專利名稱：一種原邊反饋ac-dc開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
原邊反饋方式的AC — DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型AC — DC控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋開關(guān)電源機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢(shì)在于省去了隔離芯片以及與隔離芯片配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了電路板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。原邊反饋直流電源在手機(jī)充電器等成本壓力較大的應(yīng)用領(lǐng)域，以及LED驅(qū)動(dòng)電源等對(duì)體積要求很高的應(yīng)用領(lǐng)域有較大的市場(chǎng)份額。附圖I給出了現(xiàn)有技術(shù)的一種原邊反饋AC-DC電源控制芯片及其應(yīng)用的結(jié)構(gòu)框 圖，如附圖I所示，所述原邊反饋AC-DC驅(qū)動(dòng)電源包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述變壓器包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級(jí)繞組Ns，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)單元、恒流頻率控制單元、恒壓控制單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM單元、驅(qū)動(dòng)單元、逐周期限流單元以及內(nèi)建電源模塊。在采用這種控制芯片構(gòu)成的原邊反饋AC-DC電源中，電阻Rl和電阻R2構(gòu)成取樣電路，所述FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，并從電阻Rl和電阻R2構(gòu)成取樣電路中取得信號(hào)。在控制芯片內(nèi)部，F(xiàn)B引腳連接到輸出電壓偵測(cè)單元和副邊導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)單元的輸入端，所述導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)單元的輸出連接到恒流頻率控制單元，所述輸出電壓偵測(cè)單元的輸出端連接到恒壓頻率控制單元，所述CS引腳為原邊繞組Np電流檢測(cè)信號(hào)引入腳，從NMOS管源極電阻R3上取得信號(hào)。在控制芯片內(nèi)部，CS引腳連接到逐周期限流單元的輸入端，恒流頻率控制單元和恒壓頻率控制單元的輸出信號(hào)分別連接與門的兩個(gè)輸入端，與門邏輯的輸出端(即開啟信號(hào))和逐周期限流單元的輸出端(即關(guān)斷信號(hào))分別連接到RS觸發(fā)器的S端和R端，所述RS觸發(fā)器的輸出端即Q端連接到PFM單元的輸入端，PFM單元連接到驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與控制芯片的OUT引腳連接，OUT引腳輸出接至NMOS管的柵極，用于驅(qū)動(dòng)外部的功率NMOS管。VCC引腳為控制芯片的電源引腳，用于為整個(gè)控制芯片接入外部電源；FB引腳同時(shí)作為恒流頻率控制信號(hào)和恒壓頻率控制信號(hào)，其恒流頻率控制用于偵測(cè)輔助繞組Na的導(dǎo)通時(shí)間，以便恒流頻率控制單元按比例調(diào)節(jié)工作周期，使得次級(jí)繞組Ns輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定的值，即實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電源的恒流功能；其恒壓頻率控制用于偵測(cè)副邊導(dǎo)通時(shí)輔助繞組的電壓，間接反映輸出繞組的電壓，進(jìn)而間接反映輸出電壓的大小，并根據(jù)所偵測(cè)到的電壓大小來調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，使得輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。CS為原邊繞組Np電流偵測(cè)引腳，用于偵測(cè)原邊繞組Np導(dǎo)通時(shí)的峰值電流，以實(shí)現(xiàn)各周期過程中的逐周期限流，進(jìn)而使得每個(gè)周期傳輸?shù)哪芰烤嗤籊ND為芯片的接地引腳。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由于變壓器原邊繞組Np的極性相對(duì)輔助繞組Na和次級(jí)繞組Ns同名端相反，因此在原邊繞組Np導(dǎo)通時(shí)，F(xiàn)B引腳為負(fù)電壓；當(dāng)處于次級(jí)繞組Ns導(dǎo)通階段時(shí)，由于輔助繞組Na與次級(jí)繞組Ns同名端極性相同，因此FB電壓為正電壓，此時(shí)變壓器副邊繞組電壓為￥8=￥0+￥2，輔助繞組電壓￥&=￥8父(NA/NS) =VFB X R2/ (R1+R2)，因此 Vo=VFB X R2 X NS/[(Rl+R2)*NA]-Vz，也就是輸出電壓是反饋電壓VFB的函數(shù)，芯片通過恒壓頻率控制單元來調(diào)節(jié)VFB到設(shè)定值，即可使得輸出電壓Vo穩(wěn)定在設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)工作在恒壓模式；當(dāng)系統(tǒng)工作在恒流模式時(shí)，副邊導(dǎo)通時(shí)間檢測(cè)單元可通過偵測(cè)FB引腳為正電壓的時(shí)間來確定次級(jí)繞組Ns的導(dǎo)通時(shí)間Tons，并以此為依據(jù)來確定系統(tǒng)的工作周期T=KXTons，其中K為比例系數(shù)。由于系統(tǒng)工作于斷續(xù)模式，每個(gè)周期均要使原邊繞組Np儲(chǔ)存的能量全部在次級(jí)繞組Ns釋放,這樣次級(jí)繞組Ns的平均輸出電流Iout=Ips X Tons/T=Ipp X (NS /NP) X (1/K),Ips為次級(jí)繞組Ns導(dǎo)通時(shí)的峰值電流，Ipp為原邊繞組Np導(dǎo)通時(shí)的峰值電流，Ns為次級(jí)繞組Ns的圈數(shù)，Np為原邊繞組Np的圈數(shù)。這樣只要設(shè)定好Ipp和K及變壓器參數(shù)，那么次級(jí)繞組Ns的輸出電流就是一個(gè)恒定值。當(dāng)系統(tǒng)工作在恒流模式時(shí)，在輸入電壓和輸出電壓都固定時(shí)，對(duì)相同的系統(tǒng)參數(shù)，副邊導(dǎo)通時(shí)間 Tons= (IpsXLs)/ (Vout+Vz)= IppX (NS /NP) XLs / (Vout+Vz)= (Vcs/R3) X (NS /NP) XLs/ (Vout+Vz),由于Vcs為芯片內(nèi)部的限流閾值，是個(gè)定值，其余參數(shù)也 均為定值，因此副邊導(dǎo)通時(shí)間Tons為定值，這樣周期T=KXTons為固定值，也就是當(dāng)系統(tǒng)工作在恒流模式時(shí)，其工作頻率是固定的，這樣EMI的能量都集中在該工作頻率及其N次諧波上，從而使得EMI很大，難以達(dá)到充電器和LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)EMI的要求。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電磁干擾較低的原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測(cè)單元、恒壓頻率控制單元、內(nèi)建電源單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM單元、驅(qū)動(dòng)單元和逐周期限流單元；所述控制芯片還包括一頻率抖動(dòng)單元,所述頻率抖動(dòng)單元與所述恒流頻率控制單元連接；所述恒流頻率控制單元包括充電電流源、放電電流源、第一開關(guān)、第二開關(guān)、反相器、電容和比較器；所述頻率抖動(dòng)單元設(shè)置抖頻控制電流產(chǎn)生電路，所述抖頻控制電流產(chǎn)生電路包括振蕩器、分頻器、若干組電流源和開關(guān)。應(yīng)用于上述技術(shù)方案，所述的抖頻控制系統(tǒng)中，所述頻率抖動(dòng)單元的輸出端與所述充電電流源連接。應(yīng)用于上述各個(gè)技術(shù)方案，所述的抖頻控制系統(tǒng)中，所述頻率抖動(dòng)單元的輸出端與所述放電電流源連接。采用上述方案，本發(fā)明通過設(shè)置頻率抖動(dòng)單元，并且，所述頻率抖動(dòng)單元與所述恒流頻率控制單元連接；通過所述頻率抖動(dòng)單元設(shè)置抖頻控制電流產(chǎn)生電路，所述抖頻控制電流產(chǎn)生電路包括振蕩器、分頻器、若干組電流源和開關(guān)；所述恒流頻率控制單元包括充電電流源、放電電流源、第一開關(guān)、第二開關(guān)、反相器、電容和比較器；從而使抖頻控制系統(tǒng)的工作頻率在一定的范圍內(nèi)周期性地抖動(dòng)，從而使電磁干擾(EMI)的能量分散于整個(gè)抖頻范圍內(nèi)的頻率段，而不是集中于某個(gè)頻率點(diǎn)，從而使抖頻控制系統(tǒng)具有很低的電磁干擾，并且，其恒流特性不受頻率抖動(dòng)的影響。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的原邊反饋AC-DC開關(guān)電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提出的電路示意圖。圖3為本發(fā)明中恒流頻率控制單元的一種電路示意圖。圖4為本發(fā)明中抖頻控制電流產(chǎn)生電路示意圖。圖5為本發(fā)明中系統(tǒng)工作于恒流模式時(shí)，各主要節(jié)點(diǎn)的波形圖。圖6為本發(fā)明中恒流頻率控制單元的另一種電路示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，本實(shí)施例提供了一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)，所述抖頻控制系統(tǒng)工作于恒流模式時(shí)，通過引入適當(dāng)?shù)念l率抖動(dòng)，使抖頻控制系統(tǒng)的工作頻率在一定的范圍內(nèi)周期性地抖動(dòng)，從而使電磁干擾(EMI)的能量分散于整個(gè)抖頻范圍內(nèi)的頻率段，而不是集中于某個(gè)頻率點(diǎn)，從而使抖頻控制系統(tǒng)具有很低的電磁干擾。此外，由于頻率的抖動(dòng)是周期性的，在平均頻率上下較窄的一段范圍內(nèi)抖動(dòng)，因此系統(tǒng)的平均工作頻率仍然是固定的，其平均周期T仍然等于K*Tons，從而保證系統(tǒng)的平均輸出電流Iout=Ips X Tons/T=0. 5 X IppX (NS /NP) X (l/Κ)不變，即系統(tǒng)的恒流特性不受頻率抖動(dòng)的影響。其中，抖頻控制系統(tǒng)包括控制芯片I、變壓器3、NMOS管2，所述控制芯片I包括副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101、恒流頻率控制單元102、輸出電壓偵測(cè)單元103、恒壓頻率控制單元105、內(nèi)建電源單元104、與門邏輯106、RS觸發(fā)器107、PFM單元108、驅(qū)動(dòng)單元109和逐周期限流單元110、以及一頻率抖動(dòng)單元111。并且，頻率抖動(dòng)單元111與恒流頻率控制單元102連接；如圖3所示，圖3是恒流頻率控制單元102的內(nèi)部電路示意圖。恒流頻率控制單元102由充電電流源1021、放電電流源1023、第一開關(guān)1022、第二開關(guān)1024、反相器1025、電容1026和比較器1027組成。其中充電電流源1021的一端接電源，另一端接第一開關(guān)1022的輸入端，同時(shí)連接頻率抖動(dòng)單元111的輸出端；第一開關(guān)1022的輸出端連接電容1026的上極板和放電電流源1023的一端，同時(shí)連接比較器1027的同相輸入端；第一開關(guān)1022的控制端連接反相器1025的輸出端；反相器1025的輸入端連接副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101，輸入副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101的輸出信號(hào)Tons ;放電電流源1023的另一端連接第二開關(guān)1024的輸入端；第二開關(guān)1024的輸出端接地，第二開關(guān)1024的控制端連接副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101，輸入其輸出信號(hào)Tons ;比較器1027的反相輸入端連接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vref ;比較器1027的輸出端out連接與門邏輯106的一個(gè)輸入端。并且，所述頻率抖動(dòng)單元設(shè)置抖頻控制電流產(chǎn)生電路，通過抖頻控制電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)抖頻控制電流Ij ;其中，如圖4所示，圖4為抖頻控制電流Ij的產(chǎn)生電路，它由振蕩器、分頻器和若干組(η組)電流源和開關(guān)組成。設(shè)振蕩器周期為t，則在一個(gè)大周期T0=2nXt內(nèi)，Ij的電流將在-2nXI0到2nXI0之間變化，變化的步長(zhǎng)為10，每一步持續(xù)時(shí)間為t，這樣在整個(gè)大周期TO內(nèi)Ij的平均電流等于零。抖頻控制電流Ij進(jìn)入恒流頻率控制單元102并疊加在充電電流源1021上，因此實(shí)際的充電電流Ic= I/(K-I)+Ij，這樣Ic就是一個(gè)周期性變化的電流，其變化范圍為I/ (K-I) - 2nX IO至I/ (K-I) + 2nX IO其變化的步長(zhǎng)為10，每一步持續(xù)時(shí)間為t，且在大周期TO內(nèi)平均電流為I/(K-I);因此電容1026充電的時(shí)間(Tonp +Toff)也會(huì)周期性地變化，系統(tǒng)在恒流模式時(shí)的工作頻率也會(huì)周期性地變化，即實(shí)現(xiàn)了抖頻功能，而在一個(gè)大周期TO內(nèi)，平均頻率是固定不變的，不受抖頻的影響，從而保證了輸出電流的恒定。并且，如圖5所示，圖5是抖頻控制系統(tǒng)工作于恒流模式時(shí)，各主要節(jié)點(diǎn)的波形圖。其中Tons為副邊導(dǎo)通時(shí)間，Tonp為原邊導(dǎo)通時(shí)間，Is為副邊電流，Ips為副邊電流峰值，Toff原副邊均關(guān)斷的時(shí)間，T為周期；當(dāng)原邊關(guān)斷、副邊導(dǎo)通時(shí)(Tonp=0，Tons=I),輔助繞組Na電壓反饋引入腳FB的電壓VFB為正電壓，副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101的輸出信號(hào)為高電平，第二開關(guān)1024導(dǎo)通、第一開關(guān)1022關(guān)斷，放電電流源1023給電容1026放電，放電電流大小為I，此時(shí)電容1026上極板電壓Vc從最高點(diǎn)Vl開始下降，下降斜率為S ;當(dāng)副邊放電完畢時(shí)，引入腳FB電壓會(huì)下降，并經(jīng)過諧振后趨于零，在引入腳FB電壓的下降沿，副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101的輸出信號(hào)也從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，第一開關(guān)1022導(dǎo)通、放電電流源1023關(guān)閉，電容1026上極板電壓Vc電壓被放電到V0，并進(jìn)入充電階段，先假設(shè)Ij=O,則充電電流為I/(K-I)，電容1026上極板電壓Vc上升斜率為S/(K-I)，此時(shí)抖頻控制系統(tǒng)處于原邊、副邊均關(guān)斷的階段Toff ;當(dāng)電容1026上極板電壓Vc電壓上升到內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，比較器1027的輸出發(fā)生反轉(zhuǎn)，輸出開啟信號(hào)，比較器1027的輸出端OUT輸出高電平，原邊導(dǎo)通，輔助繞組Na電壓反饋引入腳FB的電壓變?yōu)樨?fù)電壓，因此副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101的輸出信號(hào)仍為低電平，Vc電壓按照原斜率繼續(xù)上升，原邊導(dǎo)通后，原邊峰值電流開始上升，電阻R3上的控制芯片引入腳CS的電壓開始上升，當(dāng)引入腳CS的電壓上升至逐周期限流閾值時(shí)，逐周期限流單元110發(fā)出脈沖，RS觸發(fā)器107輸出端Q發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，原邊關(guān)閉，進(jìn)入副邊導(dǎo)通階段；由于每個(gè)周期限流閾值均相同，且線電壓和變壓器參數(shù)均固定，因此原邊導(dǎo)通時(shí)間Tonp為一固定值，因此Vl=Vref+TonpX [S/ (K-I)]也為一固定值；Vc 的最低電壓 VO=Vl-(Tons X S)，則 Tons= (V1-V0)/S ;而 Tof f+Tonp= (V1-V0)X [S/ (K-I) ] =Tons X (K-I);因此 T= Tons X K，故平均輸出電流 Io=O. 5 X Ips X Tons/T=IppX (NS /NP) X (l/Κ)是一個(gè)定值?；蛘?所述頻率抖動(dòng)單元的輸出端與所述放電電流源連接,通過把抖頻控制電流Ij疊加在放電電流源1023上來實(shí)現(xiàn)抖頻功能；其中，如圖6所示，放電電流源1023的一端接地，另一端連接第二開關(guān)1024，并同時(shí)連接頻率抖動(dòng)單元111的輸出端；，輸入抖頻控制電流Ij ;第二開關(guān)1024的控制端連接副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元101，輸入其輸出信號(hào)Tons，如此，通過將抖頻控制電流Ij疊加在放電電流源1023上，基于同樣的工作原理，可以實(shí)現(xiàn)抖頻功率，使得抖頻控制系統(tǒng)的工作頻率在一定的范圍內(nèi)周期性地抖動(dòng)，從而使電磁干擾EMI的能量分散于整個(gè)抖頻范圍內(nèi)的頻率段，而不是集中于某個(gè)頻率點(diǎn)，從而使抖頻控制系統(tǒng)具有很低的電磁干擾。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導(dǎo)通時(shí)間偵測(cè)單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測(cè)単元、恒壓頻率控制單元、內(nèi)建電源單元、與門邏輯、RS觸發(fā)器、PFM単元、驅(qū)動(dòng)單元和逐周期限流単元，其特征在于； 所述控制芯片還包括ー頻率抖動(dòng)單元,所述頻率抖動(dòng)單元與所述恒流頻率控制單元連接； 所述恒流頻率控制単元包括充電電流源、放電電流源、第一開關(guān)、第二開關(guān)、反相器、電容和比較器； 并且，所述頻率抖動(dòng)單元設(shè)置抖頻控制電流產(chǎn)生電路，所述抖頻控制電流產(chǎn)生電路包括振蕩器、分頻器、若干組電流源和開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抖頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率抖動(dòng)單元的輸出端與所述充電電流源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抖頻控制器，其特征在于，所述頻率抖動(dòng)單元的輸出端與所述放電電流源連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原邊反饋AC-DC開關(guān)電源的抖頻控制系統(tǒng)，包括控制芯片、變壓器、NMOS管；控制芯片還包括一頻率抖動(dòng)單元，頻率抖動(dòng)單元與控制芯片內(nèi)的恒流頻率控制單元連接；頻率抖動(dòng)單元設(shè)置抖頻控制電流產(chǎn)生電路，抖頻控制電流產(chǎn)生電路包括振蕩器、分頻器、若干組電流源和開關(guān)；恒流頻率控制單元包括充電電流源、放電電流源、第一開關(guān)、第二開關(guān)、反相器、電容和比較器。本發(fā)明通過在控制芯片中引入適當(dāng)?shù)念l率抖動(dòng)，使抖頻控制系統(tǒng)的工作頻率在一定的范圍內(nèi)周期性地抖動(dòng)，從而使電磁干擾的能量分散于整個(gè)抖頻范圍內(nèi)的頻率段，而不是集中于某個(gè)頻率點(diǎn)，從而使抖頻控制系統(tǒng)具有很低的電磁干擾，其恒流特性不受頻率抖動(dòng)的影響。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102761275SQ20121021138
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者許煌樟 申請(qǐng)人:深圳市穩(wěn)先微電子有限公司