對相關申請的交叉引用

本申請根據(jù)專利合作條約(pct)第8條要求于2015年10月13日提交的美國非臨時申請no.14/881,527的優(yōu)先權，該美國非臨時申請要求于2014年11月10日提交的美國臨時申請no.62/077,639的優(yōu)先權，該兩個美國申請的內容通過引用方式納入本文。

背景

本發(fā)明總體上涉及對功率轉換器進行控制。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及對電流限制信號進行調制以在變化的負載條件下向開關式功率轉換器的開關頻率引入抖動。

背景技術：

電子設備(諸如手機、平板電腦、筆記本電腦等)使用電力運行。由于開關式功率轉換器效率高、尺寸小而且重量輕，通常使用開關式功率轉換器用于給現(xiàn)在的電子設備供電。常規(guī)的壁式插座提供高壓交流電。在開關功率轉換器中，通過能量傳遞元件對高壓交流(ac)輸入進行轉換，以向負載提供良好調節(jié)的直流(dc)輸出。在操作中，將開關導通和關斷，以通過改變占空比(通常是開關的導通時間與總開關時段的比率)、改變開關頻率或改變開關式功率轉換器中開關每單位時間的導通/關斷脈沖的數(shù)量來提供期望的輸出。

為了滿足安全規(guī)范標準，開關式電源可能發(fā)出過多emi。尤其是對于以恒定頻率開關的電源，基波/諧波以及相關雜散信號上出現(xiàn)的大量干擾可能會超過emi屏蔽(mask)允許的水平。

附圖說明

參考以下附圖描述本發(fā)明的非限制性和非窮盡性實施方案，其中，除非另有說明，否則相同的附圖標記表示各個視圖中的相同部件。

圖1a是示出了根據(jù)本公開內容的教導的具有已調制的電流限制信號以向開關頻率引入抖動的一個示例功率轉換器的框圖。

圖1b是示出了根據(jù)本公開內容的教導的對電流限制信號進行調制以向開關頻率引入抖動的一個示例控制器的框圖。

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的教導的示出了通過已調制的電流限制信號被調節(jié)的開關頻率的示例波形的示例時序圖。

圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的教導的示出了通過已調制的電流限制信號被調節(jié)的開關頻率的示例波形的示例時序圖。

圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的教導的示出了通過已調制的電流限制信號被調節(jié)的開關頻率的示例波形的示例時序圖。

在附圖的若干視圖中，對應的附圖標記表示對應的部件。本領域技術人員將理解，附圖中的元件為了簡單和清楚而示出并且不一定按比例繪制。例如，為了幫助提高對本發(fā)明的各種實施方案的理解，附圖中一些元件的尺寸可能相對于其他元件被夸大。另外，為了便于較少妨礙觀察本發(fā)明的各種實施方案，通常未描繪在商業(yè)可行的實施方案中有用或必要的常見但眾所周知的元件。

具體實施方式

在下面的描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了許多具體細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員來說明了的是，不必需采用所述具體細節(jié)來實踐本發(fā)明。在其他情況下，為了避免模糊本發(fā)明，未詳細描述公知的材料或方法。

在整個說明書中提及“一個實施方案”、“實施方案”、“一個實施例”或“實施例”意味著結合該實施方案或實施例描述的特定特征、結構或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施方案中。因此，本說明書通篇在各個地方出現(xiàn)的“在一個實施方案中”、“在實施方案中”、“一個實施例”或“實施例”的短語不一定都指相同的實施方案或實施例。此外，在一個或多個實施方案或實施例中可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合對特定特征、結構或特性進行組合。特定的特征、結構或特性可以被包括在提供所描述的功能的集成電路、電子電路、組合邏輯電路或其他合適的部件中。另外，要理解的是，本文提供的附圖是為了向本領域普通技術人員解釋之目的，并且附圖不一定按照比例繪制。

減少開關式電源中出現(xiàn)在基波/諧波上的emi干擾的一種方法是通過改變開關頻率(也稱為頻率抖動)將能量擴展到其他頻率。根據(jù)本發(fā)明的教導的實施例描述了如何通過擾亂每個開關周期中的電流限制來使開關頻率抖動。所公開的實施例的另一好處是通過擾亂每個開關周期中的電流限制來減少音頻噪聲。

為了解釋頻率抖動，方程式p＝k*f*li^2(k是常數(shù)，l是固定電感，i是固定電流限制，以及f是固定開關頻率)描述了如何使功率轉換器的輸出功率保持恒定。然而，如果電流限制變化，但是通過反饋回路使功率維持恒定，則將迫使f變化以補償i的變化。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導可以不使用變頻振蕩器實現(xiàn)開關頻率的抖動。

圖1a是示出了根據(jù)本發(fā)明教導的具有已調制的電流限制信號以向開關頻率引入抖動的一個示例功率轉換器的框圖。所示的功率轉換器100的實施例包括能量傳遞元件t1104、能量傳遞元件t1104的初級繞組106、能量傳遞元件t1104的次級繞組108、功率開關s1110、輸入返回111、箝位電路112、整流器d1114(也稱為輸出二極管d1)、輸出電容器c1116、輸出返回117、感測電路146、使能電路122和控制器120。

圖1a中還示出了輸入電壓vin102、輸出量uo134、輸出電壓vo130、輸出電流io133、反饋信號ufb136、電流感測信號150、驅動信號148和開關電流id140。在所示實施例中，為了解釋的目的，功率轉換器100被示為具有反激拓撲。要理解的是，功率轉換器的其他已知拓撲結構和配置也可以從本發(fā)明的教導中受益。

功率轉換器100從一個未調節(jié)的輸入vin102向負載118提供輸出功率。輸入vin102耦合至能量傳遞元件t1104。功率轉換器100使用能量傳遞元件t1104將能量從初級繞組106傳遞到次級繞組108。np和ns分別表示初級繞組106和次級繞組108的匝數(shù)。在圖1a的實施例中，初級繞組106可以被視為輸入繞組，次級繞組108可以被視為輸出繞組。初級繞組106還耦合至功率開關s1110，該功率開關又耦合至輸入返回111。另外，箝位電路112耦合在能量傳遞元件t1104的初級繞組106的兩端。

能量傳遞元件t1104的次級繞組108耦合至整流器d1114。在圖1a所示的實施例中，整流器d1114被例示為二極管，次級繞組108耦合至二極管的陽極。輸出電容器c1116和負載118都耦合至整流器d1114。在圖1a的實施例中，輸出電容器c1116和負載118都耦合至二極管的陰極。向負載118提供輸出，并且該輸出可以作為輸出電壓vo130、輸出電流io133或兩者的組合來提供。

在圖1a的實施例中，輸入電壓vin102相對于輸入返回111為正，并且輸出電壓vo130相對于輸出返回117為正。圖1a的實施例示出了輸入返回111與輸出返回117之間的流電隔離。換句話說，施加在輸入返回111與輸出返回117之間的直流電壓將產(chǎn)生大致零電流。因此，電耦合至初級繞組106的電路與電耦合至次級繞組108的電路流電隔離。

功率轉換器100還包括用于調節(jié)輸出的電路，該輸出被例示為輸出量uo134。感測電路146耦合至使能電路122。感測電路146輸出反饋信號ufb136，其代表輸出量uo134。在輸入側，電流感測信號150可以代表功率開關s1110中的漏極電流id140。

另外，開關控制器142向功率開關s1110提供驅動信號148以控制各種開關參數(shù)。這些參數(shù)的示例可以包括功率開關s1110的開關頻率、開關時段、占空比或相應的導通時間和關斷時間。

箝位電路112耦合至能量傳遞元件t1104的初級繞組106，以限制功率開關s1110上的最大電壓。功率開關s1110響應于從控制器120接收的驅動信號148而關斷和閉合。通常理解的是，閉合的開關可以傳導電流并被認為是導通的(on)，而關斷的開關不能傳導電流并被認為是斷開的(off)。在圖1a的實施例中，功率開關s1110響應于控制器120控制漏極電流id140，以滿足功率轉換器100的指定性能。在一些實施方案中，功率開關s1110可以為晶體管。

如圖1a所示，控制器120包括開關控制器142、算術運算器141、抖動發(fā)生器124和電流限制發(fā)生器132。開關控制器142被耦合以從使能電路122接收使能信號uen144。驅動信號148響應于使能信號uen144導通功率開關s1110。抖動發(fā)生器124被耦合以向算術運算器提供抖動信號ujtr126。抖動發(fā)生器124也可以稱為抖動調制器。電流限制發(fā)生器132產(chǎn)生電流限制信號uilim128。電流限制發(fā)生器132可以被稱為控制調制器。算術運算器141被耦合以接收抖動信號ujtr126和電流限制信號uilim128，并將已調制的電流限制信號ujlim138輸出到開關控制器142。

控制器120還接收電流感測信號150，該電流感測信號傳送感測到的功率開關s1110的漏極電流id140。

圖1b為進一步示出了圖1a的示例控制器的框圖。控制器120包括開關控制器142、算術運算器141、抖動發(fā)生器124和電流限制發(fā)生器132。

開關控制器142包括鎖存器166和比較器168。鎖存器166被耦合以接收使能信號uen144。使能信號uen144在導通時段ton158內設置用于功率開關s1110的驅動信號148。比較器168被耦合以在非反相輸入端接收電流感測信號150，并在反相輸入端接收已調制的電流信號ujlim138。電流感測信號代表功率開關s1110的漏極電流id140。如果電流感測信號大于已調制的電流限制，則鎖存器166復位，從而在斷開時段toff156內關斷功率開關s1110。開關時段ts154包括導通時段ton158和斷開時段toff156。圖1a中的功率開關s1的開關時段可以由下列等式定義：

ts＝ton+toff。(1)

所述開關時段ts154在每個開關周期都被調整，使得能量在不同的頻率散開，這又降低了音頻噪聲。

抖動發(fā)生器124產(chǎn)生抖動信號ujtr126。在一個實施例中，抖動ujtr126信號可以是鋸齒波形。在另一實施例中，抖動信號ujtr126可以是三角形波形。在另一實施例中，抖動信號ujtr126可以是臺階式或階梯式波形。在其他實施例中，抖動信號ujtr126可以是任何波形。在該實施例中，抖動信號ujtr126可以具有調制時段tm152。抖動信號ujtr126的調制時段tm152可以大于開關時段ts154。算術運算器141被耦合以接收電流限制信號uilim128和抖動信號ujtr126。在一個實施例中，算術運算器141是乘法器143。在其他實施方式中，算術運算器141可以是另一數(shù)學運算器或多個數(shù)學運算器。

圖2是示出了抖動發(fā)生器和電流限制發(fā)生器的過程的示例時序圖。第一時序圖示出了由圖1a和圖1b所示的電流限制發(fā)生器產(chǎn)生的電流限制信號228。在該實施例中，電流限制信號uilim228是恒定值a。第二時序圖示出了由圖1a和圖1b所示的抖動發(fā)生器產(chǎn)生的抖動信號ujtr226。在該實施例中，抖動信號是具有峰值為(1+x)、底值為(1-x)的三角形波形。x的值在0與1之間?？梢允褂梅謹?shù)值作為x的值。雖然在該實施例中抖動信號ujtr226是三角形波形，但抖動信號ujtr226可以通過前述波形的任何變化來表示。

圖2還示出了基于電流限制信號uilim228和抖動信號ujtr226的由圖1a和圖1b中的算術運算器生成的已調制的電流信號ujlim238的輸出波形。已調制的電流信號ujlim238的值從(1+x)a的峰值到(1-x)a的底值變化。已調制的電流信號ujlim238設置最大漏極電流id240，該最大漏極電流通過針對開關周期的波形238表示。一旦達到電流限制，則在關斷時段toff270內將功率開關斷開。

第四時序圖示出了通過三角形波形表示的漏極電流240。疊加在漏極電流id240頂部的虛線波形238設置按照第三時序圖產(chǎn)生的電流限制。第四時序圖示出了第一導通時段ton1272和第二導通時段ton2273。第四時序圖還示出了開關時段ts1、ts2、ts3和ts4，其中這些開關時段的值可以變化。在該實施例中，ts1、ts2、ts3和ts4的值不相等且可以變化。導通時段ton1272和導通時段ton2273的值在該實施例中可以變化，但是應當理解的是，導通時段ton1272和導通時段ton2273也可以是相等的。在其他實施方式中，關斷時段toff270的值也可以變化，而導通時段ton270的值可以保持不變。

雖然圖2示出了已調制的電流限制信號ujlim238在抖動發(fā)生器時段內增大然后減小，但是應當理解的是，已調制的電流限制信號ujlim238可以在抖動發(fā)生器的時段內增大和減小若干次，然后在抖動發(fā)生器的下一時段內重復。

圖3是示出了抖動發(fā)生器和電流限制發(fā)生器的過程的另一示例時序圖。電流限制發(fā)生器產(chǎn)生具有恒定值a的電流限制信號uilim328。抖動發(fā)生器產(chǎn)生具有峰值為(1+x)和底值為(1-x)的階梯式波形的抖動信號ujtr326。在一個實施例中，要理解的是，階梯式波形可以是數(shù)字實施的三角形波形的一個實施例。x的值在0與1之間。對于x可以使用小數(shù)值。

算術運算器基于電流限制信號uilim328和抖動信號ujtr326輸出信號已調制的電流限制信號ujlim338。已調制的電流限制信號ujlim338通過設置最大漏極電流來影響漏極電流id340，該最大漏極電流由漏極電流id340上方的虛線338表示。漏極電流id340由三角形波形表示。一旦達到漏極電流限制，則功率開關在一個時間段toff370內關斷。

在該實施例中，ts1、ts2、ts3和ts4的值不相等并且可以變化。導通時段ton1372和導通時段ton2373的值在該實施例中可以變化，但是應當理解的是，導通時段ton1372和導通時段ton2373也可以相等。在其他實施方式中，關斷時段toff370的值也可以變化，而導通時段ton370的值可以保持不變。雖然圖3示出了已調制的電流限制信號ujlim338在抖動發(fā)生器時段內增大然后減小，但是應當理解的是，已調制的電流限制信號ujlim338可以在抖動發(fā)生器時段內增大和減小若干次，然后在抖動發(fā)生器的下一時段內重復。

圖4是示出了抖動發(fā)生器和電流限制發(fā)生器的過程的另一示例時序圖。在該實施例中，電流限制發(fā)生器產(chǎn)生電流限制信號uilim428，該電流限制信號通過變化的值a表示。電流限制信號uilim428可以以第一值開始每個周期，并且在每個開關周期內的導通時間期間減小。抖動發(fā)生器產(chǎn)生一個信號ujtr426，其為具有峰值為(1+x)和底值為(1-x)的三角形波形。x的值在0與1之間。對于x可以使用小數(shù)值。

算術運算器創(chuàng)建包括信號uilim428和ujtr426的已調制的電流信號ujlim438。如前所述，算術運算器可以包括單個數(shù)學運算器或多個數(shù)學運算器，以實現(xiàn)期望的波形。

已調制的電流信號ujlim438設置最大漏極電流id440。一旦達到漏極電流限制，功率開關在一個時間段toff470內關斷。

在該實施例中，ts1、ts2、ts3和ts4的值不相等并且可以變化。導通時段ton1472和導通時段ton2473的值在該實施例中可以變化，但是應當理解的是，導通時段ton1472和導通時段ton2473也可以相等。在其他實施方式中，關斷時段toff470的值也可以變化，而導通時段ton470的值可以保持不變。

雖然圖4示出了信號ujlim在抖動發(fā)生器時段內增大然后減小，但是應當理解的是，信號ujlim可以在抖動發(fā)生器時段內增大和減小若干次，然后在抖動調制器的下一時段內重復。

上述對本發(fā)明的所示實施例的描述，包括摘要中所描述的內容，并不旨在是窮舉的，也不限于所公開的確切形式。雖然為了說明之目的在本文中描述了本發(fā)明的具體實施方案和實施例，但是在不脫離本發(fā)明的較廣泛的精神和范圍的情況下，可以進行各種等同修改。實際上，要理解的是，提供具體的電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等是為了解釋的目的，并且根據(jù)本發(fā)明的教導，還可以在其他實施方案和實施例中采用其他值。根據(jù)上文詳細描述，可以對本發(fā)明的實施例進行這些修改。所附權利要求中使用的術語不應理解為將本發(fā)明限制于說明書和權利要求書中公開的具體實施方案。而是，范圍將完全由所附權利要求確定，權利要求將根據(jù)既定的權利要求解釋的原則來理解。因此，本說明書和附圖被視為是說明性的而不是限制性的。