CN101610024B - 具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器，现有习知的脉宽调制控制器以输入电源来变化脉宽调制控制器的频率而达到降低电磁干扰，但此方式会受到输入电压及输出负载的影响而造成频率抖动的范围不确定及电路设计上的困难。本发明的具频率抖动的频率发生器及具频率抖动的脉宽调制控制器利用在一固定电位范围的信号来调整频率发生器的频率信号，不仅避免了频率抖动的范围受输入电压及输出负载影响外，且不论脉宽调制控制器的操作频率高低，根据本发明的频率抖动的范围均能固定在一预定的百分比范围内，使电路设定更为简便。

Description

具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器

技术领域

本发明涉及一种具频率抖动的频率发生器(Frequency JitterGenerator)，特别是涉及一种使用该频率发生器使操作频率在一预定百分比内变化的脉宽调制控制器。

背景技术

由于大部分电子器材所使用的电源均为直流电，故必须有电源供应器(或整流器)来把交流式电转换成各种不同的直流电压以提供电子器材所需的电力。依其电路结构的不同，电源供应器可分为线性式和开关电源供应器两种。虽然开关电源供应器在电路结构上比线性式电源供应器来得复杂，脉动比较大、电磁干扰也比较大，但开关电源供应器的优点是转换效率高、空载时耗电小、重量轻，但整体而言，开关电源供应器仍优于线性式电源供应器，故目前电源供应器的市场乃以开关电源供应器为主流。

一般开关电源供应器操作在高频，以缩小所需电子组件的大小。然而，同时也带来了电磁干扰(Electromagnetic Interfrence，EMI)。电磁干扰除了造成电源上的噪声而影响其它电子器材外，也会因向外辐射而影响到邻近的通讯器材或无线电、电视信号的传输等。

传统减少电磁干扰的方法为在电源的输入端增加一EMI滤波器。EMI滤波器一般由电感、电容及电阻所组成，以滤除电磁干扰。然而电磁干扰越大，所需的EMI滤波器也就越大，造成电路成本的增加，而且EMI滤波器无法处理EMI的辐射。

请参阅图1，为目前常见的具频率抖动(frequency jitter)的电源供应器。整流器10将经EMI滤波器120滤波后的交流电压5整流后产生整流电压15。整流电压15经输入滤波电容20滤波后输入变压器40的初级侧线圈35，并由次级侧线圈45输出。次级侧线圈45的输出经次级侧整流器50及输出电容55后于电源输出端65提供一输出电压60。脉宽调制控制器90于反馈脚位85接收由反馈电阻80、齐纳二极管75及光耦合器70所组成的反馈回路的反馈信号，并据此调整内建的晶体管开关的占空比，以调整输入的初级侧线圈35的电力而达到稳定输出电压60的功能。

脉宽调制控制器90于频率抖动脚位125、130接收经由电磁干扰电阻140所输入的抖动电流135，抖动电流135会随着整流电压15上的脉动(ripple)成分变化并变化脉宽调制控制器90内的频率发生器的三角波信号的频率。频率发生器的三角波信号作为与反馈信号的比较参考，故而影响了晶体管开关的切换频率。如此，晶体管开关的切换频率展开在一个较大的频宽，使电磁干扰的波峰下降而达到降低电磁干扰的优点。

然而，由于脉动成分会随着输入电压及输出负载而变化，进一步造成在实际应用时难以选择适当的电磁干扰电阻140。而且，频率抖动的范围(百分比)也将随着输入电压的大小而不同，造成实际使用、设计上的不便与困难。

由此可见，上述现有的脉宽调制控制器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具频率抖动的电源供应器及脉宽调制控制器，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的脉宽调制控制器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型的脉宽调制控制器，能够改进一般现有的脉宽调制控制器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的脉宽调制控制器存在的缺陷，而提供一种新型的具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器，所要解决的技术问题是使其利用在一固定电位范围的信号来调整频率发生器的频率信号，不仅避免了频率抖动的范围受输入电压及输出负载影响外，且不论脉宽调制控制器的操作频率高低，根据本发明的频率抖动的范围均能固定在一预定的百分比范围内，使电路设定更为简便。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的具频率抖动的频率发生器，包括一频率发生器及一频率抖动控制器。该频率发生器具有一充电电流源、一放电电流源及一电容，该充电电流源及该放电电流源电性连接该电容，以对其充放电，该频率发生器接收一第一参考电平信号及一第二参考电平信号，并根据该第一参考电平信号及该第二参考电平信号对该电容充放电，使该电容的电压在该第一参考电平信号与该第二参考电平信号之间变化，以产生一频率信号。该频率抖动控制器耦接该频率发生器以控制该充电电流源及该放电电流源的至少其一的电流大小在一预定范围内变化。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具频率抖动的频率发生器，其中所述的频率抖动控制器包括一斜波发生器，用以产生一斜波信号以控制该充电电流源及该放电电流源的电流大小，该斜波信号的频率小于该频率信号的频率。

前述的具频率抖动的频率发生器，其中所述的频率抖动控制器更包括一分压器，该斜波信号经该分压器分压后控制该充电电流源及该放电电流源的电流大小。

前述的具频率抖动的频率发生器，其中所述的充电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一充电电流。

前述的具频率抖动的频率发生器，其中所述的放电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一放电电流。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的具频率抖动的脉宽调制控制器，包括一反馈处理器、一频率抖动控制器、一频率发生器以及一脉宽调制信号发生器。该反馈处理器根据代表负载状态的一侦测信号产生一反馈处理信号。该频率抖动控制器产生一斜波信号，其中该斜波信号的电平在一预定区间内变化。该频率发生器用以产生一频率信号，该频率信号的频率根据该斜波信号在一预定频率区间内变化。该脉宽调制信号发生器根据该反馈处理信号及该频率信号产生一开关控制信号，以控制至少一半导体开关的切换。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的频率抖动控制器包括一斜波发生器，用以产生该斜波信号，该斜波信号的频率小于该频率信号的频率。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的频率发生器，具有一充电电流源、一放电电流源及一电容，该充电电流源及该放电电流源电性连接该电容，以对其充放电，该频率发生器接收一第一参考电平信号及一第二参考电平信号，并根据该第一参考电平信号及该第二参考电平信号对该电容充放电，使该电容的电压于该第一参考电平信号与该第二参考电平信号之间变化，以产生该频率信号。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的充电电流源及该放电电流源的至少其一根据该斜波信号于一预定范围内变化。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的频率抖动控制器更包括一分压器，该斜波信号经该分压器分压后控制该充电电流源及该放电电流源的电流大小。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的充电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一充电电流。

前述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其中所述的放电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一放电电流。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器至少具有下列优点及有益效果：

本发明的具频率抖动的频率发生器及具频率抖动的脉宽调制控制器利用在一预定的固定电位范围的信号来调整频率发生器的频率信号，不仅避免了频率抖动的范围受输入电压及输出负载影响外，且不论脉宽调制控制器的操作频率高低，根据本发明的频率抖动的范围均能固定在一预定的百分比范围内，使电路设定更为简便。而且，其频率抖动的范围可由频率抖动电阻JR及频率设定电阻RT的比例来调整，不仅调整上更精确，也可对应不同电路而进行调整，更为扩展其可应用范围。

综上所述，本发明的具频率抖动的频率发生器及具频率抖动的脉宽调制控制器是利用在一固定电位范围的信号来调整频率发生器的频率信号，不仅避免了频率抖动的范围受输入电压及输出负载影响外，且不论脉宽调制控制器的操作频率高低，根据本发明的频率抖动的范围均能固定在一预定的百分比范围内，使电路设定更为简便。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的脉宽调制控制器具有增进的突出功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为目前常见的具频率抖动(frequency jitter)的电源供应器。

图2为根据本发明的一较佳实施例的具频率抖动的频率发生器电路示意图。

图3为图2实施例中的充电电流源的电路示意图。

图4为斜波信号Ramp电平、充电电流I大小及脉冲信号Pulse的时序示意图。

图5为根据本发明的一较佳实施例的具频率抖动的脉宽调制控制器的电路示意图。

5：交流电压                  10：整流器

15：整流电压                   20：输入滤波电容

35：初级侧线圈                 40：变压器

45：次级侧线圈                 50：次级侧整流器

55：输出电容                   60：输出电压

65：电源输出端                 70：光耦合器

75：齐纳二极管                 80：反馈电阻

85：反馈脚位                   90：脉宽调制控制器

120：EMI滤波器                 125：频率抖动脚位

130：频率抖动脚位              135：抖动电流

140：电磁干扰电阻              210：频率抖动控制器

212：斜波发生器                214：分压器

216：斜波信号                  220：频率发生器

222：充电电流源                224：放电电流源

226：电容                      230：第一比较器

232：第二比较器                238：第三比较器

228：第四比较器                234：第一与非门

236：第二与非门                240：第一开关

242：第二开关                  244：频率信号

250：误差信号放大器            252：晶体管开关

260：电流镜                    310：反馈处理器

320：脉宽调制信号发生器        322：脉宽调制比较器

324：SR触发器                  330：频率抖动控制器

340：频率发生器                350：半导体开关

JR：频率抖动电阻               RT：频率设定电阻

Ramp：斜波信号                 Vref1：第一参考电平信号

Vref2：第二参考电平信号        Vref3：第三参考电平信号

I：电流                        I1：电流

Pulse：脉冲信号                R：电阻

FB：侦测信号                   Vref：参考电压信号

Prot：保护信号                 Max-Duty：最大占空比信号

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具频率抖动的频率发生器及脉宽调制控制器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。

请参阅图2，为根据本发明的一较佳实施例的具频率抖动的频率发生器电路示意图。一频率发生器包括了一频率抖动控制器210以及一频率发生器220，其中该频率抖动控制器210耦接该频率发生器220。频率抖动控制器210包括一斜波发生器212，用以产生一斜波信号216；频率抖动控制器210更包括一分压器214，该分压器214由频率抖动电阻JR及频率设定电阻RT所组成，以对斜波信号216进行分压而输出斜波信号Ramp。频率发生器220，具有一充电电流源222、一放电电流源224及一电容226，充电电流源222及放电电流源224电性连接电容226以对其充放电。频率发生器220接收一第一参考电平信号Vref1及一第二参考电平信号Vref2，并根据第一参考电平信号Vref1及第二参考电平信号Vref2对电容226充放电，使电容226的电压在该第一参考电平信号与该第二参考电平信号之间变化，以产生一频率信号244。在本实施例中，充电电流源222接收经分压的斜波信号Ramp，并根据斜波信号Ramp上下变化其产生的电流I大小，使电流I大小在一预定范围内变化，如此，不论频率发生器220的频率高或低，频率发生器220的频率抖动范围均在一预定的百分比内变化。实际应用上，可以是充电电流源222及/或放电电流源224接收经分压的斜波信号Ramp，并根据斜波信号216上下变化其产生的电流大小。在此，斜波信号Ramp的频率小于频率发生器220的操作频率。

频率发生器220更包括了一第一比较器230、一第二比较器232、一第一与非门234、一第二与非门236、一第三比较器238、一第一开关240、一第二开关242以及一第四比较器228。第一比较器230比较频率信号244及第一参考电平信号Vref1并输出比较结果信号，而第二比较器232比较频率信号244及第二参考电平信号Vref2并输出比较结果信号。第一与非门234接收第一比较器230及第二与非门236的输出以进行与非运算，而第二与非门236接收第二比较器232及第一与非门234的输出以进行与非运算。第三比较器238接收第一与非门234及第二与非门236的输出，以控制第一开关240及第二开关242的切换。当频率信号244的电平上升至大于第一参考电平信号Vref1，第一开关240截止而第二开关导通，使电容226开始放电。当频率信号244的电平下降至小于第二参考电平信号Vref2，第一开关240导通而第二开关截止，使电容226开始充电。如此周而复始而产生斜波信号的频率信号244。第四比较器228比较斜波信号的频率信号244及一第三参考电平信号Vref3，以转换产生脉冲信号Pulse。

接下来，请参阅图3，为图2实施例中的充电电流源的电路示意图。充电电流源222为一电压转电流转换器，根据斜波信号Ramp的电平转换成一充电电流I，包括一误差信号放大器250、晶体管开关252、电阻R及电流镜260。其中，误差信号放大器250与晶体管开关252组成一电压跟随器，使晶体管开关252与电阻R的连接点的电位等于斜波信号Ramp的电平，如此，流经电阻R的电流I1(I1＝V/R，V为斜波信号Ramp的电平)经电流镜260镜射而成为充电电流I。同理，放电电流源224也可以同样的电路结构而达到根据斜波信号Ramp的电平变化放电电流的作用。

参阅图4，为斜波信号Ramp电平、充电电流I大小及脉冲信号Pulse的时序示意图。当斜波信号Ramp电平上升时，充电电流I随之变大，使脉冲信号Pulse的频率提高；反之，当斜波信号Ramp电平下降时，充电电流I随之变小，使脉冲信号Pulse的频率降低。

接下来参阅图5，为根据本发明的一较佳实施例的具频率抖动的脉宽调制控制器的电路示意图。脉宽调制控制器包括一反馈处理器310、一频率抖动控制器330、一频率发生器340以及一脉宽调制信号发生器320。反馈处理器310包括一误差放大信号发生器，根据代表负载状态的一侦测信号FB及一参考电压信号Vref产生一反馈处理信号。频率抖动控制器330产生一斜波信号，斜波信号的电平在一预定区间内变化。频率发生器340耦接频率抖动控制器330，用以产生一频率信号，其中频率信号的频率根据该斜波信号在一预定频率区间内变化。脉宽调制信号发生器320根据该反馈处理信号及该频率信号产生一开关控制信号，以控制一半导体开关350的切换。脉宽调制信号发生器320包括一脉宽调制比较器322、一SR触发器324及一与门326。脉宽调制比较器322接收反馈处理信号以及频率发生器340产生的三角波信号，并输出比较结果至SR触发器324的R端。SR触发器324的S端接收频率发生器340产生的脉冲信号，并于输出端Q输出开关控制信号。与门326接收开关控制信号以及一保护信号Prot、一最大占空比信号Max-Duty，以控制半导体开关350的切换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具频率抖动的频率发生器，其特征在于其包括：

一频率发生器，具有一充电电流源、一放电电流源及一电容，该充电电流源及该放电电流源电性连接该电容，以对其充放电，该频率发生器接收一第一参考电平信号及一第二参考电平信号，并根据该第一参考电平信号及该第二参考电平信号对该电容充放电，使该电容的电压在第一参考电平信号与该第二参考电平信号之间变化，以产生一频率信号；以及

一频率抖动控制器，耦接该频率发生器，以控制该充电电流源及该放电电流源的至少其一的电流在一预定范围内作电流的抖动变化，其中，所述的频率抖动控制器包括：一斜波发生器，用以产生一斜波信号以控制该充电电流源及该放电电流源的电流大小，该斜波信号的频率小于该频率信号的频率；以及一分压器，该斜波信号经该分压器分压后控制该充电电流源及该放电电流源的电流大小。

2.根据权利要求1所述的具频率抖动的频率发生器，其特征在于其中所述的充电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一充电电流。

3.根据权利要求1所述的具频率抖动的频率发生器，其特征在于其中所述的放电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一放电电流。

4.一种具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其包括：

一反馈处理器，根据代表负载状态的一侦测信号产生一反馈处理信号；

一频率抖动控制器，产生一斜波信号，该斜波信号的电平在一预定区间内变化；

一频率发生器，用以产生一频率信号，该频率信号的频率根据该斜波信号在一预定频率区间内变化；以及

一脉宽调制信号发生器，根据该反馈处理信号及该频率信号产生一开关控制信号，以控制至少一半导体开关的切换；

其中该频率抖动控制器包括一分压器，该斜波信号经该分压器分压后控制该频率信号的频率在一预定频率区间内变化。

5.根据权利要求4所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的频率抖动控制器包括一斜波发生器，用以产生该斜波信号，该斜波信号的频率小于该频率信号的频率。

6.根据权利要求5所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的频率发生器，具有一充电电流源、一放电电流源及一电容，该充电电流源及该放电电流源电性连接该电容，以对其充放电，该频率发生器接收一第一参考电平信号及一第二参考电平信号，并根据该第一参考电平信号及该第二参考电平信号对该电容充放电，使该电容的电压于该第一参考电平信号与该第二参考电平信号之间变化，以产生该频率信号。

7.根据权利要求6所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的充电电流源及该放电电流源的至少其一根据该斜波信号在一预定范围内变化。

8.根据权利要求7所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的斜波信号，控制该充电电流源及该放电电流源的至少其一的电流在一预定范围内作电流的抖动变化。

9.根据权利要求6或8所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的充电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一充电电流。

10.根据权利要求6或8所述的具频率抖动的脉宽调制控制器，其特征在于其中所述的放电电流源为一电压转电流转换器，以根据该斜波信号的电平转换成一放电电流。

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