用于降低輸出漣波的脈寬調(diào)變控制器及方法
【專利說(shuō)明】用于降低輸出漣波的脈寬調(diào)變控制器及方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002]本申請(qǐng)為2011年02月16日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01110039031.4的專利案的分案。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明是有關(guān)一種切換式電源供應(yīng)器，特別是關(guān)于一種用于降低輸出漣波的脈寬調(diào)變控制器及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]脈寬調(diào)變(Pulse Width Modulat1n ；PWM)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在多種電子設(shè)備上。例如，在切換式電源供應(yīng)器中，藉PWM控制器調(diào)變功率開關(guān)的責(zé)任周期(duty cycle)或切換頻率，以調(diào)節(jié)輸出電壓。
[0005]近年來(lái)，為了因應(yīng)能源短缺與環(huán)保意識(shí)的高漲，切換式電源供應(yīng)器的節(jié)能省電功能越來(lái)越受到重視，新制訂的能源法規(guī)要求切換式電源供應(yīng)器在輕載及待機(jī)時(shí)的電源轉(zhuǎn)換效率亦越來(lái)越嚴(yán)苛。而切換式電源供應(yīng)器在輕載及待機(jī)時(shí)，其功率開關(guān)的切換損失占整體功率消耗相當(dāng)大的比例。目前市售的電源管理集成電路(Integrated Circuit ；IC)提升切換式電源供應(yīng)器在輕載及待機(jī)時(shí)的電源轉(zhuǎn)換效率的方法之一，是降低其功率開關(guān)的切換頻率以有效降低切換損失。此外，切換式電源供應(yīng)器相對(duì)于傳統(tǒng)的線性電源供應(yīng)器具有小體積的優(yōu)點(diǎn)，但是也因?yàn)榍袚Q元件而造成電磁干擾(Electric-Magnetic Interference ；EMI)問(wèn)題。現(xiàn)有的電源管理IC常利用抖頻(jittering frequency)的方法來(lái)改善EMI問(wèn)題。目前已有許多抖頻技術(shù)提出，例如美國(guó)專利號(hào)7，701，305，其操作原理于此不再詳述。
[0006]切換式電源供應(yīng)器有許多類型。例如，圖1的切換式電源供應(yīng)器是一種具有馳返式架構(gòu)的裝置，其中PWM控制器10根據(jù)接腳COMP及CS的電壓切換功率開關(guān)M1，以控制馳返式電源供應(yīng)器的輸出功率。功率開關(guān)Ml串聯(lián)變壓器12的一次側(cè)線圈，電流感測(cè)電阻Rcs與功率開關(guān)Ml串聯(lián)，檢測(cè)功率開關(guān)Ml的電流產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)Vcs給PWM控制器10的接腳CS。光親合器14及并聯(lián)調(diào)節(jié)器(shunt regulator) 16組成隔離式回授電路，并聯(lián)調(diào)節(jié)器16檢測(cè)馳返式電源供應(yīng)器的輸出電壓Vo以控制回授電流Icomp給PWM控制器10的接腳C0MP，PWM控制器10內(nèi)有電路根據(jù)回授電流Icomp在接腳COMP產(chǎn)生回授電壓Vcomp，其與輸出電壓Vo成比例。參照?qǐng)D1的電路，馳返式電源供應(yīng)器的輸出功率:
[0007]Po = η X Vin2 X Ton2/ (2 X Lp X T)
[0008]= η X Vin2 X Ton2X fs/(2 X Lp),[公式 I]
[0009]其中，ri為變壓器12的轉(zhuǎn)換效率，Vin為變壓器12的一次側(cè)輸入電壓，Ton為功率開關(guān)Ml的工作時(shí)間(on-time)，Lp為變壓器12的激磁電感，T為功率開關(guān)Ml的切換周期，fs為功率開關(guān)Ml的切換頻率。若PWM控制器10使用抖頻技術(shù)，則切換頻率fs將會(huì)抖動(dòng)(jitter)。從公式I可知，切換頻率fs的抖動(dòng)將導(dǎo)致輸出功率Po的變動(dòng)，進(jìn)而在馳返式電源供應(yīng)器的輸出Vo產(chǎn)生低頻漣波，造成輸出漣波過(guò)大的問(wèn)題。
[0010]美國(guó)專利號(hào)7，026，851根據(jù)抖頻產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)比例的調(diào)節(jié)電流調(diào)整回授電壓Vcomp，想要改善抖頻造成的輸出漣波過(guò)大的問(wèn)題，但是在輕載及重載時(shí)回授電壓Vcomp的準(zhǔn)位不同，固定比例的調(diào)節(jié)電流反而造成輕載時(shí)過(guò)度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的之一，在于提出一種降低切換式電源供應(yīng)器因?yàn)槎额l而造成的輸出漣波的脈寬調(diào)變控制器及方法。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，一種降低抖頻切換式電源供應(yīng)器的輸出漣波的脈寬調(diào)變控制器及方法包括取得與該切換式電源供應(yīng)器的功率開關(guān)的電流相關(guān)的電流感測(cè)信號(hào)，以及根據(jù)該功率開關(guān)的切換頻率調(diào)整該電流感測(cè)信號(hào)的增益或準(zhǔn)位以調(diào)整該功率開關(guān)的工作時(shí)間，進(jìn)而改善該切換式電源供應(yīng)器因?yàn)槎额l而造成的輸出漣波過(guò)大問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是現(xiàn)有的駝返式電源供應(yīng)器；
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例；
[0015]圖3是圖2中的可編程放大器的實(shí)施例；
[0016]圖4是圖2中的計(jì)數(shù)值CG及切換頻率fs的時(shí)序圖；
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例；以及
[0018]圖6是圖5中的調(diào)節(jié)信號(hào)Vmod、偏移信號(hào)Vof及切換頻率fs的波形圖。
[0019]附圖標(biāo)號(hào):
[0020]10 PWM 控制器
[0021]12變壓器
[0022]14光親合器
[0023]16并聯(lián)調(diào)節(jié)器
[0024]20計(jì)數(shù)器
[0025]22抖頻調(diào)變器
[0026]24振蕩器
[0027]26電流限制電路
[0028]28脈寬調(diào)變器
[0029]30比較器
[0030]32 SR 正反器
[0031]34柵極驅(qū)動(dòng)器
[0032]36斜率補(bǔ)償器
[0033]38加法器
[0034]40可編程放大器
[0035]42前緣遮蔽電路
[0036]44電壓電流轉(zhuǎn)換器
[0037]46電流鏡
[0038]48可變電阻
[0039]50可編程放大器
[0040]52放大器
[0041]54調(diào)節(jié)信號(hào)Vmod的波形
[0042]56偏移信號(hào)Voffset的波形
[0043]58切換頻率fs的波形
【具體實(shí)施方式】
[0044]參照?qǐng)D2的PWM控制器10，如同已知的PWM回路，振蕩器24提供時(shí)鐘CLK，脈寬調(diào)變器28根據(jù)時(shí)鐘CLK、回授電壓Vcomp及電流感測(cè)信號(hào)Vcs產(chǎn)生PWM信號(hào)Q，經(jīng)柵極驅(qū)動(dòng)器34產(chǎn)生PWM信號(hào)Vgate，PWM信號(hào)Vgate的切換頻率等于時(shí)鐘CLK的頻率fS，時(shí)鐘CLK計(jì)數(shù)器20計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK產(chǎn)生計(jì)數(shù)值CT，抖頻調(diào)變器22根據(jù)計(jì)數(shù)值CT、時(shí)鐘CLK及振蕩器24提供的參考信號(hào)Iref提供抖頻調(diào)整信號(hào)Vm給振蕩器24，振蕩器24根據(jù)回授電壓Vcomp控制時(shí)鐘CLK的頻率fs使其隨負(fù)載變化，并根據(jù)抖頻調(diào)整信號(hào)Vm決定時(shí)鐘CLK的抖頻頻率變化范圍，在脈寬調(diào)變器28中，比較器30根據(jù)電流限制信號(hào)Vcl、回授電壓Vcomp及電流感測(cè)信號(hào)Vcs產(chǎn)生比較信號(hào)Sc，SR正反器32由時(shí)鐘CLK觸發(fā)，被信號(hào)Sc重設(shè)，電流限制信號(hào)Vcl及回授電壓Vcomp作為臨界值與電流感測(cè)信號(hào)Vcs_S比較產(chǎn)生比較信號(hào)Sc，當(dāng)電流感測(cè)信號(hào)Vcs_S上升到大于電流限制信號(hào)Vcl及回授電壓Vcomp其中之一時(shí)，比較器30拉高比較信號(hào)Sc，因而重設(shè)SR正反器32，關(guān)閉PWM信號(hào)Q (亦即PWM信號(hào)Vgate)的工作時(shí)間Ton，電阻Rll連接在參考電壓源Vrefl及接腳COMP之間，以產(chǎn)生回授電壓Vcomp，電流感測(cè)信號(hào)Vcs先經(jīng)前緣遮蔽電路42遮蔽其前緣成為電流感測(cè)信號(hào)Vcs_LEB，再被可編程放大器40放大為電流感測(cè)信號(hào)