專利名稱：一種具有頻譜整形功能的開關(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，涉及一種具有頻譜整形功能的 開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法。
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?流電壓轉(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(chǔ)能元件。例如在反激變換器中即 采用變壓器作為儲(chǔ)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(chǔ)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和減小與傳遞到負(fù)載 的功率大小相反，負(fù)載增大會(huì)導(dǎo)致直流輸出電壓減小，而負(fù)載減小則會(huì)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(bǔ)償負(fù)載的變化。
為了實(shí)現(xiàn)小體積和高效率，開關(guān)電源的開關(guān)頻率通常很高(例如幾十
KHz)。開關(guān)電源中高頻的開關(guān)切換會(huì)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。 為此，各國均針對開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)有的降低電磁干擾的方法為在開關(guān)電源中增加吸收電路和輸入濾波電 路，以減少對電網(wǎng)的污染，但這種方法不可避免地加大了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜程 度，增加了開關(guān)電源的體積、重量以及成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路和方法，通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，將原本集中在一頻率的能量(或是在窄頻帶中的能量)改為分布在 一寬廣的頻帶，以達(dá)到降低電磁干擾的目的。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路，包括儲(chǔ)能 元件，能夠儲(chǔ)存能量；開關(guān)，電耦接至所述儲(chǔ)能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時(shí)所
述儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)所述儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送
至負(fù)載；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；控制電路，根據(jù)所述電流采樣信號和所述反饋信號控制所述開關(guān)的導(dǎo) 通與關(guān)斷；以及頻譜整形電路，電耦接至所述控制電路，調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通 與關(guān)斷的頻率，以降低電磁干擾。
依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓方法，包括將開 關(guān)電耦接至儲(chǔ)能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時(shí)所述儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)能量，在所述開 關(guān)關(guān)斷時(shí)所述儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送至負(fù)載；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；采樣輸出電壓，并產(chǎn) 生與所述輸出電壓相關(guān)的反饋信號；根據(jù)所述電流采樣信號和所述反饋信號 控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率，以降低電磁 干擾。
本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的電路和/或上述方法，通過調(diào)節(jié)開關(guān)的頻率，對其 頻譜進(jìn)行整形，將原本集中在一頻率的能量(或是在窄頻帶中的能量)改為 分布在一寬廣的頻帶，即利用擴(kuò)頻或擴(kuò)譜調(diào)制原理，使原來集中在某些中心 頻率的電磁干擾能量分散到一定寬度的頻率段，使最大電磁干擾幅度大大降 低，從而可以降低電磁干擾。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓電路的電路圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的部分電路圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖3所示電路的波形圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓電路的電路圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖； 圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖； 圖9為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形信號的波形示意圖； 圖10為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形電路的電路圖； 圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形電路的電路圖； 圖12為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖11所示電路的波形圖； 圖13為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只 用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。以下均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(jìn)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-BOOST (升-降壓)電路、FLYBACK (反激) 電路以及FORWARD (正激)電路等。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓電路的電路圖，包括整流橋101、 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102、電壓反饋電路103、第一比較電路104、時(shí)鐘發(fā)生電路105、邏輯電 路106以及頻譜整形電路107。整流橋101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101的輸出端，輸入電 容Qn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(gè)實(shí)施例中，二極管D由同步整流管代替。
電流采樣電路102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102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103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103可包括光電耦合器或變壓器。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓 器T1還包括一輔助繞組(該輔助繞組既可位于變壓器T1的初級側(cè)，也可位 于變壓器Tl的次級側(cè))，電壓反饋電路103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(gè)實(shí)施例中， 電壓反饋電路包括電阻分壓電路或電容分壓電路。
第一比較電路104電耦接至電流采樣電路102和電壓反饋電路103，接 收電流采樣信號Ise^和反饋信號FB,并將兩者進(jìn)行比較。時(shí)鐘發(fā)生電路105 產(chǎn)生一時(shí)鐘信號CLK。邏輯電路106電耦接至第一比較電路104、時(shí)鐘發(fā)生 電路105和開關(guān)M，在電流采樣信號13,大于反饋信號FB時(shí)關(guān)斷開關(guān)M， 而在時(shí)鐘信號CLK的邊沿(上升沿或下降沿)導(dǎo)通開關(guān)M。在一個(gè)實(shí)施例 中，開關(guān)M為NMOS(n型MOSFET)，第一比較電路104包含比較器COMl， 邏輯電路106包含觸發(fā)器FF。比較器COM1的同相輸入端電耦接至電流采 樣電路102以接收電流采樣信號Isense，比較器COMl的反相輸入端電耦接至 電壓反饋電路103以接收反饋信號FB。觸發(fā)器FF包括置位端和復(fù)位端，其 復(fù)位端電耦接至比較器COMl的輸出端，置位端電耦接至?xí)r鐘發(fā)生電路105 以接收時(shí)鐘信號CLK，在時(shí)鐘信號CLK的上升沿導(dǎo)通開關(guān)M。頻譜整形電 路107電耦接至?xí)r鐘發(fā)生電路105，調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號CLK的頻率，從而調(diào)節(jié)開 關(guān)M的開關(guān)頻率，達(dá)到頻譜整形、減小電磁干擾的目的。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖，其 中Vds為開關(guān)M兩端的電壓，f為頻率。圖2中實(shí)線所示為不帶頻譜整形功 能的開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖，而虛線所示為帶頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓 電路的頻譜分析圖。根據(jù)帕斯瓦爾(Parseval使理，只要信號保證時(shí)域能量分 布不變，則頻域的能量是守恒的，這就意味著如果擴(kuò)展開關(guān)頻率及其諧波頻 率的頻帶寬度，則各頻帶的峰值肯定會(huì)降低，從而減少EMI發(fā)射水平。由圖 2可知，帶頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路將原本集中在一頻率的能量改為分 布在一寬廣的頻帶，頻率幅值降低，降低了對其它電子設(shè)備的電磁干擾。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖1所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的部分電路圖，包 括時(shí)鐘發(fā)生電路105和頻譜整形電路107。時(shí)鐘發(fā)生電路105包括電流源Ia、 電容Ct、開關(guān)St和比較器C0M2。電流源Ia—端接收參考電壓Vdd，另一端 電耦接至電容Ct和開關(guān)St的一端，電容Q和開關(guān)St的另一端接地。比較器COM2電耦接至電容Q以接收電容Q的端電壓，并將其與一閾值Vthl進(jìn)行比 較。比較器COM2的輸出端電耦接至開關(guān)St，在電容Ct的端電壓大于閾值 Vw時(shí)導(dǎo)通開關(guān)St。比較器COM2輸出的脈沖信號即為時(shí)鐘信號CLK。
頻譜整形電路107包括數(shù)字電路301和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路302，通過調(diào)節(jié)電 容Q的充電電流來調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號CLK的頻率。數(shù)字電路301電耦接至?xí)r鐘 發(fā)生電路105，接收時(shí)鐘信號CLK并產(chǎn)生一數(shù)字信號，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路302電 耦接至?xí)r鐘發(fā)生電路105和數(shù)字電路301，接收該數(shù)字信號并將其轉(zhuǎn)換為一 模擬信號，以調(diào)節(jié)電容Ct的充電電流。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字電路301包括 觸發(fā)器Q0-Q7和或門OR0-OR2。觸發(fā)器Q0-Q7的時(shí)鐘端均電耦接至?xí)r鐘發(fā) 生電路105以接收時(shí)鐘信號CLK，觸發(fā)器Qn(i^l-7)的觸發(fā)端均電連接至觸 發(fā)器Qn-l的正相輸出端，觸發(fā)器Q0的觸發(fā)端電連接至觸發(fā)器Q7的反相輸 出端，這樣，觸發(fā)器Q0-Q7就構(gòu)成了一個(gè)移位寄存器?；蜷TOR0的兩輸入 端分別電耦接至觸發(fā)器Q0和Q6的正相輸出端，或門OR1的兩輸入端分別 電耦接至觸發(fā)器Ql和Q5的正相輸出端，或門OR2的兩輸入端分別電耦接 至觸發(fā)器Q2和Q4的正相輸出端。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路302包括電流源10-13以及 開關(guān)S0-S3。電流源10-13的一端接收參考電壓Vdd，另一端分別電耦接至開 關(guān)S0-S3的一端，開關(guān)S0-S3的另一端電耦接至電容Ct，輸出頻譜整形信號 SS。開關(guān)S0-S2的控制端分別電耦接至或門OR0-OR2的輸出端，開關(guān)S3的 控制端電耦接至觸發(fā)器Q3的正相輸出端。開關(guān)S0-S3在其控制端為高電平 ("1")時(shí)導(dǎo)通。頻譜整形信號SS為流過開關(guān)S0-3的電流的總和，通過改 變電容Ct的充電電流來改變時(shí)鐘信號CLK的頻率，達(dá)到頻譜整形、降低電 磁干擾的目的。
在一個(gè)實(shí)施例中，電流源10-13的電流值分別為10=1/4， 11=1/2， 12=3*1/4， 13=1，其中I為一遠(yuǎn)小于Ict的恒定電流值。圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖 3所示電路的波形圖，頻譜整形信號SS隨著時(shí)鐘信號CLK周期性地改變大 小，通過調(diào)節(jié)電容Ct的充電電流在一定范圍內(nèi)周期性地改變時(shí)鐘信號CLK 的頻率，達(dá)到頻譜整形、降低電磁干擾的目的。
圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓電路的電路圖，包括整流橋 101、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102、電壓反饋電路103、第一比較電路104、邏輯電路106、頻譜整形電路107、開關(guān)電壓采樣電路501、閾值產(chǎn)生電路502以及第二比較電路 503。圖5所示電路其采用準(zhǔn)諧振控制(Quasi-Resonant Control)，在開關(guān)M 導(dǎo)通時(shí)變壓器Tl存儲(chǔ)能量，在開關(guān)M關(guān)斷時(shí)變壓器Tl中存儲(chǔ)的能量被傳送 至負(fù)載，在變壓器T1中存儲(chǔ)的能量被全部傳送至負(fù)載后，變壓器T1的漏感 和開關(guān)M的寄生電容會(huì)產(chǎn)生諧振，在開關(guān)M兩端的電壓諧振到谷底時(shí)導(dǎo)通開 關(guān)M，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101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Qn并聯(lián)至整流橋lOl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。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T1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(gè)實(shí)施例中，二極管D由伺步整流管代替。
電流采樣電路102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I^se。在一個(gè)實(shí)施例中，電流采樣電路103包 括采樣電阻Rs，電耦接在開關(guān)M和地之間，采樣電阻Rs兩端的電壓即為電
流采樣信號Isense。電壓反饋電路103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)生一代表該電壓的反饋信號FB。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓 反饋電路103包括光電耦合器OP和三端穩(wěn)壓器件TR。開關(guān)電壓采樣電路 501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)電壓釆樣信號 DMG。在一個(gè)實(shí)施例中，變壓器Tl還包含一輔助繞組(該輔助繞組既可位 于變壓器T1的初級側(cè)，也可位于變壓器T1的次級側(cè))，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。
第一比較電路104電耦接至電流采樣電路102和電壓反饋電路103，接 收電流采樣信號Use和反饋信號FB，并將兩者進(jìn)行比較。閾值產(chǎn)生電路502 產(chǎn)生一閾值Vth。第二比較電路503電耦接至開關(guān)電壓采樣電路501和閾值產(chǎn) 生電路502，接收開關(guān)電壓采樣信號DMG和閾值Vth，并將兩者進(jìn)行比較。 邏輯電路106電耦接至第一比較電路104、第二比較電路503和開關(guān)M，在
電流采樣信號Isense大于反饋信號FB時(shí)關(guān)斷開關(guān)M，而在幵關(guān)電壓采樣信號DMG小于閾值Vth時(shí)導(dǎo)通開關(guān)M。在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)M為NMOS，第一 比較電路104包含比較器COM1，第二比較電路包含比較器COM3，邏輯電 路106包含觸發(fā)器FF。比較器COM1的同相輸入端電耦接至電流采樣電路 102以接收電流采樣信號Isense，比較器COM1的反相輸入端電耦接至電壓反 饋電路103以接收反饋信號FB。比較器COM3的同相輸入端電耦接至閾值 產(chǎn)生電路502以接收閾值Vth，比較器COM3的反相輸入端電耦接至開關(guān)電 壓采樣電路501以接收開關(guān)電壓采樣信號DMG。觸發(fā)器FF包括置位端和復(fù) 位端，其復(fù)位端電耦接至比較器C0M1的輸出端，置位端電耦接至比較器 COM3的輸出端。為了避免開關(guān)頻率過高導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓電路難以通過電磁干 擾標(biāo)準(zhǔn)，通常會(huì)對開關(guān)頻率進(jìn)行限制。在一個(gè)實(shí)施例中，在開關(guān)M關(guān)斷后， 在一定時(shí)間長度內(nèi)，觸發(fā)器FF的輸出被屏蔽，不能變化。頻譜整形電路107 電耦接至閾值發(fā)生電路502，調(diào)節(jié)閾值Vth的大小。圖6和圖7為根據(jù)本發(fā)明 一實(shí)施例的圖5所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的波形圖，其中Vds為開關(guān)M兩端的電壓。 由圖可知，調(diào)節(jié)閾值Vth可調(diào)節(jié)開關(guān)M進(jìn)入導(dǎo)通的時(shí)刻，從而調(diào)節(jié)開關(guān)M的 開關(guān)頻率，達(dá)到頻譜整形、減小電磁干擾的目的。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖，其 中f為頻率，實(shí)線所示為不帶頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖， 而虛線所示為帶頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路的頻譜分析圖。由圖可知，帶 頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路將原本集中在窄頻帶中的能量改為分布在一寬 廣的頻帶，降低了電磁干擾。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形信號的波形示意圖。在 一個(gè)實(shí)施例中，閾值產(chǎn)生電路502將周期性的頻譜整形信號疊加至一恒定閾 值Vth2，產(chǎn)生閾值Vth，達(dá)到頻譜整形的目的，其中該周期性的頻譜整形信號 可為如圖9所示的三角波、鋸齒波或正弦波等。該閾值Vth2可為零電壓，也 可為略大于零的電壓值，例如50mv
圖10為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形電路的電路圖，包括時(shí) 鐘發(fā)生電路1001、數(shù)字電路1002和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路1003。其工作原理與圖3 所示電路相似，不同的是，其中開關(guān)S0-3并未電耦接至電容Ct，而是電耦 接至一電阻R1，該電阻R1的另一端接地。流過開關(guān)S0-3的電流的總和流過 電阻R1，在其兩端產(chǎn)生的電壓信號作為頻譜整形信號SS。圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖5所示頻譜整形電路的電路圖，包括 時(shí)鐘發(fā)生電路UOl、數(shù)字電路1102和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路1103，其中時(shí)鐘發(fā)生電 路1101和數(shù)字電路1102的工作原理與圖3所示相應(yīng)電路的工作原理相同。 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路1103包括電流源Ictl、開關(guān)Su和電容Ctl。電流源Icu—端接 收參考電壓Vdd，另一端電耦接至電容C"和開關(guān)Su的一端，電容Cu和開關(guān) Stl的另一端接地。觸發(fā)器Q7的正相輸出端電耦接至開關(guān)Stl，輸出信號G以 控制開關(guān)S"的導(dǎo)通與關(guān)斷。在信號G為高電平("1")時(shí)開關(guān)Su導(dǎo)通， 而在信號G為低電平("0")時(shí)開關(guān)Su關(guān)斷。電容Cu兩端的電壓作為頻 譜整形信號SS。圖12為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的圖11所示電路的波形圖。
圖13為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)穩(wěn)壓方法的流程圖，包括步驟 1301-1305。
步驟1301，將一開關(guān)M電耦接至一儲(chǔ)能元件，在開關(guān)M導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)能元件 存儲(chǔ)能量，在開關(guān)M關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送至負(fù)載。
步驟1302，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
樣S T
I Pi 7 isense0
步驟1303，采樣輸出電壓，并產(chǎn)生一與該輸出電壓相關(guān)的反饋信號FB。
步驟1304，根據(jù)電流采樣信號Isense和反饋信號FB控制開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
步驟1305，調(diào)節(jié)開關(guān)M的開關(guān)頻率，以降低電磁干擾。
在一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括將電流采樣信號Ise^與反饋信 號FB進(jìn)行比較，當(dāng)電流采樣信號Unse大于反饋信號FB時(shí)關(guān)斷開關(guān)M。
在一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括產(chǎn)生一時(shí)鐘信號CLK;在時(shí)
鐘信號CLK的邊沿導(dǎo)通開關(guān)M;通過調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號CLK的頻率來調(diào)節(jié)開關(guān) M的開關(guān)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)一充電電容的充電電流來調(diào)節(jié)時(shí) 鐘信號CLK的頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括通過一數(shù)字 電路接收時(shí)鐘信號CLK并產(chǎn)生一數(shù)字信號;通過一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將該數(shù)字信 號轉(zhuǎn)換為一模擬信號以調(diào)節(jié)充電電容的充電電流。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字電 路包括移位寄存器和門電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括多個(gè)電流源和多個(gè)與電流源 分別串聯(lián)的開關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括采樣開關(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;產(chǎn)生一閾值Vth;在開關(guān)電壓
采樣信號DMG小于閾值Vth時(shí)導(dǎo)通開關(guān)M;調(diào)節(jié)閾值Vth以調(diào)節(jié)開關(guān)M的
開關(guān)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)穩(wěn)壓方法還包括產(chǎn)生一具有固定頻率 的時(shí)鐘信號CLK;通過一數(shù)字電路接收時(shí)鐘信號CLK并產(chǎn)生一數(shù)字信號；
通過一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為一模擬信號以調(diào)節(jié)閾值v也。在一個(gè)
實(shí)施例中，數(shù)字電路包括移位寄存器和門電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括多個(gè)電流 源和多個(gè)與電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字電路包括移位寄
存器，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括一開關(guān)Su， 一電流源Icu和一電容Ctp電流源Iw 的一端接收一參考電壓Vdd，另一端電耦接至電容Cu和開關(guān)Su的一端，電 容Ctl和開關(guān)Stl的另一端接地，數(shù)字電路輸出的數(shù)字信號控制開關(guān)S tl的導(dǎo) 通與關(guān)斷。在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)能元件為一變壓器，包括一初級繞組、 一次 級繞組和一輔助繞組，采樣該變壓器的輔助繞組兩端的電壓以得到開關(guān)電壓 采樣信號DMG。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過一電流采樣電阻采樣流過開關(guān)M的電流。在一個(gè) 實(shí)施例中，通過一光電耦合器采樣輸出電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)能元件為 一變壓器，包括一初級繞組、 一次級繞組和一輔助繞組，通過采樣該變壓器 的輔助繞組兩端的電壓來采樣輸出電壓。
雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)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(shí)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(shí)施例不限于任何前述的細(xì) 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)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路，包括儲(chǔ)能元件，能夠儲(chǔ)存能量；開關(guān)，電耦接至所述儲(chǔ)能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時(shí)所述儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)所述儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送至負(fù)載；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；控制電路，根據(jù)所述電流采樣信號和所述反饋信號控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；以及頻譜整形電路，電耦接至所述控制電路，調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率，以降低電磁干擾。
2. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述控制電路將所 述電流采樣信號與所述反饋信號進(jìn)行比較，當(dāng)所述電流采樣信號大于所述反 饋信號時(shí)關(guān)斷所述開關(guān)。
3. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述控制電路包括 時(shí)鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號；所述控制電路在所述時(shí)鐘信號的邊沿導(dǎo)通所述開關(guān)； 所述頻譜整形電路電耦接至所述時(shí)鐘發(fā)生電路，調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號的 頻率以調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率。
4. 如權(quán)利要求3所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述時(shí)鐘發(fā)生電路 包括一充電電容，所述頻譜整形電路電耦接至所述充電電容，通過調(diào)節(jié)所述 充電電容的充電電流來調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號的頻率。
5. 如權(quán)利要求4所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述頻譜整形電路包括數(shù)字電路，電耦接至所述時(shí)鐘發(fā)生電路，接收所述時(shí)鐘信號并產(chǎn)生數(shù)字 信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，電耦接至所述數(shù)字電路和所述時(shí)鐘發(fā)生電路，將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以調(diào)節(jié)所述充電電容的充電電流。
6. 如權(quán)利要求5所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)字電路包括 移位寄存器和門電路，所述移位寄存器電耦接至所述時(shí)鐘發(fā)生電路，接收所 述時(shí)鐘信號，所述門電路電耦接至所述移位寄存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，接收所 述移位寄存器的輸出信號并產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 包括多個(gè)并聯(lián)的電流源和多個(gè)與所述電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。
8. 如權(quán)利要求2所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，還包括開關(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；其中所述控制電路還包括閾值產(chǎn)生電路，產(chǎn)生閾值；所述控制電路在所述開關(guān)電壓采樣信號小于所述閾值時(shí)導(dǎo)通所述開關(guān)；所述頻譜整形電路電耦接至所述閾值產(chǎn)生電路，調(diào)節(jié)所述閾值以調(diào)節(jié) 所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率。
9. 如權(quán)利要求8所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述頻譜整形電路 包括時(shí)鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生具有固定頻率的時(shí)鐘信號；數(shù)字電路，電耦接至所述時(shí)鐘發(fā)生電路，接收所述時(shí)鐘信號并產(chǎn)生數(shù) 字信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，電耦接至所述數(shù)字電路，將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬 信號以調(diào)節(jié)所述閾值。
10. 如權(quán)利要求9所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)字電路包 括移位寄存器和門電路，所述移位寄存器電耦接至所述時(shí)鐘發(fā)生電路，接收 所述時(shí)鐘信號，所述門電路電耦接至所述移位寄存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，接收 所述移位寄存器的輸出信號并產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
11. 如權(quán)利要求10所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路包括多個(gè)并聯(lián)的電流源和多個(gè)與所述電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。
12. 如權(quán)利要求9所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)字電路為 移位寄存器。
13. 如權(quán)利要求12所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路包括一開關(guān)、 一電流源和一電容，所述電流源一端接收一參考電壓，另一 端電耦接至所述電容和開關(guān)的一端，所述電容和開關(guān)的另一端接地，所述數(shù) 字電路產(chǎn)生的數(shù)字信號控制該開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
14. 如權(quán)利要求8所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述開關(guān)穩(wěn)壓電 路的所述儲(chǔ)能元件為一變壓器，包括一初級繞組、 一次級繞組和一輔助繞組， 所述開關(guān)電壓采樣電路電耦接至所述變壓器的輔助繞組。
15. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述電流采樣電 路包括與所述開關(guān)串聯(lián)的電流采樣電阻。
16. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述電壓反饋電 路電耦接至所述開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出端，包括一光電耦合器，通過該光電耦 合器與開關(guān)穩(wěn)壓電路的輸出端隔離地輸出反饋信號。
17. 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述開關(guān)穩(wěn)壓電 路的所述儲(chǔ)能元件為一變壓器，包括一初級繞組、 一次級繞組和一輔助繞組， 所述電壓反饋電路電耦接至所述變壓器的輔助繞組。
18. —種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓方法，包括 將開關(guān)電耦接至儲(chǔ)能元件，在所述開關(guān)導(dǎo)通時(shí)所述儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)能量，在所述開關(guān)關(guān)斷時(shí)所述儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送至負(fù)載；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；采樣輸出電壓，并產(chǎn)生與所述輸出電壓相關(guān)的反饋信號； 根據(jù)所述電流采樣信號和所述反饋信號控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率，以降低電磁干擾。
19. 如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括將所述電 流采樣信號與所述反饋信號進(jìn)行比較，當(dāng)所述電流采樣信號大于所述反饋信 號時(shí)關(guān)斷所述開關(guān)。
20. 如權(quán)利要求19所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 產(chǎn)生時(shí)鐘信號；在所述時(shí)鐘信號的邊沿導(dǎo)通所述開關(guān)；通過調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號的頻率來調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率。
21. 如權(quán)利要求20所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)一充電 電容的充電電流來調(diào)節(jié)所述時(shí)鐘信號的頻率。
22. 如權(quán)利要求21所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 通過數(shù)字電路接收所述時(shí)鐘信號并產(chǎn)生數(shù)字信號； 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以調(diào)節(jié)所述充電電容的充電電流。
23. 如權(quán)利要求22所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)字電路包 括移位寄存器和門電路，所述移位寄存器接收所述時(shí)鐘信號，所述門電路電 耦接至所述移位寄存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，接收所述移位寄存器的輸出信號并 產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
24. 如權(quán)利要求23所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路包括多個(gè)并聯(lián)的電流源和多個(gè)與所述電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。
25. 如權(quán)利要求19所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 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；產(chǎn)生閾值；在所述開關(guān)電壓采樣信號小于所述閾值時(shí)導(dǎo)通所述開關(guān)； 調(diào)節(jié)所述閾值以調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率。
26. 如權(quán)利要求25所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，還包括 產(chǎn)生具有固定頻率的時(shí)鐘信號； 通過數(shù)字電路接收所述時(shí)鐘信號并產(chǎn)生數(shù)字信號； 通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將所述數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以調(diào)節(jié)所述閾值。
27. 如權(quán)利要求26所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)字電路包 括移位寄存器和門電路，所述移位寄存器接收所述時(shí)鐘信號，所述門電路電 耦接至所述移位寄存器和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，接收所述移位寄存器的輸出信號并 產(chǎn)生所述數(shù)字信號。
28. 如權(quán)利要求27所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路包括多個(gè)并聯(lián)的電流源和多個(gè)與所述電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。
29. 如權(quán)利要求26所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)字電路為移位寄存器。
30. 如權(quán)利要求29所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路包括一開關(guān)、 一電流源和一電容，所述電流源一端接收一參考電壓，另一 端電耦接至所述電容和開關(guān)的一端，所述電容和開關(guān)的另一端接地，所述數(shù) 字電路產(chǎn)生的數(shù)字信號控制該開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
31. 如權(quán)利要求25所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述儲(chǔ)能元件為 一變壓器，包括一初級繞組、 一次級繞組和一輔助繞組，采樣所述變壓器的 輔助繞組兩端的電壓以得到所述開關(guān)電壓采樣信號。
32. 如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，通過與所述開關(guān) 串聯(lián)的電流采樣電阻采樣流過所述開關(guān)的電流。
33. 如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，通過一光電耦合 器采樣輸出電壓。
34. 如權(quán)利要求18所述的開關(guān)穩(wěn)壓方法，其特征在于，所述儲(chǔ)能元件為 一變壓器，包括一初級繞組、 一次級繞組和一輔助繞組，通過采樣所述變壓 器的輔助繞組兩端的電壓來采樣輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有頻譜整形功能的開關(guān)穩(wěn)壓電路及方法，目的是降低電磁干擾，其電路包括儲(chǔ)能元件，能夠儲(chǔ)存能量；開關(guān)，電耦接至所述儲(chǔ)能元件，在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)能量，在開關(guān)關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)能元件中存儲(chǔ)的能量被傳送至負(fù)載；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；控制電路，根據(jù)所述電流采樣信號和所述反饋信號控制所述開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷；以及頻譜整形電路，電耦接至所述控制電路，調(diào)節(jié)所述開關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷的頻率。
文檔編號H02M3/335GK101635511SQ200910059429
公開日2010年1月27日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
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