開關模式電源中的脈寬調製頻率抖動的製作方法
2024-02-24 10:14:15 1
專利名稱：開關模式電源中的脈寬調製頻率抖動的製作方法
技術領域：
根據一實施例，本發明涉及開關調節器電源，且更具體而言，涉及在開關調節器 電源中的脈寬調製頻率抖動。
背景技術：
在銷售開關模式電源時，電源製造商必須滿足政府(例如，聯邦通信委員會)和 客戶的電磁幹擾(EMI)輻射要求。開關模式電源可使用脈寬調製(PWM)來控制可 將一電感器充電至所需電流的開關，例如功率電晶體，功率場效應電晶體等。PWM 信號接通的時間越長，則通過控制開關來對電感器充電的時間越長，且可從開關模式 電源提供更大的電流。
在較大容量的開關模式電源中，功率電晶體會產生電磁幹擾(EMI)。這些較大容 量的開關模式電源必須進行試驗並通過嚴格的EMI試驗，以在某一長度的時間中限制 處於一特定頻率的射頻能量的量。如果開關模式電源不能符合這些EMI試驗要求，則 它們不能得到相應試驗組織及/或政府機構的認證及/或型號驗收。
發明內容
在較大容量的開關模式電源中需要某種方式來限制在任一特定頻率下以長於所 需時間周期產生的EMI能量的量。
根據本發明一具體實例性實施例，具有脈寬調製(PWM)頻率抖動的開關模式 電源可包括具有至少一功率開關元件的充電電路、耦合至充電電路並對其進行控制的 PWM控制電路、及PWM頻率抖動電路，其中PWM頻率抖動電路可將可變頻率PWM 時鐘頻率更改成多個頻率中的每一頻率。PWM控制電路可具有一 PWM時間基準電 路，其包括包含PWM周期值的周期寄存器、比較器、及PWM計數器，其中可通過 可變頻率PWM時鐘在PWM計數器中遞增PWM計數值，比較器可將PWM周期值與 PWM計數值進行比較，且當PWM周期值與PWM計數值基本相等時，可將PWM計 數值復位。PWM頻率抖動電路可包括滾動計數器，其中每當比較器將PWM計數器 中的PWM計數值復位時，滾動計數器改變滾動計數值；多路復用器，其具有多個輸 入和一輸出，其中所述輸出根據所述滾動計數器的計數值耦合至多路復用器的多個輸 入的每一者；及多個頻率寄存器，多個頻率寄存器中的每一者可分別耦合至多路復用 器的多個輸入中的一者；其中多路復用器的輸出可耦合至可變頻率PWM時鐘的頻率
控制輸入，以便可使用存儲在多個頻率寄存器中的頻率值來確定可變頻率PWM時鐘 頻率。滾動計數器可依序增加滾動計數值直到最大的滾動計數值為止，然後滾動計數 器可復位到最小的滾動計數值。滾動計數值也可隨機改變。
根據本發明的另一具體實例性實施例，用於控制多個PWM時鐘頻率的脈寬調製
(PWM)頻率抖動設備可包括滾動計數器，其中每當PWM計數值基本上等於PWM 計數值時，滾動計數器改變滾動計數值；多路復用器，其具有多個輸入和一輸出，其 中所述輸出根據滾動計數器的計數值耦合至多路復用器的多個輸入的每一者；及多個 頻率寄存器，多個頻率寄存器中的每一者可分別耦合至多路復用器的多個輸入中的一 者；其中多路復用器的輸出可耦合至可變頻率PWM時鐘的頻率控制輸入，以便可使 用存儲在多個頻率寄存器中的頻率值來確定可變頻率PWM時鐘頻率。滾動計數器可 依序增加滾動計數值直到最大的滾動計數值為止，然後滾動計數器可復位到最小的滾 動計數值。滾動計數值也可隨機改變。
根據本發明的又一具體實例性實施例， 一種用於對一開關模式電源的脈寬調製
(PWM)時鐘頻率進行頻率抖動的方法可包括為PWM時鐘的每一頻率循環遞增 PWM計數值；將PWM計數值與周期值進行比較，直到PWM計數值基本上與周期值 相同為止，然後將PWM計數值復位；每當PWM計數值復位時，改變滾動計數值； 根據滾動計數值從多個頻率值中進行選擇；及根據從多個頻率值中所選定的一個頻率 值來調節PWM時鐘的頻率。
結合附圖參照下文說明可更全面地理解本發明，在附圖中
圖1是由開關模式電源供電的電子系統的示意性方塊圖； 圖2是具有PWM頻率抖動電路的開關模式電源的示意性方塊圖；及 圖3是根據本發明的具體實例性實施例，圖2所示PWM頻率抖動電路的更為詳 細的示意性方塊圖。
儘管易於對本發明作出各種修改及替代形式，但在圖式中顯示並在本文中詳細闡 述其特定實例性實施例。然而，應了解，本文對具體實例性實施例的闡述並非打算將
本發明限定於本文揭示的特定形式，而是相反，本發明欲覆蓋隨附權利要求書所界定 的所有修改及等效形式。
具體實施例方式
在開關模式電源中，功率電晶體可產生電磁幹擾(EMI)。因此，需要限制EMI， 以符合客戶需要和政府規定。抖動脈寬調製PWM周期可清除在某一頻率範圍內的 EMI，從而降低任一頻率處的峰值EMI輻射。
現在參考這些圖式，其示意性地圖解說明一些實例性實施例的細節。在這些圖式
中，相同的元件將由相同的編號表示，且相似的元件將由帶有不同小寫字母後綴的相 同編號表示。
參考圖1，其繪示由開關模式電源供電的電子系統的示意性方塊圖。大體用編號
100表示的電子系統可包括電源，例如可為電子系統100的電子電路104提供工作電 壓和電流的開關模式電源102。開關模式電源102可將電源電壓106 (例如，120 VAC、 48VDC等)轉換成由電子電路104使用的所有所需的工作電壓。
參考圖2，其繪示具有PWM頻率抖動電路的開關模式電源的示意性方塊圖。開 關模式電源102可包括充電電路210、 PWM控制電路208和PWM頻率抖動電路212。 可由PWM控制電路208控制充電電路210。 PWM頻率抖動電路212可改變至PWM 控制電路208的PWM時鐘頻率。充電電路可包括至少一個功率開關元件(未圖示)， 例如功率電晶體、功率場效應電晶體等。
參考圖3，其繪示根據本發明的具體實例性實施例的PWM頻率抖動電路212的 示意性方塊圖。PWM頻率抖動電路212可包括具有周期寄存器320、比較器322和 PWM計數器324的PWM時間基準電路326;滾動計數器330、可變頻率振蕩器(VFO) 334、多路復用器332和其中存儲有頻率值的多個頻率寄存器336。這些頻率值可由用 戶指定。在比較器322中可比較周期寄存器320輸出338處的值和PWM計數器324 輸出342處的值，且當它們基本上相等時，比較器322輸出340可使(在復位輸入346 處)PWM計數器324復位，並可遞增(在時鐘輸入328處)滾動計數器330。比較器 322將PWM時間基準計數器324與可存儲在周期寄存器320中的PWM周期值進行比 較。PWM周期值可由用戶指定。當PWM計數器324達到存儲在周期寄存器320中的 指定的最大計數值時，PWM周期已完成，且PWM時間基準計數器324復位，因而 PWM循環可重新開始。
滾動計數器330可按照多路復用器選擇輸入350所確定來控制多路復用器332的 哪一輸入耦合至其輸出348。根據多路復用器選擇輸入350處的選擇值，可將存儲在 所述多個頻率寄存器336的所選擇的一者中的頻率值應用於VFO 334的頻率調節輸入 362。多路復用器332從含有可由用戶指定的一些頻率值的多個頻率寄存器336選擇所 需頻率值。所選擇的頻率值可控制VFO 334中的定時元件，例如RC振蕩器的電流源、 除以N鎖相環(PLL)等。然後VF0 334可產生具有基本上對應於來自多個頻率寄存 器336中所選擇的一者的頻率值的頻率的PWM時鐘輸出354。 VFO 334將該時鐘信 號從PWM時鐘輸出354提供至PWM時間基準326的PWM時間基準計數器324。PWM 時鐘輸出354可通過PWM計數器324的時鐘輸入344來遞增PWM計數器324。
每當PWM時間基準326達到最大(終點)計數時，可將滾動計數器330計時(遞 增)。因此，在每一PWM循環的點處，PWM時鐘的頻率(VFO 334輸出354)改變 成存儲在多個頻率寄存器336中的頻率值的下一頻率值。滾動計數器330還可包括偽 隨機數產生器，其中滾動計數器330的計數值可以是隨機產生的在多路復用器332的 多路復用器選擇輸入350的位範圍(位的數量)之內的數字。由於PWM時鐘的頻率(VFO 334輸出354)是變化的，所以來自開關功率晶體 管(未圖示)的輻射EMI能量分布在一頻率範圍內。這便降低了在任一具體頻率處的 時間平均EMI能量，從而能夠更容易符合EMI規範。
雖然已參照本發明的實例性實施例來繪示、闡述及界定本發明各實施例，但此種 參照並不意味著限定本發明，且不應推斷出存在此種限定。所揭示的標的物能夠在形 式及功能上具有大量修改、改動及等效形式，所屬相關領域的技術人員根據本揭示內 容將會聯想到此等修改、改動及等效形式。所示及所述的本發明各實施例僅作為實例， 而並非是對本發明範圍的窮盡性說明。
權利要求
1、一種具有脈寬調製(PWM)頻率抖動的開關模式電源，其包括充電電路，其包括至少一個功率開關元件；PWM控制電路，其耦合至所述充電電路並對其進行控制；及PWM頻率抖動電路，其中所述PWM頻率抖動電路將可變頻率PWM時鐘頻率改變成多個頻率中的每一者。
2、 如權利要求1所述的開關模式電源，其中所述至少一個功率開關元件是至少 一個功率電晶體。
3、 如權利要求1所述的開關模式電源，其中所述至少一個功率開關元件是至少 一個功率場效應電晶體。
4、 如權利要求1所述的開關模式電源，其中所述PWM控制電路具有PWM時間 基準電路，其包括含有PWM周期值的周期寄存器；比較器；及PWM計數器，其中通過所述可變頻率PWM時鐘在所述PWM計數器中遞增PWM計數值， 所述比較器將所述PWM周期值與所述PWM計數值進行比較，並當所述PWM 周期值與所述PWM計數值基本上相等時，將所述PWM計數值復位。
5、 如權利要求4所述的開關模式電源，其中所述PWM頻率抖動電路包括 滾動計數器，其中每當所述比較器將所述PWM計數器中的所述PWM計數值復位時，所述滾動計數器改變滾動計數值；多路復用器，其具有多個輸入和一輸出，其中所述輸出根據所述滾動計數器的計 數值耦合至所述多路復用器的所述多個輸入中的每一者；及多個頻率寄存器，所述多個頻率寄存器中的每一者分別耦合至所述多路復用器的 所述多個輸入中的相應一者；其中所述多路復用器的所述輸出耦合至所述可變頻率PWM時鐘的頻率控制輸 入，以便使用存儲在所述多個頻率寄存器中的頻率值來確定所述可變頻率PWM時鐘 頻率。
6、 如權利要求5所述的開關模式電源，其中所述滾動計數器依序增加所述滾動 計數值直到處於最大的滾動計數值為止，然後將所述滾動計數值復位至最小的滾動計 數值。
7、 如權利要求5所述的開關模式電源，其中所述滾動計數值隨機改變。
8、 如權利要求1所述的開關模式電源，其中所述可變頻率PWM時鐘包括阻容 (RC)電路。
9、 如權利要求1所述的開關模式電源，其中所述可變頻率PWM時鐘包括除以N 鎖相環電路。
10、 一種用於控制多個PWM時鐘頻率的脈寬調製(PWM)頻率抖動設備，所述 PWM抖動設備包括滾動計數器，其中每當PWM計數值基本上等於PWM計數值時，所述滾動計數 器改變滾動計數值；多路復用器，其具有多個輸入和一輸出，其中所述輸出根據所述滾動計數器的計 數值耦合至所述多路復用器的所述多個輸入中的每一者；及多個頻率寄存器，所述多個頻率寄存器中的每一者分別耦合至所述多路復用器的所述多個輸入中的相應一者；其中所述多路復用器的所述輸出耦合至可變頻率PWM時鐘的頻率控制輸入，以 便使用存儲在所述多個頻率寄存器中的頻率值來確定所述可變頻率PWM時鐘頻率。
11、 如權利要求10所述的PWM頻率抖動設備，其中所述滾動計數器依序增加所 述滾動計數值，直到處於最大的滾動計數值為止，然後將所述滾動計數值復位至最小 的滾動計數值。
12、 如權利要求10所述的PWM頻率抖動設備，其中所述滾動計數值隨機改變。
13、 一種用於對開關模式電源的脈寬調製(PWM)時鐘頻率進行頻率抖動的方 法，所述方法包括針對PWM時鐘的每一頻率循環遞增PWM計數值；將所述PWM計數值與周期值進行比較，直到所述PWM計數值基本上與所述周 期值相同為止，然後將所述PWM計數值復位；每當所述PWM計數值復位時，改變滾動計數值； 根據所述滾動計數值從多個頻率值中進行選擇；及 根據所述多個頻率值中的所選定的一者來調整所述PWM時鐘的頻率。
14、 如權利要求13所述的方法，其中所述改變所述滾動計數值的步驟包括如下 步驟依序遞增所述滾動計數器值直到處於最大滾動計數值為止，然後將所述滾動計 數值復位至最小滾動計數值。
15、 如權利要求13所述的開關模式電源，其中所述改變所述滾動計數值的步驟 包括如下步驟隨機改變所述滾動計數值。
全文摘要
本發明揭示一種開關模式電源，其具有脈寬調製(PWM)時鐘頻率的PWM頻率抖動。所述PWM頻率抖動電路可根據多個頻率中的每一頻率來改變PWM時鐘的頻率。PWM時間基準電路可包括含有PWM周期值的周期寄存器、比較器和PWM計數器，其中可通過可變頻率PWM時鐘在所述PWM計數器中遞增PWM計數值，所述比較器可將PWM周期值與PWM計數值進行比較，且當PWM周期值與PWM計數值基本上相等時，可將PWM計數值復位。PWM頻率抖動電路可包括滾動計數器，其中每當比較器將PWM計數器中的PWM計數值復位時，滾動計數器改變滾動計數值；多路復用器，其具有多個輸入和一輸出，其中所述輸出根據所述滾動計數器的計數值耦合至多路復用器的所述多個輸入中的每一者；和多個頻率寄存器，所述多個頻率寄存器中的每一者可分別耦合至多路復用器的所述多個輸入中的相應一者；其中多路復用器的輸出可耦合至可變頻率PWM時鐘的頻率控制輸入，以便可使用存儲在所述多個頻率寄存器中的頻率值來確定可變頻率PWM時鐘頻率。
文檔編號H02M3/156GK101116239SQ200680004174
公開日2008年1月30日 申請日期2006年8月28日 優先權日2005年8月30日
發明者布賴恩·克裡斯 申請人:密克羅奇普技術公司