降压型开关电源，则根据开关电源的输入电压，转换得到第二基准电流。若开关电源位升压型开关电源，则根据开关电源的输出电压，转换得到第二基准电流。
在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S102中转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流的过程，包括步骤S400：
S400，根据开关电源的输入电压或输出电压与第二跨导系数的乘积，得到第二基准电流。
其中，引入第一跨导系数，将开关电源的输入电压或输出电压转换为第一基准电流。在具体实现方式上，可将开关电源的输入电压或输出电压和接地信号分别接入一跨导放大器的两个输入端，通过该跨导放大器的输出端输出第二基准电流。
S103，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间；其中，总电流为第一基准电流与第二基准电流之和。
通过设置一标准电容，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间。其中，该标准电容的电容值固定。
在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S103中获取总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤S500：
S500，将总电流和开关电源的输入电压代入标准电容的充放电公式，得到标准电容的充放电时间。
其中，总电流与充放电时间的乘积，等于标准电容电容值与开关电源的输入电压的乘积，通过确定的开关电源的输入电压、标准电容电容值和总电流大小，确定标准电容的充放电时间。
在其中一个实施例中，图3为又一实施方式的开关电源频谱扩展方法流程图，如图3所示，步骤S103中获取总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤S600和S601：
S600，获取开关电源的输出电压与输入电压的电压差值；
S601，将总电流和电压差值代入标准电容的充放电公式，得到标准电容的充放电时间。
其中，确定开关电源的输出电压与输入电压的电压差值，总电流与充放电电时间的乘积，等于标准电容电容值与电压差值的乘积，通过确定的电压差值、标准电容电容值和总电流大小，确定标准电容的充放电时间。
上述任一实施例的开关电源频谱扩展方法，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间或下管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
本发明实施例还提供一种开关电源频谱扩展电路。
图4为一实施方式的开关电源频谱扩展电路图，如图4所示，一实施方式的开关电源频谱扩展电路包括：
第一随机电压选择器100，用于输出随机基准电压量Vb；
其中，第一随机电压选择器100用于输出随机基准电压量Vb。在其中一个实施例中，如图4所示，第一随机电压选择器100包括第一处理器200和第一电压选择器201；
其中，第一处理器200用于在接收到上管和下管均不导通信号SW时，输出一个随机序列，控制第一电压选择器201输出任意一个预设电压量(Vref+(n)、Vref+(n-1)、Vref、Vref-(n-1)、Vref-(n))，即第一电压选择器201输出的随机基准电压量Vb。
第一跨导放大器101，用于接入随机基准电压量Vb和开关电源的基准电压Vref，输出第一基准电流Ir；
其中，第一基准电流Ir为：Ir＝(Vb-Vref)Gm1；其中，Gm1为第一跨导放大器101的跨导系数。
其中，第一跨导放大器101的同相输入端用于接入随机基准电压量Vb，第一跨导放大器101的反相输入端用于接入开关电源的基准电压Vref。
第二跨导放大器102，用于接入开关电源的输入电压Vin，输出第二基准电流Io；
其中，如图4所示，还包括第一分压器；第一分压器包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2。第一分压器用于将开关电源的输出电压作分压处理，将分压处理后的电压Vinfb输出至第二跨导放大器102的同相输入端，第二跨导放大器102的反相输入端用于接地GND。
其中，第二基准电流Io为：Io＝Vinfb·Gm2；其中，Gm2为第二跨导放大器102的跨导系数。总电流Itotal＝Io+Ir。
第一标准电容C1，第一标准电容C1的一端连接第一跨导放大器101的输出端和第二跨导放大器102的输出端，第一标准电容C1的另一端用于接地；
第一受控开关K1，第一受控开关K1的两开关端并接在第一标准电容C1两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
如图4所示，在接收到上管和下管均不导通信号SW时，第一受控开关K1导通，此时第一标准电容C1处于短路到地的状态。
第一放大器U1，第一放大器U1的同相输入端连接第一跨导放大器101的输出端和第二跨导放大器102的输出端，第一放大器U1的反相输入端用于接入开关电源的输出电压Vout；
第一与电路103，第一与电路103的一输入端连接第一放大器U1的输出端，第一与电路103的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号SWB，第一与电路103的输出端PON用于连接开关电源的控制逻辑电路。
因此，充放电时间Ton满足：Itotal·Ton＝C1·Vinfb＝Q，即如下式：
Figure BDA0002263580480000131
原有的上管导通时间公式为：
Figure BDA0002263580480000132
通过比对式(1)和式(2)，可知上管导通时间的改变，实现了开关电源的频谱扩展功能。
上述任意一项的开关电源频谱扩展电路，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输入电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在第一标准电容的充放电时间设定为开关电源的上管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
本发明实施例还提供另一种开关电源频谱扩展电路。
图5为另一实施方式的开关电源频谱扩展电路图，如图5所示，另一实施方式的开关电源频谱扩展电路包括：
第二随机电压选择器300，用于输出随机基准电压量Vb；
其中，第二随机电压选择器300用于输出随机基准电压量Vb。在其中一个实施例中，如图5所示，第二随机电压选择器300包括第二处理器400和第二电压选择器401；
其中，第二处理器300用于在接收到上管和下管均不导通信号SW时，输出一个随机序列，控制第二电压选择器401输出任意一个预设电压量(Vref+(n)、Vref+(n-1)、Vref、Vref-(n-1)、Vref-(n))，即第二电压选择器401输出的随机基准电压量Vb。
第三跨导放大器301，用于接入随机基准电压量Vb和开关电源的基准电压Vref，输出第一基准电流Ir；
其中，第一基准电流Ir为：Ir＝(Vb-Vref)Gm1；其中，Gm1为第三跨导放大器101的跨导系数。
其中，第三跨导放大器301的同相输入端用于接入随机基准电压量Vb，第三跨导放大器301的反相输入端用于接入开关电源的基准电压Vref。
第四跨导放大器302，用于接入开关电源的输出电压Vout，输出第二基准电流Io；
其中，第二基准电流Io为：Io＝Vout·Gm2；其中，Gm2为第四跨导放大器302的跨导系数。总电流Itotal＝Io+Ir。
第二标准电容C2，第二标准电容C2的一端连接第三跨导放大器301的输出端和第四跨导放大器302的输出端，第二标准电容C2的另一端用于接入开关电源的输入电压Vin；
第二受控开关K2，第二受控开关K2的两开关端并接在第二标准电容C2两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号SW时开断；
如图5所示，在接收到上管和下管均不导通信号SW时，第二受控开关K2导通，此时第二标准电容C2处于短路到地的状态。
第二放大器U2，第二放大器U2的同相输入端连接第三跨导放大器301的输出端和第四跨导放大器302的输出端，第二放大器U2的反相输入端用于接入开关电源的输出电压；
其中，如图5所示，还包括第二分压器和第三分压器；第二分压器包括第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，第三分压器包括第五分压电阻R5和第六分压电阻R6。第三分压器用于将开关电源的输出电压作分压处理，将分压处理后的电压Voutfb输出至第二放大器U2的反相输入端；第三分压器用于将开关电源的输入电压作分压处理，将分压处理后的电压Vinfb输出至第二标准电容的另一端。
第二与电路303，第二与电路303的一输入端连接第二放大器U2的输出端，第二与电路303的另一输入端用于接入上管和下管均不导通信号的反相信号SWB，第二与电路303的输出端用于连接开关电源的控制逻辑电路PON。
因此，充放电时间Ton满足：Itotal·Ton＝C·(Voutfb-Vinfb)＝Q，即如下式：
Figure BDA0002263580480000151
原有的下管导通时间公式为：
Figure BDA0002263580480000152
通过比对式(1)和式(2)，可知上管导通时间的改变，实现了开关电源的频谱扩展功能。
上述开关电源频谱扩展电路，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换开关电源的输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为开关电源的下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
本发明实施例还提供一种开关电源系统。
图6为一实施方式的开关电源系统模块结构图，如图6所示，一实施方式的开关电源系统包括降压型开关电源500以及上述一实施方式的开关电源频谱扩展电路501；
如图6所示，一实施方式的开关电源频谱扩展电路501的第一与电路103的输出端PON连接降压型开关电源的控制逻辑电路。
其中，如图6所示，以一实施方式的开关电源频谱扩展电路501替代传统降压型开关电源中的上管导通时间发生器，改变降压型开关电源中的上管导通时间。
上述开关电源系统，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和降压型开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换降压型开关电源的输入电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为降压型开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为降压型开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
本发明实施例还提供另一种开关电源系统。
图7为另一实施方式的开关电源系统模块结构图，如图7所示，另一实施方式的开关电源系统包括升压型开关电源600以及上述另一实施方式的开关电源频谱扩展电路601；
如图7所示，另一实施方式的开关电源频谱扩展电路601的第二与电路303的输出端PON连接升压型开关电源的控制逻辑电路。
其中，如图7所示，以另一实施方式的开关电源频谱扩展电路601替代传统升压型开关电源中的下管导通时间发生器，改变升压型开关电源中的下管导通时间。
上述开关电源系统，获取随机基准电压量，并转换随机基准电压量和升压型开关电源的基准电压，得到第一基准电流，同时转换升压型开关电源的输出电压，得到第二基准电流。进一步地，将总电流在标准电容的充放电时间设定为升压型开关电源的上管导通时间或下管导通时间。基于此，通过随机基准电压量的引入，使设定为升压型开关电源的上管导通时间的充放电时间表征为在一固定时间值附近伪随机变化的时间值，从而使系统在负载固定的基础上，实现的系统切换频率的自调整，实现了频谱扩展的特性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关电源频谱扩展方法，其特征在于，包括步骤：
获取随机基准电压量；
转换所述随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流；
转换所述开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流；
将总电流在标准电容的充放电时间设定为所述开关电源的上管导通时间或下管导通时间；其中，所述总电流为所述第一基准电流与所述第二基准电流之和。
2.根据权利要求1所述的开关电源频谱扩展方法，其特征在于，所述获取随机基准电压量的过程，包括步骤：
在获取到开关电源的上管和下管均不导通信号时，将多个预设电压量中的任意一个设定所述随机基准电压量；其中，各预设电压量的电压互不不同。
3.根据权利要求1所述的开关电源频谱扩展方法，其特征在于，所述转换所述随机基准电压量和开关电源的基准电压，得到第一基准电流的过程，包括步骤：
获取所述随机基准电压量和所述开关电源的基准电压的差值；
根据所述差值与第一跨导系数的乘积，得到所述第一基准电流。
4.根据权利要求1所述的开关电源频谱扩展方法，其特征在于，所述转换所述开关电源的输入电压或输出电压，得到第二基准电流的过程，包括步骤：
根据所述开关电源的输入电压或输出电压与第二跨导系数的乘积，得到所述第二基准电流。
5.根据权利要求1所述的开关电源频谱扩展方法，其特征在于，获取所述总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤：
将所述总电流和所述开关电源的输入电压代入所述标准电容的充放电公式，得到所述标准电容的充放电时间。
6.根据权利要求1所述的开关电源频谱扩展方法，其特征在于，获取所述总电流在标准电容的充放电时间的过程，包括步骤：
获取所述开关电源的输出电压与输入电压的电压差值；
将所述总电流和所述电压差值代入所述标准电容的充放电公式，得到所述标准电容的充放电时间。
7.一种开关电源频谱扩展电路，其特征在于，包括：
第一随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第一跨导放大器，用于接入随机基准电压量和开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第二跨导放大器，用于接入开关电源的输入电压，输出第二基准电流；
第一标准电容，所述第一标准电容的一端连接所述第一跨导放大器的输出端和所述第二跨导放大器的输出端，所述第一标准电容的另一端用于接地；
第一受控开关，所述第一受控开关的两开关端并接在所述第一标准电容两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第一放大器，所述第一放大器的同相输入端连接所述第一跨导放大器的输出端和所述第二跨导放大器的输出端，所述第一放大器的反相输入端用于接入所述开关电源的输出电压；
第一与电路，所述第一与电路的一输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第一与电路的另一输入端用于接入所述上管和下管均不导通信号的反相信号，所述第一与电路的输出端用于连接开关电源的控制逻辑电路。
8.一种开关电源频谱扩展电路，其特征在于，包括：
第二随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第三跨导放大器，用于接入随机基准电压量和开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第四跨导放大器，用于接入开关电源的输出电压，输出第二基准电流；
第二标准电容，所述第二标准电容的一端连接所述第三跨导放大器的输出端和所述第四跨导放大器的输出端，所述第二标准电容的另一端用于接入所述开关电源的输入电压；
第二受控开关，所述第二受控开关的两开关端并接在所述第二标准电容两端，用于在接收到开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第二放大器，所述第二放大器的同相输入端连接所述第三跨导放大器的输出端和所述第四跨导放大器的输出端，所述第二放大器的反相输入端用于接入所述开关电源的输出电压；
第二与电路，所述第二与电路的一输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第二与电路的另一输入端用于接入所述上管和下管均不导通信号的反相信号，所述第二与电路的输出端用于连接开关电源的控制逻辑电路。
9.一种开关电源系统，其特征在于，包括降压型开关电源以及如权利要求7所述的开关电源频谱扩展电路；
第一随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第一跨导放大器，用于接入随机基准电压量和降压型开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第二跨导放大器，用于接入降压型开关电源的输入电压，输出第二基准电流；
第一标准电容，所述第一标准电容的一端连接所述第一跨导放大器的输出端和所述第二跨导放大器的输出端，所述第一标准电容的另一端用于接地；
第一受控开关，所述第一受控开关的两开关端并接在所述第一标准电容两端，用于在接收到降压型开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第一放大器，所述第一放大器的同相输入端连接所述第一跨导放大器的输出端和所述第二跨导放大器的输出端，所述第一放大器的反相输入端用于接入所述降压型开关电源的输出电压；
第一与电路，所述第一与电路的一输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第一与电路的另一输入端用于接入所述上管和下管均不导通信号的反相信号，所述第一与电路的输出端用于连接降压型开关电源的控制逻辑电路。
10.一种开关电源系统，其特征在于，包括升压型开关电源以及如权利要求8所述的开关电源频谱扩展电路；
第二随机电压选择器，用于输出随机基准电压量；
第三跨导放大器，用于接入随机基准电压量和升压型开关电源的基准电压，输出第一基准电流；
第四跨导放大器，用于接入升压型开关电源的输出电压，输出第二基准电流；
第二标准电容，所述第二标准电容的一端连接所述第三跨导放大器的输出端和所述第四跨导放大器的输出端，所述第二标准电容的另一端用于接入所述升压型开关电源的输入电压；
第二受控开关，所述第二受控开关的两开关端并接在所述第二标准电容两端，用于在接收到升压型开关电源的上管和下管均不导通信号时开断；
第二放大器，所述第二放大器的同相输入端连接所述第三跨导放大器的输出端和所述第四跨导放大器的输出端，所述第二放大器的反相输入端用于接入所述升压型开关电源的输出电压；
第二与电路，所述第二与电路的一输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第二与电路的另一输入端用于接入所述上管和下管均不导通信号的反相信号，所述第二与电路的输出端用于连接升压型开关电源的控制逻辑电路。
CN201911079751.6A 2019-11-07 2019-11-07 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统 Active CN110994976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911079751.6A CN110994976B (zh) 2019-11-07 2019-11-07 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911079751.6A CN110994976B (zh) 2019-11-07 2019-11-07 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110994976A true CN110994976A (zh) 2020-04-10
CN110994976B CN110994976B (zh) 2020-11-24

Family

ID=70083464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911079751.6A Active CN110994976B (zh) 2019-11-07 2019-11-07 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110994976B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114172389A (zh) * 2021-12-02 2022-03-11 陕西亚成微电子股份有限公司 可降低开关电源电磁干扰的Ton计时电路、方法及开关电源

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002418B2 (en) * 2004-05-07 2006-02-21 Lattice Semiconductor Corporation Control signal generation for a low jitter switched-capacitor frequency synthesizer
CN102437727A (zh) * 2011-12-26 2012-05-02 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种升压型pfc控制器
CN104348352A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 通嘉科技股份有限公司 在准谐振模式产生抖动的控制器及方法
CN107834853A (zh) * 2016-09-16 2018-03-23 电力集成公司 以抖动频率进行斜坡时间调制的开关式功率转换器控制器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002418B2 (en) * 2004-05-07 2006-02-21 Lattice Semiconductor Corporation Control signal generation for a low jitter switched-capacitor frequency synthesizer
CN102437727A (zh) * 2011-12-26 2012-05-02 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种升压型pfc控制器
CN104348352A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 通嘉科技股份有限公司 在准谐振模式产生抖动的控制器及方法
CN107834853A (zh) * 2016-09-16 2018-03-23 电力集成公司 以抖动频率进行斜坡时间调制的开关式功率转换器控制器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114172389A (zh) * 2021-12-02 2022-03-11 陕西亚成微电子股份有限公司 可降低开关电源电磁干扰的Ton计时电路、方法及开关电源
CN114172389B (zh) * 2021-12-02 2022-09-06 陕西亚成微电子股份有限公司 可降低开关电源电磁干扰的Ton计时电路、方法及开关电源
WO2023097799A1 (zh) * 2021-12-02 2023-06-08 陕西亚成微电子股份有限公司 可降低开关电源电磁干扰的Ton计时电路、方法及开关电源

Also Published As

Publication number Publication date
CN110994976B (zh) 2020-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4547581B2 (ja) デジタル変調を用いるデジタルｄｃ−ｄｃコンバータ
CN104158399B (zh) 单电感正负电压输出装置
CN100505495C (zh) Dc-dc转换器电路
US10566901B2 (en) Constant-frequency control method with fast transient
CN112583230B (zh) 电感电流仿真电路及电感电流仿真方法
US20110188273A1 (en) Power factor correction stage
JP6661370B2 (ja) 力率改善回路およびその制御回路、電子機器、電源アダプタ
TWI434499B (zh) 電源轉換器的頻率抖動控制器及頻率抖動控制方法
JP2002252970A (ja) 電力変換装置
US20080084239A1 (en) Regulated charge pump circuit
JP2022534880A (ja) 複数のディザリングプロファイル信号生成
CN104638722A (zh) 基于数字控制的电池充电系统及其控制电路
CN109600029A (zh) 一种采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC轻载高效和纹波控制方法
CN104660028A (zh) 一种功率因数校正电路
CN110994976B (zh) 开关电源频谱扩展方法、电路及开关电源系统
CN111355368B (zh) 功率转换器
CN114884317A (zh) 开关变换器、及其控制器和控制方法
CN115296529A (zh) 直流-直流功率转换系统及其功率转换方法
CN110504826B (zh) Led驱动系统、去纹波电路及方法
JP2011061971A (ja) オン時間固定方式ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN114531026B (zh) 多相降压变换电路、装置及设备
CN116488434A (zh) 升降压转换器及其控制电路
US20210328507A1 (en) Power converter
TW202147760A (zh) 兩級電源轉換器
CN115940932A (zh) 多路信号加法电路以及多路信号加法的实现方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 519000 No. 333, Kexing Road, Xiangzhou District, Zhuhai City, Guangdong Province

Patentee after: ZHUHAI JIELI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Floor 1-107, building 904, ShiJiHua Road, Zhuhai City, Guangdong Province

Patentee before: ZHUHAI JIELI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder