CN112803738B - 一种抑制开关电源拍频的电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源应用技术领域，提供了一种抑制开关电源拍频的电路及其实现方法。电路中功率转换电路用于分别获取输入使能信号V_in，PWM比较器的输出信号，并通过输出滤波电路完成输出信号V_out；输出滤波电路的输出端还分别连接反馈电路和负反馈控制环电路；反馈电路的另一端连接PWM比较器的第一输入端；负反馈控制环电路的另一端与锯齿波信号源的输出端均与PWM比较器的第二输入端相连；其中，负反馈控制环电路输出的负反馈信号在锯齿波信号源的锯齿波信号上加入低频补偿信号。本发明达到抑制PWM比较器所生成的低频拍频信号的幅度作用。

Description

一种抑制开关电源拍频的电路及其实现方法

【技术领域】

本发明涉及电源应用技术领域，特别是涉及一种抑制开关电源拍频的电路及其实现方法。

【背景技术】

目前通信领域最常见的电源为开关电源，非隔离DC/DC电源常用的环路控制模式有电压型和电流型，电流型通常又分压峰值电流型和平均电流型。其中电压型和平均电流型均会采用锯齿波信号源作为PWM信号生成器的一个信号源。在同步整流非隔离DC/DC电源中，CCM工作模式下，稳压环路各环节中只有PWM比较器为非线性环节，由电路技术可知，当两个不同频率的信号进入一个非线性系统时，会产生两个频率之差的信号，这就是开关电源低频拍频产生的根本原因。换而言之，一个和开关电源开关频率接近的扰动信号进入电路环路，会由PWM比较器产生一个低频信号，该低频信号将调制PWM信号，从而在输出电压上产生一个低频正弦波动，在它通常远大于电源的纹波电压，是系统所不能接受的。

侵入电源稳压环的高频干扰信号是很难滤除，如在反馈环中加低通滤波器(带宽为开关频率的1/2)，这会严重影响环路特性，从电源环路理论特性分析，该方案不可行。目前为了消除拍频现象，大多采用在电源输入端增加低通滤波器的方案，该方案对于电源输入总线引入的、接近开关频率的扰动信号是有作用的，但该方案会增加电源输入侧滤波电路的体积和成本，而更为关键的问题是，如果扰动信号来自输出侧，如负载周期性高频变化，或反馈线(sense)被高频信号干扰，或环路中的器件被高频信号干扰，该滤波器方案都是无能为力的。另外一种常用的措施是人为地错开各电源的开关频率，但这个方法在电压母线上挂了很多电源的情况下很难实现。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是一个和开关电源开关频率接近的扰动信号进入电路环路，会由PWM比较器产生一个低频信号，该低频信号将调制PWM信号，从而在输出电压上产生一个低频正弦波动，在它通常远大于电源的纹波电压，是系统所不能接受的。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种抑制开关电源拍频的电路，包括功率转换电路、输出滤波电路、PWM比较器、反馈电路、锯齿波信号源和负反馈控制环电路，具体的：

所述功率转换电路用于分别获取输入使能信号V_in，PWM比较器的输出信号，并通过输出滤波电路完成输出信号V_out；

所述输出滤波电路的输出端还分别连接所述反馈电路和所述负反馈控制环电路；

所述反馈电路的另一端连接所述PWM比较器的第一输入端；所述负反馈控制环电路的另一端与所述锯齿波信号源的输出端均与所述PWM比较器的第二输入端相连；

其中，所述负反馈控制环电路输出的负反馈信号在锯齿波信号源的锯齿波信号上加入低频补偿信号，用于抑制PWM比较器所生成的低频拍频信号的幅度。

优选的，所述负反馈控制环电路依次由低通滤波器、分压器和比例放大器构成，具体的：

所述低通滤波器直接与所述输出滤波电路输出端相连，将低通滤波后的输出信号传递给分压器，所述分压器将分压后的电信号经由所述比例放大器输出到PWM比较器的第二输入端口；

其中，所述比例放大器的输出所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合。

优选的，所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合，具体为：

锯齿波信号由锯齿波信号源产生，负反馈控制环电路的比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加；

其中，所述比例放大器输出信号为低频拍频电压，所述拍频电压的频率远低于锯齿波信号的频率，所述比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加，表现为锯齿波信号被低频拍频电压所调制。

优选的，所述反馈电路包括采样电路和误差放大器构成，所述锯齿波信号表现为锯齿波电压V_t，具体为：

采样电路与输出滤波电路的输出端相连，并将分压后的电信号传递给误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端连接一基准电压V_ref；其中，输出电压经采样电路处理后与基准电压V_ref进行比较，所述误差放大器输出比较结果V_ea到PWM比较器的第一输入端；

所述V_ea与锯齿波电压V_t在PWM比较器中进行比较，并由PWM比较器将输出信号V_wm传递给功率转换电路。

优选的，V_ea作为误差放大器的输出，在一个开关周期中，表现为一个直流信号；锯齿波电压V_t在每个开关周期中是由低电平线性爬升至其峰值的，锯齿波电压V_t峰值的电压设计为高于误差放大器的最大输出电压；

其中，锯齿波电压V_t施加于PWM比较器的负向输入端，误差放大器输出V_ea施加于PWM比较器的正向输入端，在一个开关周期的启始时间点，V_ea电压大于V_t电压，PWM输出电压为高电平；当V_t电压爬升至V_ea电压时，PWM输出电压翻转，输出低电平，PWM输出电压为高电平的保持时间在一个周期里的占比为PWM波的占空比；

开关电源通过调节PWM波的占空比，实现对电压的调节。

优选的，负反馈信号注入PWM锯齿波，所述反馈信号在PWM比较器内部形成一个与拍频频率相近的信号，其中，所述拍频频率具体为所述反馈电路输出的V_ea上的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号的频率；

所述负反馈信号用于抵消反馈电路输出的V_ea所携带的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号。

优选的，所述低通滤波器由电容C3和电阻R8串接构成，所述分压器的输入端并接在所述电容C3和电阻R8之间；

所述分压器由电阻R6和电阻R7串接构成，相应的比例放大电路的输入端并接在所述电阻R6和电阻R7之间；其中，所述分压器用于完成与输出滤波电路和反馈电路两者的阻抗匹配。

优选的，所述比例放大电路有集成运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2构成，具体的：

电阻R3的一端和电阻R4的一端串联，相应所述电阻R4的另一端并接在所述电阻R6和电阻R7之间，相应所述电阻R3的另一端与所述集成运算放大器的输出端相连；

其中，所述电阻R3和电阻R4之间还与所述集成运算放大器的第一输入端电气连接；所述集成运算放大器的第二输入端接地；

所述电阻R1和电容C1串联，电阻R2和电容C2串联，并且，串联后的电阻R1和电容C1并联在所述电阻R3两端，串联后的电阻R2和电容C2并联在所述电阻R4两端。

第二方面，本发明还提供了一种抑制开关电源拍频的电路实现方法，使用第一方面所述的抑制开关电源拍频的电路，实现方法包括：

负反馈控制的比例放大器输出对采样到的拍频信号进行了幅值和相位调节后的信号，并保持原有的信号频率，以便达到比例放大器输出的信号频率与输出滤波电路输出信号中的拍频是一致的要求；

比例放大器输出信号与锯齿波叠加后，进入PWM比较器；以便于PWM比较器中就包含了一个外部引入的拍频信号；其中，在PWM比较器内部有两个拍频频率的信号，一个是从被调制后的锯齿波带入的，一个是高频扰动在锯齿波内部生成的；在所述两个拍频频率的信号的幅值相等，并且相位相反时，将在PWM比较器内部形成相互抵消，使得PWM比较器的输出电压上拍频现象得到抑制。

优选的，负反馈控制环电路中的分压器为可调器件，具体的：

根据输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号的强度，调整所述分压器的分压比；

通过多次的分压比的调整，使得输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号降低到目标阈值以下。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：

本发明为拍频电压设计一个专用的负反馈控制环电路，用反馈信号在PWM比较器中的锯齿波信号上加入补偿，该补偿电路将抑制生成的拍频信号的幅度，从而达到抑制甚至基本消除了输出电压上的低频拍频电压的目的。

本发明避开了直接针对高频扰动信号进行补偿和处理的思路，直接从高频扰动信号导致的结果(低频拍频)出发，针对低频拍频这一结果引入一个负反馈环，拍频在控制环路中的闭环响应在低频段内表现为负反馈特性，在高频段表现为强衰减特性，那么这个负反馈环将能很好的抑制拍频现象，并且具备环路稳定性。

【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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种包含反馈电路的开关电源的电路结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种开关电源电路中信号关系示意图；

图3是本发明实施例提供的一种开关电源电路的模拟电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种开关电源电路的模拟测试结果波形图；

图5是本发明实施例提供的一种抑制开关电源拍频的电路的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种抑制开关电源拍频的电路的结构展开示意图；

图7是本发明实施例提供的一种反馈电路的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种抑制开关电源拍频的电路的实现方法流程图；

图9是本发明实施例提供的一种开关电源电路的模拟电路结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种开关电源电路的模拟测试结果波形图；

图11是本发明实施例提供的一种包含负反馈控制环电路的开关电源电路的模拟电路结构示意图；

图12是本发明实施例提供的一种包含负反馈控制环电路的开关电源电路的模拟测试结果波形图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

研究中发现，开关电源中非隔离电压型BUCK电源的电路结构如图1和图2所示，为了稳定输出电压，电源设计成一个负反馈系统，输出电压作为反馈控制量，反馈输入量为一个基准电压，输出电压经采样电路处理后与基准电压V_ref进行比较，比较结果为V_ea，V_ea与锯齿波电压V_t进行比较，输出PWM信号V_wm，V_ea电压的变化将调解PWM信号的占空比，从而实现对输出电压的稳定性控制。

开关电源是一个非线性系统，其非线性是由PWM环节导致的，这意味着输入PWM环节的V_ea信号中叠加了AC分量，将在PWM输出端出现一个拍频分量，该分量将调制PWM信号。高频的拍频分量将被开关电源的LC二阶低通滤波器滤除，但该滤波器不能滤除低频拍频分量，所以，当V_ea含有接近开关频率的高频扰动时，则会在电源输出上叠加一个低频扰动，该扰动会远大于纹波电压，导致系统无法正常工作。

PWM环节的非线性验证，利用PSpice仿真软件可仿真拍频现象，如图3所示，为一个电压型BUCK仿真电路，工作于CCM模式，开关频率设置为1kHz，扰动信号频率设置为900Hz，仿真结果如图4所示。

可见，输出电压上叠加了一个100Hz的振荡电压，即图4中稳定显示的波形图，这就是拍频电压。

仿真中电路是直接将高频扰动AC信号叠加在PWM输入的DC信号上，在实际电路中，该扰动信号可通过电源输入电压进入PWM环节，也可能是高频周期性负载引入，也可能是稳压环路(如sense线)引入。由于拍频是开关电源自身非线性导致的，通过其自身的稳压环是无法消除的，为了抑制拍频问题，目前通常采用的方法有两个：

1)在电源输入端增加低通滤波器，抑制侵入电源的高频干扰；

2)错开挂在同一母线电压上的开关电源的开关频率，抑制低频拍频的产生；

以上两种方法均具有比较大局限性，第一种方法需要在电源输入端增加PI型滤波器，会增大PCB占板面积、成本压力，并且由于滤波器带宽限制，拍频抑制存在一定的风险；第二种方案在同一电压母线上挂了多个开关电源的场景下，很难错开开关频率，存在难以实施的风险。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种抑制开关电源拍频的电路，如图5所述，包括功率转换电路、输出滤波电路、PWM比较器、反馈电路、锯齿波信号源和负反馈控制环电路，具体的：

所述功率转换电路用于分别获取输入使能信号V_in，PWM比较器的输出信号，并通过输出滤波电路完成输出信号V_out；

所述输出滤波电路的输出端还分别连接所述反馈电路和所述负反馈控制环电路；

所述反馈电路的另一端连接所述PWM比较器的第一输入端；所述负反馈控制环电路的另一端与所述锯齿波信号源的输出端均与所述PWM比较器的第二输入端相连；

其中，所述负反馈控制环电路输出的负反馈信号在锯齿波信号源的锯齿波信号上加入低频补偿信号，用于抑制PWM比较器所生成的低频拍频信号的幅度。

本发明实施例为拍频电压设计一个专用的负反馈控制环电路，用反馈信号在PWM比较器中的锯齿波信号上加入补偿，该补偿电路将抑制生成的拍频信号的幅度，从而达到抑制甚至基本消除了输出电压上的低频拍频电压的目的。

本发明实施例避开了直接针对高频扰动信号进行补偿和处理的思路，直接从高频扰动信号导致的结果(低频拍频)出发，针对低频拍频这一结果引入一个负反馈环，拍频在控制环路中的闭环响应在低频段内表现为负反馈特性，在高频段表现为强衰减特性，那么这个负反馈环将能很好的抑制拍频现象，并且具备环路稳定性。

如图6所示，所述负反馈控制环电路依次由低通滤波器、分压器和比例放大器构成，具体的：

所述低通滤波器直接与所述输出滤波电路输出端相连，将低通滤波后的输出信号传递给分压器，所述分压器将分压后的电信号经由所述比例放大器输出到PWM比较器的第二输入端口；

其中，所述比例放大器的输出所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合。

优选的，负反馈控制环电路中还会设置偏置电压，如图6中图标为S1所示，所述偏置电压是提供一个适合的直流工作点，这样信号在一定范围内变化时，耦合后的信号幅值会在一个适当的区间，从而实现线性调节，如果没有偏置电压，耦合后的电压可能跑出线性调节区，无法实现线性调节。

分压器和比例放大器配合，是为了实现信号传递过程中的阻抗匹配，只有实现了阻抗匹配，信号处理才能工作在线性区。所以，这里的信号传递和耦合，均需要确保信号始终处于线性工作区，而不会进入饱和或截止区，这样信号才能在一个线性系统中传递。

在本发明实施例中，所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合，具体为：

锯齿波信号由锯齿波信号源产生，负反馈控制环电路的比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加；

其中，所述比例放大器输出信号为低频拍频电压(所述拍频电压为接近正弦的振荡波形)，所述拍频电压的频率远低于锯齿波信号的频率，所述比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加，表现为锯齿波信号被低频拍频电压所调制。换而言之，时域表现为锯齿波的基准电压随拍频电压的变化而变化，频域则为调制后的锯齿波即包含开关频率，也包含拍频频率，从而实现了拍频电压和锯齿波电压的耦合，耦合后的锯齿波电压是包含了拍频电压信息的锯齿波。

以图7为例，所述反馈电路包括采样电路和误差放大器构成，所述锯齿波信号表现为锯齿波电压V_t，具体为：

采样电路与输出滤波电路的输出端相连，并将分压后的电信号传递给误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端连接一基准电压V_ref；其中，输出电压经采样电路处理后与基准电压V_ref进行比较，所述误差放大器输出比较结果V_ea到PWM比较器的第一输入端；

所述V_ea与锯齿波电压V_t在PWM比较器中进行比较，并由PWM比较器将输出信号V_wm传递给功率转换电路。

参考图2所示的波形图，在一个开关周期内，锯齿波电压V_t是由低向高线性爬升的，而V_ea为一直流电平，二者分别输入PWM比较器的负向输入端和正向输入端，当V_t电压低于V_ea时，PWM输出高电平；当V_t电压爬升至等于V_ea时，PWM输出翻转，输出低电平。锯齿波信号源输出稳定的锯齿波，从而，V_ea电平的变化，可实现PWM信号占空比的变化。开关电源就是通过控制PWM占空比的变化，实现在各种条件下输出电压的稳定。

基于上述分析，结合本发明实施例如图7所示的实例场景，其相应的技术特性表现为：

V_ea作为误差放大器的输出，在一个开关周期中，表现为一个直流信号；锯齿波电压V_t在每个开关周期中是由低电平线性爬升至其峰值的，锯齿波电压V_t峰值的电压设计为高于误差放大器的最大输出电压；

其中，锯齿波电压V_t施加于PWM比较器的负向输入端，误差放大器输出V_ea施加于PWM比较器的正向输入端，在一个开关周期的启始时间点，V_ea电压大于V_t电压，PWM输出电压为高电平，此时PWM波形可以理解为处于“ON”的状态；当V_t电压爬升至V_ea电压时，PWM输出电压翻转，输出低电平，此时PWM波形可以理解为处于“OFF”状态，PWM输出电压为高电平的保持时间在一个周期里的占比为PWM波的占空比；开关电源通过调节PWM波的占空比，实现对电压的调节。

在本发明实施例中，实现消除了输出电压上的低频拍频电压的原理，解释为：输出负反馈信号注入PWM锯齿波，所述反馈信号在PWM比较器内部形成一个与拍频频率相近的信号，其中，所述拍频频率具体为所述反馈电路输出的V_ea上的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号的频率；

所述反馈信号在PWM比较器内部形成一个与拍频频率相近的信号，是指拍频信号以负反馈的形式被引入到PWM比较器中，即原本PWM比较器中是没有这个信号的，是负反馈电路将这个信号通过与锯齿波耦合的方式，将其引入到PWM比较器中。在频域看，PWM比较器中含有了从锯齿波引入的拍频反馈信号。

所述负反馈信号用于抵消反馈电路输出的V_ea所携带的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号。

负反馈控制控制环电路的比例放大器输出是对采样到的拍频信号进行了幅值和相位调节后的信号，并保持原有的信号频率，以便达到比例放大器输出的信号频率与输出滤波电路输出信号中的拍频是一致的，所述比例放大器输出信号与锯齿波叠加后，进入PWM比较器，于是PWM比较器中就包含了一个外部引入的拍频信号，所以，在PWM比较器内部有两个拍频频率的信号，一个是从被调制后的锯齿波带入的，一个是高频扰动在锯齿波内部生成的，如果这两个信号幅值相等、相位相反，那么二者将在PWM比较器内部形成相互抵消的作用，则PWM比较器的输出上将不再有拍频信号，从而实现输出电压上拍频现象的抑制。

如图6所示，为本发明实施例提供的一种负反馈控制环电路中各组成部件的具体实现形式，不过需要强调的相应实现形式仅仅是一种典型实现方案，而作为本领域技术人员而言，在此基础上做出的等同电路设计和替换所得到的技术方案，也应该认定为属于本发明的保护范围内。

如图6所示，低通滤波器由电容C3和电阻R8串接构成，所述分压器的输入端并接在所述电容C3和电阻R8之间；

所述分压器由电阻R6和电阻R7串接构成，相应的比例放大电路的输入端并接在所述电阻R6和电阻R7之间；其中，所述分压器用于完成与输出滤波电路和反馈电路两者的阻抗匹配。

采样信号在负反馈控制中传递，各环节的输入阻抗和输出阻抗应匹配，这样才能使得信号在各环节有效的传递。上述电阻阻值的选取应依据具体电路特性选定，这样才能确保采样到的信号有合适的幅值，否则信号幅值太大、或太小均不能被后级环节正确接收。

如图6所示，所述比例放大电路有集成运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2构成，具体的：

电阻R3的一端和电阻R4的一端串联，相应所述电阻R4的另一端并接在所述电阻R6和电阻R7之间，相应所述电阻R3的另一端与所述集成运算放大器的输出端相连；

其中，所述电阻R3和电阻R4之间还与所述集成运算放大器的第一输入端电气连接；所述集成运算放大器的第二输入端接地；

所述电阻R1和电容C1串联，电阻R2和电容C2串联，并且，串联后的电阻R1和电容C1并联在所述电阻R3两端，串联后的电阻R2和电容C2并联在所述电阻R4两端。

从整个实现方案的机制来看，本发明实施例为了抑制拍频问题，为电源又设计了一个拍频抑制负反馈电路，所以电源就具有了两个反馈环(如图5所示)：一个反馈电路和一个负反馈控制环电路。从测试情况看，这两个环独立工作，并不会相互影响对方的正常工作。反馈电路产生的低频拍频信号会被负反馈控制环电路所拾取，并利用负反馈控制环电路将其消减至很低的水平；负反馈控制环电路的副产物，高频拍频信号，将会被稳压环的高频滤波特性所滤除。

简而言之，两个反馈环均会产生噪声信号，它们是不可能从被自身消除的，只能依靠另个一个反馈环将其消除。从整体上看，外部高频噪声在稳压环中产生的低频拍频信号被负反馈控制环电路所消减；负反馈控制环电路的生成的高频拍频噪声会被稳压环所滤除。从而，电源达到了滤除高频噪声导致的低频拍频问题，且不会引入新的噪声，整体上提升了电源抗噪声性能。

此处所描述的负反馈控制环电路的副产物，具体为：

拍频信号通过负反馈控制环电路引入PWM比较器，由于PWM比较器的非线性特性，拍频信号与锯齿波的相互作用会生成一个高频拍频信号，这是所示负反馈控制环电路的副产物，是不期望的，由于该高频拍频信号会被LC滤波电路(如图7所示的，由L0和C0构成的LC滤波电路)滤除，所以其对电源输出特性并不会造成不良影响。

例如，LC滤波电路的转折频点为20kHz，电源的开关频率为500KHz，外部引入的高频扰动信号为485kHz，则会产生15kHz的低频拍频信号，在输出电压上可以观察到这个15Khz的拍频信号，本专利电路的目的就是抑制甚至基本消除这个15kHz的拍频信号。专利电路取样15kHz的拍频信号，叠加在锯齿波上送至PWM比较器，那么15kHz的信号与500kHz的锯齿波信号在非线性的PWM比较器中会产生485kHz的高频拍频信号，由于LC低通滤波器的转折频率为20kHz，则LC滤波器在485kHz处有超过-40db的衰减，485kHz的拍频信号将被很好的滤除，在输出电压上基本观察不到该高频拍频信号。

实施例2：

本发明实施例还提供了一种抑制开关电源拍频的电路实现方法，使用如实施例1所述的抑制开关电源拍频的电路，如图所示，实现方法包括：

在步骤201中，负反馈控制的比例放大器输出对采样到的拍频信号进行了幅值和相位调节后的信号，并保持原有的信号频率，以便达到比例放大器输出的信号频率与输出滤波电路输出信号中的拍频是一致的要求。

在步骤202中，比例放大器输出信号与锯齿波叠加后，进入PWM比较器；以便于PWM比较器中就包含了一个外部引入的拍频信号；其中，在PWM比较器内部有两个拍频频率的信号，一个是从被调制后的锯齿波带入的，一个是高频扰动在锯齿波内部生成的；在所述两个拍频频率的信号的幅值相等，并且相位相反时，将在PWM比较器内部形成相互抵消，使得PWM比较器的输出电压上拍频现象得到抑制。

本发明实施例为拍频电压设计一个专用的负反馈控制环电路，用反馈信号在PWM比较器中的锯齿波信号上加入补偿，该补偿电路将抑制生成的拍频信号的幅度，从而达到抑制甚至基本消除了输出电压上的低频拍频电压的目的。

本发明实施例避开了直接针对高频扰动信号进行补偿和处理的思路，直接从高频扰动信号导致的结果(低频拍频)出发，针对低频拍频这一结果引入一个负反馈环，拍频在控制环路中的闭环响应在低频段内表现为负反馈特性，在高频段表现为强衰减特性，那么这个负反馈环将能很好的抑制拍频现象，并且具备环路稳定性。

结合本发明实施例，还存在一种优选的扩展方案，负反馈控制环电路中的分压器为可调器件，具体的：

根据输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号的强度，调整所述分压器的分压比；

通过多次的分压比的调整，使得输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号降低到目标阈值以下。其中，所述目标阈值根据不同的场景需求会有不同的设定参数，具体根据应用场景需求来确定，在此不做过多限定。

实施例3：

为了进一步论证本发明实施例1和实施例2的可行性和相应实现的效果特性，本发明实施例通过PSpice仿真可确认专利电路的可行性，仿真情况如下。

如图9所示的仿真电路是一个增加了稳压环的电压型BUCK电源电路，开关频率为1kHz，在V_ea上叠加了900Hz的扰动信号：其仿真结果如图10所示。输出电压叠加了100Hz、峰峰值约160mV的拍频电压。

将如图9所示的电源仿真电路中增加如实施例1所述的负反馈控制环电路后，如图11所示。仿真结果如图12所示。可见，输出电压上已经观察不到明显的拍频电压，并且，拍频抑制反馈环并没有影响稳压环的正常工作，证实了专利电路的可行性和有效性。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，包括功率转换电路、输出滤波电路、PWM比较器、反馈电路、锯齿波信号源和负反馈控制环电路，具体的：

所述功率转换电路用于分别获取输入使能信号V_in，PWM比较器的输出信号，并通过输出滤波电路完成输出信号V_out；

所述输出滤波电路的输出端还分别连接所述反馈电路和所述负反馈控制环电路；

所述反馈电路的另一端连接所述PWM比较器的第一输入端；所述负反馈控制环电路的另一端与所述锯齿波信号源的输出端均与所述PWM比较器的第二输入端相连；

其中，所述负反馈控制环电路输出的负反馈信号在锯齿波信号上加入低频补偿信号，用于抑制PWM比较器所生成的低频拍频信号的幅度。

2.根据权利要求1所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，所述负反馈控制环电路依次由低通滤波器、分压器和比例放大器构成，具体的：

所述低通滤波器直接与所述输出滤波电路输出端相连，将低通滤波后的输出信号传递给分压器，所述分压器将分压后的电信号经由所述比例放大器输出到PWM比较器的第二输入端口；

其中，所述比例放大器的输出所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合。

3.根据权利要求2所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，所述负反馈信号与锯齿波信号实现耦合，具体为：

锯齿波信号由锯齿波信号源产生，负反馈控制环电路的比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加；

其中，所述比例放大器输出信号为低频拍频电压，所述拍频电压的频率远低于锯齿波信号的频率，所述比例放大器输出信号与锯齿波信号叠加，表现为锯齿波信号被低频拍频电压所调制。

4.根据权利要求2所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，所述反馈电路包括采样电路和误差放大器构成，所述锯齿波信号表现为锯齿波电压V_t，具体为：

采样电路与输出滤波电路的输出端相连，并将分压后的电信号传递给误差放大器的第一输入端，误差放大器的第二输入端连接一基准电压V_ref；其中，输出电压经采样电路处理后，锯齿波信号叠加了负反馈控制环电路输出的低频补偿信号后，与基准电压V_ref进行比较，所述误差放大器输出比较结果V_ea到PWM比较器的第一输入端；

所述V_ea与锯齿波电压V_t在PWM比较器中进行比较，并由PWM比较器将输出信号V_wm传递给功率转换电路。

5.根据权利要求4所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，

V_ea作为误差放大器的输出，在一个开关周期中，表现为一个直流信号；锯齿波电压V_t在每个开关周期中是由低电平线性爬升至其峰值的，锯齿波电压V_t峰值的电压设计为高于误差放大器的最大输出电压；其中，锯齿波信号叠加了负反馈控制环电路输出的低频补偿信号；

其中，锯齿波电压V_t施加于PWM比较器的负向输入端，误差放大器输出V_ea施加于PWM比较器的正向输入端，在一个开关周期的启始时间点，V_ea电压大于V_t电压，PWM输出电压为高电平；当V_t电压爬升至V_ea电压时，PWM输出电压翻转，输出低电平，PWM输出电压为高电平的保持时间在一个周期里的占比为PWM波的占空比；

开关电源通过调节PWM波的占空比，实现对电压的调节。

6.根据权利要求4所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，

负反馈信号注入PWM锯齿波，所述反馈信号在PWM比较器内部形成一个与拍频频率相近的信号，其中，所述拍频频率具体为所述反馈电路输出的V_ea上的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号的频率；

所述负反馈信号用于抵消反馈电路输出的V_ea所携带的高频扰动信号在PWM比较器内部形成的低频拍频信号。

7.根据权利要求2所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，所述低通滤波器由电容C3和电阻R8串接构成，所述分压器的输入端并接在所述电容C3和电阻R8之间；

所述分压器由电阻R6和电阻R7串接构成，相应的比例放大电路的输入端并接在所述电阻R6和电阻R7之间；其中，所述分压器用于完成与输出滤波电路和反馈电路两者的阻抗匹配。

8.根据权利要求7所述的抑制开关电源拍频的电路，其特征在于，所述比例放大电路有集成运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2构成，具体的：

电阻R3的一端和电阻R4的一端串联，相应所述电阻R4的另一端并接在所述电阻R6和电阻R7之间，相应所述电阻R3的另一端与所述集成运算放大器的输出端相连；

其中，所述电阻R3和电阻R4之间还与所述集成运算放大器的第一输入端电气连接；所述集成运算放大器的第二输入端接地；

所述电阻R1和电容C1串联，电阻R2和电容C2串联，并且，串联后的电阻R1和电容C1并联在所述电阻R3两端，串联后的电阻R2和电容C2并联在所述电阻R4两端。

9.一种抑制开关电源拍频的电路实现方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任一所述的抑制开关电源拍频的电路，实现方法包括：

负反馈控制的比例放大器输出对采样到的拍频信号进行了幅值和相位调节后的信号，并保持原有的信号频率，以便达到比例放大器输出的信号频率与输出滤波电路输出信号中的拍频是一致的要求；

比例放大器输出信号与锯齿波叠加后，进入PWM比较器；以便于PWM比较器中就包含了一个外部引入的拍频信号；其中，在PWM比较器内部有两个拍频频率的信号，一个是从被调制后的锯齿波带入的，一个是高频扰动在锯齿波内部生成的；在所述两个拍频频率的信号的幅值相等，并且相位相反时，将在PWM比较器内部形成相互抵消，使得PWM比较器的输出电压上拍频现象得到抑制。

10.根据权利要求9所述的抑制开关电源拍频的电路实现方法，其特征在于，负反馈控制环电路中的分压器为可调器件，具体的：

根据输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号的强度，调整所述分压器的分压比；

通过多次的分压比的调整，使得输出滤波电路输出的开关电源信号中携带的低频拍频信号降低到目标阈值以下。

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