开关电源控制器及其控制方法

开关电源控制器及其控制方法
【专利摘要】公开了一种开关电源控制器及其控制方法。该开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流，包括：抖频信号产生电路，用于产生随时间变化的抖频信号；叠加电路，用于将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号；第一比较器，用于将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。该开关电源控制器采用对电感电流采样信号的抖频控制改善传导电磁干扰。
【专利说明】开关电源控制器及其控制方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及开关电源，更具体地，涉及可以抑制电磁干扰(EMI)的开关电源控制器及其控制方法。

【背景技术】
[0002]开关电源在工作过程中由于开关管的高速开关动作产生严重的电磁干扰。如何降低电磁干扰噪声使得电源产品达到相关标准，是业界普遍关注的一个问题。传统的减小开关电源的电磁干扰噪声的方法是在电路中加入EMI滤波器，这不仅会导致电源的体积和成本增加、高频性能下降，同时也增大了损耗。
[0003]抖频控制是一种有效改善传导电磁干扰的方法，现在已被集成开关电源芯片所采用而大量应用于小功率开关电源产品中。该方法通过使开关电源的工作频率周期性或非周期性地在一定的范围内变化，使得谐波干扰能量得以分散，从而达到满足EMI标准的目的。
[0004]然而，现有开关电源中抖频控制的原理是改变开关电源的系统开关频率。虽然可以改善传导电磁干扰，但由于系统开关频率的变化，开关管的导通时刻将偏离理想值。采用抖频控制导致开关管的导通损耗变大、系统效率降低和发热量增大。此外，由于开关管在高电压下导通切换，甚至可能产生附加的电磁辐射，导致EMI劣化。
[0005]因此，期望进一步改善开关电源抖频控制以减少开关管的导通损耗和电磁辐射。


【发明内容】

[0006]有鉴于此，本发明提供了一种开关电源控制器及其控制方法，该开关电源控制器采用抖频控制改善传导电磁干扰。
[0007]根据本发明的一方面，提供一种开关电源控制器，所述开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流，包括:抖频信号产生电路，用于产生随时间变化的抖频信号；叠加电路，用于将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号；第一比较器，用于将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。
[0008]优选地，所述开关电源控制器还包括:导通信号产生电路，用于产生导通信号；RS触发器，所述RS触发器的置位端接收所述导通信号，复位端接收所述断开信号，并且在输出端产生开关控制信号；以及驱动电路，用于根据开关控制信号产生开关管的驱动信号。
[0009]优选地，所述RS触发器在所述导通信号从低电平转变为高电平时置1，在所述断开信号从低电平转变为高电平时置O。
[0010]优选地，所述导通信号产生电路为定时电路。
[0011]优选地，所述导通信号产生电路包括:第二比较器，用于将与开关管两端的电压相对应的电压反馈信号与参考信号相比较，以产生参考过零信号；以及延时电路，在电压反馈信号过零之后，延迟预定时间产生有效的导通信号。
[0012]优选地，所述预定时间为从电压反馈信号过零直至进一步减小至谷值的时间。
[0013]优选地，所述抖频信号为三角波和正弦波之一。
[0014]优选地，所述叠加电路根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管从断开转变为导通时刻的初始值。
[0015]优选地，所述叠加电路根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管导通期间的变化斜率。
[0016]优选地，所述抖频信号产生电路包括:在输出端和地之间串联连接的第一电流源和第一开关；在输出端和地之间串联连接的第二电流源和第二开关；以及在输出端和地之间连接的电容，其中，所述第一电流源和所述第二电流源的电流方向相反，并且第一开关和第二开关交替导通。
[0017]优选地，所述第一电流源和所述第二电流源为压控电流源，所述抖频信号产生电路还包括:第三比较器，用于将所述控制电压与参考电压相比较以产生开关控制信号；以及第三开关，用于根据所述开关控制信号导通或断开，其中，在第三开关导通时，第三开关将所述控制电压提供至所述第一电流源和所述第二电流源的控制端，从而改变所述第一电流源和所述第二电流源的电流值。
[0018]优选地，所述开关电源控制器还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路对电压反馈信号进行调整以获得所述控制电压，使得所述控制电压表征开关电源的输出电压。
[0019]优选地，在所述控制电压小于所述参考电压时，所述抖频信号产生电路未输出抖频信号。
[0020]优选地，在所述控制电压大于所述参考电压时，所述抖频信号产生电路输出抖频信号，并且使得抖频信号的峰值为电感电流采样信号的峰值的10% -20%。
[0021 ] 优选地，所述叠加电路为压控增益放大电路。
[0022]优选地,所述叠加电路包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电感电流采样信号，所述第二输入端接收抖频信号，所述输出端提供叠加信号。
[0023]优选地，所述叠加电路还包括:晶体管以及多个分压电阻，串联连接在电源电压和地之间；选择电路，用于根据抖频信号，将所述多个分压电阻中的相邻电阻之间的节点之一连接至输出端；以及比较器，用于将电感电流采样信号与参考电压相比较以控制流过晶体管的电流值，其中，所述参考电压为所述多个分压电阻中的相邻电阻之间的节点之一的电压，以及所述多个分压电阻的电阻值不同。
[0024]优选地，从电源电压至地之间，所述多个分压电阻的电阻值递增或递减。
[0025]根据本发明的另一方面，提供一种开关电源控制方法，用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流，包括:产生随时间变化的抖频信号；将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号；以及将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。
[0026]优选地，所述开关电源控制方法还包括，产生导通信号；根据所述导通信号和所述断开信号产生开关控制信号；以及根据开关控制信号产生开关管的驱动信号。
[0027]优选地，产生导通信号的步骤包括:采用定时电路产生所述导通信号。
[0028]优选地，产生导通信号的步骤包括:将与开关管两端的电压相对应的电压反馈信号与参考信号相比较，以产生参考过零信号；以及在电压反馈信号过零之后，延迟预定时间产生有效的导通信号。
[0029]优选地，产生控制开关管断开的断开信号的步骤包括:根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管从断开转变为导通时刻的初始值。
[0030]优选地，产生控制开关管断开的断开信号的步骤包括:根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管导通期间的变化斜率。
[0031]根据本发明的开关电源控制器采用抖频信号产生电路和叠加电路，对电感电流采样信号进行初始值和/或斜率调制。开关管的导通时间随时间是变化的，开关管的开关周期Ts也会随着时间变化而变化。该开关电源控制器可以达到改变频率的目的，实现了抑制EMI的功能。
[0032]在优选的实施例中，在电压反馈信号过零之后，延时电路在延迟预定时间之后产生高电平的导通信号。采用延时电路引入保持不变的延迟，进而控制开关管的断开时刻，可以实现在谷底或近似在谷底时刻导通。从而可以减少开关管的导通损耗。
[0033]在优选的实施例中，采用电压反馈电路对电压反馈信号进行调整以获得所述控制电压，使得所述控制电压表征开关电源的输出电压。因此，在低载时未进行抖频，在重载时，抖频信号的峰值的大小与开关电源的输出电压成比例变化。该优选实施例既避免了轻载纹波大、电源噪声和稳定性差的问题，同时又保证了电路在EMI噪声相对较大的时候加入抖频功能，分散噪声的频谱以达到EMI标准的目的。

【专利附图】

【附图说明】
[0034]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0035]图1为反激式(flyback)拓扑的开关电源的示意性框图；
[0036]图2为根据现有技术的开关电源控制器的示意性框图；
[0037]图3为根据本发明的开关电源控制器的示意性框图；
[0038]图4为根据本发明的开关电源控制器中第一抖频调制方案的波形图；
[0039]图5为根据本发明的开关电源控制器中第二抖频调制方案的波形图；
[0040]图6为根据本发明的开关电源的波形图；
[0041]图7为根据本发明的开关电源控制器中采用的抖频信号产生电路的第一实例的示意性框图；
[0042]图8为根据本发明的开关电源控制器中采用的抖频信号产生电路的第二实例的示意性框图；
[0043]图9为图7和8所示的抖频信号产生电路的波形图；
[0044]图10为根据本发明的开关电源控制器中采用的叠加电路的示意性框图；以及
[0045]图11为根据本发明的开关电源控制方法的流程图。

【具体实施方式】
[0046]以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
[0047]为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0048]图1为反激式拓扑的开关电源100的示意性框图。所述开关电源100采用反激式拓扑结构。开关电源100包括变压器T。变压器T具有原边绕组NP、副边绕组NS和辅助绕组NA，用于传递能量和信号反馈。变压器T的原边绕组NP的第一端、副边绕组NS的第二端以及辅助绕组NA的第二端为同名端，以及变压器T的原边绕组NP的第二端、副边绕组NS的第一端以及辅助绕组NA的第一端为同名端。
[0049]在原边侧，外部交流输入经整流滤波之后，作为输入电压VIN，输入至所述变压器T的原边绕组NP的第一端。开关管SI和采样电阻RS串联连接在变压器T的原边绕组NP的第二端与地之间。
[0050]在副边侧，变压器T的副边绕组NS的第一端串联连接二极管Dl的阳极，第二端接地。在二极管Dl的阴极和地之间并联连接电容Co，在电容Co的两端产生输出电压V。。变压器T的辅助绕组NA的第一端作为反馈端，第二端接地。电阻Rl和R2组成分压网络，从辅助绕组NA的第一端获取表征副边输出电压的电压反馈信号VFB。
[0051]电压反馈电路101从变压器T的辅助绕组NA获取电压反馈信号VFB。在开关管断开时，电压采样信号逐渐减小。当副边绕组NS放电完成瞬间，电压反馈信号Vfb发生陡降。
[0052]开关电源控制器110从采样电阻RS获取原边绕组NP的电感电流采样信号Vsen，从电压反馈电路101获取副边电压的电压反馈信号VFB。开关电源控制器110根据电感电流采样信号Vsen和电压反馈信号VFB，产生开关管驱动信号\，从而控制开关管SI的开关状态。例如，该开关管驱动信号Ve是具有占空比的脉宽调制(PWM)信号，使得开关管SI在导通状态和断开状态之间切换。
[0053]在开关管SI导通时，变压器T的原边绕组NP承受正电压Vin，电感电流IL从零开始线性上升。当该电流在采样电阻Rs上产生的采样信号Vsen达到控制电压V。时，开关管SI关断。
[0054]控制电压V。表征原边电感电流的极限值。在一个实例中，控制电压为恒压源产生的预设电压。在另一个实例中，控制电压V。为上述表征副边输出电压的电压反馈信号Vfb的补偿电压信号，补偿电压信号为稳定的电压信号。
[0055]在一个实例中，采用附加的电压反馈电路，对电压反馈信号Vfb进行调整，以获得精确表征副边输出电压的稳定的控制信号V。。电压反馈电路可以包括采样保持电路，使得采样保持后的控制信号V。为基本恒定的一个值。例如，采样保持电路是中国专利申请201210047752.4中的电压反馈电路中的采样保持电路。替代地，采样保持电路可以是任何已知的采样保持电路
[0056]在开关管SI关断时，副边二极管Dl续流，等效到副边绕组承受负电压V。。此时原边电感电流IL线性下降。在连续导通(CCM)模式下，电感电流IL还未减小达到O时，开关管SI即再次导通。在非连续导通模式(DCM)模式下，直至电感电流IL至0，开关管SI才再次导通。在准谐振模式，开关管SI在其源漏电压波形的谷底才再次导通。在准谐振模式，控制电压V。决定了开关管SI的导通时间和副边二极管Dl的续流时间，也就是决定了开关频率。
[0057]图2为根据现有技术的开关电源控制器110的示意性框图。所述开关电源控制器110包括第一比较器1101、第二比较器1102、延时电路1110、RS触发器1103以及驱动电路
1104。
[0058]第一比较器1101的同相输入端接收电感电流采样信号VSEN，反相输入端接收控制电压V。。第一比较器1101的输出端提供断开信号。
[0059]第二比较器1102的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考信号Vkef，参考信号Vkef为参考零电压。第二比较器1102的输出端提供参考过零信号。延时电路1110接收参考过零信号并且产生导通信号。
[0060]RS触发器1103的置位端S接收导通信号，复位端R接收断开信号，并且输出端Q产生开关控制信号。驱动电路1104的输入端接收开关控制信号，并且输出端产生开关管驱动信号\。
[0061]在RS触发器1103的输出端Q为高电平时，驱动电路1104提供高电平的开关管驱动信号\，使得开关管Si导通。
[0062]在开关管SI导通期间，电感电流采样信号Vsen线性上升。当电感电流采样信号VSE达到控制电压V。时，该断开信号为高电平。RS触发器1103的输出端Q转变为低电平，驱动电路1104提供低电平的开关管驱动信号Ve，使得开关管SI断开。
[0063]在开关管SI断开之后，延时电路1110在电压反馈信号Vfb过零之后，延迟预定时间后产生高电平的导通信号。驱动电路1104提供高电平的开关管驱动信号Ve，使得开关管SI再次导通。然后，进入下一个开关周期。
[0064]在现有的抖频控制中，通过随时间变化改变控制电压V。的幅值，就可以改变开关频率，从而实现抖频控制。
[0065]图3为根据本发明的开关电源控制器210的示意性框图。所述开关电源控制器210包括第一比较器2101、第二比较器2102、延时电路2110、RS触发器2103以及驱动电路2104。与现有技术的开关电源控制器210不同，根据本发明的开关电源控制器210进一步还包括抖频信号产生电路2105和叠加电路2106。
[0066]抖频信号产生电路2105产生抖频信号VjittOT。所述抖频信号可以为三角波或正弦波。
[0067]叠加电路2106接收电感电流采样信号Vsen和抖频信号Vjitte,并且将抖频信号Vjitte与电感电流采样信号Vsen叠加，以获得叠加信号Vseni。
[0068]与现有技术的对控制电压V。幅度调制的抖频方案不同，本发明的开关电源控制器210采用抖频信号产生电路2105和叠加电路2106，对电感电流采样信号Vsen进行初始值和/或斜率调制。该斜率指电感电流采样信号Vsen线性上升的斜率。
[0069]第一比较器2101的同相输入端接收叠加信号Vseni,反相输入端接收控制电压V。。第一比较器2101的输出端提供断开信号。
[0070]第二比较器2102的同相输入端接收电压反馈信号VFB，反相输入端接收参考信号VKEF。第二比较器2102的输出端提供参考过零信号。延时电路2110接收参考过零信号并且产生导通信号。
[0071]RS触发器2103的置位端S接收导通信号，复位端R接收断开信号，并且输出端Q产生开关控制信号。驱动电路2104的输入端接收开关控制信号，并且输出端产生开关管驱动信号\。
[0072]在RS触发器2103的输出端Q为高电平时，驱动电路2104提供高电平的开关管驱动信号\，使得开关管Si导通。
[0073]在开关管SI导通期间，电感电流采样信号Vsen从零开始线性上升。相应地，叠加信号Vseni也开始上升。
[0074]当叠加信号Vseni达到控制电压V。时，断开信号为高电平。RS触发器2103的输出端Q转变为低电平，驱动电路2104提供低电平的开关管驱动信号Ve，使得开关管SI断开。
[0075]在电压反馈信号Vfb过零之后，延时电路2110在延迟预定时间之后产生高电平的导通信号。该预定时间与参考过零信号相关。驱动电路2104提供高电平的开关管驱动信号Ve，使得开关管SI再次导通。然后，进入下一个开关周期。
[0076]该实施例提供了一种通过改变开关管导通时间从而改变开关频率的抖频方法。由于将抖频信号叠加到控制信号V。上去控制电路的导通时间Tctoge,而根据关系式
Vcharge*Tcharge ^discharge^^discharge? ^discharge
会随着Tdfflge的变化而变化，从而达到改变频率的目的。
[0077]进一步地，在该实施例中，延时电路110在电压反馈信号Vfb过零后的预定时刻断开开关管SI。采用延时电路110引入保持不变的延迟，进而控制开关管SI的断开时刻，可以实现在谷底或近似在谷底时刻导通。
[0078]在替代的实施例中，可以采用定时电路代替第二比较器2102和延时电路2110来产生导通信号。定时电路产生高电平的导通信号的周期等于开关周期Ts。将开关周期Ts设置为实现在谷底或近似在谷底时刻导通。
[0079]因而，该开关电源控制器可以实现准谐振导通功能，相对于现有技术，开关功率损耗大大减小。该开关电源控制器可以避免在抖频的同时无法保证谷底导通从而导致系统效率降低的问题，改善系统的传导电磁干扰同时获得高效率。
[0080]图4为根据本发明的开关电源控制器中第一抖频调制方案的波形图。在第一抖频调制方案中，替代对控制电压V。幅度调制的抖频方案，对电感电流采样信号Vsen进行初始值调制。
[0081]以下结合图4进一步说明抖频信号产生电路2105和叠加电路2106的工作原理。
[0082]抖频信号产生电路2105产生波形为三角波的抖频信号。抖频信号的周期Tjitto大于开关电源的开关周期TS。例如，抖频信号的周期Litto可以是开关电源的开关周期Ts的η倍，其中η为自然数。抖频信号的峰值小于电感电流采样信号Vsen的峰值。例如，抖频信号的峰值为电感电流采样信号Vsen的峰值的10% -20%。
[0083]在抖频信号的周期Litto中，在0-Τ_?/2的时间段，抖频信号线性上升，在TJitter/2-TJitter的时间段，抖频信号Vjitte线性下降。在TjittOT/2时刻，抖频信号Vjitto达到峰值。
[0084]在开关管SI导通期间，电感电流采样信号Vsen从零开始线性上升。相应地，由于初始值调制，叠加信号Vseni从随时间变化的初始值开始上升。然后，在达到控制电压V。时，开关管SI断开，电感电流米样信号Vsen和叠加信号Vseni发生陆降。
[0085]开关管SI的导通时间即叠加信号Vseni的上升时间。在第一个开关周期Ts中的导通时间为t2-tl，在第二个开关周期Ts中的导通时间为t4-t3，依次类推，如图4所示。结果，在抖频信号'ittCT线性上升期间，每个开关周期1中的导通时间逐渐减小。在抖频信号Vjitter线性下降期间，每个开关周期Ts中的导通时间逐渐增大。
[0086]图5为根据本发明的开关电源控制器中第二抖频调制方案的波形图。在第二抖频调制方案中，替代对控制电压V。幅度调制的抖频方案，对电感电流采样信号Vsen进行斜率调制。
[0087]以下结合图5进一步说明抖频信号产生电路2105和叠加电路2106的工作原理。
[0088]抖频信号产生电路2105产生波形为三角波的抖频信号。抖频信号的周期Litto大于开关电源的开关周期Ts。例如，抖频信号的周期Litto可以是开关电源的开关周期Ts的η倍，其中η为自然数。抖频信号的峰值小于电感电流采样信号Vsen的峰值。例如，抖频信号的峰值为电感电流采样信号Vsen的峰值的10% -20%。
[0089]在抖频信号的周期Litto中，在0-Τ_?/2的时间段，抖频信号线性上升，在TJitter/2-TJitter的时间段，抖频信号Vjitte线性下降。在TjittOT/2时刻，抖频信号Vjitto达到峰值。
[0090]在开关管SI导通期间，电感电流采样信号Vsen从零开始线性上升。相应地，由于斜率调制，叠加信号Vseni从零开始，按照随时间变化的斜率开始上升。然后，在达到控制电压V。时,开关管SI断开，电感电流米样信号Vsen和叠加信号Vseni发生陆降。
[0091]开关管SI的导通时间即叠加信号Vseni的上升时间。在第一个开关周期Ts中的导通时间为t2-tl，在第二个开关周期Ts中的导通时间为t4-t3，依次类推，如图4所示。结果，在抖频信号'ittCT线性上升期间，每个开关周期1中的导通时间逐渐减小。在抖频信号Vjitter线性下降期间，每个开关周期Ts中的导通时间逐渐增大。
[0092]图6为根据本发明的开关电源的波形图，其中示出电压反馈信号Vfb在一个开关周期Ts中的变化。该电压反馈信号Vfb对应于开关管SI的源漏电压。
[0093]当一个开关周期1开始时，开关管SI导通，原边绕组的电流(即是电感电流)从零开始线性上升，即电感电流采样信号Vsen线性上升。副边绕组开始充电。在本发明中，在Vsen上叠加一个抖频信号Vjittw,以产生叠加信号VSEN1。所述抖频信号可以为三角波或正弦波，所述叠加信号Vseni如图4或5所示。将叠加信号Vseni与基本恒定的控制电压V。进行比较。当叠加信号Vseni到达补偿信号时，比较器输出高电平信号，控制开关管SI关断，副边绕组的充电持续时间为Tdmg-开关管SI的导通时间为Tctog-
[0094]当开关管SI关断后，副边绕组开始放电。由于变压器的漏感和开关管SI的寄生电容发生谐振，电压反馈信号Vfb会产生如图6所述的波动。在放电一段时间后，副边绕组完成放电，副边绕组的放电持续时间为Tdi—。电压反馈信号Vfb开始下降。在时间Tx之后，电压反馈信号Vfb如下降到电路的参考过零点。第二比较器2102检测到参考过零信号，然后延时电路1110在延迟预定时间Tdelay之后产生高电平的导通信号。驱动电路1104提供高电平的开关管驱动信号Ve，使得开关管SI再次导通。从而，再次进入下一个开关周期。开关管SI的断开时间为


Tdischarge+Tx+Tdelay °
[0095]在上述过程中，由于电感电流米样信号Vsen与抖频信号VjittCT的叠加信号Vseni与开关管SI的导通时间相对应，因此开关管SI的导通时间是变化的。Tdisctoge会随着Tctoge的变化而变化，从而达到改变频率的目的。也即，开关频率是变化的，实现了抑制EMI的功能。
[0096]图7为根据本发明的开关电源控制器中采用的抖频信号产生电路2105的第一实例的示意性框图。
[0097]抖频信号产生电路2105串联连接在输出端和地之间的第一开关Sll和第一电流源111、串联连接在输出端和地之间的第二开关S21和第二电流源121、以及连接在输出端和地之间的电容Cl。在抖频信号产生电路2105中，第一电流源Ill的电流流动方向与第二电流源121的电流流动方向相反。
[0098]在抖频信号的周期Tjittw中，在0_TjittOT/2的时间段，第一开关Sll导通，第二开关S21断开，第一电流源Ill给电容Cl充电。抖频信号Vjitto从O开始上升。在t = TJitter/2时刻，抖频信号\ittCT达到峰值。在Τ_μ/2-Τ_μ的时间段，第一开关Sll断开，第二开关S21导通，第二电流源121给电容Cl放电。抖频信号Vjitte线性下降。在t = Tjitter时刻，电容Cl上的电压正好下降到0，从而完成一个抖频周期。
[0099]如此周期性循环，抖频信号产生电路2105产生波形为三角波的抖频信号Vjitte,。
[0100]在图7所示的抖频信号产生电路2105中，第一开关Sll和第二开关S21的导通时间是恒定的，以产生其峰值'ittOTJ)k恒定的抖频信号。作为进一步的改进，下文将描述的抖频信号产生电路对抖频信号的峰值进行限幅。
[0101]图8为根据本发明的开关电源控制器中采用的抖频信号产生电路3105的第二实例的示意性框图。
[0102]抖频信号产生电路3105串联连接在输出端和地之间的第一开关Sll和第一电流源111、串联连接在输出端和地之间的第二开关S21和第二电流源121、以及连接在输出端和地之间的电容Cl。在抖频信号产生电路3105中，第一电流源Ill的电流流动方向与第二电流源121的电流流动方向相反。与第一实例的抖频信号产生电路3105不同，第二实例的抖频信号产生电路3105中的第一电流源Ill和第二电流源121是压控的。第二抖频信号产生电路3105还包括比较器Al和开关SW。
[0103]如上所述，例如采用电压反馈电路从电压反馈信号Vfb获得基本恒定的控制电压V。。该控制信号V。对应于开关电源的输出电压V。,即开关电源的负载电压。
[0104]比较器Al的同相输入端接收控制电压V。，反相输入端接收参考电压Vl进行比较。比较器Al的输出端产生开关控制信号，以控制开关SW的导通和断开。开关SW的一端连接至控制电压V。，另一端连接至第一电流源Ill和第二电流源121各自的控制端。
[0105]在抖频信号的周期Tjittw中，在0-TjittOT/2的时间段，第一开关Sll导通，第二开关S21断开，第一电流源Ill给电容Cl充电。抖频信号Vjitto从O开始上升。在t = TJitter/2时刻，抖频信号\ittCT达到峰值。在Τ_μ/2-Τ_μ的时间段，第一开关Sll断开，第二开关S21导通，第二电流源121给电容Cl放电。抖频信号Vjitte线性下降。在t = Tjitter时刻，电容Cl上的电压正好下降到0，从而完成一个抖频周期。
[0106]如此周期性循环，抖频信号产生电路3105产生波形为三角波的抖频信号Vjitt?。
[0107]在抖频信号产生电路3105中，抖频信号的峰值'ittOT pk的大小与V。成比例变化。当Ve< Vl时，输出功率小(轻载)，开关SW断开，无抖频电压加入。当Ve>Vl时，开关SW导通，抖频电压加入。开关SW将控制电压V。连接至第一电流源Ill和第二电流源121的控制端。随着负载加重，V。逐渐增大。第一电流源Ill和第二电流源121的输出电流与控制端电压成比例，I = k*V。。因此，随着输出功率变大，抖频信号的峰值Vjittepk也逐渐增大。如上文所述，抖频信号的峰值优选为电感电流采样信号Vsen的峰值的10% -20%。
[0108]在第二实例中，抖频的幅度是变化的、受控的。电路工作中V。的电压高低反映了输出功率的大小，而抖频信号的峰值Vjittwjjk的大小与V。成比例变化，V。的最大值决定了抖频的最大值。由于抖频信号的峰值pk的大小和V。相关，第二实例的抖频信号产生电路3105既避免了轻载纹波大、电源噪声和稳定性差的问题，同时又保证了电路在EMI噪声相对较大的时候加入抖频功能，分散噪声的频谱以达到EMI标准的目的。
[0109]现有的抖频方法并没有提出对于抖频的幅度如何去控制和限制，轻载的时候EMI噪声比重载的噪声小，如果加上同等大小的抖频幅度，会造成轻载纹波过大、电源噪声和稳定性差等问题。
[0110]图9为图7和8所示的抖频信号产生电路的波形图。抖频信号Vjitto为三角波形。在抖频信号的周期Litte中，在0-LittOT/2的时间段，抖频信号从O开始上升。在t=TJitter/2时刻，抖频信号Vjitte达到峰值VjitteJ)k。在Tjitte/2-TjittOT的时间段，抖频信号VjittCT线性下降。在t = Tjitte时刻，电容Cl上的电压正好下降到O。如上所述，采用第二实施例的抖频信号产生电路3105，抖频信号的峰值的大小与V。成比例变化。
[0111]图10为根据本发明的开关电源控制器中采用的叠加电路2106的示意性框图。根据该优选的实施例，叠加电路2106用于根据抖频信号'ittCT对电感电流采样信号Vsen进行斜率调制，以产生叠加信号Vseni。
[0112]该叠加电路2106包括运算放大器Al、选择器A2、第一至第六电阻Rl至R6组成的分压网络、以及晶体管Q1。第一至第六电阻Rl至R6和晶体管Ql串联连接在电源电压VcC和地之间。在第一至第六电阻Rl至R6的两个相邻电阻的中间节点获取参考电压VI。
[0113]运算放大器Al的同相输入端接收电感电流采样信号Vsen，反相输入端接收参考电压VI，输出端连接至晶体管Ql的控制端。根据运算放大器Al的“虚短”特性，参考电压Vl等于电感电流米样信号vSEN。
[0114]选择电路A2包括用于接收抖频信号的第一输入端、分别连接至第一至第六电阻Rl至R6的两个相邻电阻的中间节点的多个第二输入端、以及用于提供叠加信号Vseni的输出端。
[0115]选择电路A2根据抖频信号将所述多个第二输入端之一连接至输出端。在第一至第六电阻Rl至R6的电阻值不同的情形下，如果选择所述多个第二输入端中的不同第二输入端时，则叠加信号Vseni相对于电感电流米样信号Vsen的放大倍数不同。例如，如果选择电路A2选择第二电阻R2和第三电阻R3之间的第二输入端，则叠加信号Vseni = VSEN*R3/(R4+R5+R6)。根据优选的实施例，第一至第六电阻Rl至R6的电阻值依次递增或递减。在替代的实施例中，第一至第六电阻Rl至R6的电阻值不同即可。
[0116]在开关管SI导通时，电感电流采样信号Vsen随时间线性上升。在开关管SI断开时，电感电流采样信号Vsen随时间线性下降。电感电流采样信号Vsen的变化斜率主要决定于开关电源中的变压器T中原边绕组的电感、漏感、采样电阻Rs等因素，基本上为恒定值。
[0117]叠加电路2106接收抖频信号Vjitte,。该抖频信号Vjitte例如为三角波形，随时间周期性地线性上升和下降。叠加电路2106根据抖频信号V?ttOT改变叠加信号Vseni相对于电感电流采样信号Vsen的放大倍数。结果，叠加信号Vseni的变化斜率随时间变化，从而实现斜率调制。
[0118]尽管在该实施例中描述了用于对电感电流采样信号Vsen进行斜率调制的叠加电路2106，该叠加电路2106包括选择电路A2，然而，在替代的实施例中，叠加电路2106可以是任何已知的压控增益放大电路。
[0119]图11为根据本发明的开关电源控制方法的流程图。该开关电源控制方法用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流。
[0120]在步骤SOl中，产生随时间变化的抖频信号。
[0121 ] 在步骤S02中，将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号。
[0122]在步骤S03中，将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。在一个实施例中，该步骤包括根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管从断开转变为导通时刻的初始值。在另一个实施例中，该步骤包括根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管导通期间的变化斜率。
[0123]在步骤S04中，产生导通信号。在一个实施例中，该步骤包括采用定时电路产生所述导通信号。在另一个实施例中，该步骤包括将与开关管两端的电压相对应的电压反馈信号与参考信号相比较，以产生参考过零信号；以及在电压反馈信号过零之后，延迟预定时间产生有效的导通信号。
[0124]在步骤S05中，根据所述导通信号和所述断开信号产生开关控制信号。
[0125]在步骤S06中，根据开关控制信号产生开关管的驱动信号。
[0126]依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属【技术领域】技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【权利要求】
1.一种开关电源控制器，所述开关电源控制器用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流，包括: 抖频信号产生电路，用于产生随时间变化的抖频信号； 叠加电路，用于将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号； 第一比较器，用于将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。
2.根据权利要求1所述的开关电源控制器，还包括: 导通信号产生电路，用于产生导通信号； RS触发器，所述RS触发器的置位端接收所述导通信号，复位端接收所述断开信号，并且在输出端产生开关控制信号；以及 驱动电路，用于根据开关控制信号产生开关管的驱动信号。
3.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述RS触发器在所述导通信号从低电平转变为高电平时置1，在所述断开信号从低电平转变为高电平时置O。
4.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中，所述导通信号产生电路为定时电路。
5.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述导通信号产生电路包括: 第二比较器，用于将表征所述开关电源控制器的输出电压的电压反馈信号与参考信号相比较，以产生参考过零信号；以及 延时电路，在电压反馈信号过零之后，延迟预定时间产生有效的导通信号。
6.根据权利要求5所述的开关电源控制器，其中所述预定时间为从电压反馈信号过零直至进一步减小至谷值的时间。
7.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述抖频信号为三角波和正弦波之
O
8.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述叠加电路根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管从断开转变为导通时刻的初始值。
9.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述叠加电路根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管导通期间的变化斜率。
10.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述抖频信号产生电路包括: 在输出端和地之间串联连接的第一电流源和第一开关； 在输出端和地之间串联连接的第二电流源和第二开关；以及 在输出端和地之间连接的电容， 其中，所述第一电流源和所述第二电流源的电流方向相反，并且第一开关和第二开关交替导通。
11.根据权利要求10所述的开关电源控制器，其中所述第一电流源和所述第二电流源为压控电流源，所述抖频信号产生电路还包括: 第三比较器，用于将所述控制电压与参考电压相比较以产生开关控制信号；以及 第三开关，用于根据所述开关控制信号导通或断开， 其中，在第三开关导通时，第三开关将所述控制电压提供至所述第一电流源和所述第二电流源的控制端，从而改变所述第一电流源和所述第二电流源的电流值。
12.根据权利要求11所述的开关电源控制器，还包括电压反馈电路，所述电压反馈电路对电压反馈信号进行调整以获得所述控制电压，使得所述控制电压表征开关电源的输出电压。
13.根据权利要求11所述的开关电源控制器，其中在所述控制电压小于所述参考电压时，所述抖频信号产生电路未输出抖频信号。
14.根据权利要求11所述的开关电源控制器，其中在所述控制电压大于所述参考电压时，所述抖频信号产生电路输出抖频信号，并且使得抖频信号的峰值为电感电流采样信号的峰值的10% -20%。
15.根据权利要求2所述的开关电源控制器，其中所述叠加电路为压控增益放大电路。
16.根据权利要求15所述的开关电源控制器，其中所述叠加电路包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中所述第一输入端接收电感电流采样信号，所述第二输入端接收抖频信号，所述输出端提供叠加信号。
17.根据权利要求16所述的开关电源控制器，其中所述叠加电路还包括: 晶体管以及多个分压电阻，串联连接在电源电压和地之间； 选择电路，用于根据抖频信号，将所述多个分压电阻中的相邻电阻之间的节点之一连接至输出端；以及 比较器，用于将电感电流采样信号与参考电压相比较以控制流过晶体管的电流值， 其中，所述参考电压为所述多个分压电阻中的相邻电阻之间的节点之一的电压，以及 所述多个分压电阻的电阻值不同。
18.根据权利要求17所述的开关电源控制器，其中从电源电压至地之间，所述多个分压电阻的电阻值递增或递减。
19.一种开关电源控制方法，用于控制开关管的导通和断开，从而在与开关管串联的电感中产生电感电流,包括: 产生随时间变化的抖频信号； 将电感电流采样信号与所述抖频信号相叠加以产生叠加信号；以及 将所述叠加信号与控制电压相比较以产生控制开关管断开的断开信号。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括， 产生导通信号； 根据所述导通信号和所述断开信号产生开关控制信号；以及 根据开关控制信号产生开关管的驱动信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其中产生导通信号的步骤包括: 采用定时电路产生所述导通信号。
22.根据权利要求20所述的方法，其中产生导通信号的步骤包括: 将与开关管两端的电压相对应的电压反馈信号与参考信号相比较，以产生参考过零信号；以及 在电压反馈信号过零之后，延迟预定时间产生有效的导通信号。
23.根据权利要求20所述的方法，其中产生控制开关管断开的断开信号的步骤包括:根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管从断开转变为导通时刻的初始值。
24.根据权利要求20所述的方法，其中产生控制开关管断开的断开信号的步骤包括:根据所述抖频信号，随时间改变所述叠加信号在所述开关管导通期间的变化斜率。
【文档编号】H02M3/335GK104333216SQ201410712656
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】张丹, 胡志亮, 黄秋凯, 白永江, 李乐 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司