TWI681612B - 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法 - Google Patents

具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI681612B
TWI681612B TW107145229A TW107145229A TWI681612B TW I681612 B TWI681612 B TW I681612B TW 107145229 A TW107145229 A TW 107145229A TW 107145229 A TW107145229 A TW 107145229A TW I681612 B TWI681612 B TW I681612B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
jitter
frequency
signal
current
generator
Prior art date
Application number
TW107145229A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202023166A (zh
Inventor
鄒明璋
蔡孟仁
Original Assignee
通嘉科技股份有限公司
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 通嘉科技股份有限公司 filed Critical 通嘉科技股份有限公司
Priority to TW107145229A priority Critical patent/TWI681612B/zh
Priority to US16/674,183 priority patent/US10797591B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI681612B publication Critical patent/TWI681612B/zh
Publication of TW202023166A publication Critical patent/TW202023166A/zh

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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33515—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with digital control
    • 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
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

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

Abstract

一種電源控制器，適用於一電源轉換器，其具有一電感元件，提供一輸出電源。該電源控制器包含有一PWM信號產生器以及一抖頻產生器。該PWM信號產生器控制一功率開關，產生數個連續開關週期。於每一開關週期內，該PWM信號產生器控制一峰值，用以調控該輸出電源。該峰值可代表流經該電感元件之一電感電流。該抖頻產生器連接至該PWM信號產生器，用以改變該峰值。該抖頻產生器使得每二連續峰值之間具有一峰值變化。該峰值變化具有一符號以及一強度。該抖頻產生器使得該符號，一開關週期接著一開關週期地被切換。

Description

具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法
本發明大致係關於開關式電源供應器的開關頻率，尤其是關於使該開關頻率抖動的相關裝置與技術。
在開關式電源供應器中，使用於返馳式(flyback)電源轉換器中的準諧振(quasi-resonance，QR)模式操作是廣受電源業界歡迎的一種電源操作方法。QR操作模式可以進行波谷切換，使功率開關開啟於其汲源電壓的信號波谷，降低開關損失，提高轉換效率。
第1圖顯示一採用QR模式操作的返馳式電源轉換器100。橋式整流器102將市電網路所提供的交流電VAC整流成為位於輸入電源線IN的輸入電源VIN以及位於接地電源線GND上的輸入地電源。輸入地電源視為一次側的0電壓。變壓器TF為一種電感元件，包含有互相電感耦合的主繞組PRI、二次側繞組SEC、以及輔助繞組AUX。如同第1圖所示，變壓器TF提供了一次側與二次側的直流隔離。主繞組PRI與輔助繞組AUX位於一次側，有直流連接到接地電源線GND以及輸入電源線IN。二次側繞組SEC位於二次側，可以提供輸出電源線OUT以及輸出地電源線OGND所需要的能量。
如同第1圖所示，主繞組PRI、功率開關MN、以及電流偵測電阻RCS一起串聯於輸入電源線IN與接地電源線GND之間。電阻RD連接於電流偵測端CS與電流偵測電阻RCS之間。電容CD則連接於電流偵測端CS與接地電源線GND之間。
電源控制器104提供PWM信號SDRV，控制功率開關MN，所以造成主繞組PRI上跨壓的變化，也導致了二次側繞組SEC上的產生了交流電壓VSEC。交流電壓VSEC經過整流後，在二次側的輸出電源線OUT產生輸出電源VOUT，以及位於輸出地電源線OGND上的輸出地電源。輸出電源VOUT對負載106供電。輸出地電源視為二次側的0電壓。輸出電源VOUT的狀態，可以透過光耦合器(photo-coupler)(未顯示)或是輔助繞組AUX，傳送給位於一次側的電源控制器104，其據以控制PWM信號SDRV，以調控輸出電源VOUT。
電源控制器104可以透過回饋端FB、電阻R1與R2，去偵測輔助繞組AUX上跨壓VAUX，從而得知信號波谷的出現，實現QR操作模式，進行波谷切換。
第2圖顯示第1圖中的一些信號波形。PWM信號SDRV在開啟時間TON開啟了功率開關MN。電流偵測電阻RCS上的電流偵測電壓VCS，隨著主繞組PRI充電而上升。在開啟時間TON內，跨壓VAUX反射輸入電源VIN，為一大約固定負電壓。在開啟時間TON之後，功率開關MN關閉，跨壓VAUX經歷過一段解磁時間TDEM後，會震盪而產生信號波谷VA1、VA2、VA3等等。電源控制器104可以設計在遮蔽時間TBLNK之後所出現的第一個信號波谷，才開始下一個開啟時間TON。遮蔽時間TBLNK可以隨著負載106而變化。
為了預防電磁干擾(eletromagnetic inteference，EMI)，返馳式電源轉換器的開關頻率，於頻譜上，需要分散，盡量不要集中固定一個或是數個頻率。一種方法是在負載固定時，使得開關頻率些許的抖動，在一個小小範圍內變化，這技術稱為抖頻。
一種電源控制器104所採用的抖頻方法，是抖動遮蔽時間TBLNK，使得遮蔽時間TBLNK隨著開關週期的進展，些許的變化，如同第2圖所示。但是，也如同第2圖所舉例，些許的變化遮蔽時間TBLNK，所導致的下一個開啟時間TON大約開始於信號波谷VA2或是VA3，所以實際上大約就只有兩種開關週期TCYC1與TCYC2。這意味著返馳式電源轉換器100的開關頻率，於頻譜上大約就只是坐落於兩個固定頻率附近，防EMI的效果不盡理想。
本發明之一實施例提供一種電源控制器，適用於一電源轉換器，其具有一電感元件，提供一輸出電源。該電源控制器包含有一PWM信號產生器以及一抖頻產生器。該PWM信號產生器控制一功率開關，產生數個連續開關週期。於每一開關週期內，該PWM信號產生器控制一峰值，用以調控該輸出電源。該峰值可代表流經該電感元件之一電感電流。該抖頻產生器連接至該PWM信號產生器，用以改變該峰值。該抖頻產生器使得每二連續峰值之間具有一峰值變化。該峰值變化具有一符號以及一強度。該抖頻產生器使得該符號，一開關週期接著一開關週期地被切換。
本發明之一實施例提供一種控制方法，適用於一電源轉換器，其提供一輸出電源，該控制方法包含有：依據一補償電壓以及一電流偵測電壓，來控制一功率開關，據以產生數個連續開關週期，用以調控該 輸出電源，其中，每一開關週期中，該電流偵測電壓具有一峰值；提供一抖動電流，以改變該峰值，並使得每二連續峰值之間具有一峰值變化，峰值變化具有一符號以及一強度；以及，改變該抖動電流，以使該符號一開關週期接著一開關週期地切換。
100‧‧‧返馳式電源轉換器
102‧‧‧橋式整流器
104‧‧‧電源控制器
106‧‧‧負載
200‧‧‧電源控制器
202‧‧‧PWM信號產生器
204、204a、204b‧‧‧抖頻產生器
206‧‧‧波谷偵測器
208‧‧‧輸出偵測器
210‧‧‧轉導器
212‧‧‧遮蔽時間產生器
214‧‧‧邏輯閘
216‧‧‧SR正反器
218‧‧‧衰減器
220‧‧‧比較器
222‧‧‧驅動器
262‧‧‧三角波產生器
264‧‧‧電壓電流轉換器
266、266b‧‧‧多工器
268‧‧‧除二電路
268a‧‧‧除四電路
270‧‧‧範圍控制器
300‧‧‧電源控制器
304‧‧‧抖頻產生器
306‧‧‧基礎抖頻信號產生器
308‧‧‧載子頻率產生器
310‧‧‧乘法器
312‧‧‧加法器
AUX‧‧‧輔助繞組
CCOM‧‧‧補償電容
CD‧‧‧電容
CS‧‧‧電流偵測端
CT‧‧‧電容
DRV‧‧‧驅動端
fCYC-JIT‧‧‧抖動頻率
fMOD‧‧‧載子頻率
fSW‧‧‧開關頻率
FB‧‧‧回饋端
GND‧‧‧接地電源線
ID‧‧‧放電電流源
IJTR‧‧‧抖動電流
IN‧‧‧輸入電源線
IPRI‧‧‧電感電流
ISINK‧‧‧灌電流
ISOURCE‧‧‧拉電流
IS‧‧‧充電電流源
MN‧‧‧功率開關
OGND‧‧‧輸出地電源線
OUT‧‧‧輸出電源線
PRI‧‧‧主繞組
R1、R2‧‧‧電阻
RCS‧‧‧電流偵測電阻
RD‧‧‧電阻
S1/2‧‧‧除二時脈
S1/4‧‧‧除四時脈
SBLNK‧‧‧遮蔽信號
SDRV‧‧‧PWM信號
SEC‧‧‧二次側繞組
SGATE‧‧‧閘信號
SJR‧‧‧抖動信號
SJJIT‧‧‧基礎抖頻信號
SJMOD‧‧‧載子信號
TBLNK‧‧‧遮蔽時間
TCYC1、TCYC2‧‧‧開關週期
TCYC-JIT‧‧‧抖動週期
TCYC1、TCYC2、TCYC3、TCYC4‧‧‧開關週期
TDEM‧‧‧解磁時間
TF‧‧‧變壓器
TON‧‧‧開啟時間
VAC‧‧‧交流電
VAUX‧‧‧跨壓
VA1、VA2、VA3‧‧‧信號波谷
VCOM、VCOMP-R‧‧‧補償電壓
VCS‧‧‧電流偵測電壓
VPK-D2、VPK-D3、VPK-D4‧‧‧峰值變化
VCS-PEAK、VCS-PEAK1、VCS-PEAK2、VCS-PEAK3‧‧‧峰值
VIN‧‧‧輸入電源
VOUT‧‧‧輸出電源
VREF‧‧‧目標參考電壓
VSAMP‧‧‧取樣電壓
VSEC‧‧‧交流電壓
VTOP‧‧‧上限電壓
VTRI‧‧‧三角波信號
第1圖顯示一採用QR模式操作的返馳式電源轉換器。
第2圖顯示第1圖中的一些信號波形。
第3圖為依據本發明所實施的一電源控制器。
第4A圖顯示PWM信號SDRV、抖動電流IJTR以及電流偵測電壓VCS的信號波形。
第4B圖放大顯示第4A圖中四個連續開關週期TCYC1、TCYC2、TCYC3、TCYC4的信號波形。
第5圖舉例顯示抖頻產生器204。
第6圖顯示抖頻產生器204中的一些信號波形。
第7圖顯示依據本發明所實施的電源控制器300。
第8圖顯示抖頻產生器204a。
第9圖顯示第8圖之抖頻產生器204a中的一些信號波形。
第10圖顯示抖頻產生器204b。
第11圖顯示第10圖之抖頻產生器204b中的一些信號波形。
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。
第3圖為依據本發明所實施的電源控制器200，在一實施例的電源轉換器中，取代了第1圖中的電源控制器104。電源控制器200包含有PWM信號產生器202以及抖頻產生器204。
PWM信號產生器202透過驅動端DRV，控制功率開關MN，來產生數個連續開關週期。依據補償電壓VCOM以及電流偵測電壓VCS，PWM信號產生器202透過衰減器(attenuator)218以及比較器220，來控制每一開關週期中，電流偵測電壓VCS的峰值VCS-PEAK，藉以調控輸出電源VOUT的電壓或是電流。
PWM信號產生器202包含有波谷偵測器206、輸出偵測器208、轉導器(transconductor)210、遮蔽時間產生器212、邏輯閘214、SR正反器(flip-flop)216、驅動器222、衰減器218以及比較器220。
波谷偵測器206透過回饋端FB，偵測輔助繞組AUX上跨壓VAUX，並在大約於跨壓VAUX出現一信號波谷時，產生一相對應的脈衝，給予邏輯閘214。舉例來說，當跨壓VAUX下降低於0V時，表示一信號波谷即將出現，因此經過一段延遲後，波谷偵測器206提供一脈衝給予邏輯閘214。
輸出偵測器208透過回饋端FB以及輔助繞組AUX，偵測位於二次側的輸出電源VOUT的電壓。舉例來說，在解磁時間TDEM內，跨壓VAUX大致反映了輸出電源VOUT的電壓，可以輸出偵測器208所偵測，據以產生取樣電壓VSAMP。轉導器210比較取樣電壓VSAMP與目標參考電壓VREF，以對補 償電容CCOM充放電，產生補償電壓VCOM。
依據補償電壓VCOM，遮蔽時間產生器212產生遮蔽信號SBLNK，其控制邏輯閘214，決定了遮蔽時間TBLNK。在遮蔽時間TBLNK尚未結束前，邏輯閘214擋住波谷偵測器206所傳來的任何脈衝。只有在遮蔽時間TBLNK結束後，邏輯閘214所產來的脈衝才能夠設置SR正反器216，使閘信號SGATE為邏輯上的1。此時，驅動器222依據閘信號SGATE，產生具有相同邏輯值的PWM信號SDRV，開啟功率開關MN，也開始了一新開關週期中的一開啟時間TON。遮蔽時間產生器212使每一開關週期不小於遮蔽時間TBLNK。
開啟時間TON可以從波谷偵測器206所發現的一信號波谷出現時開始。所以，電源控制器200可以是一QR控制器，進行波谷切換。
於一開啟時間TON內，電流偵測電壓VCS線性的增加，這也會導致比較器220的非反向輸入端的電壓增加。衰減器218依據補償電壓VCOM，提供補償電壓VCOMP-R，位於比較器220的反向輸入端。當比較器220的非反向輸入端的電壓大於反向輸入端的電壓時，比較器220重置SR正反器216，使得閘信號SGATE為邏輯上的0，並透過具有相同邏輯值的PWM信號SDRV，關閉了功率開關MN，結束了開啟時間TON，開始了關閉時間TOFF。
一進入關閉時間TOFF，沒有電流流過功率開關MN，所以電流偵測電壓VCS快速的降0V，因此產生了峰值VCS-PEAK，表示當次開關週期中，電流偵測電壓VCS的最大值，也大約是流經主繞組PRI的電感電流之最大值。因此，PWM信號產生器202依據補償電壓VCOM，控制每一開關週期中，電流偵測電壓VCS的峰值VCS-PEAK。
從第3圖以及第1圖可以發現，PWM信號產生器202提供了一 負迴饋控制，目標是使得取樣電壓VSAMP大約等於目標參考電壓VREF，也藉此調控輸出電源VOUT的電壓，使其等於目標參考電壓VREF所對應的一個值。
補償電壓VCOM的高低，大約表示負載106的大小。一般而言，負載106越大，補償電壓VCOM越高，遮蔽時間TBLNK越短，電流偵測電壓VCS的峰值VCS-PEAK越高。
抖頻產生器204改變峰值VCS-PEAK，使得每二連續峰值VCS-PEAK之間具有一峰值變化。峰值變化具有一符號(sign)以及一強度(magnitude)。符號顯示峰值變化是正或是負。強度為峰值變化的絕對值。抖頻產生器204一開關週期接著一開關週期(switching-cycle by switching-cycle)，使得符號被切換。峰值變化在一開關週期為正，下一開關週期為負，再下一開關週期為正，交替變化。
抖頻產生器204提供抖動電流IJTR，透過電流偵測端CS，可以改變峰值VCS-PEAK。當抖動電流IJTR為一拉電流(source current)時，抖動電流IJTR流出電流偵測端CS，經過電阻RD，使得比較器220的非反向輸入端的電壓高於電流偵測電壓VCS。因此，相較於抖動電流IJTR為0時，拉電流會使得峰值VCS-PEAK下降。相對的，當抖動電流IJTR為一灌電流(sink current)時，會使得峰值VCS-PEAK上升。
第4A圖顯示PWM信號SDRV、抖動電流IJTR以及電流偵測電壓VCS的信號波形。PWM信號SDRV開關功率開關MN，產生了數個連續的開關週期。抖動電流IJTR隨著開關週期而交互切換為大於0A的拉電流與小於0A的灌電流。如果抖動電流IJTR在一開關週期是一拉電流、那下一開關週期抖動電流IJTR就會是一灌電流，反之亦然。如同第4A圖所示，抖動電流IJTR以 抖動週期TCYC-JIT，週期性的變化。
第4B圖放大顯示第4A圖中四個連續開關週期TCYC1、TCYC2、TCYC3、TCYC4的信號波形。
在開關週期TCYC1中，抖動電流IJTR小於0A，為一灌電流。此時，抖動電流IJTR，從電阻RD，流經電源控制器200的電流偵測端CS，流到接地電源線GND。開關週期TCYC1產生了峰值VCS-PEAK1。
在開關週期TCYC2中，抖動電流IJTR大於0A，為一拉電流。此時，抖動電流IJTR，流經電源控制器200的電流偵測端CS，經過電阻RD以及電流偵測電阻RCS，流到接地電源線GND。開關週期TCYC1產生了峰值VCS-PEAK2。
如同第4B圖所示，因為開關週期TCYC1與TCYC2分別採用拉電流與灌電流，峰值VCS-PEAK2與峰值VCS-PEAK1之間的差為峰值變化VPK-D2，為一個負值。因此，峰值變化VPK-D2的符號為負，峰值變化VPK-D2的強度為峰值變化VPK-D2的絕對值。
經由類推，可以得到峰值變化VPK-D3、峰值變化VPK-D4、等等，如同第4B圖所示。峰值變化VPK-D3的符號為正，而峰值變化VPK-D4的符號為負。峰值變化的符號，隨著開關週期，不斷的正負切換。從第4B圖可以明白的看出，抖頻產生器204提供抖動電流IJTR，使得峰值變化的符號，一開關週期接著一開關週期，被切換。
第5圖舉例顯示抖頻產生器204，包含有三角波產生器262、電壓電流轉換器264、除二電路268、以及多工器266。第6圖顯示抖頻產生器204中的一些信號波形。
三角波產生器262具有充電電流源IS、放電電流源ID、電容CT以及範圍控制器270，用以產生三角波信號VTRI，其具有抖動週期TCYC-JIT，抖動頻率為fCYC-JIT(=1/TCYC-JIT)。三角波產生器262使得抖動電流IJTR的強度，以抖動週期TCYC-JIT，週期性的改變。如同第6圖中所示，當三角波信號VTRI上升超過上限電壓VTOP時，範圍控制器270停止充電電流源IS對電容CT充電，使放電電流源ID開始對電容CT放電。當三角波信號VTRI下降超過下限電壓VBTM時，範圍控制器270停止放電電流源ID對電容CT放電，使充電電流源IS開始對電容CT充電。
電壓電流轉換器264包含有數個電流鏡。依據三角波信號VTRI，電壓電流轉換器264產生拉電流ISOURCE以及灌電流ISINK。
除二電路268以PWM信號產生器202所提供之閘信號SGATE作為一開關時脈，產生除二時脈S1/2。除二時脈S1/2的頻率為閘信號SGATE的頻率的一半。
多工器266依據除二時脈S1/2，交替的選擇拉電流ISOURCE與灌電流ISTNK，來作為抖動電流IJTR，用以改變峰值VCS-PEAK。因此，在一開關週期中，多工器266選擇拉電流ISOURCE，抖動電流IJTR為正的；在下一開關週期中，多工器266選擇灌電流ISINK，抖動電流IJTR為負的。從第6圖可知，抖動電流IJTR的符號，是一開關週期接著一開關週期地切換。
抖動電流IJTR的符號隨著開關週期而切換，可以使頻率抖動的效果比較明顯。PWM信號產生器202所提供的負迴饋控制，當負載106為固定且沒有抖動電流IJTR時，理當使得峰值VCS-PEAK維持在大約一個定值，假定為VEXP，目的是為了調控輸出電源VOUT。如果抖動電流IJTR在一個開關週 期中，改變了峰值VCS-PEAK，使其離開了定值VEXP，那在下一個開關週期中，如果抖動電流IJTR不變，負迴饋控制就應該會使得峰值VCS-PEAK朝向定值VEXP接近，降低了頻率抖動的效果。在本發明的實施例中，這下一開關週期，抖動電流IJTR的符號切換，可以確保這下一開關周期的峰值VCS-PEAK更離開定值VEXP，使頻率抖動的效果比較明顯。
在第3圖中，抖動電流IJTR是透過電流偵測端CS，或是比較器220的非反向輸入端，來影響峰值VCS-PEAK，但本發明並不限於此。在本發明的另一實施例中，抖頻產生器204提供抖動電流IJTR至比較器220的反向輸入端，流經衰減器218，來影響峰值VCS-PEAK。
雖然以上以QR模式操作的一返馳式電源轉換器作為一例子來說明本發明，但是本發明並不限於此。舉例來說，本發明也可適用於降壓轉換器(buck converter)、昇壓轉換器(booster)、或是降昇壓轉換器(buck-boost converter)。
第7圖顯示依據本發明所實施的電源控制器300，其中部分元件或符號與第3圖相同或相似之處，可以透過先前針對第3圖之說明而得知，為簡潔之原因，不再重述。電源控制器300包含有PWM信號產生器202以及抖頻產生器304。電源控制器300一樣可以降低EMI的效果。
PWM信號產生器202依據補償電壓VCOM以及電流偵測電壓VCS，產生PWM信號SDRV，可以控制第1圖中的功率開關MN，使得功率開關MN具有開關頻率fSW，其為開關週期TSW的倒數。如同先前所述，補償電壓VCOM受控於轉導器210，其接收輸出偵測器208所出的取樣電壓VSAMP。取樣電壓VSAMP大約反映了輸出電源VOUT的電壓。因此，補償電壓VCOM受控於輸 出電源VOUT。當功率開關MN開啟時，電流偵測電壓VCS可以代表流經主繞組PRI上的電感電流IPRI。
抖頻產生器304用以提供抖動信號SJR，透過加法器312，用來調整電流偵測電壓VCS。如同第7圖所述，加法器312使比較器220的非反向端接收到VCS+KxSJR，其中K為一固定常數。抖動信號SJR可以使開關頻率fSW些許的變化，能夠降低整個電源供應器的EMI。
抖頻產生器304包含有基礎抖頻信號產生器306、載子頻率產生器308以及乘法器310。基礎抖頻信號產生器306產生基礎抖頻信號SJJIT，具有抖動頻率fCYC-JIT。載子頻率產生器308產生載子信號SJMOD，具有載子頻率fMOD。如同第7圖所示，乘法器310使得載子信號SJMOD乘以基礎抖頻信號SJJIT，產生抖動信號SJR。抖動頻率fCYC-JIT、載子頻率fMOD、以及開關頻率fSW中，抖動頻率fCYC-JIT最低，而開關頻率fSW最高。
第7圖中的抖頻產生器304可以以第5圖中的抖頻產生器204來實施作為一個例子。基礎抖頻信號產生器306可以是三角波產生器262，基礎抖頻信號SJJIT可以是三角波信號VTRI。載子頻率產生器308可以除二電路268，載子信號SJMOD可以是除二時脈S1/2。乘法器310可以是電壓電流轉換器264與多工器266的組合。抖動信號SJR可以是抖動電流IJTR。
請參閱第6圖。當除二時脈S1/2為邏輯上的1時，抖動電流IJTR(=ITRI)大約正比例於三角波信號VTRI。當除二時脈S1/2為邏輯上的0時，抖動電流IJTR(=-ITRI)大約負比例於三角波信號VTRI。除二時脈S1/2的頻率大約為開關頻率fSW(等於閘信號SGATE的信號頻率)的一半。開關頻率fSW大於除二時脈S1/2的頻率，除二時脈S1/2的頻率大於抖動頻率fCYC-JIT(抖動週 期TCYC-JIT的倒數)。
第7圖中的加法器312，可以是第3圖中，連接於比較器220與電流偵測電阻RCS之間的電阻RD。
第7圖中的抖頻產生器304僅僅是一種例子，並不用於限制本發明。舉例來說，在另一個實施例中，第7圖中的加法器312移至比較器220與衰減器218之間的反向輸入端，加法器312以抖動信號SJR來調整補償電壓VCOMP-R，等於調整了補償電壓VCOM。這樣也一樣可以有降低EMI的效果。
第8圖顯示抖頻產生器204a，其可以是第7圖中的抖頻產生器304的一實施例。第8圖中部分元件或符號與第5圖相同或相似之處，可以透過先前針對第5圖之說明而得知，為簡潔之原因，不再重述。
第8圖以除四電路268a取代了第5圖中的除二電路268。除四電路268a提供了除四時脈S1/4，用來控制多工器266。
第9圖顯示第8圖之抖頻產生器204a中的一些信號波形。當除四時脈S1/4為邏輯上的1時，抖動電流IJTR(=ITRI)大約正比例於三角波信號VTRI。當除四時脈S1/4為邏輯上的0時，抖動電流IJTR(=-ITRI)大約負比例於三角波信號VTRI。除四時脈S1/4的頻率大約為開關頻率fSW(等於閘信號SGATE的信號頻率)的四分之一。開關頻率fSW大於除四時脈S1/4的頻率，除四時脈S1/4的頻率大於抖動頻率fCYC-JIT(抖動週期TCYC-JIT的倒數)。
第10圖顯示抖頻產生器204b，其可以是第7圖中的抖頻產生器304的一實施例。第10圖中部分元件或符號與第8圖相同或相似之處，可以透過先前針對第8圖之說明而得知，為簡潔之原因，不再重述。
第10圖以多工器266b取代了第8圖中的多工器266。多工器 266b只有一個開關，決定拉電流ISOURCE是否通過而成為抖動電流IJTR。
第11圖顯示第10圖之抖頻產生器204b中的一些信號波形。當除四時脈S1/4為邏輯上的1時，抖動電流IJTR大約正比例於VTRI。當除四時脈S1/4為邏輯上的0時，抖動電流IJTR大約為0。
在另一個未顯示的實施例子中，當除四時脈S1/4為邏輯上的1時，抖動電流IJTR大約為0。當除四時脈S1/4為邏輯上的0時，抖動電流IJTR大約負比例於VTRI。
載子頻率產生器308並非限制只能以除二電路268或除四電路268a來實施。舉例來說，載子頻率產生器308可以是任何的除頻器，依據開關頻率fSW，產生載子頻率fMOD，而開關頻率fSW是載子頻率fMOD整數倍。在另一個實施例中，開關頻率fSW一樣大於載子頻率fMOD，但開關頻率fSW是載子頻率fMOD的非整數倍。
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。
IJTR‧‧‧抖動電流
SDRV‧‧‧PWM信號
TCYC1、TCYC2、TCYC3、TCYC4‧‧‧開關週期
VCS‧‧‧電流偵測電壓
VPK-D2、VPK-D3、VPK-D4‧‧‧峰值變化
VCS-PEAK1、VCS-PEAK2、VCS-PEAK3‧‧‧峰值

Claims (16)

  1. 一種電源控制器，適用於一電源轉換器，其具有一電感元件，提供一輸出電源，該電源控制器包含有：一PWM信號產生器，控制一功率開關，產生數個連續開關週期，其中，於每一開關週期內，該PWM信號產生器控制一峰值，用以調控該輸出電源，該峰值可代表流經該電感元件之一電感電流；一抖頻產生器，連接至該PWM信號產生器，用以改變該峰值，使得每二連續峰值之間具有一峰值變化，其中，該峰值變化具有一符號(sign)以及一強度(magnitude)，且該抖頻產生器使得該符號，一開關週期接著一開關週期地被切換。
  2. 如申請專利範圍第1項之該電源控制器，其中，該抖頻產生器包含有一三角波產生器，以使該強度週期性的改變。
  3. 如申請專利範圍第1項之該電源控制器，其中，該抖頻產生器包含有一除二電路，依據該PWM信號產生器所提供之一開關時脈，產生一除二時脈。
  4. 如申請專利範圍第3項之該電源控制器，其中，該抖頻產生器包含有：一三角波產生器，產生一三角波信號；一電壓電流轉換器，依據該三角波信號，產生一拉電流(source current)以及一灌電流(sink current)；以及一多工器(multiplexer)，依據該除二時脈，交替的以該拉電流與該灌電流，來改變該峰值。
  5. 如申請專利範圍第1項之該電源控制器，其中，該電源轉換器包含有一 電流偵測電阻，連接於該電感元件以及一接地電源線之間，用以產生一電流偵測電壓，該PWM信號產生器係依據該電流偵測電壓以及一補償電壓，來控制該功率開關，且該抖頻產生器提供一抖動電流，用以改變該峰值。
  6. 如申請專利範圍第1項之該電源控制器，另包含有一遮蔽時間產生器，依據一補償電壓，提供一遮蔽時間，且該電源控制器使每一開關週期不小於該遮蔽時間。
  7. 如申請專利範圍第1項之該電源控制器，其中，該電源控制器係為一準諧振控制器，可使該電源轉換器進行波谷切換。
  8. 一種控制方法，適用於一電源轉換器，其提供一輸出電源，該控制方法包含有：依據一補償電壓以及一電流偵測電壓，來控制一功率開關，據以產生數個連續開關週期，用以調控該輸出電源，其中，每一開關週期中，該電流偵測電壓具有一峰值；提供一抖動電流，以改變該峰值，並使得每二連續峰值之間具有一峰值變化，峰值變化具有一符號以及一強度；以及改變該抖動電流，以使該符號一開關週期接著一開關週期地切換。
  9. 如申請專利範圍第8項之該控制方法，包含有：一開關週期接著一開關週期地，交互切換該抖動電流為一拉電流與一灌電流。
  10. 如申請專利範圍第8項之該控制方法，包含有：提供一三角波信號；以及 依據該三角波信號，週期性的改變該抖動電流。
  11. 一種電源控制器，適用於一電源轉換器，其具有一電感元件，提供一輸出電源，該電源控制器包含有：一PWM信號產生器，依據一補償電壓以及一電流偵測電壓，控制一功率開關，使得該功率開關具有一開關頻率，其中，該補償電壓受控於該輸出電源，且該電流偵測電壓可代表流經該電感元件之一電感電流；一抖頻產生器，提供一抖動信號，用以調整該補償電壓與該電流偵測電壓其中之一，包含有：一基礎抖頻信號產生器，用以產生一基礎抖頻信號，具有一抖動頻率；一載子頻率產生器，用以產生一載子信號，具有一載子頻率；以及一乘法器，用以使該基礎抖頻信號與該載子信號相乘，以產生該抖動信號；其中，該開關頻率大於該載子頻率，該載子頻率大於該抖動頻率。
  12. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，該基礎抖頻信號係為一三角波。
  13. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，該開關頻率係為該載子頻率之一整數倍。
  14. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，當該載子信號為邏輯上的一第一值時，該抖動信號大約正比例於該基礎抖頻信號，當該載子信號為邏輯上的一第二值時，該抖動信號大約負比例於該基礎抖頻 信號。
  15. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，當該載子信號為邏輯上的一第一值時，該抖動信號大約比例於該基礎抖頻信號，當該載子信號為邏輯上的一第二值時，該抖動信號為0。
  16. 如申請專利範圍第11項之該電源控制器，其中，該電源控制器另包含有一加法器，以該抖動信號調整該電流偵測電壓。
TW107145229A 2018-12-14 2018-12-14 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法 TWI681612B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107145229A TWI681612B (zh) 2018-12-14 2018-12-14 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法
US16/674,183 US10797591B2 (en) 2018-12-14 2019-11-05 Power controllers with frequency jittering, and control methods thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107145229A TWI681612B (zh) 2018-12-14 2018-12-14 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI681612B true TWI681612B (zh) 2020-01-01
TW202023166A TW202023166A (zh) 2020-06-16

Family

ID=69942409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107145229A TWI681612B (zh) 2018-12-14 2018-12-14 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10797591B2 (zh)
TW (1) TWI681612B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113676051B (zh) * 2021-06-29 2023-02-17 深圳市必易微电子股份有限公司 一种准谐振开关电源电路及其控制方法、控制电路
US12107507B2 (en) * 2021-09-02 2024-10-01 Rivian Ip Holdings, Llc Dual active bridge converter control with switching loss distribution
TWI839936B (zh) * 2022-11-04 2024-04-21 通嘉科技股份有限公司 返馳式電源轉換器以及其控制方法
TWI816615B (zh) * 2022-12-07 2023-09-21 通嘉科技股份有限公司 應用於電源轉換器的一次側的初級控制器及其操作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070047272A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-01 Microchip Technology Incorporated Pulse width modulation frequency dithering in a switch mode power supply
TW201434251A (zh) * 2013-02-21 2014-09-01 Leadtrend Tech Corp 可調抖動幅度的電源轉換器的控制器及其產生可調抖動幅度的方法
TW201605161A (zh) * 2014-07-16 2016-02-01 綠達光電股份有限公司 電源控制器以及相關之控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI445293B (zh) * 2011-08-26 2014-07-11 Richtek Technology Corp Ｐｆｍ電源供應器的頻率抖動控制電路及方法
CN103078489B (zh) * 2011-10-25 2015-12-16 昂宝电子（上海）有限公司 用于利用开关频率抖动减少电磁干扰的系统和方法
WO2013080403A1 (ja) * 2011-11-28 2013-06-06 パナソニック株式会社 スイッチング電源装置および半導体装置
US9450478B1 (en) * 2015-04-10 2016-09-20 Power Integrations, Inc. Load responsive jitter
US9787191B2 (en) * 2015-07-08 2017-10-10 Infineon Technologies Austria Ag Converter with quasi-resonant mode of operation for supplying power to a load

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070047272A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-01 Microchip Technology Incorporated Pulse width modulation frequency dithering in a switch mode power supply
CN100525026C (zh) * 2005-08-30 2009-08-05 密克罗奇普技术公司 开关模式电源、pwm频率抖动设备及方法
TW201434251A (zh) * 2013-02-21 2014-09-01 Leadtrend Tech Corp 可調抖動幅度的電源轉換器的控制器及其產生可調抖動幅度的方法
TW201605161A (zh) * 2014-07-16 2016-02-01 綠達光電股份有限公司 電源控制器以及相關之控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20200195132A1 (en) 2020-06-18
TW202023166A (zh) 2020-06-16
US10797591B2 (en) 2020-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI681612B (zh) 具有抖頻效果的電源控制器以及相關的控制方法
TWI433437B (zh) 用於切換式電源供應器的抖頻控制電路
TWI831765B (zh) 功率轉換器控制器及功率轉換器
TWI704758B (zh) 用於不帶輸出電壓偏移的零esr輸出電容器之穩定接通時間開關調節器以及其控制電路及方法
EP2355316B1 (en) Method and apparatus for determining zero-crossing of an AC input voltage to a power supply
JP5668291B2 (ja) 電源用コントローラ、電源用集積回路コントローラ、および電源
CN106998144B (zh) 用于功率转换器开关噪声管理的智能分组控制方法
US7352599B2 (en) Switching power source apparatus
US10084382B2 (en) Adaptive valley mode switching
TWI589106B (zh) 開關電源及其開關控制器
US20170187292A1 (en) System and Method for a Switching Circuit
EP1912320A2 (en) Method and apparatus for a control circuit with multiple operating models
JP2016027775A (ja) スイッチング電源装置
TWI678059B (zh) 可抖動開關頻率之電源供應器以及電源控制器
CN104052289A (zh) 具有斜坡时间调制的开关模式功率转换器控制器
RU2675793C2 (ru) Драйвер светодиодов и способ управления
CN112187023A (zh) 驱动电力转换器电子开关的方法、控制电路和电力转换器
JP2015192535A (ja) スイッチング電源装置
JP7211018B2 (ja) 電源制御装置
TWI672894B (zh) 電源控制器與相關之控制方法
CN110535338B (zh) 可抖动开关频率的电源供应器以及电源控制器
CN111355367B (zh) 具有抖频效果的电源控制器以及相关的控制方法
TWI524644B (zh) 電力控制器以及控制光源的電力系統及方法
JP4702497B1 (ja) 多出力スイッチング電源装置
TW202324892A (zh) 用於功因修正的控制方法與電源控制器