專利名稱：一種模擬抖頻電路及應用該電路的開關電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模擬抖頻電路及應用該電路的開關電源。
背景技術：
廣泛應用于消費類電子產品上的開關電源轉換器通常包括兩種形式交流轉直流 (AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。傳統(tǒng)開關模電源轉換器多工作于固定頻率，常常在頻域上表現(xiàn)出極大的電磁干擾，很難通過國際安全規(guī)范。因此，傳統(tǒng)電源轉換器以犧牲專門處理電磁干擾的器件成本和轉換效率為代價。為抑制電磁干擾，出現(xiàn)了采用抖頻技術(即頻率調制技術)使開關頻率分布在多個頻率上。傳統(tǒng)抖頻方法主要集中在模擬方法上，如圖1所示，圖1描繪了一種基于傳統(tǒng)頻率調變技術的電源轉換器10。一控制電路20藕接于一回授單元15，以產生一開關信號VSW， 該開關信號調節(jié)電源轉換器10的輸出信號V0，該回授單元15藕接于電源轉換器10的輸出，以產生一回授信號VFB。其中該開關信號VSW是依照回授信號VFB而變化。一變壓器 TRl的一開關電流IS經(jīng)由撿流電阻器RS被轉換成電壓信號VS。該信號VS被控制電路20 接受且據(jù)此產生開關信號VSW。開關信號VSW依據(jù)控制電路20內部電路進行頻率調變，拓展電源轉換器10的EMI頻譜能量，用以降低EMI。圖中，控制電路20包括一第一振蕩器、一編碼電路、一第二振蕩器、一脈寬調制器。該第一振蕩器產生一脈沖信號PLSl。該編碼電路藕接至該第一振蕩器，用以產生一數(shù)字信號組也…如。其中，η為正整數(shù)。第二振蕩器藕接至該編碼電路，響應該數(shù)字信號組(1Ρ··(1η調變可變電容器，用以產生一頻率調變的脈沖信號PLS2。該脈沖寬度調制器藕接至該第二振蕩器，響應該脈沖信號PLS2、回授信號VFB及信號VS產生一頻率調變的開關信號VSW，因此拓展了電源轉換器10的EMI頻譜能量，降低了 ΕΜΙ。但是從上述分析我們了解到模擬電路以遠遠低于開關頻率的頻率(約幾百到上千赫茲)提供調制包絡信號，導致模擬電路中的電容器常常耗費較大面積，成本較高。此外，后來出現(xiàn)的數(shù)字抖頻技術，雖然解決了成本問題，但其性能因調制的頻率個數(shù)較少且不平滑而不如模擬方法優(yōu)越。
發(fā)明內容有鑒于此，本實用新型提供一種模擬抖頻電路，可應用于開關電源等，通過模擬式頻率拓展或調制來降低電路中的電磁干擾。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產生器和主振蕩器依次電性連接組成。在本實用新型一實施例中，所述的低頻振蕩器包括第一比較器、充電電流源、放電電流源和電容放大器；所述第一比較器的輸出端經(jīng)反相器分別與控制由充電電流源為電容放大器充電的第一開關管和由放電電流源為電容放大器放電的第二開關管連接。在本實用新型一實施例中，所述的電容放大器由一第一放大器和與該第一放大器正負輸入端連接的電阻組成。[0008]在本實用新型一實施例中，所述的低頻鋸齒波電流產生器由第一射隨器、第一電流鏡和第二電流鏡依次級聯(lián)組成。在本實用新型一實施例中，所述的主振蕩器包括依次級聯(lián)的第三開關管、第四開關管、放電電流源以及依次級聯(lián)的第二射隨器、第三電流鏡和充放電電容器；所述的第三開關管和第四開關管控制該充放電電容器的充放電，放電電流源的輸出端與所述的第二射隨器連接，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經(jīng)RS觸發(fā)器和反相器輸出。在本實用新型一實施例中，所述的模擬抖頻電路集成于一集成塊中。本實用新型另外提供一種應用上述抖頻電路的開關電源，該電源能較好的抑制自身的電磁干擾。該目的采用以下方案實現(xiàn)一種應用上述抖頻電路的開關電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于所述控制電路藕接一設于變壓器輸出端的回授單元，以產生一開關信號調節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述模擬抖頻電路與脈寬調制器藕接組成。在本實用新型一實施例中，所述的控制電路是一由所述模擬抖頻電路與脈寬調制器藕接組成的集成電路。本實用新型采用模擬電路實現(xiàn)在抑制電磁干擾功效不變前提下，大大降低電路面積，電路簡單，而且可設計成集成電路，成本低，具有較好的市場價值。

圖1是基于傳統(tǒng)調頻技術的電源轉換器。圖2是本實用新型抖頻電路的電路連接示意圖。圖3是圖2中SW的頻率時序曲線圖。圖4是電容放大器的電路結構圖。圖5是圖4電容放大器等效電路圖。圖6是基于抖頻電路的電源轉換器的電路原理示意框圖。主要組件符號說明20、300:控制電路Ql:晶體管TRl 變壓器Dl 二極管Pl、P2、m、N2 開關A1、A5:放大器A2 A4 比較器Ml M8:晶體管15、104:回授單元&、I 95、I 2、R3 電阻器Cl、C2、CT、Cp 電容器CO 可變電容器[0034]1000 電壓轉換器子系統(tǒng)2000 脈沖寬度調制器FB:回授端PLS1、PLS2、PB、P、CLK、CLKB 脈沖信號(1Ρ··(1η:數(shù)字信號組VCC 供電電壓輸入端Vcc 供電電壓VCT:周期電壓三角波Sff 切換輸出端Vfb 回授電壓Vin 輸入電壓VH、VHl 上參考閾值電壓VL、VLl 下參考閾值電壓VQ:輸出電壓Vs 檢流電壓Is:切換電流ICH、Ieharge 充電電流Idis、Idischarge 放電電流16、18、I 電流Iin:輸入電流Uin:輸入電壓Vsw 開關信號Fsw 開關頻率fM 最大頻率fN 最小頻率fT 典型頻率。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例子對本實用新型做進一步描述。本實用新型提供一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產生器和主振蕩器依次電性連接組成。具體的，參見圖2，圖2是本實施例子的抖頻電路的電路連接示意圖，圖中，所述的所述的低頻振蕩器包括第一比較器、充電電流源、放電電流源和電容放大器；所述第一比較器的輸出端經(jīng)反相器分別與控制由充電電流源為電容放大器充電的第一開關管和由放電電流源為電容放大器放電的第二開關管連接。所述的電容放大器由一電阻和第一放大器組成。所述的低頻鋸齒波電流產生器由第一射隨器、第一電流鏡和第二電流鏡依次級聯(lián)組成。所述的主振蕩器包括第三開關管、第四開關管、放電電流源以及依次級聯(lián)的第二射隨器、第三電流鏡和充放電電容器；所述的第三開關管和第四開關管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經(jīng)RS觸發(fā)器和反相器輸出。[0062]本實用新型所述的抖頻電路可集成于一集成塊中，可大大減小電路的體積及成本。為了讓一般技術人員更好的理解本實用新型，下面我們結合電路對本實用新型的工作原理做進一步的描述請繼續(xù)參見圖2，抖頻控制電路1000由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產生器和主振蕩器(OSC)組成。低頻振蕩器由電容放大器1001 (等效為電容CT)、比較器A2、充放電電流源Idmge和Idis。！^ge、開關Pl和Nl及反相器構成。工作時，在CT上產生一個周期為m毫秒的鋸齒波電壓信號Vct (m為預設常數(shù))，該鋸齒波電壓信號Vct被低頻鋸齒波電流產生器轉換成低頻鋸齒波電流信號去擾動OSC實現(xiàn)抖頻。各模塊電路詳細工作過程如下(1)低頻振蕩器及低頻鋸齒波電流工作原理低頻振蕩器包含VH和VL兩個基準電壓信號(VH VL)，P1和附兩個開關管，電容放大器等效為電容CT，充放電電流源Ictoge和Idisctoge, P型電子管輸入的比較器A2及反相器。低頻鋸齒波電流產生器包含射隨器(由Al、R3、M7構成)、電流鏡M3和M4、電流鏡M5和 M6。針對一個低頻鋸齒波電流周期進行分析(I)低頻振動器①初始時CT電容電壓為0，V+=VH，由于比較器A2的“_”相位端輸入信號V_=VCT=0< V+，因此，PB= “1”，P= “0”，開關m斷開，開關Pl閉合，開關P3斷開，電流源Ietoge開始給電容CT充電，CT上電壓增加；②在CT電容充電過程中，當V-=VCT> V+=VH時，比較器A2輸出信號發(fā)生翻轉，因此PB= “0”，P= "1",開關m閉合，開關Pl斷開，開關P3閉合，電流源Idisetoge給電容CT 放電，CT上電壓下降，同時選通信號V+=VL ；③當V-=VCT<V+=VL時，比較器A2輸出信號再次翻轉，因此，PB= “1”，P= “0”，開關m斷開，開關Pl閉合，開關P3斷開，電流源Ictoge開始給電容CT充電，CT上電壓增加， 同時選通信號V+=VH ；④之后工作過程重復②和③動作，結果在等效電容CT上產生周期性鋸齒波電壓信號Vct。(II)低頻鋸齒波電流產生器射隨器(由Al、R3、M7構成)將Vct轉換為鋸齒波電流VCT/R3，流經(jīng)電流鏡M3和M4以及禮和禮(電流鏡13^4^5、116的預設比例為11:1，11為常數(shù))，因此，I6=VCT/nR3。(2)主振蕩器(OSC)工作原理主振蕩器包含射隨器(由A5、I 2、M8構成)，電流鏡M1和M2,電容Cp，開關P2和N2， 放電電流源Idis，比較器A3和A4，鎖存器和反相器。VHl和VLl為兩個基準信號(VH1》VL1 )， Ich和Idis為充放電電流源，CLK和CLKB為時鐘信號。電流I=I6+I8流經(jīng)預設比例為Ii1 :1的電流鏡 M1 和 M2 (Ii1 為常數(shù))，因此，Ich=IAi1= VcrAm1R3+ VeefZii1R20 其中 I6= VctAiR3，I8=Vkef/ &?，F(xiàn)對OSC的一個時鐘周期信號分析①初始時Cp電容電壓為“0”，比較器A4的“_”相位端輸入信號為VA4_=VL1>0， “ + ”相位端輸入信號AV=Vcp=O,由于VA4+=VCP< VA4_=VL1，故比較器的輸出信號為“0”，導致送到RS觸發(fā)器R端信號R= “0”，因此，Q= “0”，導致CLKB= “0”，CLK= “ 1 ”。那么，開關P2閉合，N2斷開，Iqi給Cp充電；此時，對于比較器A3來說，“_”相位端輸入信號為VA3_=VCP，“+ ”相位端輸入信號VA3+=VH1，VA3_=VCp<VA3+=VH1，比較器A3的輸出信號為“ 1 ”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號S= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。②在振蕩器電容充電過程中，隨著Vcp上升，VA4+=VCp> VA4_=VL1，比較器A4的輸出信號為“1”，導致送到RS觸發(fā)器R端信號R= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于S端信號。當 VA3-=Vcp>VA3+=VH1時，比較器A3的輸出信號為“0”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號S= “0”，因此，Q= “1”，導致CLKB= “1”，CLK= “0”。那么，開關P2斷開，N2閉合，Idis給Cp放電；③在振蕩器電容放電過程中，隨著Vcp下降，Vi=Vc^Vim=VHl,比較器A3的輸出信號為“ 1 ”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號‘ 1 ”，RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。當VA4+=VCP< VA4_=VL1時，比較器A4輸出信號翻轉為“0”，因此，Q= “0”，導致CLKB= “0”，CLK= “1”。那么，開關P2閉合，N2斷開，Iqi給Cp充電；④之后工作過程重復②和③動作，在電容Cp上產生鋸齒波電壓信號Vcp，同時輸出時鐘信號CLK和CLKB。圖3顯示了抖頻電路開關頻率的時序曲線。圖中T為內部調制信號的周期。開關頻率在fM與fN之間變化，fx為中值頻率。其中fM、fN相對fT變化幅度-59Γ5%。這里值得一提的是，本實用新型的低頻振蕩器采用電容放大器作為內部振蕩器的電容，不僅降低了成本又兼顧了提高開關頻率的調制周期。請參照圖4和圖5，圖4是電容放大器工作原理，圖5是圖4電容放大器等效電路圖。電容放大器從輸入端看進去，可以等效為電容CT。該等效電容數(shù)值較大，可以完全與外接電容大小相當，因此可以使用較小的面積實現(xiàn)即可實現(xiàn)較大大電容。計算方法如下，假設放大器A的開環(huán)增益為Α，則從Iin端看進去的阻抗Z (S)為
權利要求1.一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產生器和主振蕩器依次電性連接組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的低頻振蕩器包括第一比較器、充電電流源、放電電流源和電容放大器；所述第一比較器的輸出端經(jīng)反相器分別與控制由充電電流源為電容放大器充電的第一開關管和由放電電流源為電容放大器放電的第二開關管連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的電容放大器由一第一放大器和與該第一放大器正負輸入端連接的電阻組成。
4.根據(jù)權利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的低頻鋸齒波電流產生器由第一射隨器、第一電流鏡和第二電流鏡依次級聯(lián)組成。
5.根據(jù)權利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的主振蕩器包括依次級聯(lián)的第三開關管、第四開關管、放電電流源以及依次級聯(lián)的第二射隨器、第三電流鏡和充放電電容器；所述的第三開關管和第四開關管控制該充放電電容器的充放電，放電電流源的輸出端與所述的第二射隨器連接，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經(jīng)RS觸發(fā)器和反相器輸出。
6.根據(jù)權利要求要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的模擬抖頻電路集成于一集成塊中。
7.一種應用權利要求1所述電路的開關電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于 所述控制電路藕接一設于變壓器輸出端的回授單元，所述的控制電路由所述模擬抖頻電路與脈寬調制器藕接組成。
8.根據(jù)權利要求7所述的開關電源，其特征在于所述的控制電路是一由所述模擬抖頻電路與脈寬調制器藕接組成的集成電路。
專利摘要本實用新型涉及一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產生器和主振蕩器依次電性連接組成。本實用新型另提供應用該抖頻電路的開關電源。本實用新型能實現(xiàn)對開關頻率的調制，應用于開關電源能有效降低電磁干擾，電路設計成本低，具有較好的使用價值。
文檔編號H02M7/217GK201966797SQ20102061524
公開日2011年9月7日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權日2010年11月19日
發(fā)明者李鐸, 王利, 高耿輝 申請人:友順科技股份有限公司, 大連連順電子有限公司