專利名稱：一種模擬抖頻電路及應(yīng)用該電路的開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬抖頻電路及應(yīng)用該電路的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品上的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器通常包括兩種形式交流轉(zhuǎn)直流 (AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。傳統(tǒng)開關(guān)模電源轉(zhuǎn)換器多工作于固定頻率，常常在頻域上 表現(xiàn)出極大的電磁干擾，很難通過國際安全規(guī)范。因此，傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器以犧牲專門處理電 磁干擾的器件成本和轉(zhuǎn)換效率為代價。為抑制電磁干擾，出現(xiàn)了采用抖頻技術(shù)(即頻率調(diào)制技術(shù))使開關(guān)頻率分布在多個 頻率上。傳統(tǒng)抖頻方法主要集中在模擬方法上，如圖1所示，圖1描繪了一種基于傳統(tǒng)頻率 調(diào)變技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器10。一控制電路20藕接于一回授單元15，以產(chǎn)生一開關(guān)信號VSW， 該開關(guān)信號調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器10的輸出信號V0，該回授單元15藕接于電源轉(zhuǎn)換器10的輸 出，以產(chǎn)生一回授信號VFB。其中該開關(guān)信號VSW是依照回授信號VFB而變化。一變壓器 TRl的一開關(guān)電流IS經(jīng)由撿流電阻器RS被轉(zhuǎn)換成電壓信號VS。該信號VS被控制電路20 接受且據(jù)此產(chǎn)生開關(guān)信號VSW。開關(guān)信號VSW依據(jù)控制電路20內(nèi)部電路進(jìn)行頻率調(diào)變，拓 展電源轉(zhuǎn)換器10的EMI頻譜能量，用以降低EMI。圖中，控制電路20包括一第一振蕩器、一 編碼電路、一第二振蕩器、一脈寬調(diào)制器。該第一振蕩器產(chǎn)生一脈沖信號PLSl。該編碼電路 藕接至該第一振蕩器，用以產(chǎn)生一數(shù)字信號組也…如。其中，η為正整數(shù)。第二振蕩器藕接 至該編碼電路，響應(yīng)該數(shù)字信號組(1Ρ··(1η調(diào)變可變電容器，用以產(chǎn)生一頻率調(diào)變的脈沖信 號PLS2。該脈沖寬度調(diào)制器藕接至該第二振蕩器，響應(yīng)該脈沖信號PLS2、回授信號VFB及 信號VS產(chǎn)生一頻率調(diào)變的開關(guān)信號VSW，因此拓展了電源轉(zhuǎn)換器10的EMI頻譜能量，降低 了 ΕΜΙ。但是從上述分析我們了解到模擬電路以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率的頻率(約幾百到上千赫 茲)提供調(diào)制包絡(luò)信號，導(dǎo)致模擬電路中的電容器常常耗費(fèi)較大面積，成本較高。此外，后來 出現(xiàn)的數(shù)字抖頻技術(shù)，雖然解決了成本問題，但其性能因調(diào)制的頻率個數(shù)較少且不平滑而 不如模擬方法優(yōu)越。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種模擬抖頻電路，可應(yīng)用于開關(guān)電源等，通過模擬式頻率 拓展或調(diào)制來降低電路中的電磁干擾。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低 頻鋸齒波電流產(chǎn)生器和主振蕩器依次電性連接組成；所述的低頻振蕩器包括第一比較器、 充電電流源、放電電流源和電容放大器；所述第一比較器的輸出端經(jīng)反相器分別與控制由 充電電源為電容放大器充電的第一開關(guān)管和由放電電源為電容放大器放電的第二開關(guān)管 連接。本發(fā)明另外提供一種應(yīng)用上述抖頻電路的開關(guān)電源，該電源能較好的抑制自身的 電磁干擾。
該目的采用以下方案實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)用上述抖頻電路的開關(guān)電源，包括變壓器和一
控制電路，其特征在于所述控制電路藕接一設(shè)于變壓器輸出端的回授單元，以產(chǎn)生一開關(guān)
信號調(diào)節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述模擬抖頻電路與脈寬調(diào)制器藕接組成。本發(fā)明采用模擬電路實(shí)現(xiàn)在抑制電磁干擾功效不變前提下，大大降低電路面積，
電路簡單，而且可設(shè)計成集成電路，成本低，具有較好的市場價值。


圖1是基于傳統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)的電源轉(zhuǎn)換器。圖2是本發(fā)明抖頻電路的電路連接示意圖。圖3是圖2中SW的頻率時序曲線圖。圖4是電容放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。圖5是基于抖頻電路的電源轉(zhuǎn)換器的電路原理示意框圖。主要組件符號說明 20、300 控制電路
Ql 晶體管 TRl 變壓器 Dl 二極管 P1、P2、N1、N2 開關(guān) A1、A5 放大器 A2、4 比較器 ΜΓΜ8 晶體管 15,104 回授單元電阻器 Cl、C2、CT、Cp 電容器 CO 可變電容器 1000 電壓轉(zhuǎn)換器子系統(tǒng) 2000 脈沖寬度調(diào)制器
FB:回授端 PLS1、PLS2、PB、P、CLK、CLKB 脈沖信號 (1Ρ··(1η 數(shù)字信號組 VCC 供電電壓輸入端 Vcc:供電電壓 VCT:周期電壓三角波 Sff 切換輸出端 Vfb 回授電壓 Vin 輸入電壓 VH, VHl 上參考閾值電壓 VL, VLl 下參考閾值電壓
4I 輸出電壓 Vs 檢流電壓 13:切換電流
IcH、charge 充電電流 -lDIS λ 丄 discharge 放電電流
16、18、I 電流 Iin 輸入電流 Uin 輸入電壓 Vsw 開關(guān)信號 Fsw 開關(guān)頻率 f 最大頻率 fN 最小頻率 fT 典型頻率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例子對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。本發(fā)明提供一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產(chǎn)生 器和主振蕩器依次電性連接組成。具體的，參見圖2，圖2是本實(shí)施例子的抖頻電路的電路 連接示意圖，圖中，所述的低頻振蕩器包括第一比較器、充電電流源、放電電流源和電容放 大器；所述的低頻振蕩器的輸出端經(jīng)第一比較器、反相器分別與控制由充電電流源為電容 放大器充電的第一開關(guān)管和由放電電流源為電容放大器放電的第二開關(guān)管連接。所述的電 容放大器由一電阻和第一放大器組成。所述的低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器由第一射隨器、第一 電流鏡和第二電流鏡依次級聯(lián)組成。所述的主振蕩器包括第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、放電電 流源以及依次級聯(lián)的第二射隨器、第三電流鏡和充放電電容器；所述的第三開關(guān)管和第四 開關(guān)管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第 三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經(jīng)RS觸發(fā)器和反相器輸出。本發(fā)明所述的抖頻電路可集成于一集成塊中，可大大減小電路的體積及成本。為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面我們結(jié)合電路對本發(fā)明的工作原理 做進(jìn)一步的描述
請繼續(xù)參見圖2，抖頻控制電路1000由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器和主振蕩 器(OSC)組成。低頻振蕩器由電容放大器1001 (等效為電容CT)、比較器A2、充放電電流源 Idmge和Idis。！、開關(guān)Pl和Nl及反相器構(gòu)成。工作時，在CT上產(chǎn)生一個周期為m毫秒的 鋸齒波電壓信號Vct (m為預(yù)設(shè)常數(shù))，該鋸齒波電壓信號Vct被低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器轉(zhuǎn)換 成低頻鋸齒波電流信號去擾動OSC實(shí)現(xiàn)抖頻。各模塊電路詳細(xì)工作過程如下 (1)低頻振蕩器及低頻鋸齒波電流工作原理
低頻振蕩器包含VH和VL兩個基準(zhǔn)電壓信號(VH VL)，Pl和m兩個開關(guān)管，電容放 大器等效為電容CT，充放電電流源Ictoge和Idisctoge, P型電子管輸入的比較器A2及反相器。 低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器包含射隨器(由A1、R3、M7構(gòu)成)、電流鏡M3和M4、電流鏡M5和M6。針 對一個低頻鋸齒波電流周期進(jìn)行分析(I)低頻振動器
①初始時CT電容電壓為0，V+=VH，由于比較器A2的“-”相位端輸入信號V-=VCT=0< V+，因此，PB= “1”，P= “0”，開關(guān)m斷開，開關(guān)Pl閉合，開關(guān)P3斷開，電流源Ietoge開始給 電容CT充電，CT上電壓增加；
②在CT電容充電過程中，當(dāng)V-=VCT>V+=VH時，比較器A2輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，因此 PB= “0”，P= “1”，開關(guān)m閉合，開關(guān)Pl斷開，開關(guān)P3閉合，電流源Idisctoge給電容CT放 電，CT上電壓下降，同時選通信號V+=VL ；
③當(dāng)V-=VCT<V+=VL時，比較器A2輸出信號再次翻轉(zhuǎn)，因此，PB=“1”，P= “0”，開關(guān)Nl 斷開，開關(guān)Pl閉合，開關(guān)P3斷開，電流源Ictoge開始給電容CT充電，CT上電壓增加，同時選 通信號V+=VH ；
④之后工作過程重復(fù)②和③動作，結(jié)果在等效電容CT上產(chǎn)生周期性鋸齒波電壓信號
Vct ο(II)低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器
射隨器(由A1、R3、M7構(gòu)成)將Vct轉(zhuǎn)換為鋸齒波電流VCT/R3，流經(jīng)電流鏡M3和M4以及M5 和M6 (電流鏡M3、M4、M5、M6的預(yù)設(shè)比例為η :1，η為常數(shù))，因此，I6=VCT/nR3。(2)主振蕩器(OSC)工作原理
主振蕩器包含射隨器(由A5、R2, M8構(gòu)成)，電流鏡M1和M2,電容Cp，開關(guān)P2和N2，放 電電流源Idis，比較器A3和A4，鎖存器和反相器。VHl和VLl為兩個基準(zhǔn)信號(VH1 VL1 )， Ich和Idis為充放電電流源，CLK和CLKB為時鐘信號。電流I=I6+I8流經(jīng)預(yù)設(shè)比例為Ii1 :1的 電流鏡 M1 和 M2 (Ii1 為常數(shù))，因此，Ich=IAi1= VcrAm1R3+ VeefZii1R20 其中 I6= VctAiR3，I8=Vkef/ &?，F(xiàn)對OSC的一個時鐘周期信號分析
①初始時Cp電容電壓為“0”，比較器A4的“-”相位端輸入信號為VA4_=VL1>0，“ + ”相 位端輸入信號AV=Vcp=O,由于VA4+=VCP< VA4_=VL1，故比較器的輸出信號為“0”，導(dǎo)致送到RS 觸發(fā)器R端信號R= “0”，因此，Q= “0”，導(dǎo)致CLKB= "0",CLK= “1”。那么，開關(guān)P2閉合，N2 斷開，Ich給Cp充電；此時，對于比較器A3來說，“_”相位端輸入信號為W “ + ”相位端 輸入信號VA3+=VH1，VA3_=VCp<VA3+=VH1，比較器A3的輸出信號為“ 1 ”，導(dǎo)致送到RS觸發(fā)器S端 信號S= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。②在振蕩器電容充電過程中，隨著Vcp上升，VA4+=VCp> VA4_=VL1，比較器A4的輸 出信號為“1”，導(dǎo)致送到RS觸發(fā)器R端信號R= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于S端信號。當(dāng) VA3-=Vcp>VA3+=VH1時，比較器A3的輸出信號為“0”，導(dǎo)致送到RS觸發(fā)器S端信號S= “0”，因 此，Q= “1”，導(dǎo)致CLKB= “1”，CLK= “0”。那么，開關(guān)P2斷開，N2閉合，Idis給Cp放電；
③在振蕩器電容放電過程中，隨著Vep下降，VA3_=VCp<VA3+=VH1,比較器A3的輸出信號 為“1”，導(dǎo)致送到RS觸發(fā)器S端信號R= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。當(dāng)W VA4_=VL1時，比較器A4輸出信號翻轉(zhuǎn)為“0”，因此，Q= “0”，導(dǎo)致CLKB= “0”，CLK= “1”。那 么，開關(guān)P2閉合，N2斷開，Iqi給Cp充電；
④之后工作過程重復(fù)②和③動作，在電容Cp上產(chǎn)生鋸齒波電壓信號Vcp，同時輸出時 鐘信號CLK禾口 CLKB。圖3顯示了抖頻電路開關(guān)頻率的時序曲線。圖中T為內(nèi)部調(diào)制信號的周期。開關(guān) 頻率在fM與fN之間變化，fx為中值頻率。其中fM、fN相對fT變化幅度-59Γ5%。
權(quán)利要求
1.一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器和主振蕩 器依次電性連接組成；所述的低頻振蕩器包括第一比較器、充電電流源、放電電流源和電容 放大器；所述第一比較器的輸出端經(jīng)反相器分別與控制由充電電流源為電容放大器充電的 第一開關(guān)管和由放電電流源為電容放大器放電的第二開關(guān)管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的電容放大器由一電阻和 第一放大器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器 由第一射隨器、第一電流鏡和第二電流鏡依次級聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的主振蕩器包括第三開關(guān) 管、第四開關(guān)管、放電電流源以及依次級聯(lián)的第二射隨器、第三電流鏡和充放電電容器；所 述的第三開關(guān)管和第四開關(guān)管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端 連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經(jīng)RS觸發(fā) 器和反相器輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的模擬抖頻電路，其特征在于所述的模擬抖頻電路集成于一集成塊中。
6.一種應(yīng)用權(quán)利1所述電路的開關(guān)電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于所述 控制電路藕接一設(shè)于變壓器輸出端的回授單元，以產(chǎn)生一開關(guān)信號調(diào)節(jié)所述變壓器的脈沖 寬度，所述的控制電路由所述模擬抖頻電路與脈寬調(diào)制器藕接組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的控制電路是一由所述模擬抖 頻電路與脈寬調(diào)制器藕接組成的集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬抖頻電路，其特征在于由低頻振蕩器、低頻鋸齒波電流產(chǎn)生器和主振蕩器依次電性連接組成。本發(fā)明另提供應(yīng)用該抖頻電路的開關(guān)電源。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)頻率的調(diào)制，應(yīng)用于開關(guān)電源能有效降低電磁干擾，電路設(shè)計成本低，具有較好的使用價值。
文檔編號H02M1/44GK102064682SQ201010551060
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者李鐸, 王利, 高耿輝 申請人:友順科技股份有限公司, 大連連順電子有限公司