TW200941904A - Switching controller capable of reducing acoustic noise for power converters - Google Patents

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TW200941904A
TW200941904A TW098104813A TW98104813A TW200941904A TW 200941904 A TW200941904 A TW 200941904A TW 098104813 A TW098104813 A TW 098104813A TW 98104813 A TW98104813 A TW 98104813A TW 200941904 A TW200941904 A TW 200941904A
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Description

200941904 九、發明說明： 【發明名稱】：可降低電源轉換器音頻雜訊之切換控制琴 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電源轉換器，更確切地說，關於一種用於降低 電源轉換器音頻雜訊的切換控制器。 — ❹ 【先前技術】 圖^示-習知電源轉換器的電路圖。電源轉換器為了安全 因素考量，通常包括-變壓器1〇，該變壓器具有一初級綠也N 與一次級繞組Ns以提供電氣絕緣。一輸入電壓vIN供應至變壓器P 10的初級繞、组Np的第-端。麵接至變壓_ 1〇初級繞組的第 二端的-電晶體20由-切換控制器則所控制。一旦電晶體加 〇 導通’流經電晶體20的一切換電流Ip將遞增，而將能量儲存於變 壓器10中。當電晶體2G截止’該能量將傳遞_壓器W的次級 繞組Ns此時儲存在變壓器1〇的能量將透過整流器4❶在一電容 器45上建立—輸出電壓％。一旦輸出電壓V。超過-齊納二極體 50的一逆向崩潰電壓’―代表電源轉換器輪出電壓V。的-回授 電壓Vfb將、、座由一光輕合器60孝皮供應至切換控制器100。齊納二 極體50:、電阻51串聯耗接於整流器仙舆光搞合器之間。 電肌感測電阻3〇輕接於電晶體2〇與一接地參考點之間，以將 5 200941904 刀換電抓IP轉換為切換電流信號1。因此，切換電流信號να 便與切換電流Ip相關。切換控制器1⑽依據切換電流信號v一 回授電壓、產生用以控制電晶體加的—切換信號s_。” 參閱圖1電源轉換器更包括_電阻％與—電容器Μ，立 串接於變壓器1G的初級繞組^的第—端與接地參考狀 變壓器10也包括—輔助繞組、。辅助繞組〜磁性輕合於初 ❹ ❹ 級繞組ΝΡ —變壓器。整流器22耦接於電阻26與電容器24之間 的接點與輔助繞組Να的第—端之間。輔助繞組Να的第—端柄接 接地參考點。 下列等式表示變壓器1〇的磁力F: F = BxlxNxIp 其中β為磁通密度；/為導體長度；N為繞組匝數；而“為 流經變壓器10的切換電流。 在變壓器10氣隙中形成之磁力F在切換電流Ip的切換頻率落入音 頻帶時可能產生音頻雜訊。依據上述等式，限制切換電流Ip將可降低 變壓器10的磁力F，也因此可降低電源轉換器的音頻雜訊。 【發明内容】 本發明提出一種可降低電源轉換器音頻雜訊之切換控制器。 該切換控制器包括有一切換電路、一比較電路、一啟用電路與— 減。呆電路。該切換電路產生一脈寬調變信號。包含有一第一比較 6 200941904 益、-第二比較器與-第三比較器的該比較電路係用於週期性地 禁能脈寬調變信號。該啟用電路係用以依據負載條件致/禁能該減 嗶電路。該減嗓電路包含一第一檢查電路、一第二檢查電路、一 脈寬縮減電路與-_電路。該第—檢查電路献祕寬調變信 號與-切換電流«料生-觸發韻。該城紐錢係與電 源轉換器的-切換電流相關。該第二檢查電路接收該觸發信號與 一重置信號以產生一控制信號。當該觸發信號的頻率落入音頻 〇 帶’該控制信號將被致能，此將限制電源轉換器的切換電流。因 此，由電源轉換器的一變壓器所產生的音頻雜訊將得以減低。 【實施方式】 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 圚2繪示本發明的一切換控制器1〇〇的一實施例。切換控制 器100包含一回授輸入電路、一比較電路、一啟用電路、一切換 電路與一減噪電路200。回授輸入電路包含一電晶體n〇，電晶體 110具有耦接至切換控制器100的一回授端FB的一控制端。電晶 體110的一没極麵接至一供應電壓vcc。一拉高(pull-high)電阻 112拉高切換控制器1〇〇的回授端fb。由電阻115與116串聯組 成的一電壓衰減器耦接於電晶體11()的一源極與一接地參考點之 間。電阻115與116之間的接點輸出一回授信號V，FB，此回授信 遽V i?b係與切換控制器1 〇〇回授端fb上的回授電壓Vfb相關。 7 200941904 當負載條件減少，回授電壓vFB將隨著輸出電壓v〇的增加而降低。 切換電路包含一振盪器150、一正反器130與一及閘14〇。 振盪器150提供一脈波信號PLS至正反器130的一時鐘輸入與及 閘140的一輸入。及閘140的另一輸入耦接至正反器13〇的一輪 出。及閘140的一輸出產生一脈寬調變信號SpwM。 比較電路包含一第一比較器121、一第二比較器122、一第 三比較器123與一及閘125。第一比較器121的一負端耦接至切 換控制器100的一電流感測端CS用以接收一切換電流信號vcs。 切換電流信號Vcs與流過圖1中電晶體20的切換電流Ip相關。第 一比較器121的一正端接收一門檻值vT1，其為一過功率門檀值。 一旦切換電流信號Vcs超過門檻值VT1，第一比較器121的一輸 出將重置正反器130並經由及閘125禁能脈寬調變信號sPWM。第 二比較器122的一正端接收回授信號V，FB。第二比較器ι22的一 負端接收切換電流信號Vcs。一旦切換電流信號vcs超過回授信 號V FB ’第一比較器122的一輸出亦將重置正反器；|3〇並經由及 閘125禁成脈寬調變信號sPWM。第三比較器123的一負端接收切 換電流信號Vcs。第三比較器123的一正端接收由減噪電路2〇〇 產生之一限制信號VM。一旦切換電流信號vcs超過限制信號Vm， 第三比較器123的一輸出亦將重置正反器13〇並經由及閘125禁 能脈寬調變信號SPWM。 啟用電路包含一第四比較器124與一及閘126。第四比較器 124的一負端接收回授信號V，fb。第四比較器124的一正端接收 一門檻值VT2，其決定一輕載條件。及閘126的一輸入耦接至第 8 200941904 四比較器124的一輸出。及閘126的另一輸入接收一系統重置信 號SYSRST。系統重置信號SYSRST在切換控制器1〇〇啟動後變 成邏輯高準位狀態。及閘126的一輸出產生一重置信號rSt。一 旦回授信號V’FB低於門檻值Vn，第四比較器124的輸出狀態將 變成邏輯高準位。此將令重置信號RST變成邏輯高準位狀態以啟 用減噪電路200。 圓3繪示本發明的切換控制器的一減噪電路2〇〇的一實施 Ο 例。減噪電路200係用以偵測流經變壓器10的切的換電流Ip。減 噪電路200包含一第一檢查電路300、一第二檢查電路4〇〇、一限 制電路500與一脈寬縮減電路。第一檢查電路3⑽接收脈寬調變 信號8!^!^與切換電流信號Vcs以產生一觸發信號Se。切換電流 #號Vcs係與切換電流Ip相關。第二檢查電路400接收觸發信號 Se以產生'控制彳§说Sa。第一檢查電路400並接收重置信號RST 以禁能控制信號Sa。致能控制信號SA以限制一切換信號s〇UT的 波寬。此限制了切換電流Ip的振幅因而使變壓器1 〇的音頻雜訊得 ® 以降低。切換信號S〇ut經由電晶體20輕接切換變壓器以產生 切換電流Ip。控制信號SA亦供應至限制電路5⑽以產生輸入至第 三比較器123的正端的限制信號VM。脈寬縮減電路包含一單擊電 路250、一及閘210、一及閘215、一反相器211與一或閘23〇。 脈寬調變信號Spwm供應至單擊電路250的一輸入與及閘210的_ 輸入。及閘210的另一輸入係經由反相器211供應控制信號Sa。 單擊電路250的一輸出產生一寬度信號Sn至及閘215的一輪入。 及閘215的另一輸入係由控制信號SA供應。或閘230的兩輸入分 9 200941904 別麵接至及閘210的一輪出盘艿朗，以认 J ® /、及閘215的一輸出。脈寬調變信號
Sp\VM 經由或閘230的一輪屮连也 勒J出產生切換“唬SOUT以調節電源轉換 器。 圓4緣示本發明的單擊電路25〇的一實施例。單擊電路25〇 包含反相器251與280、-電流源26〇、一電晶體253、一電容 270與-及閘285。單擊電路25〇的一輸入…經由反相器251輛 接至電晶體253的-閘極。單擊電路25〇的輸人IN亦輛接至及閑 〇 285的一輸入。電流源26〇輕接於供應電壓Vex與電晶體253的 -沒極之間。電晶體253的-源極連接至接地參考點。電容27〇 連接於電晶體253的汲極與接地參考點之間。反相器28〇耦接於 電晶體253的汲極與及閘285的另一輸入。及閘285的一輸出耦 接至單擊電路250的一輸出out。當單擊電路250的輸入in變 成邏輯高準位狀態，單擊電路25〇的輸出OUT將產生一具有波寬 的仏號，此信號之波寬由電流源260的電流振幅與電容270的電 容值所決定。 ❹ 圓5繪示本發明減噪電路200的一第一檢查電路300的一實 施例。第一檢查電路300包含比較器310與365、反相器345與 350、單擊電路340與370、一及閘320 ' —或閘375、一電流源 352、一開關353、一電晶體351與一電容360。比較器310的一 負端接收一電流門播值VTA。比較器310的一正端由切換電流信 號Vcs所供應。及閘320的一第一輸入連接至比較器310的一輸 出。及閘320的一第二輸入接收脈寬調變信號SPWM。及閘320的 一第三輸入經由反相器345耦接至單擊電路340的一輸出。單擊 200941904 電路34G之實把方式係與圖4中的單擊電路250相^單擊電路 340的輸入接收脈寬調變信號。電晶體351經由反相器35〇 由脈寬調變信號SPWM所驅動。開關353係連接於電流源说與電 b曰體351力；及極之間。開關353的一控制端係由脈寬調變信號 s_所控制。電容360係連接於電晶體351的沒極與接地參考點 之間。比杈器365的-正端接收跨於電容36〇上的電壓。比較器 365的-負端接收-波寬門檻值Vtb。及閘32〇的一輸出與比較器 ❹ 365的—輸出皆減至或閘375。單擊電路37G依據或閘375的- 輸出產生觸發信號SE。單擊電路370之實施方式亦與圖4中的單 .擊電路250相同。第-檢查電路3⑽接收切換電流信號Vcs以偵 測切換電流Ip的振幅。當切換電流信號Vcs的振幅超過電流門權 值VTA便致能觸發信號Se。
一旦脈見調變信號sPWM變成邏輯高準位狀態，電晶體351 將截止且開關353將導通。在脈寬調變信號SpwM的導通期間，電 流源352將經由開關353對電容36〇進行充電。當脈寬調變信號 ® sPWM的導通期間持續，一跨於電容360上代表脈寬調變信號SpwM 波寬的電壓將隨之增加。當跨於電容360上的電壓超過波寬門檻 值Vtb時，觸發信號SE將被致能。換句話說，波寬門檻值vTB係 表示或決定一用來與脈寬調變信號SpwM波寬進行比較之數值。 囷6繪示本發明減澡電路200的第二檢查電路4〇〇的一實施 例。第二檢查電路4〇〇包含正反器410與450、反及閘415與416、 具有磁滯特性之比較器431與432、一電晶體419、一電流源420、 一電谷425與一及閘435。正反器410的一時鐘輸入與反及閘415 11 200941904 的一輸入接收觸發信號SE。反及閘415的另一輸入耦接至正反器 450的一反相輪出。正反器410的一輸出連接至反及閘416的第 一輸入。反及閘415的一輸出耦接至反及閘416的一第二輸入。 正反器410的—重置輸入、正反器450的一重置輸入與反及閘416 的一第二輸入接連接至及閘435的一輸出。反及閘416的一輸出 連接至電晶體419的一閘極。供應電壓Vcc供應至正反器41〇的 一 D_輸入、正反器450的一 D-輸入與電流源420的一輸入。電 晶體419連接於電流源42❶與接地參考點之間。電容425與電晶 體419並聯連接。一斜波信號RMp於電容425上產生。斜波信 號RMP供應至比較II 431的一正端與比較器' 432的一負端。比 較益431的一負端接收一門檻值γη。Vt3決定切換信號的 切換頻率進入音頻帶。比較器432的一正端接收一門檻值Vt4。 Vt4決疋切換信號soliT的切換頻率離開音頻帶。比較器431的一 輪出耦接至正反器450的一時鐘輸入。比較器432的一輸出連接 至及閉435的一輸入。及間435的另-輸入接收來自及閘126的 輸出的重置信號RST。正反器450的-輸出產生控制信號8八。第 -檢查電路4GG S應觸發信號sE的解產生控難號Sa。當觸 發k號sE的週期落入音頻帶，第二檢查電路4〇〇將致能控制信號 sA。一旦控制信號sA致能後，由切換電流Ip造成變壓器1〇的音 頻雜訊將得以降低。 圖7繪示本發明減噪電路200的限制電路5〇〇的一實施例。 限制電路500包含一電流源520、一開關S1S、一運算放大器51〇、 軟犬發(soft-burst)電容530、一運算放大器55〇與一分壓器。 12 200941904 開，515係、連接於電流源52〇與運算放大器5i〇的一輪出之間。 運鼻放大B 51G的—貞端連接至其輸出。運算放大H S1G的-正 端接收一門檻值Vts。運算放大器550的-正端連接至電流源52〇 與開關51S之間的接點。運算放大器55〇的一負端連接至其一輸 出。軟突發電容530連接於運算放大器550 #正端與接地參考點 之間。电I5且561與S62串聯連接以組成分壓器。分壓器係連接於
❺ 運异放大H 55G的輸出與接地參考點之間。限制信號％係由電阻 561與562之間的接點取得。參照圖2與圖7，當控制信號心致 能，限制信號vM將降至門檻值Vts以限制切換電流^的振幅。 -旦控制信號sA#次禁能，限制信號Vm將因應跨於軟突發電容 530上的電壓而逐漸增加。 囷8繪示本發明減噪電路的一脈寬縮減電路的主要波形。當 控制信號呂4為邏輯低準位(禁能），切換信號8_的波寬將等於脈 寬調變信號sPWM的波寬。當控制信號Sa為邏輯高準位(致能）， 切換信號sOUT的波寬將被限制並等於寬度信號Sn的波寬。亦即， 當控制彳s號SA被致能，切換信號s〇UT的波寬將被縮減以限制電 源轉換器的切換電流Ip的振幅。 圖9繪示本發明切換控制器100的主要波形。切換電流信號 Vcs的振幅係與切換信號SOUT的波寬成比例。參照囷5、圖6與 圓9 ’ 一旦電晶體419截止，電流源420將對電容425進行充電》 跨於電容425上的斜波信號RMP將開始增加，其增加的斜率由 電流源420的電流與電容425的電容值決定。當斜波信號RMp 低於門檻值VTS，斜波信號RMP係依據一大切換電流信號Vcs 13 200941904 而被放電 -针波信號RMP持續增加且到達門檻值Vt3 =將，週期)。當斜波信號請持續增加並二 =:，將被禁能且斜波一被放電。門』 〇 、T4 :疋了控制信號SA的一 T2週期。T2週期内切換信 號S0UT的頻率為音頻帶。當控制信號〜被禁能，圓7中的開關 515將被戴止且電流源52G將開始對軟突發電容530進行充電， 此使得限難號^逐漸增加(T3獅）。脈寬調變信 ❹
寬將因《漸増加。 & 本發明雖啸佳實施觸露如上，然其並非用以限定本發明 的範圍’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明 之精神和fell内’當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ik附的圖式提供對本發明進一步的理解，並構成本說明書的 一部伤。該些圖式闡述本發明實施例並與後列之發明敘述解釋本 發明的原理。 圖1繪示一習知電源轉換器的電路圖。 圖2繪示本發明的一切換控制器的一實施例。 圖3繪示本發明的切換控制器的一減噪電路的一實施例。 圖4繪示本發明的一單擊電路的一實施例。 圈5繪示本發明減嗓電路的一第一檢查電路的一實施例。 200941904 圖6繪示本發明減噪電路的一第二檢查電路的一實施例。 圖7繪示本發明減嗓電路的一限制電路的一實施例。 圖8繪示本發明減噪電路的一脈寬縮減電路的主要波形。 圖9繪示本發明切換控制器的主要波形。
【主要元件符號說明】 圖1 : 10〜變壓器； 20〜電晶體； 22〜整流器； 24〜電容器； 26〜電阻； 30〜電流感測電阻 40〜整流器； 45〜電容器； 50〜齊納二極體； 51〜電阻； 60〜光搞合器； 100〜切換控制器； Ip〜切換電流； NA〜輔助繞組； NP〜初級繞組； Ns〜次級繞組； S〇ut〜切換信號； vcc〜供應電壓； Vcs〜切換電流信號； VFB〜回授電壓； Vin〜輸入電壓， V〇〜輸出電壓。 圖2 : 110〜電晶體； 112〜拉高電阻； 115、116〜電阻； 121〜第一比較器； 15 200941904 122〜第二比較器； 123〜第三比較器； 124〜第四比較器； 125、126〜及閘； 130〜正反器； 140〜及閘； 150〜振盪器； 200〜減嗓電路； PLS〜脈波信號； RST〜重置信號；
SpWM 〜脈寬調變信號； SYSRST〜系統重置信號； Φ v’FB〜回授信號； vM〜限制信號；
Vti、Vx2〜門權值。
圖3 : 210〜及閘； 215〜及閘； 250〜單擊電路； 400〜第二檢查電路； SA〜控制信號； SN〜寬度信號。 211〜反相器； 230〜或閘； 300〜第一檢查電路； 500〜限制電路；
Se〜觸發信號； 圖4 : 251〜反相器； 260〜電流源； 280〜反相器； IN〜單擊電路的輸入； 253〜電晶體； 270〜電容； 285〜及閘； OUT〜單擊電路的輸出。 16 200941904
圖5 : 310〜比較器； 340〜單擊電路； 351〜電晶體； 353〜開關； 365〜比較器； 375〜或閘； VTB〜波寬門檻值。 320〜及閘； 345、350〜反相器； 352〜電流源； 360〜電容； 370〜單擊電路； VTA〜電流門檻值； 圖6 : 410〜正反器； 415、416〜反及閘； 419〜電晶體； 420〜電流源； 425〜電容； 431、432〜具有磁滯特性之比較器； 435〜及閘； 450〜正反器；
RMP〜斜波信號； VT3、VT4〜門檻值。 圖7 : 510〜運算放大器； 515〜開關； 520〜電流源； 530〜軟突發電容； 550〜運算放大器； 561、562〜電阻。 17

Claims (1)

  1. 200941904 十、申請專利範園： 1·一種可降低電源轉換器音頻雜訊之切換控制器，其包含： -切換電路’產生—脈寬調變信號； 一比杈電路，週麻地重置該切換電路； 一啟用電路，產生-重置信號；及 減木包路，接收該脈寬調變信號、一切換電流信號與該重 置㈣，該減噪電路產生—切換信號與-限制信號，其中，該切 換電流信號係與简源轉換H的―切換電流相關。 2·如申明專利範圍1所述之切換控制器，其中，該比較電路包 含： 一第一比較器，比較該切換電流信號與一第一門檻值，其中， 虽s亥切換電流信號超過該第一門檻值，該第一比較器禁能該脈寬 調變信號； 〇 一第二比較器，比較一回授信號與該切換電流信號，其中， 當該切換電流信號超過該回授信號，該第二比較器禁能該脈寬調 變信號；及 一第三比較器，比較該限制信號與該切換電流信號，其中， 當該切換電流信號超過該限制信號，該第三比較器禁能該脈寬調 變信號。 3.如申請專利範圍2所述之切換控制器，其中，該啟用電路包 18 200941904 含： 一第四比較器，比較該回授信號與一第二門檻值；及 一及閘’其具有一輸入耦接至該第四比較器的一輸出以及具 有另一輸入接收一系統重置信號，其中，該減噪電路自該及閘的 一輸出接收該重置信號。 4.如申請專利範圍3所述之切換控制器，其中，該減噪電路包 含： 一單擊電路，接收該脈寬調變信號以產生一寬度信號； —第一檢查電路，接收該脈寬調變信號與該切換電流信號並 產生-觸發信號’其中，#該切換電流信號超過—電流門檻值或 當該脈寬調變信號的—波寬大於由-波寬Η權值所蚊之值，該 第一檢查電路便致能該觸發信號； Λ 一第二檢查電路，接收該觸發信號與該重置信號並產生—控 ❹ 制彳。號’射，當簡發《的鮮落人*頻帶，該第二檢查 路便致能該控制信號； ~ —限制電路’提供紐制信號傾第三比較魏行比較；及 一脈宽縮減電路，接收該脈寬調變信號、該寬度信號與該控 1丄號肖以產生㈣換信號，其巾當該控制信號致能時， 換L就的—波寬減少以聞該電源轉鮮賴切換電流。 5‘如申睛專利範圍4所述之切換控制器，其中 致能時，該切換信號的該波寬等於該寬度信號的波寬。破 200941904 6. 如申請專利範圍4所述之切換控制器，其中，當該控制信號 致能時，該限制信號降至一第五門檻值以限制該電源轉換器的該 切換電流。 7. 如申請專利範圍4所述之切換控制器，其中，在該控制信號 由禁能變為致能瞬間，該限制信號開始逐漸增加。 0 8.如申請專利範圍3所述之切換控制器，其中，該第四比較器 用以檢測一輕載條件以啟用該減嗓電路。 ❿ 20
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