專利名稱：具有低頻調(diào)制增益的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及一種具有低頻調(diào)制增益的閉環(huán)負(fù)反 饋系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
要求與電源干線連接的每個(gè)電氣設(shè)備不為干線帶來(lái)或者向干線上發(fā)送高頻噪聲。 電氣設(shè)備允許的電氣放射量受到聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)嚴(yán)格管制。常規(guī)電源設(shè)計(jì)已經(jīng)轉(zhuǎn)變 為使用較高操作頻率，因?yàn)檩^高操作頻率允許減小電源部件的尺寸并且允許減少成本。在 較高頻率操作的弊端是增加高次諧波或者電磁干擾(EMI)的產(chǎn)生。減少EMI的常規(guī)方法一直以將切換電路的切換頻率減少至如FCC設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)EMI 帶寬限制150Khz以下為目標(biāo)。這一方式的弊端在于，增加電源的磁部件的尺寸。其它減少 EMI的方法已經(jīng)簡(jiǎn)單地添加濾波器部件以減少非所需頻率諧波。這一第二方式具有的弊端 在于增添電源的重量、尺寸和成本。另一減少諧波或者EMI的大尖峰的方式是使用緩沖器 (snubber) 0該緩沖器雖然在減少EMI時(shí)有效但是有損于功率轉(zhuǎn)換器的效率。在又一方式 中，通過(guò)使用抖動(dòng)來(lái)減少EMI，該抖動(dòng)取得離散諧波頻譜并且在連續(xù)頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展EMI。 常規(guī)系統(tǒng)通過(guò)向轉(zhuǎn)換器的柵極驅(qū)動(dòng)或者控制器中注入噪聲來(lái)使用抖動(dòng)。向轉(zhuǎn)換器的柵極驅(qū) 動(dòng)中注入噪聲具有的弊端在于使輸出電壓信號(hào)失真。另外，向柵極驅(qū)動(dòng)中直接注入噪聲僅 向轉(zhuǎn)換器切換信號(hào)的上升和下降沿施加抖動(dòng)。通過(guò)向柵極驅(qū)動(dòng)電路中直接注入抖動(dòng)，常規(guī) 功率轉(zhuǎn)換器抑制反饋環(huán)路和其它特征(包括切換信號(hào)的采樣和零電壓切換)的效率。在圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)節(jié)電源10的示意圖。電源10包括轉(zhuǎn)換器電路，該 電路包括開關(guān)14、控制器或者柵極驅(qū)動(dòng)16和反饋電路18。開關(guān)14與包括整流二極管Dl 和輸出電容器C2的輸出電路耦合。電源10包括跨過(guò)輸入電壓Vfli入耦合的電容器Cl和電 感器Li。柵極驅(qū)動(dòng)16包括與開關(guān)14的柵極耦合的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)模塊。電源10 包括電壓調(diào)節(jié)電路，該電路包括反饋電路18和柵極驅(qū)動(dòng)16。柵極驅(qū)動(dòng)16使用PWM模塊以 根據(jù)由反饋電路18提供的反饋來(lái)更改開關(guān)14的占空比。柵極驅(qū)動(dòng)16因而調(diào)整開關(guān)14的 占空比以補(bǔ)償輸出電壓Vfl^的任何改變。電源10通過(guò)在柵極驅(qū)動(dòng)16內(nèi)使用抖動(dòng)機(jī)制注入 抖動(dòng)來(lái)限制開關(guān)14中的EMI。這一抖動(dòng)方式受到上文討論的許多弊端的困擾。因而，希望為調(diào)節(jié)電源提供一種在明顯減少EMI放射時(shí)有效而無(wú)常規(guī)系統(tǒng)的弊端 的抖動(dòng)方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種調(diào)節(jié)電源裝置。該調(diào)節(jié)電源裝置包括配置用于 在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘發(fā)生器電路。誤差放大器與時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合。誤差放 大器包括與時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合的增益電路。誤差放大器被配置成在增益電路的切換元件 處接收時(shí)鐘信號(hào)。控制器電路被配置用于接收放大器電路的經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)?？刂破麟?路被配置用于生成用于控制切換電路的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。切換電路被配置用于接收經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)。切換電路是半導(dǎo)體開關(guān)。使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制誤差信號(hào)，以根據(jù) 時(shí)鐘信號(hào)的預(yù)定頻率改變?cè)鲆骐娐返脑鲆嬷怠］敵鲭娐放c切換電路耦合。輸出電路被配置 用于生成經(jīng)PWM調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)?？刂破麟娐肥褂媒?jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少切換電路 的切換頻率中的諧波分布。控制器電路使用經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以將切換電路的切換頻率中 的諧波分布減少IOdb或者更多。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，時(shí)鐘發(fā)生器電路是邏輯電路并且生成范圍為2至9Khz 的頻率。使能電路被配置用于在誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值時(shí)，使能時(shí)鐘發(fā)生器電 路。使能電路包括與放大器電路的輸出節(jié)點(diǎn)耦合的鎖存二極管和耦合于鎖存二極管與時(shí)鐘 發(fā)生器電路之間的使能開關(guān)。放大器電路的反饋輸入節(jié)點(diǎn)被配置用于接收經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信 號(hào)，并且放大器電路的參考輸入節(jié)點(diǎn)被配置用于接收參考電壓信號(hào)。增益電路包括耦合于 放大器電路的輸出節(jié)點(diǎn)與反饋輸入節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻網(wǎng)絡(luò)?？勺冸娮杈W(wǎng)絡(luò)包括與串聯(lián)的 第二電阻器和切換元件并聯(lián)耦合的第一電阻器?？勺冸娮杈W(wǎng)絡(luò)也包括與第一電阻器串聯(lián)耦 合的電容器。增益電路的增益值是可變電阻網(wǎng)絡(luò)與耦合到反饋輸入節(jié)點(diǎn)的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的 電阻比。放大器電路可以是運(yùn)算放大器。放大器電路可以是用于切換電路的反饋電路。反 饋電路可以提供負(fù)反饋環(huán)路。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于調(diào)節(jié)電源裝置的方法。該方法包括向放大 器電路的增益電路中注入時(shí)鐘信號(hào)。使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制放大器電路的誤差信號(hào)，以根據(jù) 時(shí)鐘信號(hào)的預(yù)定頻率改變?cè)鲆骐娐返脑鲆嬷?。使用?jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)來(lái)明顯減少切換電路 的切換頻率中的諧波分布?？刂破麟娐肥褂谜{(diào)制的誤差信號(hào)以將切換電路的切換頻率中的 諧波分布減少10. Odb或者更多。使用時(shí)鐘發(fā)生器電路在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘發(fā) 生器電路可以是邏輯電路，并且可以在2至9Khz的頻率范圍中生成時(shí)鐘信號(hào)。該方法還包 括向用于切換電路的控制器電路施加經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)并且生成用于控制切換電路的占 空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。在與切換電路耦合的輸出電路生成經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)。向放大 器電路的反饋輸入節(jié)點(diǎn)施加該經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)，而向放大器電路的參考輸入節(jié)點(diǎn)施加參 考電壓信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，在誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值時(shí)，使用使能電路來(lái) 使能時(shí)鐘發(fā)生器電路。時(shí)鐘信號(hào)耦合到增益電路的切換元件。增益電路包括耦合于放大器 電路的輸出節(jié)點(diǎn)與反饋輸入節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻網(wǎng)絡(luò)。可變電阻網(wǎng)絡(luò)包括與串聯(lián)的第二電 阻器和切換元件并聯(lián)耦合的第一電阻器。增益電路的增益值是可變電阻網(wǎng)絡(luò)和耦合到反饋 輸入節(jié)點(diǎn)的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻比。放大器電路可以是運(yùn)算放大器并且可以是用于切換電 路的反饋電路。反饋電路可以是負(fù)反饋環(huán)路。通過(guò)考慮結(jié)合附圖的下文描述，將清楚本發(fā)明的其它特征。


在所附權(quán)利要求書中闡述本發(fā)明的新穎特征。然而出于說(shuō)明的目的，在以下附圖 中闡述本發(fā)明的若干實(shí)施例。圖1圖示了電源裝置的現(xiàn)有技術(shù)示意框圖。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的功能框圖。圖3A圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的增益電路的功能框圖。
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圖3B圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的增益電路的繪圖。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的示意圖。圖5A圖示了現(xiàn)有技術(shù)電源裝置的波形圖。圖5B圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的波形圖。圖6A圖示了現(xiàn)有技術(shù)電源裝置的另一波形圖。圖6B圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置的另一波形圖。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于調(diào)節(jié)電源裝置的方法的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文描述中出于說(shuō)明的目的而闡述諸多細(xì)節(jié)和替代方式。然而本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到不使用這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它實(shí)例中，以框圖形式示出公 知結(jié)構(gòu)和設(shè)備以免使本發(fā)明的描述因不必要的細(xì)節(jié)而難以理解。本發(fā)明提供一種用于減少EMI放射而不減少切換頻率的技術(shù)。本發(fā)明允許切換頻 率更高而不表現(xiàn)出不期望的高次諧波分布，并且通過(guò)向反饋環(huán)路中施加低頻調(diào)制來(lái)進(jìn)一步 有助于向低于150kHz的標(biāo)準(zhǔn)EMI帶寬以下的頻率范圍傳送高次諧波分布。低頻調(diào)制被注 入反饋環(huán)路中，并且影響切換電路的切換脈沖的上升沿和下降沿，由此明顯減少切換電路 的切換頻率中的高次諧波分布。參見圖2，示出了用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的調(diào)節(jié)電源裝置10的示例功能框 圖。裝置20主要包括與輸出功率轉(zhuǎn)換電路或者變頻開關(guān)24耦合的電源22，也稱為AC到 DC轉(zhuǎn)換器。在一些實(shí)施例中，變頻開關(guān)24是功率轉(zhuǎn)換器電路(如增壓或者降壓轉(zhuǎn)換器)的 部分。變頻開關(guān)24與輸出或者負(fù)載電路26耦合。反饋控制電路28耦合到負(fù)載電路26和 變頻開關(guān)24。新頻率激發(fā)電流電路29與反饋控制電路28耦合。電源22被耦合成接收交流(AC)電壓Vac以及生成未經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電壓，該未經(jīng) 調(diào)節(jié)的直流電壓被耦合為變頻開關(guān)24的輸入。在一些實(shí)施例中，反饋控制電路28操作變 頻開關(guān)24以維持恒定輸出電壓Vf_。變頻開關(guān)24感測(cè)輸出電壓Vfl^中的功率降低和功率 增加，并且控制補(bǔ)償頻率以校正輸出電壓Vfl^中的功率增加或者功率降低。反饋控制電路 28可以通過(guò)操作以減少變頻開關(guān)24的頻率來(lái)防止輸出電壓Vfl^超過(guò)閾值。相反地，反饋 控制電路28可以通過(guò)操作以增加變頻開關(guān)24的頻率來(lái)防止輸出電壓Vfl^降至閾值以下。 可以通過(guò)操作新頻率激發(fā)電流電路29以根據(jù)低頻調(diào)制信號(hào)改變反饋控制電路28的增益來(lái) 限制削弱電磁干擾(EMI)?？梢詫⒅C波分布減少10. OdB或者更多。參見圖3A，示出了用于根據(jù)本發(fā)明的反饋環(huán)路裝置30的功能框圖。裝置30 —般 包括與增益電路36耦合的放大器電路34。增益電路具有帶寬‘B’。求和電路32與輸入耦 合，從而將輸入信號(hào)與增益電路36的輸出求和。求和電路32的輸出是放大器電路34的經(jīng) 增益調(diào)整的輸出信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，放大器電路34的輸出是用于控制電源切換元 件的輸出頻率的控制信號(hào)。圖3B圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的反饋環(huán)路裝置30的曲線繪圖40。繪圖40包 括增益與頻率的曲線關(guān)系。繪圖40包括信號(hào)42，該信號(hào)示出了頻率范圍約為2kHz至5Khz 的正增益。該信號(hào)也示出了頻率范圍為5Khz至9Khz的負(fù)增益。優(yōu)選地，在增益B為正的 頻率范圍中操作裝置。
參見圖4，示出了用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電源裝置400的示例示意圖，該裝 置包括上述調(diào)節(jié)電源裝置10的更具體版本。裝置400主要包括與反饋系統(tǒng)402耦合的轉(zhuǎn) 換器電路420。轉(zhuǎn)換器電路420包括與輸出節(jié)點(diǎn)Vfl^耦合的輸出電路432。反饋系統(tǒng)402 耦合于轉(zhuǎn)換器電路420與反饋輸入節(jié)點(diǎn)Vfie之間。電源裝置400被配置成在輸入節(jié)點(diǎn)Vfli 入接收未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓信號(hào)，并且提供適合于許多低電壓電器(如膝上型計(jì)算機(jī)、蜂窩電 話和其它手持設(shè)備)的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓Vf_。在一個(gè)示例實(shí)施例中，輸出電壓Vfl^可以 設(shè)置在范圍5-40VDC內(nèi)。取而代之，電源裝置400可以提供小于5VDC的輸出電壓V輸出。轉(zhuǎn)換器電路420被配置成接收未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓信號(hào)Vfli入。在一個(gè)示例實(shí)施例 中，轉(zhuǎn)換器電路420包括變頻轉(zhuǎn)換器，從而可以根據(jù)轉(zhuǎn)換器電路420的輸出功率要求來(lái)調(diào)整 轉(zhuǎn)換器電路420的操作帶寬。轉(zhuǎn)換器電路420包括控制器電路422、切換電路424和輸出電 路432?？刂破麟娐?22包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路?？刂破麟娐?22用PWM電路調(diào)節(jié) 切換電路424的占空比。輸出電路432包括整流器二極管428和輸出電容器430。在一個(gè) 示例實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器電路420包括回掃(flyback)轉(zhuǎn)換器。取而代之，轉(zhuǎn)換器電路420可 以包括前向轉(zhuǎn)換器、推挽轉(zhuǎn)換器、半橋轉(zhuǎn)換器和全橋轉(zhuǎn)換器之一。在更多其它替代中，轉(zhuǎn)換 器電路420可以包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的開關(guān)模式電源的其它配置。切換電路424 耦合于控制器電路422與輸出電路432之間。切換電路424的第一端子與電感器426的第一端子耦合。電感器426的第二端子 與輸入節(jié)點(diǎn)Vfli入耦合。切換電路424的第一端子也與整流器二極管428的陽(yáng)極耦合。整流 器二極管428的陰極與輸出節(jié)點(diǎn)Vfl^耦合。輸出電容器430的第一端子與整流器二極管 428的陰極耦合，而輸出電容器430的第二端子與地耦合。切換電路424的第二端子與地耦 合。切換電路424的第三端子與控制器電路422耦合。輸出電路432包括整流器二極管428和輸出電容器430。取而代之，輸出電路432 可以包括輸出整流器電路，該電路包括半波整流器。在又一實(shí)施例中，輸出電路432可以包 括輸出整流器電路，該電路包括全波整流器。切換電路424包括適當(dāng)切換器件。在一個(gè)示例實(shí)施例中，切換電路424包括η型 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件。取而代之，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其 它半導(dǎo)體開關(guān)器件可以取代切換電路424。控制器電路422包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路。 控制器電路422用PWM電路來(lái)調(diào)節(jié)切換電路424的占空比。反饋系統(tǒng)402包括上述反饋環(huán)路裝置30的更具體版本。反饋系統(tǒng)402包括誤差 放大器404、與誤差放大器404耦合的增益電路414和經(jīng)由增益電路414與誤差放大器404 耦合的時(shí)鐘發(fā)生器電路406。反饋系統(tǒng)402還包括耦合于誤差放大器404與時(shí)鐘發(fā)生器電 路406之間的使能電路416。反饋系統(tǒng)402包括與誤差放大器404的第一端子404a耦合的 參考電壓輸入節(jié)點(diǎn)N參考。誤差放大器404的第二端子404b與電阻器Rl的第一端子耦合。 電阻器R2耦合于誤差放大器404的第二端子404b與地之間。電阻器Rl的第二端子耦合 到反饋輸入節(jié)點(diǎn)V& 。誤差放大器404的第三端子404c與控制器電路422的輸入耦合。增益電路414耦合于誤差放大器404的第二端子與第三端子之間。增益電路414 包括電阻器R4的第一端子，該第一端子與誤差放大器404的第二端子404b耦合并且與切 換元件或者晶體管408的第一端子耦合。電阻器R4的第二端子與電容器Cl的第一端子耦 合。電容器Cl的第二端子與誤差放大器404的第三端子404c耦合并且與電阻器R5的第一端子耦合。電阻器R5的第二端子與晶體管408的第二端子耦合。晶體管408的第三端 子與時(shí)鐘發(fā)生器電路406耦合。增益電路414包括可變電阻網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包括耦合于放大器電路404的輸出節(jié)點(diǎn) 或者第三端子404c與第二端子404b之間的電阻器R4和R5。電阻器R4和R5的可變網(wǎng)絡(luò) 的電阻根據(jù)晶體管408的占空比或者切換頻率而改變。晶體管408的導(dǎo)通改變可變電阻網(wǎng) 絡(luò)R4、R5的電阻。增益電路414的增益值包括可變電阻網(wǎng)絡(luò)R4和R5相對(duì)于包括電阻器Rl 和R2的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻比。電阻器R4和R5的可變電阻網(wǎng)絡(luò)的變化電阻根據(jù)晶體管 408的切換頻率而改變?cè)鲆骐娐?14的增益值。晶體管408可以包括任何適當(dāng)類型的晶體 管。時(shí)鐘發(fā)生器電路406包括第一邏輯門407的輸出，該輸出與第二邏輯門409的輸 入耦合并且與電阻器R3的第一端子耦合。第二邏輯門409的輸出與電容器C2的第一端子 耦合并且與增益電路414的晶體管408的第三端子耦合。第一邏輯門407的輸入與電阻器 R3的第二端子耦合。電阻器R3的第二端子也與電容器C2的第二端子耦合。時(shí)鐘發(fā)生器電路406被配置成在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)CLK。時(shí)鐘信號(hào)CLK耦合 到增益電路414的晶體管408。在一個(gè)示例實(shí)施例中，時(shí)鐘發(fā)生電路406在范圍為2. 0至 9. OKHz的預(yù)定頻率操作。在一個(gè)替代實(shí)施例中，預(yù)定頻率處于小于2. OKHz的范圍。在又一 實(shí)施例中，預(yù)定頻率處于大于9. OKHz的范圍。時(shí)鐘發(fā)生器電路406在節(jié)點(diǎn)415處的誤差信 號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值(這觸發(fā)使能電路416)時(shí)被使能。在一個(gè)示例實(shí)施例中，預(yù)定 電壓值包括3. IVdc。使能電路416包括鎖存或者齊納二極管410的第一端子，該第一端子與誤差放大 器電路404的第三端子耦合。齊納二極管410的第二端子與使能開關(guān)412的第三端子耦合。 使能開關(guān)412的第一端子與電壓源Vcc耦合。使能開關(guān)412的第二端子與第二邏輯門409 耦合。如果平均電壓高于在節(jié)點(diǎn)415的預(yù)定電壓值以上，則鎖存二極管410將導(dǎo)通。鎖存 二極管410的導(dǎo)通將使能開關(guān)412偏置導(dǎo)通，該開關(guān)將時(shí)鐘發(fā)生電路406使能以生成時(shí)鐘 信號(hào)CLK。使能開關(guān)412包括適當(dāng)切換器件。在一個(gè)示例實(shí)施例中，使能開關(guān)412包括η型 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件。取而代之，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的任 何其它半導(dǎo)體開關(guān)器件可以取代使能開關(guān)412。反饋系統(tǒng)402包括反饋環(huán)路，該反饋環(huán)路用于為切換電路424提供高切換頻率同 時(shí)明顯減少切換電路424的切換頻率中的高次諧波分布。在一個(gè)示例實(shí)施例中，反饋系統(tǒng) 402包括負(fù)反饋環(huán)路。向放大器電路404的反饋輸入節(jié)點(diǎn)Vfie施加在輸出節(jié)點(diǎn)Vfl^生成的 經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vf_，并且向放大器電路404的參考輸入節(jié)點(diǎn)404a施加參考電壓信號(hào)V 鄉(xiāng)放大器電路404生成包含抖動(dòng)的誤差信號(hào)、也就是根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK來(lái)調(diào)制的誤差信 號(hào)。通過(guò)使用時(shí)鐘信號(hào)CLK來(lái)生成包含抖動(dòng)的誤差信號(hào)，以根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK的預(yù)定頻率改 變?cè)鲆骐娐返脑鲆嬷?。抖?dòng)實(shí)質(zhì)上取得切換電路424的切換頻率中的EMI尖峰，并且減少 EMI尖峰而且在頻率頻譜內(nèi)展開EMI尖峰。切換電路424被配置用于經(jīng)由控制器電路422 接收經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)?？刂齐娐?22使用經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)用于明顯減少切換電路424 的切換頻率中的高次諧波分布。在一個(gè)示例實(shí)施例中，控制器電路422使用經(jīng)調(diào)制的誤差 信號(hào)以將切換電路424的切換頻率中的諧波分布減少IOdb或者更多。因此，輸出電路432被配置用于生成經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓Vf_，其中明顯減少用于切換電路424的切換頻率中的 高次諧波分布。參見圖5A和圖5B，示出了分別針對(duì)常規(guī)電源裝置和根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電 源裝置400的示例波形圖500A、500B。圖5A示出了未根據(jù)本發(fā)明施加抖動(dòng)的常規(guī)電源裝置 的波形502A、504A。波形502A、504A測(cè)量240Vac帶電端子的信號(hào)。波形502A、504A示出了 增益(dB)與頻率(Hz)的關(guān)系曲線。波形502A、504A均示在150kHz至IOMHz的操作范圍 之間的顯著EMI噪聲506A。圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明施加抖動(dòng)的電源裝置400的示例波形 502B、504B。波形502B、504B測(cè)量240Vac帶電端子的信號(hào)。波形502B、504B描繪了電源裝 置400的增益(dB)與頻率(Hz)的關(guān)系曲線。波形502B、504B均示出了與常規(guī)電源裝置波 形502A、504A相比在150kHz至IOMHz的操作范圍之間EMI噪聲506B的明顯減少。參見圖6A和圖6B，示出了分別針對(duì)常規(guī)電源裝置和根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電 源裝置400的波形圖600A、600B。圖6A示出了未根據(jù)本發(fā)明施加抖動(dòng)的常規(guī)電源裝置的波 形圖602A、604A。波形602A、604A測(cè)量240Vac中性端子的信號(hào)。波形602A、604A描繪了增 益(dB)與頻率(Hz)的關(guān)系曲線。波形602A、604A均示出了在150kHz至IOMHz的操作范 圍之間的顯著EMI噪聲606A。圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明施加抖動(dòng)的電源裝置400的示例波 形602B、604B。波形602B、604B測(cè)量240Vac中性端子的信號(hào)。波形602B、604B描繪了電源 裝置400的增益(dB)與頻率(Hz)的關(guān)系曲線。波形602B、604B均示出了與常規(guī)電源裝置 波形602A、604A相比在150kHz至IOMHz的操作范圍之間EMI噪聲606B的顯著減少。參見圖7，示出了用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的調(diào)節(jié)電源裝置400的方法的處理 流程圖。該過(guò)程開始于步驟710。在輸入節(jié)點(diǎn)Vfli入接收未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓信號(hào)。在步驟 720使用低頻時(shí)鐘發(fā)生電路406在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)CLK。在一個(gè)示例實(shí)施例中，時(shí)鐘 發(fā)生電路406在2. 0至9. OKHz范圍內(nèi)的預(yù)定頻率操作。在一個(gè)替代實(shí)施例中，預(yù)定頻率處 于小于2. OKHz的范圍。在又一實(shí)施例中，預(yù)定頻率處于大于9. OKHz的范圍。時(shí)鐘發(fā)生器 電路406在節(jié)點(diǎn)415處的誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值時(shí)，使用使能電路416來(lái)使能。在步驟730，向放大器電路404的增益電路414中注入時(shí)鐘信號(hào)CLK。向增益電路 406的切換元件或者晶體管408注入時(shí)鐘信號(hào)CLK或者使時(shí)鐘信號(hào)CLK與其耦合。在步驟 740,使用時(shí)鐘信號(hào)CLK來(lái)調(diào)制放大器電路的誤差信號(hào)以根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK的預(yù)定頻率改變 增益電路414的增益值。在步驟750，使用調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少切換電路424的切換頻率中的諧波 分布或者EMI。時(shí)鐘信號(hào)CLK起到如圖5B和圖6B中所示在頻率頻譜內(nèi)擴(kuò)展或者分散諧波 干擾的作用。向切換電路424的控制器電路422施加經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)?？刂破麟娐?22 生成用于控制切換電路424的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。在與切換電路424耦合的輸出 電路432生成經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vf_。向放大器電路404的反饋輸入節(jié)點(diǎn)Vfie施加經(jīng)調(diào)節(jié) 的電壓信號(hào)Vf_，而向放大器電路404的參考輸入節(jié)點(diǎn)404a施加參考電壓信號(hào)N參考。反饋 系統(tǒng)402在將經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vfl^維持于恒定值時(shí)響應(yīng)于經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vfl^的改 變。反饋系統(tǒng)402經(jīng)由反饋輸入節(jié)點(diǎn)Vfie與經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)Vfl^耦合，以便對(duì)經(jīng)調(diào)制的 誤差信號(hào)進(jìn)行采樣并且向控制器電路422提供經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)?？刂破麟娐?22通過(guò)根 據(jù)來(lái)自放大器電路404的經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)修改切換電路424的占空比來(lái)維持并且因此調(diào) 節(jié)電壓信號(hào)Vf_。方法700結(jié)束于步驟760。
盡管已經(jīng)參照許多具體細(xì)節(jié)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以 用其它具體形式實(shí)施本發(fā)明而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本 發(fā)明將不受前述示例細(xì)節(jié)限制而是將由所附權(quán)利要求書來(lái)限定。
權(quán)利要求
一種包括閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功率控制裝置時(shí)鐘發(fā)生器電路，配置用于作為低頻調(diào)制器在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)；放大器電路，與所述時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合，其中所述放大器電路包括與所述時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合的調(diào)制增益電路，其中所述放大器電路被配置成在所述調(diào)制增益電路的切換元件處接收所述時(shí)鐘信號(hào)；控制器電路，配置用于接收所述放大器電路的經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)；切換電路，配置用于接收所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)，其中使用所述時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制所述誤差信號(hào)，以根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)的預(yù)定頻率改變所述增益電路的增益值；以及輸出電路，與所述切換電路耦合，所述輸出電路被配置用于生成經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)，其中所述控制器電路使用所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少所述切換電路的切換頻率中的諧波分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器電路使用所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)，以 將所述切換電路的切換頻率中的諧波分布減少IOdb或者更多。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括邏輯電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括范圍為2至9Khz的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括配置用于在所述誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電 壓值時(shí)使能所述時(shí)鐘發(fā)生器電路的使能電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述使能電路包括與所述放大器電路的輸出節(jié)點(diǎn) 耦合的鎖存二極管以及耦合于所述鎖存二極管與所述時(shí)鐘發(fā)生器電路之間的使能開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器電路被配置用于生成用于控制所述切 換電路的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述放大器電路的配置用于接收所述經(jīng)調(diào)節(jié)的 電壓信號(hào)的反饋輸入節(jié)點(diǎn)以及所述放大器電路的配置用于接收參考電壓信號(hào)的參考輸入 節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益電路包括耦合于所述放大器電路的輸出 節(jié)點(diǎn)與反饋輸入節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻網(wǎng)絡(luò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述可變電阻網(wǎng)絡(luò)包括與串聯(lián)的第二電阻器和 所述切換元件并聯(lián)耦合的第一電阻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，還包括與所述第一電阻器串聯(lián)耦合的電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述增益電路的增益值包括所述可變電阻網(wǎng)絡(luò) 與耦合到所述反饋輸入節(jié)點(diǎn)的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻比。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述放大器電路包括運(yùn)算放大器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述放大器電路包括用于所述切換電路的反饋 電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述反饋電路包括負(fù)反饋環(huán)路。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述切換電路包括半導(dǎo)體開關(guān)。
17.一種用于調(diào)節(jié)電源裝置的方法，包括在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)；向放大器電路的增益電路中注入所述時(shí)鐘信號(hào)；使用所述時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制所述放大器電路的誤差信號(hào)，以根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)的預(yù)定頻 率改變所述增益電路的增益值；并且使用經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少切換電路的切換頻率中的諧波分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中控制器電路使用所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以將所 述切換電路的切換頻率中的諧波分布減少10. Odb或者更多。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中使用時(shí)鐘發(fā)生器電路來(lái)生成所述時(shí)鐘信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括邏輯電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括范圍為2至9Khz的頻率。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在所述誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值 時(shí)，使用使能電路來(lái)使能所述時(shí)鐘發(fā)生器電路。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括向用于所述切換電路的所述控制器電路施加所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)；以及 生成用于控制所述切換電路的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括用于在與所述切換電路耦合的輸出電路生成 經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括向所述放大器電路的反饋輸入節(jié)點(diǎn)施加所述 經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)，以及向所述放大器電路的參考輸入節(jié)點(diǎn)施加參考電壓信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述時(shí)鐘信號(hào)耦合到所述增益電路的切換元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述增益電路包括耦合于所述放大器電路的輸 出節(jié)點(diǎn)與反饋輸入節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻網(wǎng)絡(luò)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述可變電阻網(wǎng)絡(luò)包括與串聯(lián)的第二電阻器和 所述切換元件并聯(lián)耦合的第一電阻器。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述增益電路的增益值包括所述可變電阻網(wǎng)絡(luò) 與耦合到所述反饋輸入節(jié)點(diǎn)的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻比。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述放大器電路包括運(yùn)算放大器。
31.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述放大器電路包括用于所述切換電路的反饋 電路。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述反饋電路包括負(fù)反饋環(huán)路。
33.一種用于調(diào)節(jié)電源裝置的方法，包括 向放大器電路的增益電路中注入時(shí)鐘信號(hào)；使用所述時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制所述放大器電路的誤差信號(hào)，以根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)的預(yù)定頻 率改變所述增益電路的增益值；并且使用所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少切換電路的切換頻率中的諧波分布。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中控制器電路使用所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以將所 述切換電路的切換頻率中的諧波分布減少10. Odb或者更多。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括使用時(shí)鐘發(fā)生器電路在所述預(yù)定頻率生成所述時(shí)鐘信號(hào)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括邏輯電路。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述時(shí)鐘發(fā)生器電路包括范圍為2至9Khz的頻率。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括在所述誤差信號(hào)大于或者等于預(yù)定電壓值 時(shí)，使用使能電路來(lái)使能所述時(shí)鐘發(fā)生器電路。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括向用于所述切換電路的所述控制器電路施加所述經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)；并且 生成用于控制所述切換電路的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
40.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括在與所述切換電路耦合的輸出電路處生成經(jīng) 調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，還包括向所述放大器電路的反饋輸入節(jié)點(diǎn)施加所述 經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)，以及向所述放大器電路的參考輸入節(jié)點(diǎn)施加參考電壓信號(hào)。
42.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述時(shí)鐘信號(hào)耦合到所述增益電路的切換元件。
43.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述增益電路包括耦合于所述放大器電路的輸 出節(jié)點(diǎn)與所述反饋輸入節(jié)點(diǎn)之間的可變電阻網(wǎng)絡(luò)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述可變電阻網(wǎng)絡(luò)包括與串聯(lián)的第二電阻器和 所述切換元件并聯(lián)耦合的第一電阻器。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述增益電路的增益值包括所述可變電阻網(wǎng)絡(luò) 與耦合到所述反饋輸入節(jié)點(diǎn)的輸入電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻比。
46.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述放大器電路包括運(yùn)算放大器。
47.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述放大器電路包括用于所述切換電路的反饋 電路。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述反饋電路包括負(fù)反饋環(huán)路。
全文摘要
提供一種調(diào)節(jié)功率控制裝置和用于調(diào)節(jié)電源裝置的方法。時(shí)鐘發(fā)生器電路被配置用于在預(yù)定頻率生成時(shí)鐘信號(hào)。放大器電路與時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合。放大器電路包括與時(shí)鐘發(fā)生器電路耦合的增益電路。放大器電路被配置成在增益電路的切換元件處接收時(shí)鐘信號(hào)?？刂破麟娐繁慌渲糜糜诮邮辗糯笃麟娐返慕?jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)并且配置用于生成用于控制切換電路的占空比的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。切換電路被配置用于接收經(jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)。使用時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)制誤差信號(hào)以根據(jù)預(yù)定頻率改變?cè)鲆骐娐返脑鲆嬷?。輸出電路與切換電路耦合并且配置用于生成經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號(hào)?？刂破麟娐肥褂媒?jīng)調(diào)制的誤差信號(hào)以明顯減少切換電路的切換頻率中的諧波分布。可以將切換電路中的諧波分布減少10.0db或者更多。
文檔編號(hào)G05F1/46GK101887282SQ201010180859
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者M·特爾弗斯 申請(qǐng)人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司