一种用于降低音频噪音的控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于降低音频噪音的控制方法，包括：提供一输入电源；提供一电源变换器，该电源变换器具有一机械谐振频率的元件，耦接于电源变换器的输入端或输出端；提供一输出电容和一负载，该输出电容和该负载并联连接；将电源变换器设置于一间歇工作模式；以及控制单脉冲周期内电源变换器从输入端传递至输出端的能量，以降低所述电源变换器的音频噪音。采用本发明的用于降低音频噪音的控制方法，当电源变换器工作于间歇模式时，藉由调节间歇周期中的工作期间内从输入侧传递至输出侧的能量，来改变电源变换器的间歇周期，进而调节其间歇频率，从而使该间歇频率避开诸如磁性元件的机械谐振频率，降低音频噪音。
【专利说明】一种用于降低音频噪音的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种可降低音频噪音的控制方法。
【背景技术】
[0002]当前，电源变换器作为电子产品的供电转换设备，已广泛应用于军工、科研、工控、通讯、电力、LED照明、仪器仪表等诸多领域。随着电源变换器的不断改进，其在轻载和空载输出情形下的工作效率日益受到重视。
[0003]一般地，为提高效率，当电源变换器的输出功率小于一预设值时，使其进入Burst-Mode模式(以下简称BM模式)。在此，BM模式也称作跳周期模式或间歇工作模式，该模式状态下，电源变换器在两段连续工作的脉冲(Tburet m期间)之间，停止工作一段时间(Tburst off)。于Tburst m期间，电源变换器从输入侧向输出侧传递能量，电源变换器中的储能元件储存能量；于Tburet tjff期间，电源变换器停止输入侧到输出侧的能量传递，改由电源变换器中的储能元件释放能量至输出侧。然而，在现有技术中，工作于BM模式的电源变换器，其磁性元件(如电感、变压器)往往会受到与BM频率相同的变化磁场的影响，造成音频噪音。一旦该频率在磁性元件的机械谐振频率附近时，磁性元件将产生共振情形，此时的音频噪音尤为明显。
[0004]当前用来处理磁性元件BM模式下的音频噪音，主要采用两种技术方案。其中的一种方案是在于，改变磁性元件的机械结构和安装方式，比如粘结、固定、增加声音传播距离、增加隔音罩等，但这些处理方式无法从根本上解决音频噪音问题。另一种方案是在于，减小与BM频率相同的变化磁场的幅值，进而减小音频噪音。但是，现有的减小磁场幅值的常用做法，通常比较呆板，并不利于优化轻载和空载时的效率。
[0005]为了解决现有技术的上述缺陷，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何设计一种可降低音频噪音的控制方法，当工作于轻载和空载情形时，减小或消除音频噪音，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的降低音频噪音时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的用于降低音频噪音的控制方法。
[0007]依据本发明的一个方面，提供了一种用于降低音频噪音的控制方法，包括:
[0008]a)提供一输入电源,所述输入电源包含一第一端和一第二端；
[0009]b)提供一电源变换器，所述电源变换器包含:
[0010]—第一输入端和一第二输入端，所述电源变换器的第一输入端与所述输入电源的第一端连接，所述电源变换器的第二输入端与所述输入电源的第二端连接；
[0011]—第一输出端和一第二输出端；
[0012]—输出电容,包含一第一端和一第二端，所述输出电容的第一端连接于所述电源变换器的第一输出端，所述输出电容的第二端连接于所述电源变换器的第二输出端；
[0013]具有一机械谐振频率的元件，耦接于所述电源变换器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端其中之一；
[0014]c)提供一负载,包含一第一端和一第二端,所述负载的第一端连接于所述输出电容的第一端，所述负载的第二端连接于所述输出电容的第二端；
[0015]d)将所述电源变换器设置于一间歇工作模式，其中，该间歇工作模式具有一间歇周期，所述间歇周期包括一工作期间Tburst_m和一停止期间TburstIff,所述间歇周期的工作期
Tburst—on
至少包含一单脉冲周期Ts;
[0016]e)控制所述工作期间Tburst_m内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量，以降低所述电源变换器的音频噪音。
[0017]在一实施例中，上述步骤e还包括:控制所述工作期间Tburst_m内的单脉冲周期Ts内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。
[0018]在一实施例中，上述步骤e还包括:检测所述电源变换器的输出功率；根据所述输出功率，调节所述单脉冲周期Ts内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。进一步，上述检测输出功率的步骤还包括:检测反映流经所述负载的电流的信号。
[0019]在一实施例中，上述步骤e还包括:调节所述电源变换器的输出端的输出电流，进而调节所述单脉冲周期Ts内 所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。
[0020]在一实施例中，上述步骤e还包括:设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波保持恒定；提供一反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号，设定其一上限阈值和一下限阈值。进一步，上述步骤e还包括:预设定反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，其中，反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的上限阈值对应于流经所述负载的一第一电流值，反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的下限阈值对应于流经所述负载的一第二电流值；提供流经所述负载的一第三电流值，该第三电流值对应于反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的一预设值，该预设值介于反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号所设定的上限阈值与下限阈值之间。此外，第二电流值大于第一电流值，第三电流值大于第二电流值。此外，上述步骤e还包括:根据反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，控制所述电源变换器的输出端的输出电流，以降低所述电源变换器的音频噪音。
[0021]在一实施例中，上述步骤e还包括:设定所述电源变换器的输出端的输出电流保持恒定；提供所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，并设定其一上限阈值和一下限阈值。进一步，上述步骤e还包括:预设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，其中，所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的下限阈值对应于流经所述负载的一第一电流值，所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的上限阈值对应于流经所述负载的一第二电流值；提供流经所述负载的一第三电流值，该第三电流值对应于所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的一预设值，该预设值介于所述电源变换器的输出端的输出电压纹波所设定的上限阈值和下限阈值之间。此外，第二电流值大于第一电流值，第三电流值大于第二电流值。此外，上述步骤e还包括:根据所述电源变换器的输出端的输出电压纹波和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，控制所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，以降低所述电源变换器的音频噪音。
[0022]在一实施例中，上述步骤e还包括:设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波保持恒定；设定一反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的一上限阈值和一下限阈值；提供一参考频率，将当前间歇频率与所述参考频率进行比较，并得到二者间的误差；以及利用所述误差来调节所述电源变换器的输出端的输出电流，以降低所述电源变换器的音频噪音。进一步，所述当前间隙频率大于或等于所述参考频率时，减小所述电源变换器的输出端的输出电流。将所述电源变换器的输出端的输出电流减小至其下限阈值。所述当前间歇频率小于所述参考频率时，增大所述电源变换器的输出端的输出电流。将所述电源变换器的输出端的输出电流增加至其上限阈值。
[0023]在一实施例中，上述步骤e还包括:设定所述电源变换器的输出端的输出电流保持恒定；设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的一上限阈值和一下限阈值；提供一参考频率，将当前间歇频率与所述参考频率进行比较，并得到二者间的误差；以及利用所述误差来调节所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，以降低所述电源变换器的音频噪音。进一步，所述当前间隙频率大于或等于所述参考频率时，增加所述电源变换器的输出端的输出电压纹波。将电源变换器的输出端的输出电压纹波增加至其上限阈值。在一实施例中，所述当前间歇频率小于所述参考频率时，减小所述电源变换器的输出端的输出电压纹波。将所述电源变换器的输出端的输出电压纹波减小至其下限阈值。
[0024]采用本发明的用于降低音频噪音的控制方法，当电源变换器工作于间歇模式时，藉由调节单脉冲周期内从输入侧传递至输出侧的能量，来改变电源变换器的间歇周期，进而调节其间歇频率，从而使该间歇频率避开诸如磁性元件的机械谐振频率，降低音频噪音。此外，在电源变换器的音频噪音满足预定要求的情形下，还可调节电源变换器的输出端的输出电流峰值，以优化从电源变换器的第一和第二输入端到第一和第二输出端的能量传递效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]读者在参照附图阅读了本发明的【具体实施方式】以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
[0026]图1绘示依据本发明的一【具体实施方式】的电源变换器的结构框图；
[0027]图2绘示图1的电源变换器处于间歇工作模式时，输出电压的变化曲线、由工作期间和停止期间构成的间歇周期的脉冲波形、电源变换器的输出端的输出电流在单脉冲周期的变化曲线示意图；
[0028]图3绘示图1的电源变换器未采用本发明的控制方法进行调节时，间歇频率与流经负载的电流之间的关系曲线图；
[0029]图4绘示图1的电源变换器采用本发明的控制方法进行调节后，间歇频率与流经负载的电流之间的关系曲线图；
[0030]图5绘示图1的电源变换器采用本发明的控制方法进行调节后，电源变换器的输出端的输出峰值电流与流经负载的电流之间的关系曲线图；
[0031]图6绘示本发明的第一具体实施例的控制方法的流程框图；
[0032]图7绘示本发明的第二具体实施例的控制方法的流程框图；
[0033]图8绘示本发明的第三具体实施例的控制方法的流程框图；
[0034]图9绘示本发明的第四具体实施例的控制方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
[0036]于本申请的【具体实施方式】部分与权利要求书部分,涉及“稱接(coupled with) ”之描述，其可泛指一组件透过其他组件而间接连接至另一组件，或是一组件无须透过其他组件而直接连接至另一组件。
[0037]于本申请的【具体实施方式】部分与权利要求书部分，除非文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单个或多个。
[0038]本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰之数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是在百分之十以内，而更佳地则是在百分之五以内。
[0039]图1绘示依据本发明的一【具体实施方式】的电源变换器的结构框图。
[0040]参照图1，该电源变换器10包括一第一输入端IN1、一第二输入端IN2、一第一输出端OUTl和一第二输出端0UT2。电源变换器10的第一输入端INl与输入电源V的第一端连接，电源变换器10的第二输入端IN2与输入电源V的第二端连接。第一输出端OUTl连接至输出电容Ctjut的一端，第二输出端0UT2连接至输出电容Ctjut的另一端。为了描述方便起见，不妨将电源变换器10的输出端的输出电流标记为ipeak，将流经负载R的电流标记为
1ut °
[0041]该电源变换器10还包括具有一机械谐振频率的元件102。该元件102耦接于电源变换器10的第一输入端IN1、第二输入端IN2、第一输出端0UT1、第二输出端0UT2其中之一。例如，在一些实施例中，该元件102耦接至电源变换器10的第一输入端INl或第二输入端IN2 ;在另一些实施例中，该元件102耦接至电源变换器10的第一输出端OUTl或第二输出端0UT2。应当理解，该电源变换器10通过第一和第二输入端INl和IN2，可将来自输入电源的能量传递至电源变换器的第一和第二输出端OUTl和0UT2。该元件102可为磁性元件如变压器，电感等，也可为容性元件如滤波电容，电解电容等。
[0042]当电源变换器10处于空载或轻载情形时，可将其设置为间歇工作模式，以节约能源。在此，术语“间歇工作模式”是指电源变换器10在一段时间内处于工作状态，在一段时间内处于空闲状态，并且工作状态和空闲状态各自所对应的时间期间构成一个完成的间歇周期。
[0043]图2绘示图1的电源变换器处于间歇工作模式时，输出电压的变化曲线、由工作期间和停止期间构成的间歇周期的脉冲波形、电源变换器的输出端的输出电流在单脉冲周期的变化曲线示意图。
[0044]参照图2，当电源变换器10工作于间歇模式时，每一间歇周期由一工作期间Tbmst。?和一停止期间Tburettjff组成。亦即，在相邻的两个工作期间Tburst-?之间，加入一段停止期间Tburst-ft5或者，在相邻的两个停止期间Tbmsttjff,提供一段连续工作的脉冲，使电源变换器10在间歇周期内从第一和第二输入端INl和IN2向第一和第二输出端传递能量。
[0045]结合图2的输出电压变化曲线以及间歇周期的脉冲波形可知，当电源变换器处于工作期间Tburet m时，能量从第一和第二输入端INl和IN2传递至第一和第二输出端OUTl和0UT2，并且藉由诸如电感元件或电容元件来存储该能量，输出电压的电压值从Vwt min上升至_。相应地，当电源变换器10处于停止期间Tburet tjff时，停止从第一和第二输入端INl和IN2到第一和第二输出端OUTl和0UT2的能量传递，释放之前所存储的能量，从而输出电压的电压值从Vrat _下降至Vrat min。
[0046]在一实施例中，工作期间Tburst m包括至少一个单脉冲周期Ts，将该单脉冲周期Ts进行放大后，不难看出，每一单脉冲周期也包括施加脉冲以及该脉冲宽度后的延迟时间。以bulk反激变换器为例，当电源变换器处于单脉冲周期Ts内提供脉冲的时间区间Tm时，电源变换器的输出端的输出电流逐渐上升并到达电流峰值Ipk。当停止施加脉冲时，电源变换器的输出端的输出电流从电流峰值Ipk逐渐下降，经过时间期间Irff d_后，电源变换器的输出电流减小至零。然后再经过一段延迟，最终到达单脉冲周期Ts的结束时刻。在图2中，将电流上升至峰值的过渡时间标示为Tm，将电流从峰值下降至零并延迟的过渡时间标示为Irff,单脉冲周期Ts等于过渡时间Tm与Irff之和。
[0047]不妨定义电源变换器输出端的输出电压的最大值和最小值分别为Vrat _和Vratmin，即输出电压的纹波为(Vtjut max-Vrat min)。Ipk为电源变换器的输出端的输出电流峰值，Ill avg为电源变换器输出端的输出电流在单脉冲周期内的峰值平均值。则，间歇周期Tburet的工作期间、停止期间、峰值电流的平均值以及间歇频率的计算公式可分别表示为:
【权利要求】
1.一种用于降低音频噪音的控制方法，其特征在于，该控制方法包括: a)提供一输入电源，所述输入电源包含一第一端和一第二端； b)提供一电源变换器，所述电源变换器包含: 一第一输入端和一第二输入端，所述电源变换器的第一输入端与所述输入电源的第一端连接，所述电源变换器的第二输入端与所述输入电源的第二端连接； 一第一输出端和一第二输出端； 一输出电容，包含一第一端和一第二端，所述输出电容的第一端连接于所述电源变换器的第一输出端，所述输出电容的第二端连接于所述电源变换器的第二输出端； 具有一机械谐振频率的元件，稱接于所述电源变换器的第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端其中之一； c)提供一负载，包含一第一端和一第二端，所述负载的第一端连接于所述输出电容的第一端，所述负载的第二端连接于所述输出电容的第二端； d)将所述电源变换器设置于一间歇工作模式，其中，该间歇工作模式具有一间歇周期，所述间歇周期包括一工作期间Tburst-m和一停止期间Tbur-ff,所述间歇周期的工作期间Tburst-on至少包含一单脉冲周期Ts ； e)控制所述工作期间Tburst-m内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量，以降低所述电源变换器的音频噪音。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 控制所述工作期间Tbrast-m内的单脉冲周期Ts内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 检测所述电源变换器的输出功率； 根据所述输出功率，调节所述单脉冲周期Ts内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，上述检测输出功率的步骤还包括: 检测反映流经所述负载的电流的信号。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 调节所述电源变换器的输出端的输出电流，进而调节所述单脉冲周期Ts内所述电源变换器从所述第一输入端和第二输入端传递至所述第一输出端和第二输出端的能量。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波保持恒定； 提供一反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号，设定其一上限阈值和一下限阈值。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 预设定反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，其中，反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的上限阈值对应于流经所述负载的一第一电流值，反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的下限阈值对应于流经所述负载的一第二电流值； 提供流经所述负载的一第三电流值，该第三电流值对应于反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的一预设值，该预设值介于反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号所设定的上限阈值与下限阈值之间。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第二电流值大于所述第一电流值，所述第三电流值大于所述第二电流值。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括:根据反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，控制所述电源变换器的输出端的输出电流，以降低所述电源变换器的音频噪音。
10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 设定所述电源变换器的输出端的输出电流保持恒定； 提供所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，并设定其一上限阈值和一下限阈值。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 预设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，其中，所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的下限阈值对应于流经所述负载的一第一电流值，所述电源 变换器的输出端的输出电压纹波的上限阈值对应于流经所述负载的一第二电流值； 提供流经所述负载的一第三电流值，该第三电流值对应于所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的一预设值，该预设值介于所述电源变换器的输出端的输出电压纹波所设定的上限阈值和下限阈值之间。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述第二电流值大于所述第一电流值，所述第三电流值大于所述第二电流值。
13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括:根据所述电源变换器的输出端的输出电压纹波和反映流经所述负载的电流的信号之间的关系，控制所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，以降低所述电源变换器的音频噪音。
14.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波保持恒定； 设定一反映所述电源变换器的输出端的输出电流的信号的一上限阈值和一下限阈值； 提供一参考频率，将当前间歇频率与所述参考频率进行比较，并得到二者间的误差；以及 利用所述误差来调节所述电源变换器的输出端的输出电流，以降低所述电源变换器的音频噪音。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述当前间隙频率大于或等于所述参考频率时，减小所述电源变换器的输出端的输出电流。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，将所述电源变换器的输出端的输出电流减小至其下限阈值。
17.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述当前间歇频率小于所述参考频率时，增大所述电源变换器的输出端的输出电流。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，将所述电源变换器的输出端的输出电流增加至其上限阈值。
19.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，上述步骤e还包括: 设定所述电源变换器的输出端的输出电流保持恒定； 设定所述电源变换器的输出端的输出电压纹波的一上限阈值和一下限阈值； 提供一参考频率，将当前间歇频率与所述参考频率进行比较，并得到二者间的误差；以及 利用所述误差来调节所述电源变换器的输出端的输出电压纹波，以降低所述电源变换器的音频噪音。
20.根据权利要 求19所述的控制方法，其特征在于，所述当前间隙频率大于或等于所述参考频率时，增加所述电源变换器的输出端的输出电压纹波。
21.根据权利要求20所述的控制方法，其特征在于，将所述电源变换器的输出端的输出电压纹波增加至其上限阈值。
22.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述当前间歇频率小于所述参考频率时，减小所述电源变换器的输出端的输出电压纹波。
23.根据权利要求22所述的控制方法，其特征在于，将所述电源变换器的输出端的输出电压纹波减小至其下限阈值。
【文档编号】H02M1/44GK103457453SQ201210196396
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】金红元, 代佳乐, 甘鸿坚, 应建平 申请人:台达电子工业股份有限公司