TWI678059B - 可抖動開關頻率之電源供應器以及電源控制器 - Google Patents

可抖動開關頻率之電源供應器以及電源控制器 Download PDF

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Abstract

本發明實施例提供一種電源控制器，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關，用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓。該電源控制器包含有一補償端以及一脈波寬度調變信號產生器。該補償端，提供一補償信號，其依據偵測該輸出電壓而產生。該脈波寬度調變信號產生器依據該補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關。該脈波寬度調變信號使該功率開關具有至少一開啟時間以及一關閉時間。該脈波寬度調變信號具有一開關頻率。該脈波寬度調變信號產生器提供一最大開關頻率，且該脈波寬度調變信號產生器架構來使該開關頻率不大於該最大開關頻率。當該補償信號為一第一補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率與該開啟時間，使得當該最大開關頻率減少時，該開啟時間增加。

Description

可抖動開關頻率之電源供應器以及電源控制器
本發明係關於一種電源供應器以及其相關之電源控制器，尤指可以抖動開關式電源供應器之開關頻率的電源控制器。
電源供應器在消費性電子產品中，幾乎是不可或缺的。幾乎每個電子產品都需要一電源供應器，來將市電轉換為電子產品中的核心電路所需的電壓或是電流電源。開關式電源供應器因為體積小、效率高，所以廣受使用者的歡迎。
大多數電源供應器被要求不能有電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)的問題，也就是電源供應器所產生的電磁波，不能大到影響到周邊的電器設備。一種防止電磁干擾的方法，就是抖動開關式電源供應器的開關頻率，也就是使得開關頻率在一預定的頻率抖動範圍內緩慢變化。在頻譜上，頻率抖動可以使得開關式電源供應器所產生的電磁波能量，平均地展開在頻率抖動範圍，而不會落在單一個開關頻率上。
為了降低開關損失，增加轉換效率，有的開關式電源供應器設計來執行波谷切換(valley switching)，也就是使功率開關大約在功率開 關之一跨壓最低的時候開啟。這樣的操作模式一般稱為準諧振(Quasi-Resonance，QR)模式。但是，在特定負載下，QR模式卻可能使得開關式電源供應器的開關頻率固定在一單一頻率，或是僅僅切換於兩個頻率，因而使開關式電源供應器產生了EMI的問題。
本發明實施例提供一種電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，對一負載供電。該電源供應器包含有一電感元件、一功率開關、以及一電源控制器。該電感元件以及該功率開關相串聯於該輸入電壓以及一輸入地之間。該電源控制器依據一補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關，以控制該功率開關。該補償信號係依據偵測該輸出電壓而產生。該電源控制器架構來提供一最大開關頻率，用以限制該脈波寬度調變信號的一開關頻率。當該補償信號為一第一補償值時，該電源控制器抖動該最大開關頻率，使其具有一第一平均頻率以及一第一頻率變動率。當該補償信號為一第二補償值時，該電源控制器抖動該最大開關頻率，使其具有一第二平均頻率以及一第二頻率變動率。該第一補償值所對應的一第一負載大於該第二補償值所對應的一第二負載。該第一平均頻率大於該第二平均頻率。該第二頻率變動率大於該第一頻率變動率。
本發明實施例提供一種電源控制器，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關，用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓。該電源控制器包含有一補償端以及一脈波寬度調變信號產生器。該補償端提供一補償信號，其依據偵測該輸出電壓而產生。該脈波寬度調變信號產生器依據該補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關。該脈 波寬度調變信號產生器架構來提供一最大開關頻率，用以限制該脈波寬度調變信號的一開關頻率。當該補償信號為一第一補償值時，該電源控制器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第一平均頻率以及一第一頻率變動率。當該補償信號為一第二補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第二平均頻率以及一第二頻率變動率。該第一平均頻率大於該第二平均頻率。該第二頻率變動率大於該第一頻率變動率。
本發明實施例提供一種電源控制器，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關，用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓。該電源控制器包含有一補償端以及一脈波寬度調變信號產生器。該補償端，提供一補償信號，其依據偵測該輸出電壓而產生。該脈波寬度調變信號產生器依據該補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關。該脈波寬度調變信號使該功率開關具有至少一開啟時間以及一關閉時間。該脈波寬度調變信號具有一開關頻率。該脈波寬度調變信號產生器提供一最大開關頻率，且該脈波寬度調變信號產生器架構來使該開關頻率不大於該最大開關頻率。當該補償信號為一第一補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率與該開啟時間，使得當該最大開關頻率減少時，該開啟時間增加。
10‧‧‧開關式電源供應器
12‧‧‧橋式整流器
13‧‧‧負載
14、14a、14b、14c‧‧‧電源控制器
102‧‧‧輸出電壓偵測器
104‧‧‧波谷偵測器
106‧‧‧或閘
108‧‧‧及閘
110‧‧‧SR正反器
112‧‧‧驅動器
114‧‧‧抖動信號產生器
116、216‧‧‧屏蔽時間產生器
118‧‧‧轉導器
120‧‧‧準位移位器
122‧‧‧比較器
123、223、323‧‧‧關閉時間控制器
124、224‧‧‧開啟時間控制器
140‧‧‧SR正反器
142、144、242、244‧‧‧可控制電流源
146‧‧‧及閘
148、150‧‧‧比較器
152、154‧‧‧開關
218‧‧‧加法器
219‧‧‧調整器
COM‧‧‧補償端
CSAW‧‧‧電容
CS‧‧‧電流偵測端
DA‧‧‧二極體
DRV‧‧‧驅動端
fSW‧‧‧開關頻率
fMAX‧‧‧最大開關頻率
fMAX-AVG、fMAX-CH、fMAX-CL‧‧‧平均頻率
fMAX-H、fMAX-L‧‧‧頻率
fMAX-J、fMAX-JH0、fMAX-JL0、fMAX-JH1、fMAX-JL1‧‧‧頻率抖動範圍
FB‧‧‧回饋端
IPRM‧‧‧電感電流
LA‧‧‧輔助繞組
LP‧‧‧主繞組
LS‧‧‧二次側繞組
RA、RB‧‧‧電阻
RCS‧‧‧電流偵測電阻
SBLNK‧‧‧屏蔽信號
SDRV、SPWM‧‧‧脈波寬度調變信號
SKNEE‧‧‧脈衝信號
SVAL‧‧‧波谷信號
SW‧‧‧功率開關
tCMPT、tSTRT、tRELEASE‧‧‧時間點
TBLNK‧‧‧屏蔽時間
TCYC‧‧‧開關週期
TDIS‧‧‧放電時間
TOFF‧‧‧關閉時間
TON‧‧‧開啟時間
TF‧‧‧變壓器
VAC‧‧‧交流市電
VAUX‧‧‧跨壓
VBTM‧‧‧最低電壓
VCC‧‧‧操作電壓
VCC‧‧‧電源端
VCOMP、VCOMP-R‧‧‧補償信號
VCOMP-L、VCOMP-H‧‧‧補償值
VCS‧‧‧電流偵測信號
VJTR‧‧‧抖頻信號
VJTR-AVG‧‧‧平均電壓
VJRT-MIN、VJTR-MAX‧‧‧電壓
VKNEE‧‧‧轉折電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF-TAR‧‧‧預設參考電壓
VSAMP‧‧‧取樣電壓
VSAW‧‧‧三角波
VTOP‧‧‧最高電壓
第1圖顯示一開關式電源供應器。
第2圖舉例顯示一電源控制器。
第3A圖顯示了脈波寬度調變信號SDRV/SPWM、輔助繞組LA的跨壓VAUX、以及一些在關閉時間控制器123內的信號。
第3B圖舉例說明，當補償信號VCOMP為一固定值時，抖頻信號VJTR為一三角波，變化於電壓VJTR-MAX與電壓VJRT-MIN之間。
第4圖舉例顯示一屏蔽時間產生器。
第5圖顯示第4圖的屏蔽時間產生器所產生之補償信號VCOMP與最大開關頻率fMAX的關係。
第6圖舉例顯示依據本發明所實施的一電源控制器。
第7圖舉例顯示第6圖中之一屏蔽時間產生器。
第8圖顯示第7圖的屏蔽時間產生器所產生之補償信號VCOMP與最大開關頻率fMAX的關係。
第9圖顯示當補償信號VCOMP-R大約為一固定值時，最大開關頻率fMAX、抖頻信號VJTR、電流偵測信號VCS、以及開啟時間TON彼此的關係。
第10圖顯示另一開啟時間控制器。
第11圖舉例顯示依據本發明所實施的另一電源控制器。
在本說明書中，有一些相同的符號，其表示具有相同或是類似之結構、功能、原理的元件，且為業界具有一般知識能力者可以依據本說明書之教導而推知。為說明書之簡潔度考量，相同之符號的元件將不再重述。
在一實施例中，一電源供應器具有一電源控制器，其依據一 補償信號，提供一脈波寬度調變信號，來控制一功率開關。該補償信號是依據偵測該電源供應器之一輸出電壓而產生。該電源控制器提供有一最大開關頻率，用以限制該脈波寬度調變信號的一開關頻率。該電源控制器抖動該最大開關頻率，使其以一平均頻率為中心，具有一頻率變動率。在此說明書中，該頻率變動率為該最大開關頻率之一頻率抖動範圍除以該平均頻率。當該電源控制器減少該平均頻率時，該頻率抖動範圍維持不變，所以該頻率變動率增加。
在一實施例中，該脈波寬度調變信號使該功率開關具有至少一開啟時間以及一關閉時間。當該補償信號為一補償值時，該電源控制器抖動該最大開關頻率與該開啟時間，使該最大開關頻率減少時該開啟時間增加。
第1圖顯示一開關式電源供應器10。開關式電源供應器10可以將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT，對負載13供電。開關式電源供應器10有橋式整流器12、變壓器TF、以及電源控制器14。變壓器TF作為一電感元件，具有電感相耦合的的主繞組LP、輔助繞組LA、以及二次側繞組LS。
橋式整流器12將交流市電VAC全波整流，產生直流的輸入電壓VIN以及輸入地。
主繞組LP、功率開關SW以及電流偵測電阻RCS串聯於輸入電壓VIN與輸入地之間。電源控制器14透過驅動端DRV提供脈波寬度調變信號SDRV，來開啟或關閉功率開關SW，藉以使變壓器TF從輸入電壓VIN儲能或對輸出電壓VOUT釋能。輸出電壓VOUT為二次側繞組LS之跨壓的整流結果，對負載13供電。
電源控制器14透過電流偵測端CS，接收電流偵測信號VCS，其大約代表流經偵測電流電阻RCS的電流，也可以代表流經主繞組LP的電感電流IPRM。
開關式電源供應器10可以採用一次側控制(Primary Side Control，PSC)，也就是電源控制器14完全以在一次側的資訊，來控制位於二次側的輸出電壓VOUT。但本發明並不限於此。在一個實施例中，開關式電源供應器10也可以採用二次側控制(Secondary Side Control，SSC)，舉例來說，在二次側偵測輸出電壓VOUT跟一目標值之間的差異，透過光耦合器，將偵測結果傳送給位於一次側的電源控制器14。
開關式電源供應器10具有一回饋端FB，透過串聯的電阻RA與RB，來偵測輔助繞組LA的跨壓VAUX。
二極體DA對跨壓VAUX整流，產生操作電壓VCC，透過操作電源端VCC，提供開關式電源供應器10操作所需要的電能。
第2圖舉例顯示一電源控制器14a，可以作為第1圖中的電源控制器14。電源控制器14a可以是一封裝好的積體電路，至少具有四個接腳，分別作為回饋端FB、驅動端DRV、電流偵測端CS、以及補償端COM。電源控制器14a內有開啟時間控制器(ON-time controller)124、關閉時間控制器(OFF-time controller)123、轉導器(transconductor)118、SR正反器(SR flip-flop)110、以及驅動器(driver)112。
驅動器112依據脈波寬度調變信號SPWM，提供足夠的驅動力，產生脈波寬度調變信號SDRV，來控制功率開關SW。簡單的說，在邏輯上，脈波寬度調變信號SPWM與SDRV可以視為等同，只是一個作為電源控制 器14a外送的信號，另一個作為電源控制器14a內用的信號。在此說明書中，脈波寬度調變信號SPWM與SDRV可以大致相互替代。
開啟時間控制器124依據補償端COM上的補償信號VCOMP，來決定功率開關SW的一開啟時間TON，其表示功率開關SW被開啟的一段時間。當脈波寬度調變信號SDRV為邏輯上的1，開啟功率開關SW時，電流偵測信號VCS隨著時間上升。一旦電流偵測信號VCS超過了準位移位器120相對於補償信號VCOMP所產生的補償信號VCOMP-R時，比較器122重置(reset)SR正反器110，使脈波寬度調變信號SPWM與SDRV為邏輯上的0，關閉功率開關SW。因此，開啟時間控制器124可以結束開啟時間TON，並開始關閉時間TOFF。
關閉時間控制器123依據補償端COM上的補償信號VCOMP以及回饋端FB上的信號，來決定功率開關SW的一關閉時間TOFF，其表示功率開關SW被關閉的一段時間。關閉時間控制器123包含有輸出電壓偵測器102、波谷偵測器104、抖動信號產生器114、屏蔽時間產生器116、或閘106、以及及閘108。第3A圖顯示了脈波寬度調變信號SDRV/SPWM、輔助繞組LA的跨壓VAUX、以及一些在關閉時間控制器123內的信號。
請同時參考第2圖與第3A圖。在開啟時間TON結束後，關閉時間TOFF開始時，跨壓VAUX從一負值突然轉變成一正值，二次側繞組LS開始釋能。
輸出電壓偵測器102偵測跨壓VAUX開始震盪的時間點tCMPT，同時輸出一脈衝信號SKNEE，其脈波寬度代表了二次側繞組LS釋能所經歷的放電時間TDIS，如同第3A圖所示。輸出電壓偵測器102在時間點tCMPT附近取樣回饋端FB上的電壓，產生取樣電壓VSAMP，其代表了第3A圖中的 轉折電壓VKNEE，也可以代表輸出電壓VOUT。
轉導器118比較取樣電壓VSAMP與預設參考電壓VREF-TAR，據以產生補償信號VCOMP。當取樣電壓VSAMP低於預設參考電壓VREF-TAR時，轉導器118增加補償信號VCOMP，因而使開啟時間TON增加，從輸入電壓VIN儲取更多能量。如此提供了一負回饋控制，希望使取樣電壓VSAMP維持大約等於預設參考電壓VREF-TAR。轉導器118等同偵測了輸出電壓VOUT，來產生補償信號VCOMP。
波谷偵測器104監測跨壓VAUX是否進入一電壓波谷，據以使波谷信號SVAL帶有相對應的一脈衝。舉例來說，波谷偵測器104檢測回饋端FB上的電壓是否掉低於0V。一旦回饋端FB上的電壓掉低於0V，經過一段延遲時間後，使波谷信號SVAL帶有一脈衝，如同第3A圖所示。
依據補償信號VCOMP，屏蔽時間產生器116產生一屏蔽信號SBLNK，其可定義一屏蔽時間TBLNK，用以使關閉時間TOFF結束不早於屏蔽時間TBLNK結束前。在第3A圖中，屏蔽信號SBLNK的脈衝從時間點tSTRT開始，到時間點tRELEASE結束，但本發明不限於此。在另一實施例中，屏蔽信號SBLNK的脈衝可以在關閉時間TOFF開始時開始，到時間點tRELEASE結束。只是在所有的實施例中，屏蔽時間TBLNK都是介於時間點tSTRT與時間點tRELEASE之間的時間。在屏蔽時間TBLNK內，及閘108阻擋了波谷信號SVAL以及脈衝信號SKNEE，功率開關SW持續關閉。直到屏蔽時間TBLNK過後，及閘108才可以讓波谷信號SVAL以及脈衝信號SKNEE通過，兩者其中之一如果是邏輯上的1時，才能夠設置(set)SR正反器110，使脈波寬度調變信號SPWM與SDRV為邏輯上的1，開啟功率開關SW，結束關閉時間TOFF，開始開啟時間TON。因此，關閉時間 TOFF結束不會早於屏蔽時間TBLNK結束前。換言之，開關週期TCYC，其等於一開啟時間TON與一關閉時間TOFF之和，將不小於屏蔽時間TBLNK。從頻率的角度而言，脈波寬度調變信號SDRV/SPWM的開關頻率fSW，會被屏蔽時間產生器116所限制為不大於屏蔽時間TBLNK的倒數，而屏蔽時間TBLNK的倒數定義為最大開關頻率fMAX。
如果時間點tRELEASE落於放電時間TDIS內，那電源控制器14a可以使開關式電源供應器10操作於連續導通模式(continuous-conduction mode，CCM)；如果時間點tRELEASE落於放電時間TDIS之後，那電源控制器14a可以使開關式電源供應器10操作於波谷切換模式，或QR模式。如同第3A圖所顯示的，時間點tRELEASE落於放電時間TDIS之後，電源控制器14a大約在跨壓VAUX的第二個波谷出現時，開始下一個開啟時間TON。
抖頻產生器114提供抖頻信號VJTR至屏蔽時間產生器116，用以抖動屏蔽時間TBLNK，等於抖動最大開關頻率fMAX。第3B圖舉例說明，當補償信號VCOMP為一固定值時，抖頻信號VJTR為一三角波，變化於電壓VJTR-MAX與電壓VJRT-MIN之間，具有平均電壓VJTR-AVG。同時，抖頻信號VJTR使最大開關頻率fMAX緩慢地變化於頻率fMAX-H到fMAX-L之間，具有一平均頻率fMAX-AVG；頻率抖動範圍fMAX-J定義為頻率fMAX-H與fMAX-L之間的差；頻率變動率RJ定義為頻率抖動範圍fMAX-J除以平均頻率fMAX-AVG。舉例來說，抖頻信號VJTR的頻率為400Hz，平均頻率fMAX-AVG約為65kHz，頻率fMAX-H為66kHz，頻率fMAX-L為64kHz，所以此時的頻率抖動範圍fMAX-J為2kHz，頻率變動率RJ為2/65。第3A圖中的屏蔽信號SBLNK也顯示了時間點tRELEASE可能因為抖頻信號VJTR而有所變化。
第4圖舉例顯示屏蔽時間產生器116。屏蔽時間產生器116可以視為一三角波產生器，具有可控制電流源142與144、開關152與154、及閘146、電容CSAW、比較器148與150、以及SR正反器140，彼此的連接關係如第4圖所示。比較器148架構來使位於電容CSAW上的三角波VSAW不超過一最高電壓，在此為抖頻信號VJTR。比較器150架構來使三角波VSAW不低於最低電壓VBTM。如同第3A圖之三角波VSAW所示，三角波VSAW的最高電壓就是抖頻信號VJTR，因此，當抖頻信號VJTR些許地增加，三角波VSAW就晚一點抵達最低電壓VBTM，屏蔽時間TBLNK增加一點點，最大開關頻率fMAX變小一點。
第4圖中，可控制電流源142與144，均受控於補償信號VCOMP，分別提供對電容CSAW的充電電流與放電電流。在一實施例中，可控制電流源142與144可以架構來，使得平均頻率fMAX-AVG與補償信號VCOMP有如第5圖中所顯示的關係。在第5圖中，當補償信號VCOMP為一補償值VCOMP-H時，平均頻率fMAX-AVG為fMAX-CH，頻率抖動範圍fMAX-J為fMAX-JH0，頻率變動率RJ為fMAX-JH0/fMAX-CH。類似的，第5圖也顯示了當補償信號VCOMP為一補償值VCOMP-L時，平均頻率fMAX-AVG為fMAX-CL，頻率抖動範圍fMAX-J為fMAX-JL0，頻率變動率RJ為fMAX-JL0/fMAX-CL。
第4圖的屏蔽時間產生器116所產生的頻率變動率RJ大約會是定值，不隨補償信號VCOMP改變而變化。也就是fMAX-JH0/fMAX-CH大約等於fMAX-JL0/fMAX-CL。從第3A圖中的三角波VSAW波形，以及第4圖的屏蔽時間產生器116，可以推知以下公式(I)。
IM(VCOMP)* TBLNK=CSAW * 2 *(VJTR-VBTM)...(I)其中，IM(VCOMP)大約是可控制電流源142與144兩者的平均電流，CSAW為 電容CSAW的電容值。因此，頻率抖動範圍fMAX-J大約可以表示為以下公式(II)。
fMAX-J=fMAX-H-fMAX-L=(IM(VCOMP)/(CSAW * 2))*(1/(VJTR-MIN-VBTM)-1/(VJTR-MAX-VBTM))....(II)頻率變動率RJ大約可以表示為以下公式(III)。
RJ=fMAX-J/fMAX-AVG=[1/(VJTR-MIN-VBTM)-1/(VJTR-MAX-VBTM)]* VJTR-AVG...(III)從公式(III)可知，頻率變動率RJ僅僅跟VJTR-MIN、VJTR-MAX、VJTR-AVG與VBTM有關，而這四者在抖頻產生器114與屏蔽時間產生器116中都為常數。因此，屏蔽時間產生器116所產生的頻率變動率RJ是定值，不會隨著補償信號VCOMP變化而改變。
第6圖舉例顯示一電源控制器14b，在本發明的一實施例中，可以取代第1圖中的電源控制器14。電源控制器14b可以是一封裝好的積體電路，至少具有四個接腳，分別作為回饋端FB、驅動端DRV、電流偵測端CS、以及補償端COM。電源控制器14b有許多與電源控制器14a相似之處，可以參考先前電源控制器14a的說明，不再重述。與電源控制器14a不同的，電源控制器14b有開啟時間控制器224與關閉時間控制器223。
關閉時間控制器223與關閉時間控制器123之差異處，在於屏蔽時間產生器216。第7圖舉例顯示屏蔽時間產生器216，其跟第4圖之屏蔽時間產生器116相似相同之處，請參閱先前第4圖之相關說明可得知。屏蔽時間產生器216可以視為一三角波產生器。比較器148架構來使位於電容CSAW上的三角波VSAW不超過最高電壓VTOP。比較器150架構來使三角波VSAW不低於最低電壓VBTM。在第7圖中，抖頻信號VJTR控制了可控制電流源242 與244，提供次要的充電電流與放電電流；而補償信號VCOMP控制可控制電流源142與144，提供主要的充電電流與放電電流。換言之，抖頻信號VJTR抖動了對電容CSAW的充電電流與放電電流。第7圖中的可控制電流源242與244並不受控於補償信號VCOMP。在一實施例中，可控制電流源142與144可以架構來，使得平均頻率fMAX-AVG與補償信號VCOMP有如第8圖中所顯示的關係。在第8圖中，當補償信號VCOMP為一補償值VCOMP-H時，平均頻率fMAX-AVG為fMAX-CH，頻率抖動範圍fMAX-J為fMAX-JH1，頻率變動率RJ為fMAX-JH1/fMAX-CH。類似的，第8圖也顯示了當補償信號VCOMP為補償值VCOMP-L時，頻率變動率RJ為fMAX-JL1/fMAX-CL。
第7圖的屏蔽時間產生器216所產生的頻率抖動範圍fMAX-J大約會是個不隨著補償信號VCOMP改變的定值。換言之，頻率抖動範圍fMAX-JH1大約會等於頻率抖動範圍fMAX-JL1。從第7圖的屏蔽時間產生器216，可以推知以下公式(IV)。
(IM(VCOMP)+IJ(VJTR))* TBLNK=CSAW * 2 *(VTOP-VBTM)...(IV)其中，IM(VCOMP)表示可控制電流源142與144兩者的平均電流，IJ(VJTR)表示可控制電流源242與244兩者的平均電流。頻率抖動範圍fMAX-J大約可以表示為以下公式(V)。
fMAX-J=fMAX-H-fMAX-L=(IJ(VJTR-MAX)-IJ(VJTR-MIN))/(CSAW * 2*(VTOP-VBTM))....(V)從公式(V)可知，頻率抖動範圍fMAX-J僅僅跟VJTR-MIN、VJTR-MAX、CSAW、VTOP與VBTM有關，而這五者在抖頻產生器114與屏蔽時間產生器216中都為常數。因此，屏蔽時間產生器216所產生的頻率抖動範圍fMAX-J是定值，不會隨 著補償信號VCOMP改變而改變。儘管平均頻率fMAX-CH高於平均頻率fMAX-CL，但頻率抖動範圍fMAX-JH1等於頻率抖動範圍fMAX-JL1。
屏蔽時間產生器216所產生的頻率變動率RJ大約可以以下公式(VI)表示。
RJ=fMAX-J/fMAX-AVG=[IJ(VJTR-MAX)-IJ(VJTR-MIN)]/(IM(VCOM)+IJ(VJTR-AVG))...(VI)其中，VJTR-MAX、VJTR-MIN與VJTR-AVG都是常數。明顯的，如果IM(VCOM)變小，頻率變動率RJ將會增大。在第8圖中，平均頻率fMAX-CH高於平均頻率fMAX-CL，因此，IM(VCOMP-H)大於IM(VCOMP-L)。所以，補償信號VCOMP為補償值VCOMP-H時的頻率變動率RJ，小於補償信號VCOMP為補償值VCOMP-L時的頻率變動率RJ。
相較於第2圖之開啟時間控制器124，第6圖之開啟時間控制器224多了加法器218與調整器219。在第6圖之實施例中，調整器219以抖頻信號VJTR為輸入，輸出K倍的抖頻信號VJTR，其中K大於0。加法器218將電流偵測信號VCS去除了K倍的抖頻信號VJTR，並將結果送至比較器122的非反向輸入端。
第9圖顯示當補償信號VCOMP-R大約為一固定值時，電源控制器14b之最大開關頻率fMAX、抖頻信號VJTR、電流偵測信號VCS、以及開啟時間TON彼此的關係。如同第9圖所示，當抖頻信號VJTR變大時，最大開關頻率fMAX減少，電流偵測信號VCS需要爬的更高來抵銷較多的K*VJTR，因此開啟時間TON增加。換言之，電源控制器14b來抖動最大開關頻率fMAX與開啟時間TON，使得最大開關頻率fMAX減少時開啟時間TON增加，或是使得最大開關 頻率fMAX增加時開啟時間TON減少。
第10圖顯示另一開啟時間控制器324，可以替代開啟時間控制器224。在開啟時間控制器324中，加法器318將補償信號VCOMP-R加上K倍的抖頻信號VJTR，並將結果送至比較器122的反向輸入端。理論上，開啟時間控制器324等同於開啟時間控制器224，操作上應有相同或是類似的結果。
經過實驗的證明，當第1圖之電源控制器14以第6圖的電源控制器14b取代時，開關式電源供應器10可以隨著負載13的變化，操作於CCM或是QR模式。而且，在固定負載下，就算是操作於QR模式，電源控制器14b可以使得開關頻率fSW不固定在一單一頻率，而是切換於三個或以上頻率之間，如此減少或是消除了EMI問題。
在第3B圖中，抖頻信號VJTR是一類比信號，但本發明並不限於此。舉例來說，在本發明的一實施例中，抖頻信號可以是一數位計數器的數位計數結果，而此計數結果每隔1/400秒重數一次。
儘管電源控制器14b可以使開關式電源供應器10操作於QR模式，但本發明並不限於此。依據本發明所實施的電源控制器並不必要一定可以提供QR模式操作。第11圖舉例顯示一電源控制器14c，在本發明的一實施例中，可以作為第1圖中的電源控制器14。電源控制器14c並不一定提供QR模式操作。
電源控制器14c的關閉時間控制器323中，相較於電源控制器14b的關閉時間控制器223，至少少了波谷偵測器104。在電源控制器14c中，當屏蔽時間TBLNK一結束，屏蔽時間產生器216就立刻設置SR正反器110，使脈波寬度調變信號SPWM與SDRV為邏輯上的1，開啟功率開關SW，結束關閉 時間TOFF，開始開啟時間TON。因此，對於電源控制器14c而言，開關頻率fSW大致就是最大開關頻率fMAX。
電源控制器14c一樣享有1)頻率抖動範圍fMAX-J是定值，不會隨著補償信號VCOMP改變而改變；2)補償信號VCOMP為補償值VCOMP-H時的頻率變動率RJ，小於補償信號VCOMP為補償值VCOMP-L時的頻率變動率RJ；以及3)當最大開關頻率fMAX減少時開啟時間TON增加。
本發明並不限於頻率抖動範圍fMAX-J一定是定值。在一些其他實施例中，頻率抖動範圍fMAX-J可以設計為隨著補償信號VCOMP改變而改變，但是補償信號VCOMP為比較高補償值VCOMP-H時的頻率變動率RJ，還是小於補償信號VCOMP為比較低補償值VCOMP-L時的頻率變動率RJ。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (15)

  1. 一種電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，對一負載供電，包含有：一電感元件以及一功率開關，相串聯於該輸入電壓以及一輸入地之間；以及一電源控制器，依據一補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關，以控制該功率開關，該補償信號係依據偵測該輸出電壓而產生，該電源控制器架構來提供一最大開關頻率，用以限制該脈波寬度調變信號的一開關頻率；其中，當該補償信號為一第一補償值時，該電源控制器抖動該最大開關頻率，使其具有一第一平均頻率以及一第一頻率變動率；當該補償信號為一第二補償值時，該電源控制器抖動該最大開關頻率，使其具有一第二平均頻率以及一第二頻率變動率；以及該第一補償值所對應的一第一負載大於該第二補償值所對應的一第二負載，該第一平均頻率大於該第二平均頻率，且該第二頻率變動率大於該第一頻率變動率。
  2. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，當該補償信號分別為該第一與該第二補償值時，該最大開關頻率分別具有一第一以及一第二頻率抖動範圍，且該第一與第二頻率抖動範圍相同。
  3. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該脈波寬度調變信號使該功率開關具有至少一開啟時間以及一關閉時間，當該補償信號為一第三補償值時，該電源控制器架構包含有：一抖動信號產生器，提供一抖頻信號，其抖動該最大開關頻率與該開啟時間，當該抖頻信號使得該最大開關頻率減少時，該抖頻信號使得該開啟時間增加。
  4. 如申請專利範圍第1項之該電源供應器，其中，該電感元件為一變壓器，具有一主繞組、一輔助繞組、以及一二次側繞組，該功率開關與該主繞組串聯於該輸入電壓以及該輸入地之間，該電源控制器具有一回饋端，電耦接至該輔助繞組。
  5. 如申請專利範圍第4項之該電源供應器，其中，該電源控制器偵測該輔助繞組之一跨壓，而進行波谷切換。
  6. 一種電源控制器，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關，用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓，該電源控制器包含有：一補償端，提供一補償信號，其依據偵測該輸出電壓而產生；以及一脈波寬度調變信號產生器，依據該補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關，該脈波寬度調變信號產生器架構來提供一最大開關頻率，用以限制該脈波寬度調變信號的一開關頻率；其中，當該補償信號為一第一補償值時，該電源控制器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第一平均頻率以及一第一頻率變動率；當該補償信號為一第二補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第二平均頻率以及一第二頻率變動率；該第一平均頻率大於該第二平均頻率；以及該第二頻率變動率大於該第一頻率變動率。
  7. 如申請專利範圍第6項之該電源控制器，其中，該脈波寬度調變信號產生器包含有：一開啟時間控制器，依據一電流偵測信號以及該補償信號，控制該功率開關之一開啟時間；以及一關閉時間控制器，依據該補償信號，控制該功率開關之一關閉時間，該關閉時間控制器包含有：一屏蔽時間產生器，依據該補償信號，產生一屏蔽信號，其可定義一屏蔽時間，用以使該關閉時間結束不早於該屏蔽時間結束前；以及一抖頻產生器，提供一抖頻信號至該屏蔽時間產生器，用以抖動該屏蔽時間；其中，該最大開關頻率為該屏蔽時間之倒數。
  8. 如申請專利範圍第7項之該電源控制器，其中，該屏蔽時間產生器包含有：一第一可控制電流源，依據該補償信號，提供一主要電流，用以對一電容充電或是放電；以及一第二可控制電流源，依據該抖頻信號，抖動一次要電流，其用以對該電容充電或是放電。
  9. 如申請專利範圍第8項之該電源控制器，其中，該第二可控制電流源並不受控於該補償信號。
  10. 如申請專利範圍第7項之該電源控制器，其中，該抖頻信號抖動該開啟時間，該抖頻信號使得該開啟時間與該屏蔽時間一同增加或是一同減少。
  11. 如申請專利範圍第7項之該電源控制器，其中，該電感元件包含有一輔助繞組，該電源控制器包含有一回饋端，電耦接至該輔助繞組，以及該關閉時間控制器包含有：一波谷偵測器，連接至該回饋端，用以偵測該輔助繞組之一跨壓，使該電源供應器進行波谷切換。
  12. 一種電源控制器，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關，用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓，該電源控制器包含有：一補償端，提供一補償信號，其依據偵測該輸出電壓而產生；以及一脈波寬度調變信號產生器，依據該補償信號，提供一脈波寬度調變信號至該功率開關，該脈波寬度調變信號使該功率開關具有至少一開啟時間以及一關閉時間，該脈波寬度調變信號具有一開關頻率，該脈波寬度調變信號產生器提供一最大開關頻率，且該脈波寬度調變信號產生器架構來使該開關頻率不大於該最大開關頻率；其中，當該補償信號為一第一補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率與該開啟時間，使得當該最大開關頻率減少時，該開啟時間增加。
  13. 如申請專利範圍第12項之該電源控制器，其中，該脈波寬度調變信號產生器包含有：一開啟時間控制器，依據一電流偵測信號以及該補償信號，控制該開啟時間；以及一關閉時間控制器，依據該補償信號，控制該關閉時間，該關閉時間控制器包含有：一屏蔽時間產生器，依據該補償信號，產生一屏蔽信號，其可定義一屏蔽時間，用以使該關閉時間結束不早於該屏蔽時間結束前；以及一抖頻產生器，提供一抖頻信號至該屏蔽時間產生器，用以抖動該屏蔽時間；其中，該最大開關頻率為該屏蔽時間之倒數。
  14. 如申請專利範圍第12項之該電源控制器，其中，當該補償信號為該第一補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第一平均頻率以及一第一頻率變動率；當該補償信號為一第二補償值時，該脈波寬度調變信號產生器架構來抖動該最大開關頻率，使其具有一第二平均頻率以及一第二頻率變動率；該第一平均頻率大於該第二平均頻率；以及該第二頻率變動率大於該第一頻率變動率。
  15. 如申請專利範圍第14項之該電源控制器，其中，當該補償信號分別為該第一與該第二補償值時，該最大開關頻率分別具有一第一以及一第二頻率抖動範圍，且該第一與第二頻率抖動範圍相同。
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