CN111884499A - 斜波补偿dc/dc转换装置及用于其中的pwm控制器 - Google Patents

斜波补偿dc/dc转换装置及用于其中的pwm控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斜波补偿DC/DC转换装置及用于其中的PWM控制器，该PWM控制器包括：PWM比较器；振荡器，振荡器具有固定开关频率；抖频模块，抖频模块被配置为能够根据预定的带宽比例系数和固定开关频率计算得到抖频带宽范围，并调制形成在抖频带宽范围内周期性变化的变化开关频率，以及基于变化开关频率对PWM比较器进行采样。本发明的斜波补偿DC/DC转换装置及用于其中的PWM控制器，能够改善高频辐射及传导的电磁干扰的发射分布，从而降低电磁干扰的峰值，从而降低电磁干扰的影响，以改善相关电源设备的效率和使用体验。

Description

斜波补偿DC/DC转换装置及用于其中的PWM控制器
技术领域
本发明涉及一种用于斜波补偿DC/DC转换装置中的PWM控制器及相关的斜波补偿DC/DC转换装置。
背景技术
随着微电子技术的迅速发展，设备的小型化和数字化成为技术的发展主流，诸如斜波补偿DC/DC转换装置(也称为诸如DC/DC系统、或直流斩波器、或直流电源调制装置，等等)的开关电源的应用日趋广泛。但这类开关电源装置固有的高频辐射及传导的电磁干扰(EMI)对开关电源的效率及使用的影响较大，因此如何提高这类开关电源装置的抗电磁干扰的能力就成为了一个重要且亟待解决的问题。
因此，亟需设计一种抗电磁干扰或者至少能部分地缓解上述电磁干扰问题的斜波补偿DC/DC转换装置及用于斜波补偿DC/DC转换装置中的PWM控制器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的斜波补偿DC/DC转换装置容易受到高频辐射及传导的电磁干扰(EMI)的影响而导致相关电源设备的效率和使用体验不佳的缺陷，提出一种新的斜波补偿DC/DC转换装置及用于其中的PWM控制器。
本发明是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种用于斜波补偿DC/DC转换装置中的PWM控制器，其特点在于，所述PWM控制器包括：
PWM比较器；
振荡器，所述振荡器具有固定开关频率；
抖频模块，所述抖频模块被配置为能够根据预定的带宽比例系数和所述固定开关频率计算得到抖频带宽范围，并调制形成在所述抖频带宽范围内周期性变化的变化开关频率，以及基于所述变化开关频率对所述PWM比较器进行采样。
根据本发明的一些实施方式，所述抖频模块还被配置为能够调制形成在所述抖频带宽范围内呈三角波形变化的所述变化开关频率。
根据本发明的一些实施方式，所述抖频模块还被配置为能够根据预定的周期性频数将单个周期均分为多个区段，相邻区段的所述变化开关频率的频率值之差相等，其中所述多个区段的数量与所述周期性频数一致。
根据本发明的一些实施方式，所述带宽比例系数在0.05-0.20的范围内。
根据本发明的一些实施方式，所述固定开关频率在0.5MHz-2.0Mhz的范围内。
根据本发明的一些实施方式，所述周期性频数为16、32、64、128或256。
根据本发明的一些实施方式，所述抖频模块包括：
可变电容，所述可变电容被配置为使其在一时刻的电容值与所述变化开关频率在该时刻的频率值相关联；
控制单元，所述控制单元被配置为能够调节所述可变电容的电容值使得所述电容值周期性变化。
根据本发明的一些实施方式，所述控制单元包括移位计数器，所述移位计数器根据呈周期性变化的数字信号调节所述可变电容的电容值。
本发明还提供了一种斜波补偿DC/DC转换装置，其特点在于，所述斜波补偿DC/DC转换装置包括：
如上所述的PWM控制器；
误差比较器，所述误差比较器连接所述PWM比较器的输入侧；
驱动电路，所述驱动电路连接所述PWM比较器的输出侧；
输出功率器件，所述输出功率器件经由所述驱动电路连接至所述PWM比较器。
根据本发明的一些实施方式，所述斜波补偿DC/DC转换装置为DC/DC电源管理芯片。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的斜波补偿DC/DC转换装置及用于其中的PWM控制器，能够改善高频辐射及传导的电磁干扰(EMI)的发射分布，从而降低电磁干扰的峰值，从而降低电磁干扰的影响，以改善相关电源设备的效率和使用体验。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的包含PWM控制器的斜波补偿DC/DC转换装置的示意图。
图2为根据本发明优选实施例的PWM控制器中的抖频模块的原理示意图。
图3为根据本发明优选实施例的PWM控制器中的一种示例性的变化开关频率的调制示意图。
图4为本发明优选实施例相比于现有技术改善EMI发射分布的效果示意图。
附图标记说明：
1：振荡器 2：PWM比较器
3：抖频模块 4：误差比较器
5：驱动电路 6：输出功率器件
31：移位计数器 32：可变电容
7：CS模块(意为电流感应模块)
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
参考图1-2所示，根据本发明优选实施方式的斜波补偿DC/DC转换装置可包括PWM控制器、误差比较器4、驱动电路5和输出功率器件6(典型地例如PMOS和NMOS开关功率管)。其中，该斜波补偿DC/DC转换装置例如可以是DC/DC电源管理芯片。
其中，PWM控制器可包括：PWM比较器2；振荡器1，所述振荡器1具有固定开关频率；抖频模块3，所述抖频模块3被配置为能够根据预定的带宽比例系数和所述固定开关频率计算得到抖频带宽范围，并调制形成在所述抖频带宽范围内周期性变化的变化开关频率，以及基于所述变化开关频率对所述PWM比较器2进行采样。
并且其中，所述误差比较器4连接所述PWM比较器2的输入侧，所述驱动电路5连接所述PWM比较器2的输出侧，所述输出功率器件6经由所述驱动电路5连接至所述PWM比较器2。
参考图1-3所示，根据本发明的一些优选实施方式，所述抖频模块3还被配置为能够调制形成在所述抖频带宽范围内呈三角波形变化的所述变化开关频率。
其中，所述抖频模块3还可被配置为能够根据预定的周期性频数将单个周期均分为多个区段，相邻区段的所述变化开关频率的频率值之差相等，其中所述多个区段的数量与所述周期性频数一致。
其中可选地，所述带宽比例系数在0.05-0.20的范围内。所述固定开关频率在0.5MHz-2.0Mhz的范围内。所述周期性频数为16、32、64、128或256。
在固定频率的PWM控制器中，窄带发射通常在开关频率，其连续谐波的能量会越来越低。然而，根据本发明的上述优选实施方式，通过采用抖频技术或者说增设了用于变频的控制模块，可着眼于分散谐波干扰能量。具体地，该抖频模块3，使得开关单元频率并非固定不变，而是周期性地变化。
例如，在如图3所示的示例中，振荡器1固有的或固定的开关频率被设置在1MHz，抖动的带宽范围可设置在0.95MHz～1.05MHz。开关频率将被调制为周期性的改变，从而使得EMI的发射在较广的频率范围而不是在开关频率的附近，从而降低了EMI的峰值。经过变频控制以后的开关频率如图3所示，会周期性的从0.95MHz变化1.05MHz。由此，如图4所示，相比于图4上方示出的未被调制为周期性变化的开关频率的现有技术的情形，图4下方示出的经上述调制的变化开关频率将使得EMI的发射在较广的频率范围内发生，如图4所示，因改善了EMI的发射分布进而得以降低EMI的峰值。
可以理解的是，在此基础上可基于期望降低EMI的峰值的幅度或者倍数或者比例，选取抖频带宽范围及周期性频数(也可理解为抖动率)等参数。
其中，根据本发明优选实施方式的斜波补偿DC/DC转换装置可进一步包括CS模块7，即电流感应模块，用于感应并监测该斜波补偿DC/DC转换装置的输出。
根据一些优选实施方式，所述抖频模块3包括：可变电容32，所述可变电容32被配置为使其在一时刻的电容值与所述变化开关频率在该时刻的频率值相关联；控制单元，所述控制单元被配置为能够调节所述可变电容32的电容值使得所述电容值周期性变化。
其中，所述控制单元可包括移位计数器31，所述移位计数器31根据呈周期性变化的数字信号调节所述可变电容32的电容值。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于斜波补偿DC/DC转换装置中的PWM控制器，其特征在于，所述PWM控制器包括：
PWM比较器；
振荡器，所述振荡器具有固定开关频率；
抖频模块，所述抖频模块被配置为能够根据预定的带宽比例系数和所述固定开关频率计算得到抖频带宽范围，并调制形成在所述抖频带宽范围内周期性变化的变化开关频率，以及基于所述变化开关频率对所述PWM比较器进行采样。
2.如权利要求1所述的PWM控制器，其特征在于，所述抖频模块还被配置为能够调制形成在所述抖频带宽范围内呈三角波形变化的所述变化开关频率。
3.如权利要求2所述的PWM控制器，其特征在于，所述抖频模块还被配置为能够根据预定的周期性频数将单个周期均分为多个区段，相邻区段的所述变化开关频率的频率值之差相等，其中所述多个区段的数量与所述周期性频数一致。
4.如权利要求1所述的PWM控制器，其特征在于，所述带宽比例系数在0.05-0.20的范围内。
5.如权利要求4所述的PWM控制器，其特征在于，所述固定开关频率在0.5MHz-2.0Mhz的范围内。
6.如权利要求3所述的PWM控制器，其特征在于，所述周期性频数为16、32、64、128或256。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的PWM控制器，其特征在于，所述抖频模块包括：
可变电容，所述可变电容被配置为使其在一时刻的电容值与所述变化开关频率在该时刻的频率值相关联；
控制单元，所述控制单元被配置为能够调节所述可变电容的电容值使得所述电容值周期性变化。
8.如权利要求7所述的PWM控制器，其特征在于，所述控制单元包括移位计数器，所述移位计数器根据呈周期性变化的数字信号调节所述可变电容的电容值。
9.一种斜波补偿DC/DC转换装置，其特征在于，所述斜波补偿DC/DC转换装置包括：
如权利要求1-8中任意一项所述的PWM控制器；
误差比较器，所述误差比较器连接所述PWM比较器的输入侧；
驱动电路，所述驱动电路连接所述PWM比较器的输出侧；
输出功率器件，所述输出功率器件经由所述驱动电路连接至所述PWM比较器。
10.如权利要求9所述的斜波补偿DC/DC转换装置，其特征在于，所述斜波补偿DC/DC转换装置为DC/DC电源管理芯片。
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