CN102290976A

CN102290976A - 用于开关电源中的频率抖动方法及电路

Info

Publication number: CN102290976A
Application number: CN2011102405668A
Authority: CN
Inventors: 曾庆刚
Original assignee: WUXI HONGGUANG SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI HONGGUANG SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2011-12-21

Abstract

本发明提供了一种频率抖动方法，该频率抖动方法对振荡电路周期内的振荡频率进行了不定时的暂停。本发明还提供了一种产生频率抖动的电路，所述频率抖动电路包括第一振荡电路，双边沿触发电路，振荡暂停电路。第一振荡电路通过对内部电容充放电产生振荡频率输出信号；双边沿触发电路对所述振荡频率输出信号进行提取，输出脉冲信号S；振荡暂停电路通过RS触发器产生暂停信号，暂停第一振荡电路。本发明可以有效降低开关电源中的EMI信号，满足降低频率干扰的需求。

Description

用于开关电源中的频率抖动方法及电路

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，涉及开关电源领域，尤其涉及开关电源中的频率抖动方法；此外，本发明还涉及上述频率抖动方法的具体实施例。

背景技术

目前，电源变换器被广泛应用于各种电子***中。电源变换器的主要作用是将电源从一种形式转变为另一种形式，例如常见的交流直流(AC-DC)转换器、直流交流(DC-AC)转换器、直流直流(DC-DC)转换器、交流交流(AC-AC)转换器。电源变换器主要分为线性变换器和开关电源变换器两种类型。

开关电源变换器由于其体积小、重量轻、功耗小、效率高等特点得到了广泛的应用。但由于开关电源变换器的大部分能量通常都集中在开关频率的基波频率和低次谐波频率处，并在这些频率处形成辐射峰，而这一高频信号会耦合到电网电压并成为其组成部分，导致电路产生电磁干扰(Electro Magnetic Interferenc；EMI)，EMI信号可以通过AC电源线传导传播，也可通过辐射传播，占据了很宽的频带和较强的幅度，会对周围设备(如通讯工具、家用电器、自动控制设备等)产生电磁干扰，污染电磁环境。

常用的抑制电磁干扰(EMI)的方法是频率抖动。频率抖动的核心思想是将开关频率从分立状态扩展到分散状态，即***工作频率并非固定不变，而是周期或者非周期地进行改变，从而降低电源在某个频率点产生的EMI峰值，满足降低频率干扰的需求。

但这类频率抖动电路的频率抖动范围是一个固定值，产生的频谱扩张效果也是固定的。在负载较重的情况下，开关电源的频率较高，频率抖动范围与开关电源的频率比值较小，频谱扩展的效果不是非常优秀。

因此，为了改进传统频率抖动电路的不足，有必要设计一种更优化的频率抖动电路以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种频率抖动方法，该频率抖动方法对振荡电路周期内的振荡频率进行了不定时的暂停。

本发明还提供了一种产生频率抖动的电路。

本发明还提供了一种振荡器频率暂停电路。

产生频率抖动的电路包括：

第一振荡电路，通过对第一振荡器内部电容充放电产生振荡频率输出信号；

双边沿触发电路，对所述振荡频率输出信号进行提取，当其处于上升沿或下降沿时，输出脉冲信号S；

振荡暂停电路，将第一振荡电路中振荡频率输出信号与振荡暂停电路中的第二振荡频率输出信号耦合，通过RS触发器产生暂停信号EN＝0，暂停第一振荡电路。

其中，所述第一振荡电路包括第一电流源Vdd1，第一开关S1、第二开关S2，第一电容C1，第一电流I1，第二电流I2，第一迟滞比较器209。第一电流源Vdd1连接第一电流I1；第一电流I1一端连接第一电流源Vdd1，一端连接第一开关S1；第一开关S1一端连接第一电流I1，一端连接第二电流I2，其开闭由与门201信号控制；第二电流I2一端连接第一开关S1和第一迟滞比较器209负端接口，一端连接第二开关S2；第二开关S2一端连接第二电流I2，一端接地，其开闭由与门202信号控制；第一电容C1一端连接第一迟滞比较器209负端接口，一端接地；第一迟滞比较器209正端连接参考电压Vref1，负端连接第一开关S1，第二电流I2和第一电容C1。由第一迟滞比较器209比较第一电容C1的电压是否达到充电参考电压Vrefl1或放电参考电压Vrefh1，并根据比较结果输出振荡频率输出信号；该振荡频率输出信号经过反馈后控制开关S1、S2的开闭，控制第一电容C1的充电和放电。

上述双边沿触发电路，当第一迟滞比较器209输出的振荡信号处于上升沿或下降沿时，双边沿触发电路产生一个脉冲信号S，并将其传输至RS触发器的S端口，触发振荡暂停电路。双边沿触发电路目前已经是一个较为成熟和完善的技术，为了不模糊本发明的概念，在此不详细叙述。

上述振荡暂停电路包括图3中的电压源Vdd，第三、第四、第五电流I3、I4、I5，第三、第四、第五、第六开关S3、S4、S5、S6，第二电容C2，第二迟滞比较器305，RS触发器306，数模转换器307以及图2中的与门201、202。其中，本优选实施例中数模转换器307采用三比特数模转换器，输入数字信号为三角波，在实际应用中，本领域技术人员可依照本发明的构思选用n比特数模转换器(n＞2)，输入数字信号可以是三角波、锯齿波、正弦波或其他波形。

三比特数模转换器307的b0，b1，b2端口分别连接第五开关S5、第四开关S4，和第三开关S3，控制其开闭。电压源Vdd连接第三电流I3、第四电流I4和第五电流I5；第三电流I3一端连接电压源Vdd，一端连接第三开关S3；第四电流I4一端连接电压源Vdd，一端连接第四开关S4；第五电流I5一端连接电压源Vdd，一端连接第五开关S5；第三开关S3一端连接第三电流I3，一端连接第二迟滞比较器305正端接口；第四开关S4一端连接第四电流I4，一端连接第二迟滞比较器305正端接口；第五开关S5一端连接第五电流I5，一端连接第二迟滞比较器305正端接口；第六开关S6一端连接第二迟滞比较器305正端接口，一端接地，其开闭由RS触发器端口信号控制；第二电容C2一端连接第二迟滞比较器305正端接口，一端接地；第二迟滞比较器305正端连接第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6和第二电容C2，负端连接参考电压Vref2，输出端连接RS触发器R端口；RS触发器S端口连接双边沿触发电路输出信号S，R端口连接第二迟滞比较器305输出端，

端口输出EN信号反馈作用于第六开关S6，并传输至图2中的与门201、202。

第三电流I3、第四电流I4、第五电流I5的大小比例为4∶2∶1，其绝对大小可以根据***的工作状态进行动态调整，从而实现对最大频率抖动的实时控制，使频谱扩展达到最优。***通过调节三比特数模转换器307的输出，控制第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5的开闭，调节充电电流的大小，控制第二电容C2的充电时间。当C2输出的电压小于参考电压Vref2时，第二迟滞比较器305输出振荡频率输出信号为0，使

端口输出信号EN为0，达到暂停图2中第一振荡电路的目的。

本发明产生频率抖动的方法包括：

(1)第一振荡电路产生振荡频率输出信号；

(2)双边沿触发器对第一振荡频率输出信号进行译码，产生脉冲信号。

(3)第二振荡电路产生频率抖动控制信号，当该控制信号为0，S端口脉冲信号为1时，

端口输出EN信号为0，通过图1中的与门暂停第一振荡电路，通过调整暂停时间，实现频率抖动。

附图说明

图1是本发明的频率抖动电路的结构框图

图2是本发明的频率抖动电路的第一振荡电路21及振荡暂停电路反馈电路22和双边沿触发器23

图3是本发明的频率抖动电路的振荡暂停电路

图4是本发明中三比特数模转换器307输入数字信号的波形图

图5是本发明的频率抖动电路波形图

具体实施方式

下面，结合附图详细描述本发明的优选实施例。由于频率抖动技术在开关电源转换器中的应用是公开的，所以在接下来的描述中，为了使阅读者对本发明有更加透彻的了解，在本实例中，我们只会对与本发明有密切联系的部件、功能或步骤进行具体描述。在其他情况下，我们将不会对某些著名的方法进行详细描述，以免模糊本发明。

图2所示为本发明的频率抖动电路的第一振荡电路21及振荡暂停电路反馈电路22和双边沿触发器23。

图3所示为本发明的频率抖动电路的振荡暂停电路。

图5所示为本是实例中的一种频率抖动输出信号的频率变化示意图。

本发明的主要工作原理如下：

图2部分：以第一电容C1处于充电状态为例。第一开关S1闭合，第二开关S2打开，第一电流I1对电容C1充电，由第一迟滞比较器209比较第一电容C1输出的斜波电压是否达到放电参考电压Vrefh1，当Vc1＞Vrefh1时，第一迟滞比较器209输出的振荡频率输出信号为0并处于下降沿，触发双边沿触发器，使其输出信号S为1，并将S信号传输至图3中RS触发器S端口。

图3部分：第二电容C2初始状态电压为0，第六开关S6闭合，由第二迟滞比较器305比较第二电容的电压，此时Vc2＜Vref2，第二迟滞比较器305输出的频率抖动控制信号为0，即RS触发器R端口输入信号为0。当RS触发器S端口输入信号为1，R端口输入信号为0时，输出Q为1，

为0，EN＝0。EN信号通过图2中的与门201和202，暂停第一振荡电路21，并反馈控制第三开关S3打开，第二电容C2开始充电。三比特数模转换器307中b0、b1、b2端口输入的信号是一个2n的等比数列，通过控制这个数字信号的大小来控制充电电流的大小，从而控制第二电容C2的充电时间。当第二电容C2的电压上升至放电参考电压Vref2时，Vc2＞Vref2，第二迟滞比较器305输出的频率抖动控制信号为1，输出Q为0，为1，EN＝1，重新开始第一振荡电路21，同时反馈控制第六开关S6闭合，第二电容C2迅速放电。

第一振荡电路重新开始后，EN信号1与第一迟滞比较器209输出的振荡频率输出信号0经过与门201作用，输出信号为0，控制第一开关S1开启。EN信号1与第一迟滞比较器209输出的振荡频率输出反相信号1经过与门202作用，输出信号为1，控制第二开关S2关闭，第一电容C1开始放电，当Vc1＜Vrefl1时，第一迟滞比较器209输出的振荡频率输出信号由0变为1，这是一个上升沿信号，触发双边沿触发器，使其输出信号S为1，并将S信号传输至图3中RS触发器S端口，继续下一轮频率抖动电路的振荡暂停电路，如此往复。

通过调整三比特数模转换器307数字输入信号的大小，实现对第二电容C2充电时间的调整，使第一振荡电路21的暂停时间不断改变，第一振荡器输出信号的频率发生抖动并分布于一较大的频宽，有效降低电磁干扰的影响。

以上内容描述了根据本发明的优选实施例的装置和方法。在以上的描述中，仅以实例的方式，示出了本发明的优选实施例，并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情况下，本领域技术人员可依照本发明的构思通过逻辑分析、推理对步骤和单元进行调整、取舍和组合。此外，某些步骤和单元并非实施本发明的总体设计思想所必须的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体实例的限制。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims

1.一种频率抖动电路，通过对一个振荡周期内加入不定时的暂停，实现频率抖动。其特征在于包括：

第一振荡电路，通过对振荡器内部电容充放电产生振荡频率输出信号；

双边沿触发电路，对所述第一振荡电路振荡频率输出信号进行提取，在其处于上升沿或下降沿时，输出脉冲信号S＝1；

振荡暂停电路，将第一振荡电路中振荡频率输出信号与振荡暂停电路中的第二振荡频率输出信号耦合，通过RS触发器产生暂停信号EN＝0，暂停第一振荡电路，通过调整暂停时间，实现频率抖动。

2.根据权利要求1所述的第一振荡电路包括第一电流源，第一开关、第二开关，第一电容，第一电流，第二电流，第一迟滞比较器；振荡暂停电路包括电流源，第三、第四、第五电流，第三、第四、第五、第六开关，第二电容，第二迟滞比较器，RS触发器，数模转换器以及与门；双边沿触发电路，对所述第一振荡电路振荡频率输出信号进行提取，在其处于上升沿或下降沿时，输出脉冲信号S＝1。

3.根据权利要求2所述的第一迟滞比较器，其特征在于正端连接参考电压Vref1，负端连接第一开关，第二电流和第一电容，用于比较第一电容输出电压和参考电压Vref1之间的大小，并根据比较结果输出振荡频率输出信号；该振荡频率输出信号经过反馈后控制第一、第二开关的开闭，控制第一电容的充放电。

4.根据权利要求2所述的数模转换器，在本优选实施例中采用三比特数模转换器，输入数字信号为三角波，在实际应用中，本领域技术人员可依照本发明的构思选用n比特数模转换器(n＞2)，输入数字信号可以是三角波、锯齿波、正弦波或其他波形。其特征在于其输出信号，是由输入数字信号进行数模转换而产生的，是一个相对于第一振荡频率缓慢变化的信号。

5.根据权利要求4所述的三比特数模转换器，其特征在于其b0，b1，b2端口分别连接第五开关、第四开关，和第三开关。第三电流、第四电流、第五电流的大小比例为4∶2∶1，其绝对大小可以根据***的工作状态进行动态调整，从而实现对最大频率抖动的实时控制，使频谱扩展达到最优。***通过调节三比特数模转换器的输出，控制第三开关、第四开关、第五开关的开闭，调节充电电流的大小，控制第二电容的充电时间，使第一振荡电路的暂停时间不断改变。

6.根据权利要求2所述的第二迟滞比较器，其特征在于正端连接第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第二电容，负端连接参考电压Vref2，输出端连接RS触发器R端口；RS 触发器S端口连接双边沿触发电路输出信号S，R端口连接第二迟滞比较器输出端，

端口输出EN信号反馈作用于第三开关，并传输至与门。

7.产生频率抖动的方法，包括：

(1)第一振荡电路产生振荡频率输出信号；

(2)双边沿触发器对第一振荡频率输出信号进行译码，产生脉冲信号；

8.如权利要求7所述频率抖动的方法，其特征在于步骤(1)实现的方法为：由振荡频率输出信号和暂停信号控制开关的开闭，当第一开关关闭，第二开关开启时，第一电流对第一电容进行充电，当第一电容的电压达到放电参考电压时，第一振荡电路输出信号由1变为0，这是一个下降沿；当第一开关开启，第二开关关闭时，第一电容放电，当第一电容的电压达到充电参考电压时，第一振荡电路输出信号为0变为1，这是一个上升沿。

9.如权利要求7所述频率抖动的方法，其特征在于步骤(2)实现的办法为：所述双边沿触发器检测第一振荡频率输出信号的上升沿和下降沿，并输出脉冲信号。

10.如权利要求7所述频率抖动的方法，其特征在于步骤(3)实现的方法为：第二电容初始状态电压为0，第六开关闭合，第二迟滞比较器输出的频率抖动控制信号为0，RS触发器R端口输入信号为0，当RS触发器S端口输入信号为1时，输出EN信号为0，暂停第一振荡电路，并反馈控制打开第三开关，第二电容开始充电。当第二电容的电压上升至放电参考电压时，第二迟滞比较器输出的频率抖动控制信号为1，输出EN信号为1，重新开始第一振荡电路同时反馈控制第六开关闭合，第二电容迅速放电。通过改变充电电流，调整暂停时间，实现频率抖动。