具有降低音频噪音的电源供应控制器及降低音频噪音方法与流程

1.本发明涉及一种电源供应控制器，特别是指一种具有降低音频噪音的电源供应控制器。本发明还涉及降低音频噪音方法。


背景技术：

2.积层陶瓷电容器(multi-layer ceramic capacitor,mlcc)因其低成本和小体积而在电子产品中获得广泛的使用。mlcc是由平行的陶瓷材料和电极材料层叠而成，而陶瓷材料是一种具有压电特性的材料。当在mlcc的两端施加交流电压，则mlcc产生形变撞击其周围的电路板，若撞击频率处在人耳可以听到的频率范围内(20hz～20khz)，则会产生音频噪音。许多电子产品在使用时相当靠近人耳，如：笔记本计算机、平板计算机、智能型手机等。如果这些电子产品产生音频噪音，将会影响使用感受，故音频噪音为电子产品设计者急需降低的问题。
3.一般而言，mlcc耦接于输出电压。为了降低音频噪音，一种现有技术会在mlcc的两端的电压变化频率(也就是输出电压的变化频率)落在音频范围时，调整输出电压，使输出电压停止改变。如此一来，输出电压的变化频率为0，由此避免音频噪音的产生。
4.这种现有技术的缺点，其中之一在于，单纯将输出电压维持在固定的电位，使输出电压的变化频率为0，虽然避免了音频噪音的产生，但因为输出电压必须一直维持在较高的电位，电能的消耗相对较高，这将造成电子产品的电池续航时间(battery life)缩短，限制了电子产品的应用范围。这种现有技术的另一个缺点在于，即使在输出电压的变化频率低于音频范围的情况下，如果输出电压太快速的电压变化，也就是输出电压变化具有振幅的快速瞬时变化，以傅立叶变换，频率展开的观点来看，此输出电压变化的脉波，其由各种频率的脉波所组成，也会造成mlcc在音频范围内的震荡，而产生音频噪音。
5.有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种具有降低音频噪音的电源供应控制器及降低音频噪音方法，在降低音频噪音的情况下，延长电池续航时间，以增加电子产品的应用范围。


技术实现要素：

6.就其中一个观点言，本发明提供了一种具有降低音频噪音的电源供应控制器，用于一电源供应电路中，以降低一积层陶瓷电容器的音频噪音，该电源供应控制器根据一电压定位信号与一电压感测信号，产生一控制信号，而操作一功率级电路中的一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并用以将该输出电压自一目前位准朝一要求位准调整，该电源供应控制器包含：一转换电路，包括：一数字模拟转换器，用以根据该电压定位信号，而产生一模拟电压定位信号；以及一斜率控制电路，与该数字模拟转换器耦接，在该电源供应控制器操作于一降噪模式，且该目前位准高于该要求位准时，调整该模拟电压定位信号的一下降斜率，而产生一调整后模拟电压定位信号，用以限制该输出电压的一下降速率大于0且不高于一预设速率；以及一脉宽调制(pulse width modulation,pwm)控制电路，与该
转换电路耦接，用以根据该调整后模拟电压定位信号与该电压感测信号，产生该控制信号。
7.在一种较佳的实施型态中，该斜率控制电路根据该目前位准与该要求位准间的一差值位准，决定是否使能该降噪模式。
8.在一种较佳的实施型态中，该斜率控制电路根据该模拟电压定位信号的一动态电压变化频率，决定是否使能该降噪模式。
9.在一种较佳的实施型态中，该预设速率不高于60μv/μs。
10.在一种较佳的实施型态中，该预设速率为可调。
11.前述的实施型态中，该预设速率较佳地根据该目前位准与该要求位准间的一差值位准，及/或该模拟电压定位信号的一动态电压变化频率而调整。
12.就另一观点言，本发明提供了一种降低音频噪音方法，用于一电源供应电路中，以降低一积层陶瓷电容器的音频噪音，该降低音频噪音方法包含：根据一电压定位信号与一电压感测信号，产生一控制信号，而操作一功率级电路中的一功率开关，以将一输入电压转换为一输出电压，并用以将该输出电压自一目前位准朝一要求位准调整；根据该电压定位信号，经过一模拟转换，而产生一模拟电压定位信号；于一降噪模式，且该目前位准高于该要求位准时，调整该模拟电压定位信号的一下降斜率，而产生一调整后模拟电压定位信号，用以限制该输出电压的一下降速率大于0且不高于一预设速率；以及根据该调整后模拟电压定位信号与该电压感测信号，产生该控制信号。
13.在一种较佳的实施型态中，降低音频噪音方法，还包含：根据该目前位准与该要求位准间的一差值位准，决定是否使能该降噪模式。
14.在一种较佳的实施型态中，降低音频噪音方法，还包含：根据该动态电压定位信号的一动态电压变化频率，决定是否使能该降噪模式。
15.以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
16.图1显示一种根据本发明的一种电源供应电路示意图。
17.图2a-2c显示根据本发明的一种实施方式的信号波形图标意图。
18.图3a与3b显示根据本发明的另一种实施方式的信号波形图标意图。
19.图4a与4b显示根据本发明的又一种实施方式的信号波形图标意图。
20.图5显示本发明与现有技术的电池续航时间的比较示意图。
21.图6显示本发明与现有技术的音量的比较示意图。
22.图7a-7j显示同步或异步的降压型、升压型、反压型、升降压型、与升反压型功率级电路。
23.图中符号说明
24.1:电源供应电路
25.3:中央处理器
26.11:功率级电路
27.12:电源供应控制器
28.121:转换电路
29.1211:数字模拟转换器
30.1213:斜率控制电路
31.123:pwm控制电路
32.gate:控制信号
33.h,h1,h2:高位准
34.l:低位准
35.mlcc:积层陶瓷电容器
36.svid:电压定位信号
37.s1,s2:斜率
38.s1’,s2’:下降速率
39.t:时间
40.t1,t2:时间点
41.t1,t2,t3,t4,t5,t6:期间
42.toff4～toff6,toff:持续期间
43.vdac:模拟电压定位信号
44.vdac’:调整后模拟电压定位信号
45.vd1,vd2:差值位准
46.vin:输入电压
47.vout:输出电压
48.vsen:电压感测信号
49.v1,v2,v3:位准
具体实施方式
50.本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。
51.图1显示一种根据本发明的具有降低音频噪音的电源供应控制器的一种实施例(电源供应控制器12)。电源供应控制器12用于电源供应电路1中，以降低积层陶瓷电容器(multi-layer ceramic capacitor,mlcc)的音频噪音。电源供应电路1用以将输入电压vin转换为输出电压vout。电源供应电路1包含功率级电路11以及电源供应控制器12。电源供应控制器12例如接收中央处理器(central processing unit,cpu)3所产生的电压定位(voltage identification,vid)信号svid以及相关于输出电压vout的电压感测信号vsen，产生控制信号gate，以操作功率级电路11中的功率开关，而将输入电压vin转换为输出电压vout。电压定位信号svid内含各种信息，其中包括要求改变输出电压的位准的信息，使电源供应控制器12调整输出电压vout，自目前位准朝要求位准调整。
52.其中，cpu 3产生电压定位信号svid，用以对电源供应电路1提出输出电压vout的电压定位要求，使电源供应电路1动态且实时地改变输出电压vout，以调整输出电压vout自目前位准朝要求位准调整，而供应电源予负载电路，例如cpu 3本身。
53.电源供应控制器12用于电源供应电路1中，以降低mlcc的音频噪音。电源供应控制器12包含转换电路121以及脉宽调制(pulse width modulation,pwm)控制电路123。转换电
路121包括数字模拟转换器(digital-to-analog converter,dac)1211以及斜率控制电路1213。数字模拟转换器1211用以根据电压定位信号svid，而产生模拟电压定位信号vdac。电压定位信号svid例如以总线的方式，将cpu 3的指令，包含频率信号、通信相关信息、与动态电压定位要求等，传达给电源供应控制器12。电源供应控制器12例如以总线控制电路，接收电压定位信号svid，将其转换为数字信号后，传送给数字模拟转换器1211。数字模拟转换器1211接收该数字信号，而转换为模拟电压定位信号vdac。
54.在本实施例中，斜率控制电路1213与数字模拟转换器1211耦接，在电源供应控制器12操作于降噪模式，且输出电压vout的目前位准高于模拟电压定位信号vdac的要求位准时，也就是当cpu 3要求电源供应控制器12将目前的输出电压vout的目前位准，调降为要求位准，调整模拟电压定位信号vdac的下降斜率，而产生调整后模拟电压定位信号vdac’，用以限制输出电压vout的下降速率大于0且不高于预设速率。
55.pwm控制电路123接收调整后模拟电压定位信号vdac’与电压感测信号vsen，产生控制信号gate，以切换功率级电路11中的功率开关，而将输入电压vin转换为输出电压vout。其中，电压感测信号vsen相关于输出电压vout，回授至pwm控制电路123。根据本发明，功率级电路31可配置为例如但不限于同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率转换电路，如图7a-7j所示。
56.在本实施例中，电源供应控制器12具有降低音频噪音的功能，用以降低积层陶瓷电容器mlcc所产生的音频噪音；其中，积层陶瓷电容器mlcc耦接于输出电压vout与接地电位之间。
57.图2a-2c显示根据本发明的一种实施方式的信号波形图标意图。举例而言，模拟电压定位信号vdac如图2a中的信号波形图所示意，模拟电压定位信号vdac波形图中，横轴为时间t，在模拟电压定位信号vdac切换至高位准h时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图2b所示的位准v1；在模拟电压定位信号vdac切换至低位准l时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图2b的电位v2。但由于所需要的要求位准，是视cpu 3的需求而改变，而非有规律的变化，因此模拟电压定位信号vdac波形的频率，并非固定的，电源供应控制器12也无法在接收到模拟电压定位信号vdac之前预先得知模拟电压定位信号vdac波形的频率，也就是说，模拟电压定位信号vdac波形的频率并非规律的。举例而言，如图2a所示，在期间t1，模拟电压定位信号vdac波形的频率较低，而在期间t2，模拟电压定位信号vdac波形的频率较高。
58.在一种实施方式中，如图2b所示，只要在模拟电压定位信号vdac由高位准h切换为低位准l时，也就是要求将输出电压vout自目前位准，例如图2b输出电压vout信号波形所示的位准v1，改变且朝较低的要求位准调整，如图2b输出电压vout信号波形所示的电位v2，电源供应控制器12就使能降噪模式，而将调整后模拟电压定位信号vdac’的下降斜率，限制为斜率s1，使得输出电压vout下降速率s1’，以大于0且不高于预设速率的缓降方式，将输出电压vout向着位准v2的目标调整，但不必须在下一次模拟电压定位信号vdac要求改变输出电压vout前(接着的由低位准l切换至高位准h)，完成将输出电压vout调整至位准v1，而是将输出电压vout保持缓降，顶多降至要求位准。
59.在一般的应用中，在模拟电压定位信号vdac示意要求将输出电压vout自相对较低的目前位准(如图2b所示的位准v2)，调节至相对较高的要求位准(如图2b所示的位准v1)的
情况下，电源供应控制器12会以相对较快的速率，将输出电压vout自目前位准(如图2b所示的位准v2)调升至较高的要求位准(如图2b所示的位准v1)，这是因为要求位准较高，示意输出电压vout所供应的负载电路(如图1所示的cpu3)有电能消耗的需求，因此需要以较高的调升速率，尽快将输出电压vout自目前位准调升至较高的要求位准，在此情况下，较佳的方式是不降低调升速率。在模拟电压定位信号vdac示意要求将输出电压vout自相对较高的目前位准，调节至相对较低的要求位准的情况下，一般而言，示意输出电压vout所供应的负载电路没有高电能消耗的需求，而是以节省电能为目的，因此根据本发明，调降输出电压vout的下降速率s1’，以降低音频噪音又不至于消耗太多的电能，以延长电池续航时间。
60.需说明的是，如果在模拟电压定位信号vdac示意要求将输出电压vout自相对较低的目前位准，调节至相对较高的要求位准的情况下，且输出电压vout所供应的负载电路也没有快速升压的需求，也可以较低的调升速率，在可接受的音频噪音下，以缓升的方式，将输出电压vout自目前位准调升至较高的要求位准，在此情况下，根据本发明所揭示的方式，也可降低调升速率。
61.需说明的是，将调整后模拟电压定位信号vdac’的下降斜率，限制为斜率s1，使得输出电压vout下降速率s1’，以大于0且不高于预设速率的缓降方式，将输出电压vout向着要求位准的目标调整。其中，斜率s1的决定，可根据人耳可忍受的音频噪音而调整，另外斜率s1也可根据相关音频噪音规范而决定。
62.在一种实施方式中，如图2c所示，电源供应控制器12可根据模拟电压定位信号vdac的动态电压变化定位(dynamic voltage identification,dvid)频率，而使能降噪模式。如图2a所示，举例而言，当期间t1，模拟电压定位信号vdac波形的频率较低(例如在音频范围之外)，因此电源供应控制器12不使能降噪模式；而在时间点t1后的期间t2，模拟电压定位信号vdac波形的频率较高(例如在音频范围之内)，因此电源供应控制器12使能降噪模式。在降噪模式中，将调整后模拟电压定位信号vdac’的下降斜率，限制为斜率s1，使得输出电压vout下降速率，以大于0且不高于预设速率的缓降方式，将输出电压vout向着位准v2的目标调整，但不必须在下一次模拟电压定位信号vdac要求改变输出电压vout前(接着的由低位准l切换至高位准h)，完成将输出电压vout调整至位准v1，而是将输出电压vout保持缓降，顶多降至要求位准。
63.图3a与3b显示根据本发明的另一种实施方式的信号波形图标意图。举例而言，模拟电压定位信号vdac如图3a中的信号波形图所示意，模拟电压定位信号vdac波形图中，横轴为时间t，在模拟电压定位信号vdac切换至高位准h1时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图3b所示的位准v1；在模拟电压定位信号vdac切换至低位准l时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图3b的位准v2；模拟电压定位信号vdac切换至另一高位准h2时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图3b所示的位准v3。
64.在图3a与3b所示意的实施方式中，与图2c所示的实施方式不同之处，在模拟电压定位信号vdac由高位准h1切换为另一高位准h2时，也就是在时间点t2之后的期间t3，模拟电压定位信号vdac要求将输出电压vout自目前位准，例如图3b输出电压vout信号波形所示的位准v1，改变且朝较低的要求位准调节，如图3b输出电压vout信号波形所示的电位v3；但电源供应控制器12可以根据目前位准与要求位准间的差值位准vd1而决定是否使能降噪模式，在一实施例中，当差值位准vd1不大于一差值位准阈值，而决定不使能降噪模式，也就是
不限制输出电压vout的下降速率。这是因为目前位准与要求位准间的差值位准vd1，不大于差值位准阈值时，其音频噪音不明显而可以接受，当然，差值位准阈值可以根据实际的需要而调整。
65.另一方面，在模拟电压定位信号vdac由高位准h1切换为低位准l时，也就是在时间点t1之后的期间t2，模拟电压定位信号vdac要求将输出电压vout自目前位准，例如图3b输出电压vout信号波形所示的位准v1，改变且朝较低的要求位准调节，如图3b输出电压vout信号波形所示的电位v2；电源供应控制器12根据目前位准与要求位准间的差值位准vd2，大于差值位准阈值，而决定使能降噪模式，而将调整后模拟电压定位信号vdac’的下降斜率，限制为斜率s1，使得输出电压vout下降速率，以大于0且不高于预设速率的缓降方式，将输出电压vout向着位准v2的目标调整。当然，在这种实施方式中，仍可以根据模拟电压定位信号vdac波形的频率来决定是否使能降噪模式，举例而言，在期间t1，模拟电压定位信号vdac波形的频率较低(例如在音频范围之外)，因此电源供应控制器12不使能降噪模式。也就是说，斜率控制电路1213可根据目前位准与该要求位准间的差值位准，决定是否使能该降噪模式；另一方面，斜率控制电路1213也可根据模拟电压定位信号vdac的动态电压变化频率，决定是否使能降噪模式。以上这两种机制，可以同时采用，也可以采用其中一种，都属于本发明的范围。
66.图4a与4b显示根据本发明的又一种实施方式的信号波形图标意图。举例而言，模拟电压定位信号vdac如图4a中的信号波形图所示意，模拟电压定位信号vdac波形图中，横轴为时间t，在模拟电压定位信号vdac切换至高位准h时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout调节于如图4b所示的位准v1；在模拟电压定位信号vdac切换至低位准l时，示意要求电源供应电路1将输出电压vout如图4b所示，朝电位v2调整。
67.在图4a与4b所示意的实施方式中，期间t4、t5与t6分别显示三种不同频率的模拟电压定位信号vdac，其中，模拟电压定位信号vdac的频率在期间t4时最低，在期间t6时最高。如图4a与4b所示，电源供应控制器12在期间t4、t5与t6都操作于降噪模式，将调整后模拟电压定位信号vdac’的下降斜率，限制为斜率s2，使得输出电压vout下降速率s2’，以大于0且不高于预设速率的缓降方式，将输出电压vout向着位准v2的目标调整。
68.图4a与4b所示的实施方式，旨在说明，根据本发明，在降噪模式下，当模拟电压定位信号vdac的动态电压定位变化频率越高，输出电压vout在较低电位的电位v2时间越短；反之，当模拟电压定位信号vdac的动态电压定位变化频率越低，输出电压vout在较低电位的电位v2时间越长。如图所示，调整后模拟电压定位信号vdac’的每个如期间t4、t5与t6所示的三种不同频率，可以看出，在频率最低的期间t4，输出电压vout在较低电位的电位v2，持续期间toff4最长；在频率较高的期间t5，输出电压vout在较低电位的电位v2，持续期间toff5较短；在频率最高的期间t6，输出电压vout在较低电位的电位v2，持续期间toff6最短。图4a与4b所示的实施方式显示根据本发明，适当的调整下降斜率s2，使输出电压vout的下降速率s2’，不高于预设速率，进而使mlcc产生的音频噪音降低至可接受的范围，又可以使输出电压vout停留在较低电位的电位，以延长电池续航时间，增加电子产品的应用范围。
69.在一种较佳的实施方式中，下降速率s2’不高于预设速率60μv/μs。在一种较佳的实施方式中，下降速率s2’不高于预设速率30μv/μs。在一种较佳的实施方式中，下降速率s2不高于预设速率12μv/μs。而在一种更佳的实施方式中，下降速率s2’调整于预设速率6μv/μ
s。在一种较佳的实施方式中，预设速率为可调，可根据产品的用途与产品，调整预设速率。在一种较佳的实施方式中，预设速率根据目前位准与要求位准间的差值位准，及/或模拟电压定位信号的动态电压变化频率而调整。举例而言，例如图3b输出电压vout信号波形所示，规范下降速率s2’不高于预设速率60μv/μs，可以在音频噪音最严重的频率下(1～3khz)，使得输出电压vout自位准v1，下降至较低的要求位准时，下降的幅度不超过60mv，以符合噪音规范的要求。
70.图5显示本发明与现有技术的电池续航时间的比较示意图。如图所示，粗虚线示意现有技术的电池续航时间与频率关系图。由于这种现有技术系于动态电压定位变化频率超过频率f1时，就停止改变输出电压，维持在固定的电位，使输出电压的变化频率为0，虽然避免了音频噪音的产生，但因为输出电压必须一直维持在较高的电位，电能的消耗相对较高，造成电子产品的电池续航时间较短。在图5中，粗实线示意根据本发明的电池续航时间与频率关系图。由于本发明采用电压缓降的方式，调节输出电压，在动态电压定位变化频率越低的情况下，仍可将输出电压调整至较低的电位，使电能消耗降低，维持较高的电池续航时间，又可以降低音频噪音。
71.图6显示本发明与现有技术的音量的比较示意图。粗虚线示意现有技术的音量与频率关系图，粗实线示意根据本发明的音量与频率关系图。如图所示，根据本发明的电源供应控制器与降低音频噪音方法，可以在不同的动态电压定位变化频率下，明显降低音频噪音，显示本发明优于现有技术之处。
72.以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。