專利名稱：具有跳頻特性的切換式控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有跳頻特性的切換式控制裝置，特別涉及一種切換模式電源供應(yīng)器的切換式控制裝置。
背景技術(shù)：
電源供應(yīng)器已經(jīng)廣泛地使用在將未穩(wěn)定調(diào)整的電源輸入轉(zhuǎn)換成可穩(wěn)定調(diào)整的電壓或電流。圖1顯示一已知的電源供應(yīng)器。一切換式控制裝置10，產(chǎn)生一切換訊號VPWM控制功率晶體管20，用以切換一變壓器11。該切換式控制裝置10依據(jù)一反饋訊號VFB來調(diào)變該切換訊號VPWM的脈波寬度。該反饋訊號VFB的取得源自于一光耦合器(optical-coupler)85。一運算放大器(operational amplifier)80與一參考電壓(reference voltage)VREF組成一誤差放大器(error amplifier)，用來驅(qū)動該光耦合器85。電阻72、73與該誤差放大器形成一電壓反饋回路，用來穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出電壓VO。該變壓器11的一次側(cè)切換電流IP透過一感測電阻30轉(zhuǎn)換成一切換電流訊號VS。該切換電流訊號VS用來供給該切換式控制裝置10，作為該切換訊號VPWM的脈波寬度調(diào)變。該切換訊號VPWM的工作周期(duty cycle)決定功率傳遞的路徑，該功率傳遞的路徑是由電源輸入側(cè)到電源供應(yīng)器的輸出端。
雖然高頻切換技術(shù)的進步已經(jīng)降低了電源供應(yīng)器的大小與體積，但是作為切換開關(guān)的功率晶體卻產(chǎn)生了電磁干擾進而影響到電源輸入側(cè)的電源品質(zhì)。一電磁干擾濾波器(EMI filter)15放置于電源供應(yīng)器的輸入端用來降低電磁干擾。然而，該電磁干擾濾波器15卻產(chǎn)生了功率損耗(power consumption)與增加電源供應(yīng)器的成本與體積。近年來的發(fā)展過程中，許多先前的技術(shù)已經(jīng)陸續(xù)發(fā)表，例如2002年IEEE第十七屆應(yīng)用電力電子會議(Applied Power Electronics Conference andExposition，APEC)由M.Rahkala、T.Suntio與K.Kalliomaki三位提出利用調(diào)頻(frequency modulation)或是跳頻的方法來降低電磁干擾的問題。然而，先前技術(shù)的缺點在于頻率調(diào)變時，在電源供應(yīng)器的輸出端會產(chǎn)生不想要的漣波訊號(ripple signal)。藉由頻率調(diào)變的方式產(chǎn)生該漣波訊號，可以由以下的描述得知。電源供應(yīng)器的輸出功率為其輸出電壓VO與輸出電流IO的乘積，已知PO＝VO×IO＝η×PIN-------------------------------------(1)變壓器11的輸入功率PIN與一次側(cè)切換電流IP可以分別表示為PIN=12×T×LP×IP2×η]]>IP=VINLP×TON]]>其中η為變壓器11的效率；VIN為變壓器11的輸入電壓；LP為變壓器11一次側(cè)的電感值；T為切換訊號VPWM的切換周期；TON為切換訊號VPWM的導(dǎo)通時間(on-time)。方程式(1)可以寫成PO=η×VIN2×TON22×LP×T···(2)]]>切換周期T依據(jù)頻率調(diào)變而產(chǎn)生變化。如方程式(2)所示，當(dāng)切換周期T變化時，輸出功率PO將隨著的改變。因此，當(dāng)輸出功率PO變化時，一個不想要的漣波訊號將產(chǎn)生出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的提供一種切換式控制裝置，該切換式控制裝置的切換頻率具有跳頻的特性，使得該切換頻率的頻譜(spectrum)得以延長，可用來降低電源供應(yīng)器的電磁干擾。本發(fā)明所揭示的切換式控制裝置將不會在電源供應(yīng)器的輸出端產(chǎn)生不想要的漣波訊號。
根據(jù)本發(fā)明所揭示的切換式控制裝置具有跳頻特性而應(yīng)用于電源供應(yīng)器，包含一時脈產(chǎn)生器(clock generator)用來產(chǎn)生一時脈訊號。一模塊產(chǎn)生器連接于該時脈產(chǎn)生器，接收該時脈訊號而輸出一數(shù)字模塊碼。一脈寬調(diào)變器連接于一功率開關(guān)的一控制端，輸出一切換訊號到該控制端，用以控制該功率開關(guān)的切換動作。一振蕩器連接于該脈寬調(diào)變器，輸出一振蕩訊號到該脈寬調(diào)變器，可用來決定該切換訊號的一切換頻率，其中該切換訊號用來穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出，并且該切換訊號與時脈訊號為同步。一可程序電容連接于該模塊產(chǎn)生器與該振蕩器，接收該數(shù)字模塊碼來調(diào)變該振蕩器輸出的該切換頻率，以產(chǎn)生跳頻特性。
一衰減器連接到該電源供應(yīng)器中的一電壓反饋回路，接收一反饋訊號并進行衰減該反饋訊號。該反饋訊號用來控制該切換訊號的脈波寬度，并且用來控制電源供應(yīng)器的輸出功率。一可程序電阻連接于該衰減器、該模塊產(chǎn)生器及該脈寬調(diào)變器，接收該數(shù)字模塊碼，并依據(jù)該數(shù)字模塊碼進行程序化該衰減器的衰減比率，用以輸出一反饋電壓到該脈寬調(diào)變器。當(dāng)該切換頻率增加時，衰減比率也隨之增加。減少該切換訊號的脈波寬度可用來補償切換周期的降低，并且使得電源供應(yīng)器的輸出功率與輸出電壓維持固定值。
要注意的是，以上的概述與接下來的詳細說明皆為示范性質(zhì)，是為了進一步說明本發(fā)明的申請專利范圍。而有關(guān)本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點，將在后續(xù)的說明與附圖中加以闡述。


圖1顯示已知的電源供應(yīng)器具有一電磁干擾濾波器；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置的實施例；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的振蕩器；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊產(chǎn)生器；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的模塊產(chǎn)生器；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)變器。
圖中符號說明10 切換式控制器 11 變壓器15 電磁干擾濾波器 17 直流穩(wěn)壓電容20 功率晶體管 30 電流感測電阻71 光耦合器電阻 72 分壓電阻73 分壓電阻 74 補償電阻75 補償電容 80 運算放大器85 光耦合器 100 可程序電阻200 振蕩器 210 比較器220 比較器 230 與非門邏輯電路240 與非門邏輯電路 290 可程序電容300 模塊產(chǎn)生器 310 定時器320 地址只讀存儲器數(shù)據(jù) 331 暫存器332 暫存器 335 暫存器339 XOR異或門400 時脈產(chǎn)生器 500 衰減器600 脈寬調(diào)變器 610 比較器620 D型正反器630 AND與門具體實施方式
配合圖1，圖2顯示根據(jù)本發(fā)明所述的具有跳頻特性的切換控制裝置的一實施例。一時脈產(chǎn)生器400產(chǎn)生時脈訊號CK。一模塊產(chǎn)生器300，連接于該時脈產(chǎn)生器400，接收該時脈訊號CK而輸出一數(shù)字模塊碼[Mn··M1]。一脈寬調(diào)變器(PWM control circuit)600連接于一功率開關(guān)20的一控制端，輸出一切換訊號VPWM到該控制端，用以控制該功率開關(guān)20的切換動作。一振蕩器200連接于該脈寬調(diào)變器600，輸出一振蕩訊號PLS到該脈寬調(diào)變器600，可用以決定該切換訊號VPWM的一切換頻率，其中該切換訊號VPWM用來穩(wěn)定調(diào)整電源供應(yīng)器的輸出，并且該切換訊號VPWM與時脈訊號CK為同步。一可程序化電容290連接到該模塊產(chǎn)生器300與該振蕩器200，接收該數(shù)字模塊碼[Mn··M1]用以調(diào)變該振蕩器輸出的該切換頻率而產(chǎn)生跳頻特性。
一電阻RA與一電阻RB組成一衰減器500。該衰減器500的該電阻RA的第一端點連接到一電壓反饋回路，該電阻RA的第一端點接收一反饋訊號VFB，并進行衰減該反饋訊號VFB。該反饋訊號VFB透過該脈寬調(diào)變器600用來控制該切換訊號VPWM的脈波寬度，因而控制電源供應(yīng)器的輸出功率。該電阻RA的第二端點連接到該電阻RB的第一端點。該電阻RB的第二端點連接到接地端參考準位。一反饋電壓VB在電阻RB的第一端點上，其電壓訊號源自于該衰減器500。一可程序化電阻100連接到該衰減器500、該模塊產(chǎn)生器300及該脈寬調(diào)變器600，接收該數(shù)字模塊碼[Mn··M1]，并依據(jù)該數(shù)字模塊碼[Mn··M1]進行程序化該衰減器500的衰減比率，用以輸出該反饋電壓VB到該脈寬調(diào)變器600。無論切換頻率何時增加，衰減比率也隨之增加。減少該切換訊號VPWM的脈波寬度可用來補償切換周期的降低，并使得電源供應(yīng)器的輸出功率與輸出電壓維持固定值。
可程序電阻100包含互相并聯(lián)連接的切換式電阻組(switching-resistor set)，該切換電阻組是由數(shù)個衰減電阻R1，R2，··，Rn與數(shù)個衰減開關(guān)S1，S2，··Sn所組成。衰減開關(guān)S1與衰減電阻R1為串聯(lián)連接，衰減開關(guān)S2與衰減電阻R2為串聯(lián)連接，衰減開關(guān)Sn與衰減電阻Rn也是串聯(lián)連接形式。數(shù)字模塊碼[Mn··M1]控制衰減開關(guān)S1，S2，··Sn。
可程序電容290包含互相并聯(lián)連接的切換電容組(switching-capacitor set)，該切換式電容組是由數(shù)個振蕩電容C1，C2，··，Cn與數(shù)個振蕩開關(guān)X1，X2，··Xn所組成。振蕩開關(guān)X1與振蕩電容C1為串聯(lián)連接，振蕩開關(guān)X2與振蕩電容C2為串聯(lián)連接，振蕩開關(guān)Xn與振蕩電容Cn也是串聯(lián)連接形式。數(shù)字模塊碼[Mn··M1]控制振蕩開關(guān)X1，X2，··Xn。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的振蕩器200。一充電電流源I10產(chǎn)生充電電流ICHG。一放電電流源I20產(chǎn)生放電電流IDCHG。一振蕩充電開關(guān)S31連接于充電電流源I10與振蕩電容C之間，一振蕩放電開關(guān)S41連接于振蕩電容C與放電電流源I20之間。一第一比較器210的正端輸入提供一臨界電壓(threshold voltage)VH。該第一比較器210的負端輸入與振蕩電容C相連接。
一第二比較器220的負端輸入提供一臨界電壓VL，該第二比較器220的正向輸入端與振蕩電容C相連接，而臨界電壓VH的電壓準位高于臨界電壓VL。一第一與非門邏輯電路230的輸出端產(chǎn)生一振蕩訊號PLS，用來導(dǎo)通或截止該振蕩放電開關(guān)S41，該第一與非門邏輯電路230的第一輸入端由第一比較器210的輸出端所驅(qū)動。一第二與非門邏輯電路240的兩個輸入端分別連接到第一與非門邏輯電路230的輸出端與第二比較器220的輸出端。該第二與非門邏輯電路240的輸出端連接到第一與非門邏輯電路230的輸入端，并且可以用來導(dǎo)通或截止該振蕩充電開關(guān)S31。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的模塊產(chǎn)生器300。一定時器(timer)310依據(jù)時脈訊號CK的輸出來產(chǎn)生一二位碼(binary code)[bn··b0]。一只讀存儲器(read-only-memory)320依據(jù)該二位碼[bn··b0]的輸出來產(chǎn)生數(shù)字模塊碼[Mn··M1]。該只讀存儲器320的地址輸入(addressinput)由該定時器310的輸出來驅(qū)動。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的模塊產(chǎn)生器300。數(shù)個暫存器331，332··335與一XOR異或門339組成一線性位移暫存器(linearshift register)，并依據(jù)時脈訊號CK的輸出來產(chǎn)生一個線性碼(linearcode)。該XOR異或門339的輸入端決定該線性移位暫存器的多項式(polynomials)，并且決定該線性位移暫存器的輸出。此外，數(shù)字模塊碼[Mn··M1]會采用源自于線性碼的部分來進行最佳化的應(yīng)用。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)變器600。脈寬調(diào)變器600包含一比較器610、一D型正反器620與一AND與門630。該比較器610是用來重置(reset)D型正反器620。該反饋電壓VB源自于衰減器500而供給比較器610的正端輸入。切換電流訊號VS供給比較器610的負端輸入。藉由一供電電壓VCC將D型正反器620的D輸入端上拉(pullhigh)到供電電壓準位。D型正反器620的時脈輸入(clock input)由振蕩訊號PLS所供給。AND與門630的第一輸入端由振蕩訊號PLS所供給。AND與門630的第二輸入端連接到D型正反器620的輸出端。AND與門630的輸出產(chǎn)生切換訊號VPWM。
綜觀以上所述，如圖3所示，該振蕩器200的該振蕩電容C的電容值決定該切換訊號VPWM的切換頻率，由以下方程序可以得到fS=1ton+toff=1C×ΔV×ICHGIDCHGICHG+IDCHG···(3)]]>其中ΔV為臨界電壓VH與VL之間的電壓差，該切換訊號VPWM的導(dǎo)通時間與截止時間分別表示為ton=C×ΔVICHG]]>toff=C×ΔVIDCHG]]>如圖2所示的該可程序化電容290接收該數(shù)字模塊碼[Mn··M1]的控制，該數(shù)字模塊碼[Mn··M1]控制該些振蕩開關(guān)X1，X2，··Xn使得該些振蕩電容C1，C2，··，Cn與該振蕩器200的該振蕩電容C并聯(lián)，用以調(diào)變該振蕩器200輸出的該切換頻率而產(chǎn)生跳頻特性。
本發(fā)明的主要目的提供一種切換式控制裝置，該切換式控制裝置的切換頻率具有跳頻的特性，使得該切換頻率的頻譜得以延長，可用來降低電源供應(yīng)器的電磁干擾。本發(fā)明所揭示的切換式控制裝置將不會在電源供應(yīng)器的輸出端產(chǎn)生不想要的漣波訊號。
熟悉此技藝者當(dāng)可在不悖離本發(fā)明的精神與范疇的下，針對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進行各種修正與改變。由前述觀的，各種修正與改變只要合乎以下的申請專利范圍及其等效解釋，皆可視為本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種具有跳頻特性的切換式控制裝置，于一電源供應(yīng)器中用來控制一功率開關(guān)的切換動作，其特征是，包括有一時脈產(chǎn)生器，用以輸出一時脈訊號；一模塊產(chǎn)生器，連接于該時脈產(chǎn)生器，接收該時脈訊號用以輸出一數(shù)字模塊碼；一脈寬調(diào)變器，連接于該功率開關(guān)的一控制端，輸出一切換訊號到該控制端用以控制該功率開關(guān)的切換動作；一振蕩器，連接于該脈寬調(diào)變器，輸出一振蕩訊號到該脈寬調(diào)變器用以決定該切換訊號的一切換頻率，該切換訊號與該時脈訊號為同步；一可程序電容，連接到該模塊產(chǎn)生器與該振蕩器，接收該數(shù)字模塊碼的控制，用以調(diào)變該振蕩器輸出的該振蕩訊號，使得該脈寬調(diào)變器產(chǎn)生跳頻特性；一衰減器，連接到該電源供應(yīng)器中的一電壓反饋回路，接收一反饋訊號并進行衰減該反饋訊號；及一可程序電阻，連接到該衰減器、該模塊產(chǎn)生器與該脈寬調(diào)變器，接收該數(shù)字模塊碼的控制，以進行程序化該衰減器的衰減比率，用以輸出一反饋電壓到該脈寬調(diào)變器。
2.如權(quán)利要求1所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該反饋訊號用來控制該切換訊號的脈波寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該可程序電容由至少一切換式電容組互相并聯(lián)連接所組成，該切換式電容組由一振蕩開關(guān)與一振蕩電容串聯(lián)連接所組成，并該振蕩開關(guān)的導(dǎo)通或截止由該數(shù)字模塊碼所控制。
4.如權(quán)利要求1所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該可程序電阻由至少一切換式電阻組互相并聯(lián)連接所組成，該切換式電阻組由一衰減開關(guān)與一衰減電阻串聯(lián)連接所組成，并該衰減開關(guān)的導(dǎo)通或截止由該數(shù)字模塊碼所控制。
5.如權(quán)利要求1所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該振蕩器包括一充電電流源，用以產(chǎn)生充電電流；一放電電流源，用以產(chǎn)生放電電流；一振蕩電容，與該可程序電容并聯(lián)連接，藉由該數(shù)字模塊碼控制調(diào)變該可程序電容，用以調(diào)變該切換頻率使的產(chǎn)生跳頻特性；一振蕩充電開關(guān)，連接于該充電電流源與該振蕩電容之間；一振蕩放電開關(guān)，連接于該放電電流源與該振蕩電容之間；一第一比較器，其正端輸入由一第一振蕩臨界電壓所供給，負端輸入與該振蕩電容相連接；一第二比較器，其負端輸入由一第二振蕩臨界電壓所供給，正端輸入與該振蕩電容相連接，并該第一振蕩臨界電壓的電壓準位高于該第二振蕩臨界電壓；一第一與非門邏輯電路，其輸入端連接到該第一比較器的輸出端，并輸出端可用來導(dǎo)通或截止該振蕩放電開關(guān)；及一第二與非門邏輯電路，其兩個輸入端分別連接于該第一與非門邏輯電路的輸出端與該第二比較器的輸出端，并輸出端連接到該第一與非門邏輯電路的另一輸入端用來導(dǎo)通或截止該振蕩充電開關(guān)。
6.一種具有跳頻特性的切換式控制裝置，于一電源供應(yīng)器中用來控制一功率開關(guān)的切換動作，其特征是，包括有一時脈產(chǎn)生器，用以輸出一時脈訊號；一模塊產(chǎn)生器，連接于該時脈產(chǎn)生器，接收該時脈訊號用以輸出一數(shù)字模塊碼；一脈寬調(diào)變器，連接于該功率開關(guān)的一控制端，輸出一切換訊號到該控制端用以控制該功率開關(guān)的切換動作；一振蕩器，連接于該脈寬調(diào)變器，輸出一振蕩訊號到該脈寬調(diào)變器用以決定該切換訊號的一切換頻率，并該切換訊號與該時脈訊號為同步；及一可程序電容，連接到該模塊產(chǎn)生器與該振蕩器，接收該數(shù)字模塊碼的控制，用以調(diào)變該振蕩器輸出的該振蕩訊號，使得該脈寬調(diào)變器產(chǎn)生跳頻特性。
7.如權(quán)利要求6所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該可程序電容由至少一切換式電容組互相并聯(lián)連接所組成，該切換式電容組由一振蕩開關(guān)與一振蕩電容串聯(lián)連接所組成，并該振蕩開關(guān)的導(dǎo)通或截止由該數(shù)字模塊碼所控制。
8.如權(quán)利要求6所述的具有跳頻特性的切換式控制裝置，其特征是，該振蕩器包括一充電電流源，用以產(chǎn)生充電電流；一放電電流源，用以產(chǎn)生放電電流；一振蕩電容，與該可程序電容并聯(lián)連接，藉由該數(shù)字模塊碼控制調(diào)變該可程序電容，用以調(diào)變該切換頻率使的產(chǎn)生跳頻特性；一振蕩充電開關(guān)，連接于該充電電流源與該振蕩電容之間；一振蕩放電開關(guān)，連接于該放電電流源與該振蕩電容之間；一第一比較器，其正端輸入由一第一振蕩臨界電壓所供給，負端輸入與該振蕩電容相連接；一第二比較器，其負端輸入由一第二振蕩臨界電壓所供給，正端輸入與該振蕩電容相連接，并該第一振蕩臨界電壓的電壓準位高于該第二振蕩臨界電壓；一第一與非門邏輯電路，其第一輸入端連接到該第一比較器的輸出端，并輸出端可用來導(dǎo)通或截止該振蕩放電開關(guān)；以及一第二與非門邏輯電路，其兩個輸入端分別連接于該第一與非門邏輯電路的輸出端與該第二比較器的輸出端，并輸出端連接到該第一與非門邏輯電路的第二輸入端可用來導(dǎo)通或截止該振蕩充電開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明為一種具有跳頻特性的切換式控制裝置，可用以降低電源供應(yīng)器的電磁干擾。本發(fā)明包括一模塊產(chǎn)生器，一振蕩器，一可程序電容與該振蕩器相連接，一衰減器連接到電壓反饋回路，一可程序電阻與該衰減器相連接。本發(fā)明依據(jù)數(shù)字模塊碼的改變來調(diào)變切換頻率而產(chǎn)生跳頻特性，并依據(jù)數(shù)字模塊碼的輸出來程序化衰減器的衰減比率。當(dāng)切換頻率增加時，衰減比率也隨之增加。減少切換訊號的脈波寬度可用來補償切換周期的降低，并且使得電源供應(yīng)器的輸出功率與輸出電壓維持固定值。
文檔編號H02M3/338GK1777007SQ20041009460
公開日2006年5月24日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者楊大勇, 洪國強, 林宋宜 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司