专利名称：用于多个开关电源的控制装置及包含其的多开关电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源领域，具体说，涉及一种用于多个开关电源的控制装置以及包含该装置的多开关电源系统。
背景技术：
电源在电路系统中用来提供持续稳定的能量。常用的直流电源分为线性电源和开关电源两类。线性电源的基本原理是，先将50Hz交流电经过变压器变压，然后再经过整流和滤波电路对其进行整流和滤波，从而获得直流电压。为了使获得的直流电压非常精确而稳定， 用电压反馈机制对输出电压进行稳压。线性电源的优点是稳定度高、波纹小、干扰与噪音低；其缺点是，所用变压器庞大笨重、所用滤波电容也大而重、功耗大、转换效率低，另外还要安装很大的散热片。而开关电源的原理是，先将50Hz交流电整流成直流电，再将获得的直流电逆变成高频交流电，然后再整流成所需要的直流电。由此，在开关电源中可以省去线性电源中所使用的整流前的变压器以及电压反馈电路，而逆变过程所产生的高频交流电能使变压电路的效率大大提高，因而开关变压器可以做得很小，而且工作时还不会大量发热。开关电源又可分为脉宽调制(PWM)开关电源和谐振开关电源，而谐振开关电源由基本的PWM开关电源演变而来。PWM开关电源的工作原理是，先将50Hz交流电源通过整流滤波变成直流电；然后，用高频时钟信号对开关管进行开关控制，从而将所述直流电变为高频交流电，并将其加载到开关变压器的初级线圈上；最后，将开关变压器的次级线圈所感应出的幅值改变了的高频交流电进行整流滤波，从而获得大小合适的直流电供给负载。最后输出的电压也通过一定的电路反馈给控制电路，从而控制PWM波形的占空比，以获得精确稳定的输出电压。开关电源的优点是体积小、重量轻、效率高，因此非常适合计算机设备的需要。但开关电源的主要缺点是，逆变过程产生高频电压尖峰，对周围设备有一定的干扰。通常，在开关电源内部，需要一个工作时钟信号来周期性地对开关管进行开关控制，而这个工作时钟信号由内部振荡器来提供。用途不同的开关电源采用不同的时钟信号来进行开关控制。如上所述，开关电源中由于逆变过程所产生高频电压尖峰会对周围设备 (包括其它开关电源)产生干扰。而当板载电源包含多个具有不同用途的开关电源时，对这些开关电源进行开关控制的时钟信号的相位彼此独立，因此，这多个开关电源同时工作时，工作的频率不同，相位不同，这就会因相差频差而造成多种不确定干扰，这些干扰无法控制，因而会导致对噪声敏感的设备不能正常工作。
实用新型内容本实用新型就是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种用于多个开关电源的控制装置以及包含该控制装置的多开关电源系统，减少多个开关电源同时工作时彼此产生的噪声干扰。[0008]为了实现这一目的，一方面，本实用新型提供一种用于多个开关电源的控制装置， 其包括时钟信号生成单元，用于生成并输出时钟信号；以及多个分频单元，每个分频单元对从所述时钟信号生成单元输入的时钟信号进行分频，并且将分频后得到的时钟信号输出给所述多个开关电源中的一个或多个以进行开关控制，其中，每个分频单元的输入端连接到所述时钟信号生成单元的输出端。优选地，所述时钟信号生成单元可以包括多谐振荡器或555时基电路。优选地，所述多个分频单元的分频倍数可以相等或不等。优选地，所述分频单元可以采用JK触发器或D触发器实现。优选地，至少一个所述分频单元可以包含多个串联连接的分频器或分频单元。优选地，所述时钟信号生成单元可以与至少一个分频单元集成在单个芯片上。另外，优选地，所述时钟信号生成单元生成的时钟信号可以输出到所述多个开关电源中的一个或多个以进行开关控制。另一方面，本实用新型提供一种多开关电源系统，其包括多个开关电源以及上述任一用于多个开关电源的控制装置。从上面的描述以及实践中可知，在存在多个开关电源的情况下，为了降低其同时工作时的噪声，必须使各个对开关电源进行开关控制的时钟信号尽量同步。即，尽量使各个开关电源中的开关管在同一时刻开关，也就是说，尽量使对各个开关电源进行开关控制的时钟信号的上升沿和下降沿对齐。本实用新型通过对初始时钟信号进行分频，产生多种具有不同频率的时钟信号以对多个开关电源进行开关控制。由于这多种频率不同的时钟信号是从同一初始时钟信号产生的，因此它们之间的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此对齐。于是，本实用新型既为不同的开关电源提供了所需的不同频率的时钟信号，又使这些时钟信号彼此同步，从而就消除了这些开关电源同时工作时彼此因相位差而产生的干扰， 大大地降低了噪声水平并且使噪声容易滤掉。
根据下述参照附图进行的详细描述，本实用新型的上述及其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中图I是本实用新型所述的多开关电源系统的示意方框图；图2是本实用新型的一个实施例所述的多开关电源系统的示意方框图；图3是图2所示的多开关电源系统中的多种频率不同的时钟信号的波形图；以及图4是本实用新型的一个实施例所述的用于多个开关电源的控制装置的电路图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本实用新型所述的用于多个开关电源的控制装置以及包含该控制装置的多开关电源系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。图I是本实用新型所述的多开关电源系统的示意方框图。如图I所示，本实用新型所述的多开关电源系统I包括多个开关电源(例如，第一开关电源310、第二开关电源320、 第三开关电源330以及第四开关电源340)、以及用于该多个开关电源310-340的控制装置 10，其中，用于所述多个开关电源310-340的控制装置10包括时钟信号生成单元100、多个分频单元(例如，第一分频单元210、第二分频单元220以及第三分频单元230)。时钟信号生成单兀100用于生成并输出时钟信号。每个分频单元210-230的输入端连接到时钟信号生成单元100的输出端。每个分频单元210-230对从时钟信号生成单元100输入的时钟信号进行分频，并且将分频后得到的时钟信号输出给所述多个开关电源310-340中的一个或多个(在本例中为一个)开关电源，以对其进行开关控制。应该注意，所述多个分频单元210-230的分频倍数可以相等或不等。各分频单元的分频倍数由其所对应的开关电源类型以及其所能驱动的开关电源的数目来确定。另外，如图I所示，时钟信号生成单元100生成的时钟信号可以输出到多个开关电源310-340中的一个或多个开关电源(在本例中为第四开关电源340)，以对其进行开关控制。图2是本实用新型的一个实施例所述的多开关电源系统的示意方框图。如图2所示，本实施例所述的多开关电源系统2包括多个开关电源。例如，该多个开关电源可以为第一开关电源(例如DC-DC电源模块)310、第二开关电源(例如高功率密度电源模块)320、 第三开关电源(例如低噪声小功率电源模块)330以及第五开关电源(例如普通电源模块)350。另外，本实施例所述的多开关电源系统2还包括用于该多个开关电源310、320、330 和350的控制装置20。控制装置20可以包括时钟信号生成单元100、以及多个分频单元， 例如，第一分频单元210、第二分频单元220、第三分频单元230以及第五分频单元250。时钟信号生成单元100可以由例如多谐振荡器或555时基电路构成。所述分频单元可以包含多个串联连接的分频器或分频单元。例如，在图2所示的实施例中，第三分频单元230由一个三分频器(也即第二分频单元220)和一个二分频器 232串联连接而成，形成六分频器(分频倍数为6)。第五分频单元250由一个三分频器220 和两个二分频器232和253串联连接(即，相当于第二分频单元220与两个分频器232和 253串联，或者相当于第三分频单元230与一个二分频器253串联)而成，形成12分频器 (分频倍数为12)。构成所述分频单元的各分频器可以采用例如JK触发器或D触发器来实现，后面对此将进行详细描述。图3是图2所示的多开关电源系统2中的多种频率不同的时钟信号的波形图。在图2所示的实施例中，时钟信号生成单元100生成并输出660kHz的时钟信号方波Pl，由二分频器构成的第一分频单元210对660kHz的时钟信号Pl进行分频，生成并输出330kHz的时钟信号方波P2，由三分频器构成的第二分频单元220对660kHz的时钟信号Pl进行分频， 生成并输出220kHz的时钟信号方波P3，由三分频器和二分频器串联构成的第三分频单元 230对660kHz的时钟信号Pl进行分频，生成并输出IlOkHz的时钟信号方波P4，由三分频器和两个二分频器串联构成的第五分频单元250对660kHz的时钟信号Pl进行分频，生成并输出55kHz的时钟信号方波P5。由图3可以看到，用于多个开关电源310、320、330和350的控制装置20对时钟信号生成单元100生成的初始时钟信号Pl进行分频或直接输出，产生了多种具有不同频率的
5时钟信号P1-P5，以便对所述多个开关电源310、320、330和350进行开关控制。同时，由于这多种频率不同的时钟信号P1-P5是从同一初始时钟信号Pl产生的，因此它们之间的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此对齐，从而就最大限度地使各个开关电源中的开关管在同一时刻开关，于是就消除了这些开关电源同时工作时彼此因相位差而产生的干扰，大大地降低了噪声水平并且使噪声容易滤掉。由于各个分频单元在分频过程中会产生少量的延迟，因此，优选地，时钟信号生成单元100与分频单元集成在单个芯片上，并且还可以添加合适的相位补偿电路或锁相电路，使生成的各种不同频率的时钟信号完全同步。例如，在图2所示的控制装置20中，时钟信号生成单元100与第一分频单元210集成在单个芯片21上。图4是本实用新型的一个实施例所述的用于多个开关电源的控制装置的电路图。在图4中，用于多个开关电源的控制电路20包括集成电路芯片⑶4047、由两个等效JK触发器构成的三分频芯片74HC109以及由两个等效D触发器构成的二分频-四分频芯片 74HC74。集成电路芯片⑶4047的设置为管脚I (Ctc)和3 (RCtc)之间接入电容C ;管脚 2 (Rtc)和3 (RCtc)之间接入电阻R ;管脚4 ( ASTBLE )、管脚5 (ASTBLE)和管脚6 (㈠TRG) 置+5V;管脚8((+) TRG)、管脚9 (MR)和管脚12 (REtrig)接地；管脚11 ( 3)悬空。于是， 集成电路芯片⑶4047的管脚13 (OSC)输出时钟信号P1，管脚10(0)输出时钟信号P2。其中，当R = 3.4k Ω，C = IOOpF时，管脚13 (OSC)输出的时钟信号Pl的频率为660kHz，占空比为50%，管脚10(0)输出的时钟信号P2的频率为330kHz。与图2对照可知，集成电路芯片CD4047上集成有多谐振荡器100和二分频器(即，第一分频单元)210或者其等同物电路，从而与图2中的单个芯片21相对应。三分频芯片74HC109的设置为管脚I (CD2)、管脚5 (SD2)、管脚Il(SDl)和管脚 15 (CDl)置+5V;管脚2(J2)和管脚IO(Ql)相连；管脚7 (运)和管脚14 (Jl)相连；管脚 3(K2)和管脚13 (Kl)接地；管脚4(CLK2)与管脚12 (CLKl)相连；管脚9 (这)悬空；管脚 12 (CLKl)为时钟信号Pl输入端，管脚6 (Q2)为三分频时钟信号P3输出端。由图4可知，管脚9-15构成了第一等效JK触发器221a，管脚1_7构成了第二等效JK触发器221b。第一等效JK触发器221a和第二等效JK触发器221b的上述连接方式构成了三分频器220 (分频倍数为3)，即第二分频单元。二分频-四分频芯片74HC74的设置为管脚I (CD2)、管脚4(SD2)、管脚IO(SDl) 和管脚13 (CDl)置+5V ;管脚8 (函)和管脚12 (Dl)相连；管脚9 (Ql)和管脚3 (CLK2)相连； 管脚6 (远)和管脚2 (D2)相连；管脚11 (CLKl)为时钟信号P3的输入端;管脚9 (Ql)为时钟信号P3的二分频信号(S卩，时钟信号Pl的六分频信号)P4输出端；管脚5 (Q2)为时钟信号P3的四分频信号(即，时钟信号P4的二分频信号，或时钟信号Pl的12分频信号)P5输出端。由图4可知，管脚8-13构成了第一等效D触发器232，管脚1_6构成了第二等效D触发器253。第一等效D触发器232的上述连接方式构成了二分频器，第二等效D触发器253 的上述连接方式也构成了二分频器，第一等效D触发器232和第二等效D触发器253的上述连接方式构成了四分频器(分频倍数为4)。另外，等效地，三分频器220 (即，第二分频单元220)和第一等效D触发器232的
串联连接构成了六分频器230 (分频倍数为6);三分频器220、第一等效D触发器232和第二等效D触发器253的串联(即，第二分频单元220与两个二分频器232和253，或者第三分频单元230与一个二分频器253串联)连接构成了 12分频器250 (分频倍数为12)。从上面的描述以及实践中可知，在存在多个开关电源的情况下，为了降低其同时工作时的噪声，必须使各个对开关电源进行开关控制的时钟信号尽量同步。即，尽量使各个开关电源中的开关管在同一时刻开关，也就是说，尽量使对各个开关电源进行开关控制的时钟信号的上升沿和下降沿对齐。本实用新型通过对初始时钟信号进行分频，产生多种具有不同频率的时钟信号以对多个开关电源进行开关控制。由于这多种频率不同的时钟信号是从同一初始时钟信号产生的，因此它们之间的波形的上升沿和下降沿就最大限度地彼此对齐。于是，本实用新型既为不同的开关电源提供了所需的不同频率的时钟信号，又使这些时钟信号彼此同步，从而就消除了这些开关电源同时工作时彼此因相位差而产生的干扰， 大大地降低了噪声水平并且使噪声容易滤掉。如上参照附图以示例的方式描述了本实用新型所述的用于多个开关电源的控制装置以及包含该控制装置的多开关电源系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所述的用于多个开关电源的控制装置以及包含该控制装置的多开关电源系统，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
权利要求1.一种用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，包括时钟信号生成单元，用于生成并输出时钟信号；以及多个分频单元，每个分频单元对从所述时钟信号生成单元输入的时钟信号进行分频， 并且将分频后得到的时钟信号输出给所述多个开关电源中的一个或多个以进行开关控制， 其中，每个分频单元的输入端连接到所述时钟信号生成单元的输出端。
2.根据权利要求I所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，所述时钟信号生成单元包括多谐振荡器或555时基电路。
3.根据权利要求I所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，所述多个分频单元的分频倍数相等或不等。
4.根据权利要求I所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，所述分频单元采用JK触发器或D触发器实现。
5.根据权利要求I所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，至少一个所述分频单元包含多个串联连接的分频器或分频单元。
6.根据权利要求I所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，所述时钟信号生成单元与至少一个分频单元集成在单个芯片上。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的用于多个开关电源的控制装置，其特征在于，所述时钟信号生成单元生成的时钟信号输出到所述多个开关电源中的一个或多个以进行开关控制。
8.一种多开关电源系统，其特征在于，包括多个开关电源；以及如权利要求I到7中任一权利要求所述的控制装置。
专利摘要本实用新型提供一种用于多个开关电源的控制装置，其包括时钟信号生成单元，用于生成并输出时钟信号；以及多个分频单元，每个分频单元对从所述时钟信号生成单元输入的时钟信号进行分频，并且将分频后得到的时钟信号输出给所述多个开关电源中的一个或多个以进行开关控制，其中，每个分频单元的输入端连接到所述时钟信号生成单元的输出端。本实用新型还提供一种多开关电源系统，其包括多个开关电源以及上述控制装置。本实用新型既为不同的开关电源提供了所需的不同频率的时钟信号，又使这些时钟信号彼此同步，从而就消除了这些开关电源同时工作时彼此因相位差而产生的干扰，大大地降低了噪声水平并且使噪声容易滤掉。
文档编号H02M1/44GK202353455SQ201120426559
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者梁爱东 申请人:东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司