專利名稱：用于多個開關(guān)電源的控制裝置及包含其的多開關(guān)電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，具體說，涉及一種用于多個開關(guān)電源的控制裝置以及包含該裝置的多開關(guān)電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電源在電路系統(tǒng)中用來提供持續(xù)穩(wěn)定的能量。常用的直流電源分為線性電源和開關(guān)電源兩類。線性電源的基本原理是，先將50Hz交流電經(jīng)過變壓器變壓，然后再經(jīng)過整流和濾波電路對其進(jìn)行整流和濾波，從而獲得直流電壓。為了使獲得的直流電壓非常精確而穩(wěn)定， 用電壓反饋機(jī)制對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。線性電源的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定度高、波紋小、干擾與噪音低；其缺點(diǎn)是，所用變壓器龐大笨重、所用濾波電容也大而重、功耗大、轉(zhuǎn)換效率低，另外還要安裝很大的散熱片。而開關(guān)電源的原理是，先將50Hz交流電整流成直流電，再將獲得的直流電逆變成高頻交流電，然后再整流成所需要的直流電。由此，在開關(guān)電源中可以省去線性電源中所使用的整流前的變壓器以及電壓反饋電路，而逆變過程所產(chǎn)生的高頻交流電能使變壓電路的效率大大提高，因而開關(guān)變壓器可以做得很小，而且工作時還不會大量發(fā)熱。開關(guān)電源又可分為脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)電源和諧振開關(guān)電源，而諧振開關(guān)電源由基本的PWM開關(guān)電源演變而來。PWM開關(guān)電源的工作原理是，先將50Hz交流電源通過整流濾波變成直流電；然后，用高頻時鐘信號對開關(guān)管進(jìn)行開關(guān)控制，從而將所述直流電變?yōu)楦哳l交流電，并將其加載到開關(guān)變壓器的初級線圈上；最后，將開關(guān)變壓器的次級線圈所感應(yīng)出的幅值改變了的高頻交流電進(jìn)行整流濾波，從而獲得大小合適的直流電供給負(fù)載。最后輸出的電壓也通過一定的電路反饋給控制電路，從而控制PWM波形的占空比，以獲得精確穩(wěn)定的輸出電壓。開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、效率高，因此非常適合計算機(jī)設(shè)備的需要。但開關(guān)電源的主要缺點(diǎn)是，逆變過程產(chǎn)生高頻電壓尖峰，對周圍設(shè)備有一定的干擾。通常，在開關(guān)電源內(nèi)部，需要一個工作時鐘信號來周期性地對開關(guān)管進(jìn)行開關(guān)控制，而這個工作時鐘信號由內(nèi)部振蕩器來提供。用途不同的開關(guān)電源采用不同的時鐘信號來進(jìn)行開關(guān)控制。如上所述，開關(guān)電源中由于逆變過程所產(chǎn)生高頻電壓尖峰會對周圍設(shè)備 (包括其它開關(guān)電源)產(chǎn)生干擾。而當(dāng)板載電源包含多個具有不同用途的開關(guān)電源時，對這些開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制的時鐘信號的相位彼此獨(dú)立，因此，這多個開關(guān)電源同時工作時，工作的頻率不同，相位不同，這就會因相差頻差而造成多種不確定干擾，這些干擾無法控制，因而會導(dǎo)致對噪聲敏感的設(shè)備不能正常工作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型就是為了解決上述問題而做出的，其目的在于提供一種用于多個開關(guān)電源的控制裝置以及包含該控制裝置的多開關(guān)電源系統(tǒng)，減少多個開關(guān)電源同時工作時彼此產(chǎn)生的噪聲干擾。[0008]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，一方面，本實(shí)用新型提供一種用于多個開關(guān)電源的控制裝置， 其包括時鐘信號生成單元，用于生成并輸出時鐘信號；以及多個分頻單元，每個分頻單元對從所述時鐘信號生成單元輸入的時鐘信號進(jìn)行分頻，并且將分頻后得到的時鐘信號輸出給所述多個開關(guān)電源中的一個或多個以進(jìn)行開關(guān)控制，其中，每個分頻單元的輸入端連接到所述時鐘信號生成單元的輸出端。優(yōu)選地，所述時鐘信號生成單元可以包括多諧振蕩器或555時基電路。優(yōu)選地，所述多個分頻單元的分頻倍數(shù)可以相等或不等。優(yōu)選地，所述分頻單元可以采用JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，至少一個所述分頻單元可以包含多個串聯(lián)連接的分頻器或分頻單元。優(yōu)選地，所述時鐘信號生成單元可以與至少一個分頻單元集成在單個芯片上。另外，優(yōu)選地，所述時鐘信號生成單元生成的時鐘信號可以輸出到所述多個開關(guān)電源中的一個或多個以進(jìn)行開關(guān)控制。另一方面，本實(shí)用新型提供一種多開關(guān)電源系統(tǒng)，其包括多個開關(guān)電源以及上述任一用于多個開關(guān)電源的控制裝置。從上面的描述以及實(shí)踐中可知，在存在多個開關(guān)電源的情況下，為了降低其同時工作時的噪聲，必須使各個對開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制的時鐘信號盡量同步。即，盡量使各個開關(guān)電源中的開關(guān)管在同一時刻開關(guān)，也就是說，盡量使對各個開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制的時鐘信號的上升沿和下降沿對齊。本實(shí)用新型通過對初始時鐘信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生多種具有不同頻率的時鐘信號以對多個開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制。由于這多種頻率不同的時鐘信號是從同一初始時鐘信號產(chǎn)生的，因此它們之間的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此對齊。于是，本實(shí)用新型既為不同的開關(guān)電源提供了所需的不同頻率的時鐘信號，又使這些時鐘信號彼此同步，從而就消除了這些開關(guān)電源同時工作時彼此因相位差而產(chǎn)生的干擾， 大大地降低了噪聲水平并且使噪聲容易濾掉。

根據(jù)下述參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。在附圖中圖I是本實(shí)用新型所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)的示意方框圖；圖2是本實(shí)用新型的一個實(shí)施例所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)的示意方框圖；圖3是圖2所示的多開關(guān)電源系統(tǒng)中的多種頻率不同的時鐘信號的波形圖；以及圖4是本實(shí)用新型的一個實(shí)施例所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖來描述本實(shí)用新型所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置以及包含該控制裝置的多開關(guān)電源系統(tǒng)的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。圖I是本實(shí)用新型所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)的示意方框圖。如圖I所示，本實(shí)用新型所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)I包括多個開關(guān)電源(例如，第一開關(guān)電源310、第二開關(guān)電源320、 第三開關(guān)電源330以及第四開關(guān)電源340)、以及用于該多個開關(guān)電源310-340的控制裝置 10，其中，用于所述多個開關(guān)電源310-340的控制裝置10包括時鐘信號生成單元100、多個分頻單元(例如，第一分頻單元210、第二分頻單元220以及第三分頻單元230)。時鐘信號生成單兀100用于生成并輸出時鐘信號。每個分頻單元210-230的輸入端連接到時鐘信號生成單元100的輸出端。每個分頻單元210-230對從時鐘信號生成單元100輸入的時鐘信號進(jìn)行分頻，并且將分頻后得到的時鐘信號輸出給所述多個開關(guān)電源310-340中的一個或多個(在本例中為一個)開關(guān)電源，以對其進(jìn)行開關(guān)控制。應(yīng)該注意，所述多個分頻單元210-230的分頻倍數(shù)可以相等或不等。各分頻單元的分頻倍數(shù)由其所對應(yīng)的開關(guān)電源類型以及其所能驅(qū)動的開關(guān)電源的數(shù)目來確定。另外，如圖I所示，時鐘信號生成單元100生成的時鐘信號可以輸出到多個開關(guān)電源310-340中的一個或多個開關(guān)電源(在本例中為第四開關(guān)電源340)，以對其進(jìn)行開關(guān)控制。圖2是本實(shí)用新型的一個實(shí)施例所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)的示意方框圖。如圖2所示，本實(shí)施例所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)2包括多個開關(guān)電源。例如，該多個開關(guān)電源可以為第一開關(guān)電源(例如DC-DC電源模塊)310、第二開關(guān)電源(例如高功率密度電源模塊)320、 第三開關(guān)電源(例如低噪聲小功率電源模塊)330以及第五開關(guān)電源(例如普通電源模塊)350。另外，本實(shí)施例所述的多開關(guān)電源系統(tǒng)2還包括用于該多個開關(guān)電源310、320、330 和350的控制裝置20。控制裝置20可以包括時鐘信號生成單元100、以及多個分頻單元， 例如，第一分頻單元210、第二分頻單元220、第三分頻單元230以及第五分頻單元250。時鐘信號生成單元100可以由例如多諧振蕩器或555時基電路構(gòu)成。所述分頻單元可以包含多個串聯(lián)連接的分頻器或分頻單元。例如，在圖2所示的實(shí)施例中，第三分頻單元230由一個三分頻器(也即第二分頻單元220)和一個二分頻器 232串聯(lián)連接而成，形成六分頻器(分頻倍數(shù)為6)。第五分頻單元250由一個三分頻器220 和兩個二分頻器232和253串聯(lián)連接(即，相當(dāng)于第二分頻單元220與兩個分頻器232和 253串聯(lián)，或者相當(dāng)于第三分頻單元230與一個二分頻器253串聯(lián))而成，形成12分頻器 (分頻倍數(shù)為12)。構(gòu)成所述分頻單元的各分頻器可以采用例如JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)，后面對此將進(jìn)行詳細(xì)描述。圖3是圖2所示的多開關(guān)電源系統(tǒng)2中的多種頻率不同的時鐘信號的波形圖。在圖2所示的實(shí)施例中，時鐘信號生成單元100生成并輸出660kHz的時鐘信號方波Pl，由二分頻器構(gòu)成的第一分頻單元210對660kHz的時鐘信號Pl進(jìn)行分頻，生成并輸出330kHz的時鐘信號方波P2，由三分頻器構(gòu)成的第二分頻單元220對660kHz的時鐘信號Pl進(jìn)行分頻， 生成并輸出220kHz的時鐘信號方波P3，由三分頻器和二分頻器串聯(lián)構(gòu)成的第三分頻單元 230對660kHz的時鐘信號Pl進(jìn)行分頻，生成并輸出IlOkHz的時鐘信號方波P4，由三分頻器和兩個二分頻器串聯(lián)構(gòu)成的第五分頻單元250對660kHz的時鐘信號Pl進(jìn)行分頻，生成并輸出55kHz的時鐘信號方波P5。由圖3可以看到，用于多個開關(guān)電源310、320、330和350的控制裝置20對時鐘信號生成單元100生成的初始時鐘信號Pl進(jìn)行分頻或直接輸出，產(chǎn)生了多種具有不同頻率的
5時鐘信號P1-P5，以便對所述多個開關(guān)電源310、320、330和350進(jìn)行開關(guān)控制。同時，由于這多種頻率不同的時鐘信號P1-P5是從同一初始時鐘信號Pl產(chǎn)生的，因此它們之間的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此對齊，從而就最大限度地使各個開關(guān)電源中的開關(guān)管在同一時刻開關(guān)，于是就消除了這些開關(guān)電源同時工作時彼此因相位差而產(chǎn)生的干擾，大大地降低了噪聲水平并且使噪聲容易濾掉。由于各個分頻單元在分頻過程中會產(chǎn)生少量的延遲，因此，優(yōu)選地，時鐘信號生成單元100與分頻單元集成在單個芯片上，并且還可以添加合適的相位補(bǔ)償電路或鎖相電路，使生成的各種不同頻率的時鐘信號完全同步。例如，在圖2所示的控制裝置20中，時鐘信號生成單元100與第一分頻單元210集成在單個芯片21上。圖4是本實(shí)用新型的一個實(shí)施例所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置的電路圖。在圖4中，用于多個開關(guān)電源的控制電路20包括集成電路芯片⑶4047、由兩個等效JK觸發(fā)器構(gòu)成的三分頻芯片74HC109以及由兩個等效D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻-四分頻芯片 74HC74。集成電路芯片⑶4047的設(shè)置為管腳I (Ctc)和3 (RCtc)之間接入電容C ;管腳 2 (Rtc)和3 (RCtc)之間接入電阻R ;管腳4 ( ASTBLE )、管腳5 (ASTBLE)和管腳6 (㈠TRG) 置+5V;管腳8((+) TRG)、管腳9 (MR)和管腳12 (REtrig)接地；管腳11 ( 3)懸空。于是， 集成電路芯片⑶4047的管腳13 (OSC)輸出時鐘信號P1，管腳10(0)輸出時鐘信號P2。其中，當(dāng)R = 3.4k Ω，C = IOOpF時，管腳13 (OSC)輸出的時鐘信號Pl的頻率為660kHz，占空比為50%，管腳10(0)輸出的時鐘信號P2的頻率為330kHz。與圖2對照可知，集成電路芯片CD4047上集成有多諧振蕩器100和二分頻器(即，第一分頻單元)210或者其等同物電路，從而與圖2中的單個芯片21相對應(yīng)。三分頻芯片74HC109的設(shè)置為管腳I (CD2)、管腳5 (SD2)、管腳Il(SDl)和管腳 15 (CDl)置+5V;管腳2(J2)和管腳IO(Ql)相連；管腳7 (運(yùn))和管腳14 (Jl)相連；管腳 3(K2)和管腳13 (Kl)接地；管腳4(CLK2)與管腳12 (CLKl)相連；管腳9 (這)懸空；管腳 12 (CLKl)為時鐘信號Pl輸入端，管腳6 (Q2)為三分頻時鐘信號P3輸出端。由圖4可知，管腳9-15構(gòu)成了第一等效JK觸發(fā)器221a，管腳1_7構(gòu)成了第二等效JK觸發(fā)器221b。第一等效JK觸發(fā)器221a和第二等效JK觸發(fā)器221b的上述連接方式構(gòu)成了三分頻器220 (分頻倍數(shù)為3)，即第二分頻單元。二分頻-四分頻芯片74HC74的設(shè)置為管腳I (CD2)、管腳4(SD2)、管腳IO(SDl) 和管腳13 (CDl)置+5V ;管腳8 (函)和管腳12 (Dl)相連；管腳9 (Ql)和管腳3 (CLK2)相連； 管腳6 (遠(yuǎn))和管腳2 (D2)相連；管腳11 (CLKl)為時鐘信號P3的輸入端;管腳9 (Ql)為時鐘信號P3的二分頻信號(S卩，時鐘信號Pl的六分頻信號)P4輸出端；管腳5 (Q2)為時鐘信號P3的四分頻信號(即，時鐘信號P4的二分頻信號，或時鐘信號Pl的12分頻信號)P5輸出端。由圖4可知，管腳8-13構(gòu)成了第一等效D觸發(fā)器232，管腳1_6構(gòu)成了第二等效D觸發(fā)器253。第一等效D觸發(fā)器232的上述連接方式構(gòu)成了二分頻器，第二等效D觸發(fā)器253 的上述連接方式也構(gòu)成了二分頻器，第一等效D觸發(fā)器232和第二等效D觸發(fā)器253的上述連接方式構(gòu)成了四分頻器(分頻倍數(shù)為4)。另外，等效地，三分頻器220 (即，第二分頻單元220)和第一等效D觸發(fā)器232的
串聯(lián)連接構(gòu)成了六分頻器230 (分頻倍數(shù)為6);三分頻器220、第一等效D觸發(fā)器232和第二等效D觸發(fā)器253的串聯(lián)(即，第二分頻單元220與兩個二分頻器232和253，或者第三分頻單元230與一個二分頻器253串聯(lián))連接構(gòu)成了 12分頻器250 (分頻倍數(shù)為12)。從上面的描述以及實(shí)踐中可知，在存在多個開關(guān)電源的情況下，為了降低其同時工作時的噪聲，必須使各個對開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制的時鐘信號盡量同步。即，盡量使各個開關(guān)電源中的開關(guān)管在同一時刻開關(guān)，也就是說，盡量使對各個開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制的時鐘信號的上升沿和下降沿對齊。本實(shí)用新型通過對初始時鐘信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生多種具有不同頻率的時鐘信號以對多個開關(guān)電源進(jìn)行開關(guān)控制。由于這多種頻率不同的時鐘信號是從同一初始時鐘信號產(chǎn)生的，因此它們之間的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此對齊。于是，本實(shí)用新型既為不同的開關(guān)電源提供了所需的不同頻率的時鐘信號，又使這些時鐘信號彼此同步，從而就消除了這些開關(guān)電源同時工作時彼此因相位差而產(chǎn)生的干擾， 大大地降低了噪聲水平并且使噪聲容易濾掉。如上參照附圖以示例的方式描述了本實(shí)用新型所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置以及包含該控制裝置的多開關(guān)電源系統(tǒng)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本實(shí)用新型所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置以及包含該控制裝置的多開關(guān)電源系統(tǒng)，還可以在不脫離本實(shí)用新型內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
權(quán)利要求1.一種用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，包括時鐘信號生成單元，用于生成并輸出時鐘信號；以及多個分頻單元，每個分頻單元對從所述時鐘信號生成單元輸入的時鐘信號進(jìn)行分頻， 并且將分頻后得到的時鐘信號輸出給所述多個開關(guān)電源中的一個或多個以進(jìn)行開關(guān)控制， 其中，每個分頻單元的輸入端連接到所述時鐘信號生成單元的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，所述時鐘信號生成單元包括多諧振蕩器或555時基電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，所述多個分頻單元的分頻倍數(shù)相等或不等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，所述分頻單元采用JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，至少一個所述分頻單元包含多個串聯(lián)連接的分頻器或分頻單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，所述時鐘信號生成單元與至少一個分頻單元集成在單個芯片上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其特征在于，所述時鐘信號生成單元生成的時鐘信號輸出到所述多個開關(guān)電源中的一個或多個以進(jìn)行開關(guān)控制。
8.一種多開關(guān)電源系統(tǒng)，其特征在于，包括多個開關(guān)電源；以及如權(quán)利要求I到7中任一權(quán)利要求所述的控制裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于多個開關(guān)電源的控制裝置，其包括時鐘信號生成單元，用于生成并輸出時鐘信號；以及多個分頻單元，每個分頻單元對從所述時鐘信號生成單元輸入的時鐘信號進(jìn)行分頻，并且將分頻后得到的時鐘信號輸出給所述多個開關(guān)電源中的一個或多個以進(jìn)行開關(guān)控制，其中，每個分頻單元的輸入端連接到所述時鐘信號生成單元的輸出端。本實(shí)用新型還提供一種多開關(guān)電源系統(tǒng)，其包括多個開關(guān)電源以及上述控制裝置。本實(shí)用新型既為不同的開關(guān)電源提供了所需的不同頻率的時鐘信號，又使這些時鐘信號彼此同步，從而就消除了這些開關(guān)電源同時工作時彼此因相位差而產(chǎn)生的干擾，大大地降低了噪聲水平并且使噪聲容易濾掉。
文檔編號H02M1/44GK202353455SQ201120426559
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者梁愛東 申請人:東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司