專利名稱：一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)穩(wěn)壓電路，特別地，涉及一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路。
背景技術(shù)：
如今，許多電子設(shè)備均需要直流電壓供電，而該直流供電電壓通常來自于適配器。適配 器從墻上插座(電網(wǎng))獲得交流電壓，通過一整流橋?qū)⒃摻涣麟妷恨D(zhuǎn)換為一不控直流電壓， 并通過一開關(guān)電源將該不控直流電壓轉(zhuǎn)換為所需的直流供電電壓。
開關(guān)電源通常采用變壓器或電感作為儲能元件。例如在反激變換器中即采用變壓器作為 儲能元件， 一開關(guān)電耦接至變壓器的原邊，控制電路控制該開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，使能量交替 地在變壓器中被存儲或被傳遞到變壓器的副邊。變壓器的副邊經(jīng)過濾波器在輸出電容兩端產(chǎn) 生一輸出電壓，該輸出電壓即為反激變換器的直流輸出電壓。直流輸出電壓的增大與減小與 傳遞到負(fù)載的功率大小相反，負(fù)載增大會導(dǎo)致直流輸出電壓減小，而負(fù)載減小則會導(dǎo)致直流 輸出電壓增大。通常情況下，直流輸出電壓被反饋至控制電路以使開關(guān)電源能補償負(fù)載的變 化。
開關(guān)電源的控制方式很多，主要分為定頻控制和變頻控制兩類，其中以定頻控制最為常 用，但定頻控制下的開關(guān)電源開關(guān)損耗大，且其效率會隨負(fù)載和輸入電壓變化而變化，變頻 控制則克服了這些缺點。最常用的變頻控制為準(zhǔn)諧振控制(Quasi-Resonant Control)，圖 l為準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖。準(zhǔn)諧振控制中，開關(guān)電源工作在臨界模式下，當(dāng)流 過儲能元件的電流下降至零后，儲能元件和開關(guān)的寄生電容開始諧振，當(dāng)開關(guān)兩端的諧振電 壓在其最小電壓值時開關(guān)被導(dǎo)通(通常被稱為谷底開通)，從而減小開關(guān)損耗。當(dāng)流過開關(guān) 的電流大于一與輸出電壓相關(guān)的反饋信號時開關(guān)被關(guān)斷，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。
由上可知，在準(zhǔn)諧振控制下的開關(guān)電源中，負(fù)載越小，開關(guān)的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間越小 ，開關(guān)頻率越大。在輕載和高輸入電壓情況下，開關(guān)頻率也許會過高而導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁干擾 (electromagnetic interference, EMI)，不僅降低電網(wǎng)質(zhì)量，還影響與開關(guān)電源相連或 位于開關(guān)電源附近的電子設(shè)備的正常工作，甚至?xí)o線電波和電視信號造成干擾。因此， 需要對開關(guān)頻率進行限制，例如使其小于150kHz。最直接的限制開關(guān)頻率的方法為設(shè)置一最小限制時間(最小開關(guān)周期或最小關(guān)斷時間 )，開關(guān)只有在該最小限制時間后才能導(dǎo)通，從而既限制了開關(guān)頻率又保持了谷底開通的優(yōu) 勢。但這種方法在最小電壓所處時刻(即開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小值時)接近最小限制 時間的終點時刻時，會產(chǎn)生音頻噪聲。圖2為通過設(shè)置最小關(guān)斷時間來限制開關(guān)頻率的準(zhǔn)諧 振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖，其中最小關(guān)斷時間為Tu^t， A點為最小電壓所處時刻。在一 定的負(fù)載和輸入條件下，A點可能會非常接近最小關(guān)斷時間的終點時刻。在實際應(yīng)用中，總 會存在許多擾動，從而A的位置也會有小幅度變化。若A點稍早，其所處時刻在最小關(guān)斷時間 Tii鵬it內(nèi)，則開關(guān)將在下一個最小電壓所處時刻才導(dǎo)通。若A點稍遲，在最小關(guān)斷時間Tu^t外 ，則開關(guān)在A點立即導(dǎo)通。由上可知，即使負(fù)載和輸入不變，由于系統(tǒng)中擾動的存在，開關(guān) 關(guān)斷時間也會變化，這樣的變化會導(dǎo)致開關(guān)頻率在幾個開關(guān)周期內(nèi)跳變，從而引起音頻噪聲

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法，通過設(shè)置一最小限制時間來限制開 關(guān)頻率，在最小電壓所處時刻接近最小限制時間的終點時刻時改變該最小限制時間，達到防 止音頻噪聲產(chǎn)生的目的。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路，包括儲能元件，能夠儲存能量； 開關(guān)，電耦接至所述儲能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時所述儲能元件存儲能量，在所述開關(guān)關(guān)斷 時所述儲能元件中存儲的能量被傳送至負(fù)載；控制電路，電耦接至所述開關(guān)，控制所述開關(guān) 的導(dǎo)通與關(guān)斷，在所述開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通所述開關(guān)；以及限頻電路， 電耦接至所述控制電路，通過設(shè)置最小限制時間，來限制所述開關(guān)的開關(guān)頻率；其中，所述 限頻電路在所述最小電壓所處時刻接近所述最小限制時間的終點時刻時，改變所述最小限制 時間。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓方法，包括將開關(guān)電耦接至儲能元件， 在所述開關(guān)導(dǎo)通時所述儲能元件存儲能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時所述儲能元件中存儲的能量被 傳送至負(fù)載；在所述開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通所述開關(guān)；以及通過設(shè)置最小 限制時間，來限制所述開關(guān)的開關(guān)頻率；其中，在所述最小電壓所處時刻接近所述最小限制 時間的終點時刻時，改變所述最小限制時間。
本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的電路和/或上述方法，通過在最小電壓所處時刻接近該最小限制時間的終點時刻時，改變最小限制時間，從而使最小電壓所處時刻與最小限制時間的終點時 刻之間保持足夠裕量，以避免系統(tǒng)中擾動引起的最小電壓所處時刻變化導(dǎo)致開關(guān)頻率的跳 變，防止了音頻噪聲的產(chǎn)生。


圖1為準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖2為通過設(shè)置最小關(guān)斷時間來限制開關(guān)頻率的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖;
圖3A和圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的框圖； 圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4所示電路的部分電路圖6為根據(jù)本發(fā)明另 一實施例的圖4所示限頻電路的電路圖； 圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明揭示一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法，通過設(shè)置一最小限制時間(最小 開關(guān)周期或最小關(guān)斷時間)來限制開關(guān)頻率，開關(guān)只有在該最小限制時間后才能導(dǎo)通。當(dāng)最 小電壓所處時刻接近該最小限制時間的終點時刻時，改變最小限制時間，從而使最小電壓所 處時刻與最小限制時間的終點時刻之間保持足夠裕量，避免系統(tǒng)中擾動引起開關(guān)頻率的跳變 ，防止音頻噪聲的產(chǎn)生。
下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明， 并不用于限制本發(fā)明。
圖3A和圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖。該開關(guān)穩(wěn)壓電 路通過設(shè)置最小關(guān)斷時間來限制開關(guān)頻率，開關(guān)只有在該最小關(guān)斷時間后才能導(dǎo)通，最小關(guān) 斷時間可為第一限制時間Tu^u或第二限制時間Tu^t2，并且在每個限制時間后均設(shè)有一長度 為Tc 、稱為窗口的判斷區(qū)間。最小電壓信號VMIN由開關(guān)端電壓與一閾值比較產(chǎn)生，由脈沖 組成，包含有開關(guān)兩端諧振電壓最小值的信息(即最小電壓的信息)，最小電壓信號的有效 值可觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通。在一個實施例中，當(dāng)開關(guān)端電壓小于該閾值時，最小電壓信號VMIN為高 電平，反之，為低電平，最小電壓信號VMIN上升沿有效，可觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通。 一旦最小電壓信 號VMIN的有效值所處時間位于最小關(guān)斷時間后的窗口中，即最小電壓所處時刻接近最小關(guān)斷 時間的終點時刻，將最小關(guān)斷時間設(shè)置為另一限制時間，從而使最小電壓所處時刻遠離最小
8關(guān)斷時間的終點時刻，防止音頻噪聲的產(chǎn)生。
圖3A中，假設(shè)初始最小關(guān)斷時間為第一限制時間Tu^u。最小電壓信號VMIN的1號脈沖 和2號脈沖由于在第一限制時間Tu^u內(nèi)，故被屏蔽，而3號脈沖是第一限制時間Tu^u后第一 個脈沖，故開關(guān)應(yīng)在3號脈沖導(dǎo)通。如前所述，在傳統(tǒng)的方法中，由于系統(tǒng)的干擾，開關(guān)也 許會在3號或4號脈沖導(dǎo)通。而在本實施例中， 一旦3號脈沖進入當(dāng)前的第一限制時間Tu^u后 的窗口 (寬度為Tc，區(qū)間為tl-tla)，最小關(guān)斷時間將被設(shè)置為第二限制時間Tu^t2，最小 關(guān)斷時間點從tl變?yōu)閠2，開關(guān)在3號脈沖導(dǎo)通。由于反映開關(guān)兩端諧振電壓最小值的3號脈沖 所處時刻遠離最小關(guān)斷時間的終點時刻(t2)，故不會產(chǎn)生音頻噪聲。
一旦負(fù)載或輸入電壓變化，使3號脈沖接近第二限制時間Tu^t2，進入第二限制時間 Tii鵬it2后的窗口 (寬度為Tc，區(qū)間為t2-t2a)，最小關(guān)斷時間將被設(shè)置為第一限制時間Tu鵬iu ，最小關(guān)斷時間點從t2變?yōu)閠l，如圖3B所示。由于3號脈沖處于第一限制時間Tu^u內(nèi)，故被 屏蔽，開關(guān)將在下一個脈沖，4號脈沖導(dǎo)通。同上所述，由于4號脈沖所處時刻遠離最小關(guān)斷 時間的終點時刻(tl)，故不會產(chǎn)生音頻噪聲。而且，在這種情況下，由于開關(guān)頻率的減小 ，為了傳輸相同的功率，開關(guān)峰值電流將增大，這將進一步導(dǎo)致開關(guān)關(guān)斷時間的延長，從而 使最小電壓點更加遠離最小關(guān)斷時間點。
第一限制時間Tu^u和第二限制時間Tu^t2之差的最大值為諧振周期(儲能元件和開關(guān) 的寄生電容形成的諧振)的二分之一。在一個實施例中，第一限制時間Tu^u和第二限制時 間Tlimit2之差為諧振周期的二分之一，而Tc為諧振周期的四分之一。第一限制時間Tu^u和 第二限制時間Tu^t2之差與Tc也可為固定時長。
以下以包括反激變換器的AC/DC (交流/直流變換)電路為例對本發(fā)明進行說明，但本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可知，本發(fā)明還可用于任何DC/DC (直流/直流變換)拓?fù)?，如BUCK (降壓)電 路、BOOST (升壓)電路、BUCK-B00ST (升-降壓)電路、FLYBACK (反激)電路以及FORWARD (正激)電路等。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制開關(guān)穩(wěn)壓電路的框圖，包括整流橋401、輸入電 容Cin、變壓器T1、開關(guān)M、 二極管D、輸出電容C。ut、電流采樣電路402、電壓反饋電路403 、開關(guān)電壓采樣電路404、第一比較電路405、第二比較電路406、邏輯電路407以及限頻電路 408。圖4所示開關(guān)穩(wěn)壓電路工作于斷續(xù)模式，在開關(guān)M導(dǎo)通時變壓器T1存儲能量，在開關(guān)M關(guān) 斷時變壓器T1中存儲的能量被傳送至負(fù)載，在變壓器T1中存儲的能量被全部傳送至負(fù)載后， 變壓器T1的勵磁電感和開關(guān)M的寄生電容會產(chǎn)生諧振，在開關(guān)M兩端的電壓諧振到谷底時開關(guān)M導(dǎo)通，從而減小開關(guān)損耗，提高了開關(guān)穩(wěn)壓電路的效率。
整流橋401接收一交流輸入電壓Vin，并將其轉(zhuǎn)換成一不控直流電壓。輸入電容Cin并聯(lián)至 整流橋401的輸出端，輸入電容Cin的一端電耦接至變壓器Tl原邊繞組的一端，另一端接地。 開關(guān)M電耦接在變壓器T1原邊繞組的另一端和地之間。開關(guān)M可以是任何可控半導(dǎo)體開關(guān)器件 ，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等。二極管 D的陽極電耦接至變壓器T1副邊繞組的一端，二極管D的陰極電耦接至輸出電容C。ut的一端， 輸出電容C。ut的另一端電耦接至變壓器Tl副邊繞組的另一端。輸出電容C。ut兩端的電壓即為開 關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓V。ut。在一個實施例中，二極管D由同步整流管代替。
電流采樣電路402電耦接至開關(guān)M，采樣流過開關(guān)M的電流，并產(chǎn)生一代表該電流的電流
采樣信號Isense。電流采樣電路402可為電阻采樣電路、變壓器采樣電路、電流放大器采樣電
路等。電壓反饋電路403電耦接至開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出端，采樣輸出電壓V。ut，并產(chǎn)生一與該 電壓相關(guān)的反饋信號FB。電壓反饋電路403可包括光電耦合器或運算放大器。在一個實施例 中，變壓器T1還包括一輔助繞組，電壓反饋電路403電耦接至該輔助繞組并采樣其兩端的電 壓，該輔助繞組兩端的電壓可代表輸出電壓V。ut。在一個實施例中，電壓反饋電路包括電阻 分壓電路或電容分壓電路。開關(guān)電壓采樣電路404采樣開關(guān)M兩端的電壓，并產(chǎn)生一與該電壓 相關(guān)的開關(guān)電壓采樣信號DMG。在一個實施例中，變壓器T1還包含一輔助繞組，開關(guān)電壓采 樣電路電耦接至該輔助繞組的兩端，采樣輔助繞組兩端的電壓，并產(chǎn)生開關(guān)電壓采樣信號 DMG。
第一比較電路405電耦接至電流采樣電路402和電壓反饋電路403，接收電流采樣信號 Isense和反饋信號FB，并將兩者進行比較。第二比較電路406電耦接至開關(guān)電壓采樣電路 404，接收開關(guān)電壓采樣信號DMG，通過適當(dāng)?shù)膬?nèi)部電路(如過零檢測及延時或者微分電路后 過零檢測)將其與閾值Vth進行比較，并產(chǎn)生代表開關(guān)電壓最低點的最小電壓信號VMIN。邏 輯電路407電耦接至第一比較電路405、第二比較電路406和開關(guān)M，產(chǎn)生控制信號CTRL以控制 開關(guān)M的導(dǎo)通與關(guān)斷，在電流采樣信號Isense大于反饋信號FB時關(guān)斷開關(guān)M，在開關(guān)電壓采樣 信號DMG小于閾值Vth時導(dǎo)通開關(guān)M。限頻電路408電耦接至邏輯電路407，通過設(shè)置最小限制 時間(最小開關(guān)周期或最小關(guān)斷時間)以限制開關(guān)M的開關(guān)頻率，從而達到減小開關(guān)損耗， 提高效率的目的。限頻電路408在最小電壓所處時刻接近該最小限制時間的終點時刻時，改 變該最小限制時間，從而使最小電壓所處與最小限制時間的終點時刻之間保持足夠裕量，避 免系統(tǒng)中擾動弓1起開關(guān)頻率的跳變，防止音頻噪聲的產(chǎn)生。圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖4所示電路的部分電路圖，包括開關(guān)M，電流采樣電路 402、第一比較電路405、邏輯電路407以及限頻電路408，其中開關(guān)M為一nMOS (n型金屬氧化
物場效應(yīng)晶體管)。電流采樣電路402包括采樣電阻Rsense，采樣電阻Rsense電連接在開關(guān)M的源 極和地之間，其兩端的電壓即為電流采樣信號Isense。第一 比較電路405包括比較器C0M1 ，比
較器C0M1的同相輸入端電連接至電壓反饋電路403以接收反饋信號FB，反相輸入端電連接至
開關(guān)M的源極和采樣電阻Rsense以接收電流采樣信號Isense。邏輯電路407包括與門AND5和觸發(fā)
器FF2。與門AND5的一個輸入端電連接至第二比較電路406以接收最小電壓信號VMIN，另一個 輸入端電連接至限頻電路408以接收限頻信號F—L頂IT。觸發(fā)器FF2包括置位端S和復(fù)位端，其 中置位端S為上升沿有效，復(fù)位端為下降沿有效。觸發(fā)器FF2的復(fù)位端電連接至比較器C0M1的 輸出端，置位端S電連接至與門AND5的輸出端，輸出端Q電耦接至開關(guān)M的柵極，輸出控制信 號CTRL以控制開關(guān)M的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)控制信號CTRL為高電平時開關(guān)M導(dǎo)通，當(dāng)控制信號 CTRL為低電平時開關(guān)M關(guān)斷。限頻電路408包括第一限時電路501、第二限時電路502、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)電路(one-shot circuit) 503、 504、與門AND1-AND4、觸發(fā)器FF1以及或門OR，產(chǎn)生限 頻信號F—L頂IT以限制開關(guān)M的開關(guān)頻率。第一限時電路501電連接至觸發(fā)器FF2的輸出端，接 收控制信號CTRL，并根據(jù)該控制信號CTRL產(chǎn)生第一限時信號。第一限時信號在控制信號CTRL 的下降沿被觸發(fā)為低電平，該低電平持續(xù)時間為第一限制時間t^iu。第二限時電路502電連 接至觸發(fā)器FF2的輸出端，接收控制信號CTRL，并根據(jù)該控制信號CTRL產(chǎn)生第二限時信號。 第二限時信號在控制信號CTRL的下降沿被觸發(fā)為低電平，該低電平持續(xù)時間為第二限制時間 tlimit2。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路503電連接至第一限時電路501，接收第一限時信號，并產(chǎn)生第一脈 沖信號。該第一脈沖信號在第一限時信號的上升沿被觸發(fā)為高電平，高電平持續(xù)時間為Tc。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路504電連接至第二限時電路502，接收第二限時信號，并產(chǎn)生第二脈沖信號。 該第二脈沖信號在第二限時信號的上升沿被觸發(fā)為高電平，高電平持續(xù)時間為Tc。與門 AND1的一個輸入端電連接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路503以接收第一脈沖信號，另一個輸入端電連接 至第二比較電路406以接收最小電壓信號VMIN。與門AND2的一個輸入端電連接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 電路504以接收第二脈沖信號，另一個輸入端電連接至第二比較電路406以接收最小電壓信號 VMIN。觸發(fā)器FF1包括置位端S、復(fù)位端R、同相輸出端Q和反相輸出端，其中置位端S和復(fù)位 端R均為上升沿有效。觸發(fā)器FF1的置位端S電連接至與門AND1的輸出端，復(fù)位端R電連接至與 門AND2的輸出端。與門AND3的一個輸入端電連接至第一限時電路501以接收第一限時信號， 另 一個輸入端電連接至觸發(fā)器FF2的反相輸出端。與門AND4的一個輸入端電連接至第二限時 電路502以接收第二限時信號，另一個輸入端電連接至觸發(fā)器FF2的同相輸出端Q?；蜷TOR的兩個輸入端分別電連接至與門AND3和AND4的輸出端，輸出端輸出限頻信號F—L頂IT。
觸發(fā)器FF2輸出的控制信號CTRL的下降沿同時觸發(fā)第一限時信號和第二限時信號。在一 個實施例中，使用單個限時電路產(chǎn)生單個限時信號，再對該限時信號進行延時得到另一限時 信號。每個限時信號均在相關(guān)的限制時間內(nèi)保持低電平直至該限制時間到。 一旦限制時間結(jié) 束，限時信號變?yōu)楦唠娖?，其上升沿會觸發(fā)相關(guān)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使其產(chǎn)生一寬度為Tc的 脈沖，如圖3A和3B中斜線區(qū)域所示。
若最小電壓所處時刻出現(xiàn)在時間間隔l (tl-tla)，則觸發(fā)器FF1被置位，其同相輸出端 Q輸出高電平，而反相輸出端輸出低電平，第二限時信號被選中作為限頻信號F—L頂IT而第一 限時信號被屏蔽。第二限制時間tu^t2被用做最小關(guān)斷時間，只有當(dāng)?shù)诙拗茣r間tu^t2到， 最小電壓信號VMIN才會被送入觸發(fā)器FF2。同樣地，若最小電壓點發(fā)生在時間間隔2 ( t2-t2a)，則觸發(fā)器FF1被復(fù)位，其同相輸出端Q輸出低電平，而反相輸出端輸出高電平，第 一限時信號被選中作為限頻信號F—L頂IT而第二限時信號被屏蔽。第一限制時間tu^u被用做 最小關(guān)斷時間，只有當(dāng)?shù)谝幌拗茣r間t^iu到，最小電壓信號VMIN才會被送入觸發(fā)器FF2。本 領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可知，第一限時電路和第二限時電路可通過簡單的電容充電比較電路來實 現(xiàn)，包括電容、電流源和比較器，此處不予詳述。
圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖4所示限頻電路的電路圖，包括限時電路601、單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)電路602、與門AND6、觸發(fā)器FF3。限時電路601的工作原理與圖5中第一限時電路501和 第二限時電路502相似，電連接至邏輯電路407以接收控制信號CTRL，并根據(jù)控制信號CTRL產(chǎn) 生限時信號。限時信號在控制信號CTRL的下降沿被觸發(fā)為低電平，該限時信號即為限頻信號 F—LBOT，該低電平持續(xù)時間為最小限制時間。限時電路601包括電流源I1、 12、開關(guān)S1、 S2 、比較器C0M2以及電容C1，連接關(guān)系如圖所示。控制信號CTRL通過一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路電耦接 至開關(guān)S2的控制端，開關(guān)S2在控制信號CTRL的下降沿被導(dǎo)通，電容C1通過開關(guān)S2放電，其端 電壓迅速變?yōu)榱?，比較器COM2輸出低電平。開關(guān)S2在其余時間均被關(guān)斷，電容C1充電，當(dāng)電 容Cl的端電壓大于閾值Vth時，比較器COM2輸出高電平。由上可知，最小限制時間，即比較 器COM2輸出低電平的持續(xù)時間，由電容C1、流過電容Cl的電流以及閾值Vth決定。單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)電路602電連接至限時電路601，接收限時信號，并產(chǎn)生脈沖信號。該脈沖信號在限時信號 的上升沿被觸發(fā)為高電平，高電平持續(xù)時間為Tc。與門AND6的一個輸入端電連接至單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)電路602以接收脈沖信號，另一個輸入端電連接至第二比較電路406以接收最小電壓信號
12VMIN。觸發(fā)器FF3為D觸發(fā)器，包括時鐘端CLK，數(shù)據(jù)端D，同相輸出端Q和反相輸出端。觸發(fā) 器FF3的時鐘端CLK上升沿有效，數(shù)據(jù)端D電連接至反相輸出端，同相輸出端Q電連接至限時電 路601以控制開關(guān)S1的導(dǎo)通與關(guān)斷。 一旦最小電壓信號VMIN的有效值所處時刻位于最小限制 時間的終點時刻后的窗口中，即最小電壓所處時刻接近最小限制時間的終點時刻，觸發(fā)器 FF3的同相輸出Q被翻轉(zhuǎn)，改變開關(guān)S1的導(dǎo)通狀態(tài)，從而改變流過電容C1的電流，自動將最小 限制時間改變?yōu)榱硪恢怠?br> 圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓方法的流程圖，包括步驟701-703。
步驟701，將開關(guān)電耦接至儲能元件，在開關(guān)導(dǎo)通時儲能元件存儲能量，在開關(guān)關(guān)斷時 儲能元件中存儲的能量被傳送至負(fù)載。
步驟702，在開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通開關(guān)。
步驟703，通過設(shè)置最小限制時間，來限制開關(guān)的開關(guān)頻率。其中，在最小電壓所處時 刻接近最小限制時間的終點時刻時，改變最小限制時間。最小限制時間可為最小開關(guān)周期或 最小關(guān)斷時間。
在一個實施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括采樣流過開關(guān)的電流，并產(chǎn)生代表該電流的 電流采樣信號；采樣開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓，并產(chǎn)生與該電壓相關(guān)的反饋信號；以及采樣 開關(guān)兩端的電壓，并產(chǎn)生與該電壓相關(guān)的開關(guān)電壓采樣信號；將電流采樣信號與反饋信號進 行比較，當(dāng)電流采樣信號大于反饋信號時關(guān)斷開關(guān)；以及將開關(guān)電壓采樣信號與一閾值進行 比較，并產(chǎn)生與上述最小電壓對應(yīng)的最小電壓信號VMIN，當(dāng)開關(guān)電壓采樣信號小于該閾值時 導(dǎo)通開關(guān)。
在一個實施例中，最小限制時間可為第一限制時間Tu^u或第二限制時間Tu^t2，在最 小電壓所處時刻接近當(dāng)前限制時間的終點時刻時，將最小限制時間設(shè)置為另一限制時間。在 一個實施例中，通過最小電壓信號VMIN來判斷最小電壓點是否接近所述最小限制時間點，在 第一限制時間Tu^u和第二限制時間Tu^t2后均設(shè)置一長度為Tc的窗口作為判斷區(qū)間，當(dāng)最 小電壓信號的有效值所處時刻位于當(dāng)前最小限制時間對應(yīng)的窗口中時，將最小限制時間改變 為另一值。第一限制時間Tu^u和第二限制時間Tu^t2之差的最大值為諧振周期(儲能元件和 開關(guān)的寄生電容的諧振)的二分之一。在一個實施例中，第一限制時間Tu^u和第二限制時 間Tlimit2之差為諧振周期的二分之一，而Tc為諧振周期的四分之一。第一限制時間Tu^u和 第二限制時間Tu^t2之差與Tc也可為固定時長。
在一個實施例中，所述開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括產(chǎn)生包括第一限制時間Tu^u信息的第一限時信號；產(chǎn)生包括第二限制時間Tu^t2信息的第二限時信號;以及根據(jù)最小開關(guān)電壓信號
VMIN選擇第一 限時信號或第二限時信號來設(shè)置最小限制時間。
在一個實施例中，還包括產(chǎn)生包括最小限制時間信息的限時信號以設(shè)置最小限制時間 ;以及根據(jù)最小電壓信號VMIN改變該限時信號。本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可知，限時電路可通過 簡單的電容充電比較電路來實現(xiàn)，包括電容、電流源和比較器，可通過改變流過電容的電流 來改變最小限制時間。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、 而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以 應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi) 廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵
芏 皿。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路，包括儲能元件，能夠儲存能量；開關(guān)，電耦接至所述儲能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時所述儲能元件存儲能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時所述儲能元件中存儲的能量被傳送至負(fù)載；控制電路，電耦接至所述開關(guān)，控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，在所述開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通所述開關(guān)；以及限頻電路，電耦接至所述控制電路，通過設(shè)置最小限制時間，來限制所述開關(guān)的開關(guān)頻率；其中，所述限頻電路在所述最小電壓所處時刻接近所述最小限制時間的終點時刻時，改變所述最小限制時間。
2.如權(quán)利要求l所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述最小限制時 間為最小開關(guān)周期或最小關(guān)斷時間。
3.如權(quán)利要求l所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，還包括電流采樣電路，電耦接至所述開關(guān)，采樣流過所述開關(guān)的電流，并產(chǎn)生代表流過所述 開關(guān)的電流的電流采樣信號；電壓反饋電路，采樣所述開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓，并產(chǎn)生與所述開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸 出電壓相關(guān)的反饋信號；以及開關(guān)電壓采樣電路，采樣所述開關(guān)兩端的電壓，并產(chǎn)生與所述開關(guān)兩端的電壓相關(guān)的 開關(guān)電壓采樣信號；其中所述控制電路包括第一比較電路，電耦接至所述電流采樣電路和電壓反饋電路，接收所述電流采樣信號 和反饋信號，并將兩者進行比較；第二比較電路，電耦接至所述開關(guān)電壓采樣電路，接收所述開關(guān)電壓采樣信號，將其 與閾值進行比較，并產(chǎn)生與所述最小電壓對應(yīng)的最小電壓信號；以及邏輯電路，電耦接至所述開關(guān)和第一、第二比較電路，接收所述第一、第二比較電路 的輸出信號，并產(chǎn)生控制信號以控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，當(dāng)所述電流采樣信號大于所述 反饋信號時關(guān)斷所述開關(guān)，當(dāng)所述開關(guān)電壓采樣信號小于所述閾值時導(dǎo)通所述開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述最小限制 時間為第一限制時間或第二限制時間，在所述最小電壓所處時刻接近當(dāng)前限制時間的終點時 刻時，所述限頻電路將所述最小限制時間設(shè)置為另一限制時間。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述第一限制時 間和第二限制時間之差為儲能元件與開關(guān)寄生電容形成的諧振周期的二分之一。
6.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述限頻電路電 耦接至所述第二比較電路，根據(jù)所述最小電壓信號判斷所述最小電壓所處時刻是否接近所述 最小限制時間的終點時刻。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述限頻電路在 所述第一限制時間和第二限制時間后均設(shè)置一稱為窗口的判斷區(qū)間，當(dāng)所述最小電壓信號的 有效值所處時間位于當(dāng)前限制時間對應(yīng)的窗口中時，判斷所述最小電壓所處時刻接近當(dāng)前限 制時間的終點時刻，將所述最小限制時間設(shè)置為另 一限制時間。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述窗口的長度 為儲能元件與開關(guān)寄生電容形成的諧振周期的四分之一。
9.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述限頻電路包括第一限時電路，電耦接至所述邏輯電路，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生包括所述第一限制時 間信息的第一限時信號；第二限時電路，電耦接至所述邏輯電路，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生包括所述第二限制時 間信息的第二限時信號；選擇電路，電耦接至所述第二比較電路、第一限時電路和第二限時電路，根據(jù)所述最 小電壓信號選擇所述第一 限時信號或第二限時信號來設(shè)置所述最小限制時間。
10.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述限頻電路包括限時電路，電耦接至所述邏輯電路，根據(jù)所述控制信號產(chǎn)生限時信號以設(shè)置所述最小 限制時間；限制時間調(diào)節(jié)電路，電耦接至所述第二比較電路和限時電路，根據(jù)所述最小電壓信號 改變所述限時信號。
11.如權(quán)利要求10所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述限時電路 包括電容、電流源和比較器，通過改變流過所述電容的電流來改變所述限時信號。
12. 一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓方法，包括 將開關(guān)電耦接至儲能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時所述儲能元件存儲能量，在所述開關(guān)關(guān) 斷時所述儲能元件中存儲的能量被傳送至負(fù)載；在所述開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通所述開關(guān)；以及 通過設(shè)置最小限制時間，來限制所述開關(guān)的開關(guān)頻率；其中，在所述最小電壓所處時刻接近所述最小限制時間的終點時刻時，改變所述最小 限制時間。
13.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述最小限制 時間為最小開關(guān)周期或最小關(guān)斷時間。
14.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 采樣流過所述開關(guān)的電流，并產(chǎn)生代表流過所述開關(guān)的電流的電流采樣信號； 采樣所述開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓，并產(chǎn)生與所述開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出電壓相關(guān)的反 饋信號；以及采樣所述開關(guān)兩端的電壓，并產(chǎn)生與所述開關(guān)兩端的電壓相關(guān)的開關(guān)電壓采樣信號； 將所述電流采樣信號與所述反饋信號進行比較，當(dāng)所述電流采樣信號大于所述反饋信 號時關(guān)斷所述開關(guān)；以及將所述開關(guān)電壓采樣信號與閾值進行比較，并產(chǎn)生與所述最小電壓對應(yīng)的最小電壓信 號，當(dāng)所述開關(guān)電壓采樣信號小于所述閾值時導(dǎo)通所述開關(guān)。
15.如權(quán)利要求14所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述最小限 制時間為第一限制時間或第二限制時間，在所述最小電壓所處時刻接近當(dāng)前限制時間的終點 時刻時，將所述最小限制時間設(shè)置為另一限制時間。
16.如權(quán)利要求15所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述第一限制時間和第二限制時間之差為儲能元件與開關(guān)寄生電容形成的諧振周期的二分之一。
17.如權(quán)利要求15所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，根據(jù)所述最小 電壓信號判斷所述最小電壓所處時刻是否接近所述最小限制時間的終點時刻。
18.如權(quán)利要求17所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括在所述 第一限制時間和第二限制時間后均設(shè)置一稱為窗口的判斷區(qū)間，當(dāng)所述最小電壓信號的有效 值所處時間位于當(dāng)前限制時間對應(yīng)的窗口中時，判斷所述最小電壓所處時刻接近當(dāng)前限制時 間的終點時刻，將所述最小限制時間設(shè)置為另 一限制時間。
19.如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述窗口的長 度為儲能元件與開關(guān)寄生電容形成的諧振周期的四分之一。
20.如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 產(chǎn)生包括所述第一限制時間信息的第一限時信號； 產(chǎn)生包括所述第二限制時間信息的第二限時信號；以及根據(jù)所述最小開關(guān)電壓信號選擇所述第一限時信號或第二限時信號來設(shè)置所述最小限 制時間。
21.如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 通過限時電路產(chǎn)生包括所述最小限制時間信息的限時信號以設(shè)置所述最小限制時間；以及根據(jù)所述最小電壓信號改變所述限時信號。
22.如權(quán)利要求21所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述限時電路 包括電容、電流源和比較器，通過改變流過所述電容的電流來改變所述限時信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)諧振控制的開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法，通過設(shè)置一最小限制時間來限制開關(guān)頻率，在最小電壓所處時刻接近最小限制時間的終點時刻時改變該最小限制時間，達到防止音頻噪聲產(chǎn)生的目的。其電路包括儲能元件，能夠儲存能量；開關(guān)，電耦接至所述儲能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時所述儲能元件存儲能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時所述儲能元件中存儲的能量被傳送至負(fù)載；控制電路，電耦接至所述開關(guān)，控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，在所述開關(guān)兩端的諧振電壓至其最小電壓時導(dǎo)通所述開關(guān)；以及限頻電路，電耦接至所述控制電路，通過設(shè)置最小限制時間，來限制所述開關(guān)的開關(guān)頻率；其中，所述限頻電路在所述最小電壓所處時刻接近所述最小限制時間的終點時刻時，改變所述最小限制時間。
文檔編號H02M3/335GK101645655SQ20091030327
公開日2010年2月10日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
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