頻率抖動電路的製作方法

2023-10-22 12:04:02

專利名稱：頻率抖動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及開關電源集成電路中實現內部振蕩器頻率抖動的電路。
背景技術：
與傳統的線性穩壓電源相比，開關電源不需要大體積的電源變壓器，具有體積小、重量 輕、效率高、待機功耗低、穩壓範圍寬等特點，廣泛應用於家用電器、自動控制、通信、計 算機等領域。然而，開關電源自身產生的電磁幹擾信號佔用很寬的頻帶和較強的幅度，如果 控制不當會通過傳導和輻射的方式對周圍設備產生電磁幹擾，汙染電磁環境，成為一個很強 的電磁幹擾源。這些幹擾隨著開關頻率的提高、輸出功率的增大會顯著的增強，對電子設備 的正常工作構成潛在的威脅。如何抑止開關電源的電磁幹擾，使之符合相關電磁兼容標準的 要求，成為開關電源設計者的一個重要課題。
形成開關電源電磁幹擾的三個條件是幹擾源、耦合途徑、受擾設備。因此常用的抑制電 磁幹擾方法有以下幾種(l)採用濾波元件，如共模電感、X1和Y1電容，XI電容用於輸入 線間濾波，Yl電容用於初次級電路間濾波；(2)採用變壓器內部加屏蔽繞組，外包屏蔽銅帶， 並將磁芯接地等方法；(3)在高頻開關(MOSFET和次級整流二極體)上加Snubber電路(緩 衝電路)，減小dv/dt和di/dt; (4)通過完善PCB設計，減小有高頻電流迴路的面積。這些方 法可以有效地抑制電磁幹擾，但每種方法都有其局限性採用共模電感、XI和Yl電容受
到體積、成本的制約；變壓器抗幹擾技術增加了變壓器的繞制難度，絕緣也要十分小心；高
頻開關上加Snubber電路會降低電源的效率，增加高頻開關的損耗；而PCB設計需要豐富 的經驗，並要考慮到產品製造的方便。
頻率抖動技術是指開關電源的工作頻率並非固定不變，而是周期性地變化。假設基波頻 率變化幅值為±4/"， 二次諧波為i2A/...， n次諧波為inA/，可見諧波次數越高，頻率分散 越大。這樣，噪聲諧波頻率分散，噪聲能量得以分散、減小，在整個頻帶上保證了幅值裕量， 從而滿足電磁兼容性要求。實現頻率抖動技術的電路集成在晶片內部，高效可靠，使用中不 依靠電源設計人員的經驗，無需增加體積並能節省外圍元件的成本，也不會對電源的效率帶 來任何負面影響，更不會給電源產品的製造增加任何不便。

實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種利用振蕩器自身的頻率進行控制的頻率抖動電路。 一種頻率抖動電路，其特徵在於包括頻率抖動控制電路、利用電容充放電實現的振蕩器 和同步二進位計數器，所述頻率抖動控制電路與振蕩器的內部充放電電容並聯，用於提供電 容值周期變化的外部電容，所述同步二進位計數器的時鐘信號輸入端與振蕩器的信號輸出端 連接，通過其並行數據輸出端將振蕩器的輸出信號轉換為控制所述外部電容容值周期變化的 控制信號。
採用本實用新型的技術方案，具有以下優點-
1. 本實用新型利用振蕩器的輸出信號反饋控制形成頻率抖動，無需外加頻率源，方法 簡單，節約成本，減小了電路面積，易於集成；
2. 本實用新型的頻率抖動控制電路簡單，易於集成；
3. 本實用新型通過二進位同步計數器接收振蕩器的輸出信號，利用其計數功能，通過 並行數據輸出端形成反饋控制信號，控制方式簡單有效，並可消除門電路延時引起的誤操作。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的闡述。
圖l是振蕩器的電路結構圖2是固定頻率的振蕩器輸出波形；
圖3是本實用新型的頻率抖動電路圖4是n=3時振蕩器輸出波形及控制信號Ql到Q3的波形。
具體實施方式
如

圖1所示，為常見的利用電容充放電實現的振蕩器的電路結構圖。其工作原理如下
開始時，開關K1閉合K2打開，由固定電流I1對電容C充電， 一段時間後電容C上電壓達 到倒向器A1的開啟電壓，倒向器A1開啟，而倒向器A2關閉，信號OSC為高電位，倒向 器A3開啟，使得倒向器A2的輸入端電壓增大。振蕩器的輸出信號OSC為高電位，倒向器 使A4開啟，開關K1打開K2閉合，於是電容C通過固定電流I2開始放電， 一段時間後電 容C上電壓下降到反向器A1的關斷閾值，反向器A2開啟，信號OSC變為低電位。於是電 容重複充放電過程，振蕩器正常工作。振蕩器的頻率由電容C的大小決定。在無外接並聯電 容的情況下，該振蕩器將輸出具有固定頻率的方波，如圖2所示。
如圖3所示，為本實用新型的頻率抖動電路，包括振蕩器110、 n位同步二進位計數器 220 (2<n<20)和頻率抖動控制電路330。振蕩器110利用對電容C的充放電時間的控制得到方波輸出信號，振蕩器110的電路結構圖見圖1。頻率抖動控制電路330通過振蕩器110 的埠 CT和GND與振蕩器110的內部充放電電容C並聯，用於提供電容值周期變化的外 部電容，n位同步二進位計數器220通過時鐘信號輸入端CLK與振蕩器110的信號輸出端 OUT連接，用於將振蕩器110的輸出信號轉換為控制外部電容容值周期變化的控制信號。 具體的轉換方式是n位同步二進位計數器220的對振蕩器110的輸出信號進行同步計數， 通過其n個並行數據輸出端輸出n個控制信號Ql Qn，其中Ql為最低位，Qn為最高位。n 位同步二進位計數器220可採用上升沿觸發，也可採用下降沿觸發，本具體實施方式
中採用 下降沿觸發的n位同步二進位計數器。頻率抖動控制電路330包括n條並聯的支路，每條支 路與電容C形成並聯，每條支路上串聯有一個可控開關和一個電容。可控開關可採用常用類 型。n位同步二進位計數器220對振蕩器110的輸出信號進行計數，通過其n個並行數據輸 出端輸出n個控制信號Ql Qn，分別用於控制n條支路上的n個可控開關Sl Sn，當信號 為"1"時，開關閉合，當信號為"0"時，開關斷開。開關閉合時，對應支路上的電容與振 蕩器110內部充放電電容C形成並聯。頻率抖動控制電路330中，n條支路上的電容容值呈
等比數列變化，公比為1/2。對應控制信號Ql的支路上的電容容值為，，對應控制信號
Q2的支路上的電容容值為^f，依此類推，對應控制信號Qn的支路上的電容容值為^。
假定控制信號Ql Qn開始都為"0"， n條支路上的開關Sl Sn都處於斷開狀態，經過 第一個計數信號後，控制信號Q1變為"1"，其餘控制信號仍為"0"，與Q1對應的支路開
關S1閉合，該支路上的電容^與振蕩器110內部充放電電容C形成並聯。經過第二個計
2
數信號後，控制信號Q2變為"1"，其餘控制信號為"0"，與Q2對應的支路開關S2閉合， 該支路上的電容，與振蕩器110內部充放電電容C形成並聯。如此類推，控制信號Ql Qn
按照二進位變化，其狀態決定了頻率抖動控制電路330中^ ^共n個電容與振蕩器110
2 2"
中電容C的並聯情況，因此和電容C並聯的電容大小也會按照二進位方式變化。由于振蕩 器110的頻率決定於電容C以及與其並聯的外部電容的和，因此振蕩器110的頻率將會按照
/、 /-+ 4/"。。。 ^)4T的規律周而復始的變化，其中/為振蕩器的固定頻率，△/
為最大偏離值。可以看出，振蕩器110的頻率相當於在固定頻率/上疊加了一個二進位變化 的頻率，從而實現頻率抖動。由於頻率抖動電路一般要求A/《/，而A/決定於AC，所以要求AC《C，"《"表示遠遠小於。
以n-3為例，即同步二進位計數器採用3位同步二進位計數器，其並行數據輸出端輸出 3個控制信號Q1 Q3，其中Q1為最低位，Q3為最高位，頻率抖動控制電路包含3條並聯
的支路，每條支路上對應控制信號Q1 Q3的電容分別為f 、 ，、f 。圖4是n-3時振
蕩器輸出波形及控制信號Ql到Q3的波形，從圖中可以看出，振蕩器輸出信號的頻率呈周 期性變化，達到了頻率抖動的目的。
權利要求1.一種頻率抖動電路，其特徵在於包括頻率抖動控制電路、利用電容充放電實現的振蕩器和同步二進位計數器，所述頻率抖動控制電路與振蕩器的內部充放電電容並聯，用於提供電容值周期變化的外部電容，所述同步二進位計數器的時鐘信號輸入端與振蕩器的信號輸出端連接，通過其並行數據輸出端將振蕩器的輸出信號轉換為控制所述外部電容容值周期變化的控制信號。
2. 如權利要求1所述的頻率抖動電路，其特徵在於所述頻率抖動控制電路包含並聯的支 路，支路的數量與所述同步二進位計數器的位數相等，每一條支路上串聯有一個可控開關和 一個電容，同步二進位計數器對振蕩器的輸出信號進行計數，通過並行數據輸出端輸出與可 控開關分別對應的控制信號，與控制信號分別對應的支路上的電容值按等比數列變化，公比 為1/2，當控制信號控制可控開關閉合時，對應的電容與振蕩器內部充放電電容形成並聯。
專利摘要本實用新型公開一種頻率抖動電路，其特徵在於包括頻率抖動控制電路、利用電容充放電實現的振蕩器和同步二進位計數器，所述頻率抖動控制電路與振蕩器的內部充放電電容並聯，用於提供電容值周期變化的外部電容，所述同步二進位計數器的時鐘信號輸入端與振蕩器的信號輸出端連接，通過其並行數據輸出端將振蕩器的輸出信號轉換為控制所述外部電容容值周期變化的控制信號。本實用新型利用振蕩器的輸出信號反饋控制形成頻率抖動，無需外加頻率源，方法簡單，節約成本，減小了電路面積；本實用新型的頻率抖動控制電路簡單，易於集成；本實用新型通過二進位同步計數器接收振蕩器的輸出信號，可消除門電路延時引起的誤操作。
文檔編號H02M1/00GK201185387SQ200820034250
公開日2009年1月21日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者易揚波, 欽 王, 平 陶 申請人:蘇州博創集成電路設計有限公司