專利名稱：具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器及相關方法
技術領域：
本發(fā)明有關于一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)控制器及相關方法，用以降低交換式電源供應器造成的電磁干擾 (Electro-Magnetic Interference，EMI)。
背景技術：
電源供應器將交流電源電壓轉換為直流電壓的技術目前已被廣泛應用于集成電 子裝置中。電源供應器可以將輸出電壓、電流或電能維持在穩(wěn)定的范圍內，以使電子裝置的 操作安全及有效率。相較于傳統(tǒng)線性電源供應器，利用脈沖寬度調制控制器來運作的交換 式電源供應器因具有高效率而被廣泛使用。請參考圖1。圖1是一傳統(tǒng)交換式電源供應器10的示意圖。一般來說，電源供應 器10包含變壓器100、晶體管102、脈沖寬度調制控制器104、光耦合器106以及誤差放大 器108。脈沖寬度調制控制器104產生開關信號Vpwm,以通過晶體管102來控制變壓器100 的開/關狀態(tài)。開關信號Vpwm的工作周期(duty cycle)決定了從變壓器100的一次側線 圈Np傳輸?shù)阶儔浩?00的二次側線圈Ns的電能。因此，為了將二次側線圈Ns的直流電壓 維持在一穩(wěn)定范圍內，光耦合器106與誤差放大器108所形成的反饋電路將提供反饋電壓 Vfb，以改變開關信號Vpwm的工作周期。脈沖寬度調制控制器的問題在于其操作頻率相對于交流電源信號來說過高，使得 電源供應器容易產生高頻信號。此高頻信號會被注入交流電源信號，而成為交流電源信號 的一部分。另外，此高頻信號及其諧波亦會以電磁波的形式由電源供應器擴散出去，此實際 上為產生電磁干擾的最大原因。電源供應器產生的電磁波會干擾鄰近的通訊裝置，而注入 交流電源信號的高頻信號亦會對其他連接至相同交流電源信號的裝置形成噪聲。更進一步 地說，電源供應器產生的電磁波會對以空氣為傳輸媒介的信號(如無線電或電視信號)造 成干擾。因此，為了改善電磁干擾的問題，已知技術會利用一抖動頻率信號(jittered clock source)來作為脈沖寬度調制控制器的操作頻率，使得脈沖寬度調制控制器的切換 頻率分布于一較大頻寬，從而最小化電源供應器所產生電磁干擾的尖峰值。然而，由于抖動 頻率信號一般是通過將一時變信號(如時變電流或時變電容)并入振蕩器的振蕩頻率而產 生，因此在脈沖寬度調制控制器里，除了原本的振蕩器外另需要一外部頻率產生電路來產 生時變信號，導致電源供應器的尺寸及成本的增加。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于揭露一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器，用 以降低電源供應器造成的電磁干擾。本發(fā)明提供一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器。該脈沖寬度調制控制 器包含振蕩器，用來根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號，以及臨界電壓產生器，耦接于該振蕩器，用來產生該上臨界電壓及該下臨界電壓，并對該上臨界電壓及該下臨 界電壓中至少其一進行調制，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。本發(fā)明還提供一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器。該脈沖寬度調制控 制器包含振蕩器，用來根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號，以及分壓器，耦 接于該振蕩器，用來對電源電壓進行分壓，以產生該上臨界電壓及該下臨界電壓，并利用該 電源電壓在對后端負載進行儲能或釋能操作時所產生的電位突變(glitch)，調制該上臨界 電壓及該下臨界電壓，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。本發(fā)明還提供一種用于脈沖寬度調制控制器的頻率抖動方法。該頻率抖動方法包 含根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號，以及調制該上臨界電壓及該下臨界 電壓中至少其一，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。


圖1是一傳統(tǒng)交換式電源供應器的示意圖。圖2是本發(fā)明實施例具有頻率抖動功能的一脈沖寬度調制控制器的示意圖。圖3說明了本發(fā)明臨界電壓產生器的實施例示意圖。圖4為圖3中的上臨界電壓、下臨界電壓、鋸齒波及切換頻率信號的時序示意圖。圖5為本發(fā)明臨界電壓產生器的另一實施例示意圖。圖6為本發(fā)明臨界電壓產生器的又一實施例示意圖。圖7為圖5與圖6中的上臨界電壓、下臨界電壓、鋸齒波以及切換頻率信號的時序 示意圖。圖8為本發(fā)明實施例的一頻率抖動流程的示意圖。[主要元件標號說明]
具體實施例方式請參考圖2。圖2是本發(fā)明實施例具有頻率抖動功能的一脈沖寬度調制控制器20 的示意圖。脈沖寬度調制控制器20用來控制交換式電源供應器，包含有振蕩器21及臨界電 壓產生器22。振蕩器21用來根據上臨界電壓Vh及下臨界電壓\，產生切換頻率信號0sc_ out。振蕩器21包含有鋸齒波產生器212、第一比較器214、第二比較器216以及RS觸發(fā)器 218。鋸齒波產生器212用來產生鋸齒第一比較器214包含正輸入端耦接于上臨 界電壓VH，以及負輸入端耦接于鋸齒波產生器212。當鋸齒波Vsaw上升至上臨界電壓Vh時， 第一比較器214會產生重置信號V t。第二比較器216包含正輸入端耦接于鋸齒波產生器 212，以及負輸入端耦接于下臨界電壓\。當鋸齒波Vsaw下降至下臨界電壓\時，第二比較 器216會產生設置信號Vset。RS觸發(fā)器218包含一重置端耦接于第一比較器214，以及一設 置端耦接于第二比較器216。RS觸發(fā)器218根據重置信號V t及設置信號Vset來產生切換 頻率信號0sc_OUt。更明確地說，RS觸發(fā)器218在接收到重置信號V,st時會輸出低電平的 切換頻率信號0sc_OUt，而RS觸發(fā)器218在接收到設置信號Vset時會輸出高電平的切換頻 率信號0sc_OUt。另外，切換頻率信號0sc_OUt會反饋至鋸齒波產生器212，以用來產生鋸 齒波VSAW。振蕩器21的詳細操作是本領域技術人員所熟知，于此不贅述。臨界電壓產生器22耦接于振蕩器21，用來產生上臨界電壓VhW及下臨界電壓\。 此外，臨界電壓產生器22會對上臨界電壓Vh或下臨界電壓\中至少其一進行調制，使其隨 著時間的推移而改變，以讓振蕩器21產生的切換頻率信號0sc_OUt產生抖動。換句話說， 只要鋸齒波Vsaw的上升斜率或下降斜率保持不變，通過調制振蕩器的臨界電壓使其隨著時 間的推移而改變，鋸齒波Vsaw到達臨界電壓所需的時間也會跟著改變，進而改變振蕩器21 所產生的頻率。在此情況下，脈沖寬度調制控制器20的操作頻率會產生抖動，并分布于一 較大的頻寬，而將電源供應器所產生電磁干擾的尖峰值最小化。較佳地，臨界電壓產生器22可簡單地以分壓器所實現(xiàn)。請參考圖3。圖3說明了本 發(fā)明臨界電壓產生器22的實施例示意圖。如圖3所示，臨界電壓產生器22為電阻分壓器， 用來對電源電壓Vdd進行分壓，以產生上臨界電SVh和下臨界電壓八。由于電源電壓Vdd在 對后端負載進行儲能或釋能的操作時可能會對電源電壓Vdd本身形成電位突變(glitch)， 而這些電位突變將會使上臨界電壓Vh和下臨界電壓VJ逭著時間的推移改變。因此，振蕩器 21所產生的切換頻率信號0sc_OUt會根據時變臨界電壓而產生抖動。關于上臨界電壓VH、 下臨界電壓\、鋸齒波Vsaw以及切換頻率信號0sc_OUt間的時序關系，請參考圖4。因此，本發(fā)明實施例利用電源電壓Vdd本身電位突變所產生的時變臨界電壓，可以使振蕩器21所產生的切換頻率信號0sc_OUt產生抖動。也就是說，在脈沖寬度調制控制器 里除了原本的振蕩器之外，并不需要另一外部頻率產生電路來產生時變信號，而可大幅降 低電源供應器的尺寸及成本。當然，臨界電壓產生器22亦可通過其它方式實現(xiàn)，只要上臨界電壓Vh或下臨界電 壓八中至少其一可以隨著時間的推移形成時變臨界電壓，而對振蕩器21所輸出的切換頻 率信號0sc_OUt產生抖動。請參考圖5。圖5為本發(fā)明臨界電壓產生器22的另一實施例示 意圖。臨界電壓產生器22為一信號轉換器，用來對可控制的輸入信號k bn進行信號轉 換，以產生隨時間變化的上臨界電壓Vh或下臨界電壓八。在圖5中，臨界電壓產生器22可 利用數(shù)字/模擬轉換器來實現(xiàn)，而可控制的輸入信號k bn是由數(shù)字編碼生成器(未顯示 于圖5)所產生。另外，振蕩器21的臨界電壓也可通過模擬的方式來產生或調制。請參考圖6。圖 6為本發(fā)明臨界電壓產生器22的又一實施例示意圖。如圖6所示，臨界電壓產生器22包含 第一電流源61，第二電流源62、儲能開關63、釋能開關64以及電容Q。第一電流源61及第 二電流源62分別用來提供儲能電流I1以及釋能電流12。儲能開關63及釋能開關64分別 由控制信號elk及clkB來控制開/關狀態(tài)，而控制信號elk及clkB有著相反的相位。因 此，儲能電流I1便可經由儲能開關63對電容C1儲能，而釋能電流I2便可經由釋能開關64 對電容C1釋能，以產生上臨界電壓Vh或下臨界電壓\中至少其一。在此情況下，本發(fā)明實 施例通過固定的儲能電流I1與釋能電流I2，便可產生具有三角波形式的穩(wěn)定時變上臨界電 壓Vh或下臨界電壓\，進而使振蕩器21所輸出的切換頻率信號0sc_OUt產生抖動。請參考圖7。圖7為圖5與圖6中的上臨界電壓Vh、下臨界電壓八、鋸齒波Vsaw以 及切換頻率信號0sc_OUt的時序示意圖。在圖7中，僅有上臨界電壓Vh會隨著時間的推移 而改變，而下臨界電壓\則為固定值。類似地，在本發(fā)明其它實施例中，下臨界電壓\可隨 著時間的推移而改變，而上臨界電壓Vh為一固定值，同樣可以對振蕩器21所輸出的切換頻 率信號0sc_Out產生抖動。請注意，上述實施例僅為本發(fā)明的臨界電壓產生器22的一舉例說明，本領域技術 人員當可根據實際需求作適當?shù)匦薷?，而不限于此。例如，振蕩器的臨界電壓可以調制成其 它形狀的波型，其相關操作與上述實施例類似，于此不贅述。此外，請參考圖8。圖8是本發(fā)明實施例的一頻率抖動流程80的示意圖。頻率抖 動流程80是上述脈沖寬度調制控制器20的一操作流程，其包含有下列步驟步驟800:開始。步驟810 根據上臨界電壓或下臨界電壓來產生切換頻率信號。步驟820 對上臨界電壓或下臨界電壓中至少其一進行調制，使其隨著時間的推 移而改變，以讓切換頻率信號產生抖動。步驟830:結束。根據頻率抖動流程80，切換頻率信號是根據振蕩器的上臨界電壓和下臨界電壓所 產生。通過對上臨界電壓或下臨界電壓中至少其一進行調制，使其隨著時間的推移而改變， 可以使切換頻率信號產生抖動并分布于一較大的頻寬，進而減少交換式電源供應器所產生 的電磁干擾。脈沖寬度調制控制器的運作方式已詳細說明于上述實施例中，于此不再贅述。綜上所述，通過調制振蕩器的臨界電壓使其隨著時間的推移而改變，脈沖寬度調制控制器的操作頻率會產生抖動并分布于一較大的頻寬，以最小化交換式電源供應器所產 生電磁干擾的尖峰值，進而降低電磁干擾的影響。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器，包含振蕩器，用來根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號；以及臨界電壓產生器，耦接于該振蕩器，用來產生該上臨界電壓及該下臨界電壓，并對該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少其一進行調制，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。
2.根據權利要求1所述的脈沖寬度調制控制器，其中該振蕩器包含 鋸齒波產生器，用來產生鋸齒波；第一比較器，包含正輸入端耦接于該上臨界電壓，及負輸入端耦接于該鋸齒波產生器， 用來于該鋸齒波提升至該上臨界電壓時產生重置信號；第二比較器，包含正輸入端耦接于該鋸齒波產生器，及負輸入端耦接于該下臨界電壓， 用來于該鋸齒波下降至該下臨界電壓時產生設置信號；以及RS觸發(fā)器，包含重置端耦接于該第一比較器，及設置端耦接于該第二比較器，用來根據 該重置信號及該設置信號，產生該切換頻率信號；其中該切換頻率信號還反饋至該鋸齒波產生器，用以控制該鋸齒波的產生。
3.根據權利要求2所述的脈沖寬度調制控制器，其中該RS觸發(fā)器是與非門形式的RS 觸發(fā)器。
4.根據權利要求1所述的脈沖寬度調制控制器，其中該臨界電壓產生器為信號轉換 器，用來對可控制的輸入信號進行信號轉換，以產生該上臨界電壓或該下臨界電壓。
5.根據權利要求4所述的脈沖寬度調制控制器，其中該上臨界電壓或該下臨界電壓是 根據該可控制的輸入信號來進行調制，以使其隨著時間的推移而改變。
6.根據權利要求1所述的脈沖寬度調制控制器，其中該臨界電壓產生器包含 第一電流源，用來提供儲能電流；第二電流源，用來提供釋能電流； 儲能開關； 釋能開關；以及電容，用來通過該儲能開關以該儲能電流來進行儲能，及通過該釋能開關以該釋能電 流來進行釋能，以產生該上臨界電壓或該下臨界電壓。
7.根據權利要求6所述的脈沖寬度調制控制器，其中該上臨界電壓或該下臨界電壓被 調制為三角波。
8.根據權利要求1所述的脈沖寬度調制控制器，其中該上臨界電壓或該下臨界電壓為固定值。
9.一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器，包含振蕩器，用來根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號；以及 分壓器，耦接于該振蕩器，用來對電源電壓進行分壓，以產生該上臨界電壓及該下臨界 電壓，并利用該電源電壓在對后端負載進行儲能或釋能操作時所產生的電位突變，調制該 上臨界電壓及該下臨界電壓，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。
10.根據權利要求9所述的脈沖寬度調制控制器，其中該振蕩器包含 鋸齒波產生器，用來產生鋸齒波；第一比較器，包含正輸入端耦接于該上臨界電壓，及負輸入端耦接于該鋸齒波產生器，用來于該鋸齒波提升至該上臨界電壓時產生重置信號；第二比較器，包含正輸入端耦接于該鋸齒波產生器，及負輸入端耦接于該下臨界電壓， 用來于該鋸齒波下降至該下臨界電壓時產生設置信號；以及RS觸發(fā)器，包含重置端耦接于該第一比較器，及設置端耦接于該第二比較器，用來根據 該重置信號及該設置信號，產生該切換頻率信號；其中該頻率切換信號還反饋至該鋸齒波產生器，用以控制該鋸齒波的產生。
11.根據權利要求10所述的脈沖寬度調制控制器，其中該RS觸發(fā)器為與非門形式的 RS觸發(fā)器。
12.一種用于脈沖寬度調制控制器的頻率抖動方法，包含有根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號；以及調制該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少其一，使其隨著時間的推移而改變，以抖動 該切換頻率信號。
13.根據權利要求12所述的頻率抖動方法，其中根據該上臨界電壓及該下臨界電壓， 產生該切換頻率信號，包含有于該鋸齒波提升至該上臨界電壓時，產生重置信號；于該鋸齒波下降至該下臨界電壓時，產生設置信號；以及根據該重置信號及該設置信號，產生該切換頻率信號。
14.根據權利要求13所述的頻率抖動方法，其中該切換頻率信號于該重置信號被接收 到時為低電平，而于該設置信號被接收到時為高電平。
15.根據權利要求12所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓是對電 源電壓進行分壓所產生。
16.根據權利要求15所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓皆利用 該電源電壓在對后端負載進行儲能或釋能操作時所產生的電位突變來進行調制。
17.根據權利要求12所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少 其一是對可控制的數(shù)字輸入信號，進行數(shù)字至模擬轉換而產生。
18.根據權利要求17所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少 其一是根據該可控制的數(shù)字輸入信號來進行調制，以使其隨著時間的推移而改變。
19.根據權利要求12所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少 其一是通過對電容進行儲能與釋能而產生。
20.根據權利要求19所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓及該下臨界電壓中至少 其一是被調制為三角波。
21.根據權利要求12所述的頻率抖動方法，其中該上臨界電壓或該下臨界電壓為固定
全文摘要
一種具有頻率抖動功能的脈沖寬度調制控制器包含有振蕩器及臨界電壓產生器。該振蕩器用來根據上臨界電壓及下臨界電壓，產生切換頻率信號。該臨界電壓產生器耦接于該振蕩器，用來產生該上臨界電壓和該下臨界電壓，并對該上臨界電壓或該下臨界電壓中至少其一進行調制，使其隨著時間的推移而改變，以抖動該切換頻率信號。
文檔編號H02M1/44GK101888175SQ200910139048
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權日2009年5月15日
發(fā)明者吳繼浩, 李威慶 申請人:綠達光電股份有限公司