一种具有限频功能的开关稳压电路及方法

专利名称：一种具有限频功能的开关稳压电路及方法
技术领域：
本发明涉及一种开关稳压电路，特别地，涉及一种具有限频功能的开关稳压 电路及方法。
背景技术：
如今，许多电子设备均需要直流电压供电，而该直流供电电压通常来自于 适配器。适配器从墙上插座(电网)获得交流电压，通过一整流桥将该交流电 压转换为一不控直流电压，并通过一开关电源将该不控直流电压转换为所需的 直流供电电压。
开关电源通常采用变压器或电感作为储能元件。例如在反激变换器中即采 用变压器作为储能元件， 一开关电耦接至变压器的原边，控制电路控制该开关 的导通与关断，使能量交替地在变压器中被存储或被传递到变压器的副边。变 压器的副边经过滤波器在输出电容两端产生一输出电压，该输出电压即为反激 变换器的直流输出电压。直流输出电压的增大与减小与传递到负载的功率大小 相反，负载增大会导致直流输出电压减小，而负载减小则会导致直流输出电压 增大。通常情况下，直流输出电压被反馈至控制电路以使开关电源能补偿负载 的变化。
当开关电源工作于连续模式(即流过储能元件的电流连续)时，开关电源 的输出功率可表示为4—咖4"/—2 -/*2)/"。当开关电源工作于断续模式(即
流过储能元件的电流不连续)时，开关电源的输出功率可表示为 乙—廳=^/—VV;。其中，L为储能元件的电感值(对反激变换器而言，L即为
变压器原边励磁电感值)，为流过储能元件的电流的峰值，/ —为流过储能 元件的电流的谷值，f为开关电源的开关频率，而^为开关电源的转换效率。
为了实现小体积和高效率，开关电源的开关频率通常很高(例如几十KHz)。 开关电源中高频的开关切换会导致严重的电磁干扰(electromagnetic interference, EMI)，不仅降低电网质量，还影响与开关电源相连或位于开关电源附近的电子设备的正常工作，甚至会对无线电波和电视信号造成干扰。为此，各国均针对
开关电源产生的EMI制定了严格的标准，这些EMI标准，例如EN55022，通常 在高频段限值较低，而在低频段限值较高，因此过高的开关频率会导致开关电 源难以通过EMI测试。此外，开关频率越高，开关损耗越大，不利于开关电源 效率的提高。

发明内容
本发明提供一种具有限频功能的开关稳压电路及方法，限制开关频率，达 到易通过EMI测试、提高效率的目的。
依据本发明提出的一种具有限频功能的开关稳压电路，包括储能元件， 能够储存能量；开关，电耦接至所述储能元件，在所述开关导通时所述储能元 件存储能量，在所述开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；电 流采样电路，电耦接至所述开关，采样流过所述开关的电流，并产生代表流过 所述开关的电流的电流采样信号；电压反馈电路，采样所述开关稳压电路的输 出电压，并产生一与所述开关稳压电路的输出电压相关的反馈信号；控制电路， 根据所述电流采样信号和所述反馈信号控制所述开关的导通与关断；以及限频 电路，电耦接至所述控制电路，限制所述开关导通与关断的频率。
依据本发明提出的一种具有限频功能的开关稳压方法，包括将开关电耦 接至储能元件，在所述开关导通时所述储能元件存储能量，在所述开关关断时 所述储能元件中存储的能量被传送至负载；采样流过所述开关的电流，并产生 代表流过所述开关的电流的电流采样信号；采样输出电压，并产生与所述输出 电压相关的反馈信号；根据所述电流采样信号和所述反馈信号控制所述开关的 导通与关断；限制所述开关导通与关断的频率。
本发明采用上述结构的电路和/或上述方法，通过限制开关的频率，使其不 至过高，从而改善EMI分布，使开关稳压电路更易通过EMI测试，并减小了开 关损耗，提高了开关稳压电路的效率。


图1为根据本发明一实施例的开关稳压电路的框图； 图2为根据本发明一实施例的开关稳压电路的电路图； 图3为根据本发明另一实施例的开关稳压电路的电路图；图4为根据本发明实施例的图2、 3所示电路的波形图5为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，在其开关关断时间被限制的 时间长度恒定情况下的波形图6为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，使其开关关断时间被限制的 时间长度恒定的限频信号发生电路的电路图7为图6所示电路的波形图8为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，在其开关关断时间被限制的 时间长度可变情况下的波形图9为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，使其开关关断时间被限制的 时间长度可变的限频信号发生电路的电路图io为根据本发明一实施例的开关稳压方法的流程图。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用 于举例说明，并不用于限制本发明。以下均以包括反激变换器的AC/DC (交流/ 直流变换)电路为例对本发明进行说明，但本领域的技术人员可知，本发明还 可用于任何DC/DC (直流/直流变换)拓扑，如BUCK (降压)电路、BOOST (升压)电路、BUCK-BOOST (升-降压)电路、FLYBACK (反激)电路以及 FORWARD (正激)电路等。
图1为根据本发明一实施例的开关稳压电路的电路图，包括整流桥101、 输入电容Cin、变压器T1、开关M、 二极管D、输出电容C。ut、电流采样电路 102、电压反馈电路103、开关电压采样电路104、第一比较电路105、第二比较 电路106、逻辑电路107以及限频电路108。图1所示开关稳压电路采用准谐振 控制(Quasi-Resonant Control)，工作于断续模式，在开关M导通时变压器Tl 存储能量，在开关M关断时变压器T1中存储的能量被传送至负载，在变压器T1 中存储的能量被全部传送至负载后，变压器T1的漏感和开关M的寄生电容会产 生谐振，在开关M两端的电压谐振到谷底时导通开关M，从而减小开关损耗， 提高了开关稳压电路的效率。
整流桥101接收一交流输入电压Vin，并将其转换成一不控直流电压。输入
电容Cin并联至整流桥101的输出端，输入电容Cin的一端电耦接至变压器Tl原
边绕组的一端，另一端接地。开关M电耦接在变压器Tl原边绕组的另一端和
10地之间。开关M可以是任何可控半导体开关器件，例如金属氧化物半导体场效 应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。二极管D的阳极电耦 接至变压器T1副边绕组的一端，二极管D的阴极电耦接至输出电容C。ut的一端， 输出电容C。ut的另一端电耦接至变压器Tl副边绕组的另一端。输出电容C。ut两 端的电压即为开关稳压电路的输出电压V。ut。在一个实施例中，二极管D由同 步整流管代替。
电流采样电路102电耦接至开关M，采样流过开关M的电流，并产生一代 表该电流的电流采样信号IseMe。电流采样电路102可为电阻采样电路、变压器 采样电路、电流放大器采样电路等。电压反馈电路103电耦接至开关稳压电路 的输出端，采样输出电压V。ut，并产生一与该电压相关的反馈信号FB。电压反 馈电路103可包括光电耦合器或变压器。在一个实施例中，变压器T1还包括一 辅助绕组(该辅助绕组既可位于变压器T1的初级侧，也可位于变压器T1的次 级侧)，电压反馈电路103电耦接至该辅助绕组并采样其两端的电压，该辅助 绕组两端的电压可代表输出电压V。ut。在一个实施例中，电压反馈电路包括电阻 分压电路或电容分压电路。开关电压采样电路104采样开关M两端的电压Vds， 并产生一与该电压相关的开关电压采样信号DMG。在一个实施例中，变压器 Tl还包含一辅助绕组(该辅助绕组既可位于变压器Tl的初级侧，也可位于变 压器T1的次级侧)，开关电压采样电路电耦接至该辅助绕组的两端，采样辅助 绕组两端的电压，并产生开关电压采样信号DMG。
第一比较电路105电耦接至电流采样电路102和电压反馈电路103，接收电 流采样信号Isense和反馈信号FB，并将两者进行比较。第二比较电路106电耦 接至开关电压采样电路104，接收开关电压采样信号DMG，并将其与阔值Vth 进行比较。逻辑电路107电耦接至第一比较电路105、第二比较电路106和开关 M，在电流采样信号Isense大于反馈信号FB时关断开关M，在开关电压采样信 号DMG小于阈值Vth时导通开关M。限频电路108电耦接至逻辑电路107，通 过限制逻辑电路的输出信号，即开关M的控制信号，在开关M关断后的时间长 度ttoit内不改变(即使开关M在该时间长度内不导通)，来限制开关M的关断 时间，使其不小于t^it，从而达到限制开关频率，改善电磁干扰分布，减小开关 损耗，提高效率的目的。在一个实施例中，该时间长度恒定。在另一个实施例 中，该时间长度与反馈信号FB有关。
在一个实施例中，限频电路108包括门电路和限频信号发生电路。门电路
ii电耦接在第一比较电路105或第二比较电路106与逻辑电路107之间，限频信 号发生电路电耦接至逻辑电路107和门电路，根据逻辑电路107的输出信号产 生限频信号FL，该信号在开关M关断后的时间长度tlimit内有效(可为高电平"1" 有效或低电平"0"有效)。当限频信号FL有效时，限制逻辑电路107的输出 信号使其不改变，从而达到限制开关频率的目的。
图2为根据本发明一实施例的开关稳压电路的电路图，包括整流桥101、输 入电容Cin、变压器T1、开关M、 二极管D、输出电容C。ut、电流采样电路102、 电压反馈电路103、开关电压采样电路104、第一比较电路105、第二比较电路 106、逻辑电路107以及限频电路108。整流桥101接收一交流输入电压Vin，并 将其转换成一不控直流电压。输入电容Cin并联至整流桥lOl的输出端，输入电 容Cin的一端电耦接至变压器Tl原边绕组的一端，另一端接地。开关M为一 NMOS (n型MOSFET)，电耦接在变压器Tl原边绕组的另一端和地之间。二 极管D的阳极电耦接至变压器Tl副边绕组的一端，二极管D的阴极电耦接至 输出电容C。ut的一端，输出电容C。ut的另一端电耦接至变压器Tl副边绕组的另
一端。输出电容C。ut两端的电压即为开关稳压电路的输出电压V。ut。
电流采样电路102包括采样电阻Rs，电耦接在开关M和地之间，采样电阻 ^两端的电压即为电流采样信号Isense。电压反馈电路103电耦接至开关稳压电 路的输出端，包括光电耦合器OP_AMP和三端稳压器件TR，采样输出电压V。ut， 并产生一代表该电压的反馈信号FB。变压器Tl包含一辅助绕组，开关电压釆 样电路104电耦接至该辅助绕组的两端，采样辅助绕组两端的电压，并产生开 关电压采样信号DMG。
第一 比较电路105包括比较器COM1 ，第二比较电路106包括比较器COM2 ， 逻辑电路107包括触发器FF，限频电路108包括限频信号发生电路201和与门 AND1。比较器COMl的反相输入端电耦接至电流采样电路102以接收电流采 样信号Isense，比较器COM1的同相输入端电耦接至电压反馈电路103以接收反 馈信号FB。比较器COM2的同相输入端接收阈值Vth，比较器COM2的反相输 入端电耦接至开关电压采样电路104以接收开关电压采样信号DMG。与门 AND1的一个输入端电耦接至比较器COMl的输出端，另一个输入端电耦接至 限频信号发生电路201以接收限频信号FL。触发器FF包括置位端和复位端， 其复位端低电平("0")有效，置位端上升沿有效，复位端的优先级高于置位 端。触发器FF的复位端电耦接至与门AND1的输出端，置位端电耦接至比较器COM2的输出端。限频信号发生电路201电耦接至触发器FF的输出端和与门 AND1 ，使限频信号FL在触发器FF输出低电平使开关M关断后的时间长度tlimit 内有效，其中限频信号FL为低电平("0")有效。当限频信号FL为低电平时, 与门电路AND1的输出亦为低，由于触发器FF的复位端为低电平有效且优先级 比置位端高，此时无论置位端输入信号为何，触发器FF的输出信号均为低电平, 开关M不导通，从而限制开关M的关断时间不小于t,imit，达到限制开关频率的 目的。
图3为根据本发明一实施例的开关稳压电路的电路图，其基本结构与图2 所示电路相似，不同的是限频电路108包括限频信号发生电路201和与门AND2。 与门AND2的一个输入端电耦接至比较器COM2的输出端，另一个输入端电耦 接至限频信号发生电路201以接收限频信号FL。触发器FF的复位端电耦接至 比较器C0M1的输出端，置位端电耦接至与门AND2的输出端。限频信号发生 电路201电耦接至触发器FF的输出端和与门AND2，使限频信号FL在触发器 FF输出低电平使开关M关断后的时间长度tlimit内有效，其中限频信号FL为低 电平("0")有效。当限频信号FL为低电平时，与门电路AND2的输出亦为 低，此时无论比较器C0M2输出信号为何，触发器FF的输出信号均保持低电平，
开关M不导通，从而限制开关M的关断时间不小于tumit，达到限制开关频率的目的。
图4为根据本发明实施例的图2、 3所示电路的波形图，其中0UT1为比较 器C0M1的输出信号，OUT2为比较器COM2的输出信号。由图可知，限频信 号FL在电流采样信号Is^e增大至大于反馈信号FB，使触发器FF输出信号Q 为低，导致开关M关断时开始有效(为低电平)，在持续时间长度t^it后无效 (为高电平)。在限频信号FL有效的时间长度t^it内，开关电压釆样信号DMG 与阈值Vth的比较结果被屏蔽，触发器FF的输出信号Q保持为低，开关M不导 通。在限频信号FL无效后，当开关电压信号DMG小于阈值Vth时，开关M才 导通。从而限制了开关M的关断时间，使其不小于t^u。开关M的周期由导通
时间和关断时间组成，导通时间由反馈信号FB (决定开关电流的峰值Ipeak)、
变压器原边励磁电感和输入电压Vi。决定，关断时间由反馈信号FB和谐振时间 决定。而开关稳压电路在断续模式下的输出功率可表示为iL—皿^;。t2//7，在 输入电压ViJ呆持不变的情况下，通过限制开关M的关断时间在轻载状态下能
13同时增大开关M的导通时间和关断时间，限制开关频率的增大，提高开关稳压
电路的效率并改善EMI分布。
图5为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，在其开关关断时间被限制的 时间长度恒定情况下的波形图。图中实线所示为不具有限频功能的开关稳压电 路的波形图，虚线所示为具有限频功能的开关稳压电路的波形图，斜线部分为 开关稳压电路进入间歇导通模式(burst mode) ， ri为开关稳压电路的效率，f 为开关频率，Ipeak为开关电流峰值，t。ff为关断时间，load为负载。如图所示，负 载降低，导致开关电流峰值Ipeak降低，开关M的导通时间减小，关断时间t。ff
也减小，开关频率f升高。当负载降低至B点时，关断时间W达到t,imiu。若负
载继续降低，则关断时间Wf被限制至不小于tlimitl (由于开关M在开关电压采样 信号DMG小于阈值Vth时才可能导通，故关断时间t。ff可能大于ttoit！)，开关
电流峰值Ipeak的降低幅度减小，开关频率f被限制，增大幅度减小。
图6为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，使其开关关断时间被限制的 时间长度恒定的限频信号发生电路的电路图，包括运算放大器OP_AMP、比较 器COM3、开关M1-M4、电阻R1，以及电容C。运算放大器OP—AMP的正相 输入端接收参考电压Vref，电阻Rl电耦接在运算放大器OP_AMP的反相输入端 和地之间。开关M1的栅极电耦接至运算放大器OP—AMP的输出端，源极电耦 接至运算放大器OP_AMP的反相输入端。开关M2和M3构成电流镜，开关M2 和M3的源极均电耦接至电源电压Vdd，栅极电耦接在一起，并电耦接至开关 M1和M2的漏极。开关M4的栅极通过一单稳态触发电路(one-shot circuit)电 耦接至触发器FF的输出端，漏极电耦接至开关M3的漏极，源极接地。电容C 电耦接在开关M4的漏极和源极之间。比较器COM3的正相输入端电耦接至开 关M4的漏极，反相输入端电耦接至阈值Vthl，其输出信号即为限频信号FL。
流过开关Ml和M2的电流等于流过电阻Rl的电流，为%。由于开关M2和
M3构成电流镜，所以流过开关]^13的电流/ = "*%。在限频信号发生电路由集
成电路构成的实施例中，n由开关M2和M3的宽长比决定。
图7为图6所示电路的波形图。如图所示，在触发器FF输出信号Q的下降 沿，开关M4导通，电容C两端被短路，电容C两端的电压Ve为零，比较器 COM3输出信号为低电平("0")，限频信号FL有效。在其他时间，开关M4 关断，电流I对电容C充电，电容C两端的电压Ve线性上升。当电容C两端的
14电压V。上升至大于阈值Vthl时，比较器COM3输出信号为高电平，限频信号 FL无效。t^iu的长度由参考电压Vref、电阻R1、 n和阈值V加共同决定。
图8为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，在其开关关断时间被限制的 时间长度可变情况下的波形图。图中实线所示为不具有限频功能的开关稳压电 路的波形图，虚线所示为具有限频功能的开关稳压电路的波形图，斜线部分为 开关稳压电路进入间歇导通模式(burst mode) ， H为开关稳压电路的效率，f 为开关频率，Ip^为开关电流峰值，t。ff为关断时间，load为负载。如图所示，负
载降低，导致开关电流峰值Ipeak降低，开关M的导通时间减小，关断时间t。ff 也减小，开关频率f升高。当负载降低至B点时，关断时间t。ff达到t^H2。若负 载继续降低，则关断时间W被限制至不小于t,imit2，开关电流峰值Ipeak的降低幅 度减小，开关频率f的增大幅度被限制。若负载继续降低至C点及更低，则关 断时间W被限制至不小于Wit3，开关电流峰值Ipeak的降低幅度更加减小，开关 频率f的增大幅度被限制得更低。不限于图8所示的两种负载状况，在不同的负 载状况下，关断时间t。ff可被限制至不同的值。
图9为根据本发明实施例的图2、 3所示电路，使其开关关断时间被限制的 时间长度可变的限频信号发生电路的电路图，在图6所示的电路基础上，增加 了开关M5、电阻R2、比较器COM4等元件，其中运算放大器OP_AMP的正相 输入端接收参考电压Vref,开关Ml的栅极电耦接至运算放大器OP—AMP的输 出端，开关M1的源极电耦接至运算放大器0 _^^的反相输入端。开关M2 和M3构成电流镜，开关M2和M3的源极均电耦接至电源电压Vdd，栅极电耦 接在一起，并电耦接至开关M1和M2的漏极。开关M4的栅极通过一单稳态触 发电路电耦接至触发器FF的输出端，漏极电耦接至开关M3的漏极，源极接地。 电容C电耦接在开关M4的漏极和源极之间。比较器COM3的正相输入端电耦 接至开关M4的漏极，反相输入端电耦接至阈值Vth,，其输出信号即为限频信号 FL。比较器COM4的正相输入端电耦接至电压反馈电路103以接收反馈信号FB， 反相输入端接收阈值Vm。开关M5的栅极电耦接至比较器COM4的输出端， 源极接地。电阻Rl电耦接在运算放大器OP—AMP的反相输入端和开关M5的 漏极之间，电阻R2电耦接在开关的M5的漏极和源极之间。流过开关Ml和 M2的电流等于流过电阻R1的电流。由于开关M2和M3构成电流镜，所以流 过开关M3的电流为流过开关M2的电流的n倍，其中n由开关M2和M3的宽 长比决定。在触发器FF输出信号Q的下降沿，开关M4导通，电容C两端被短路，电容C两端的电压Ve为零，比较器COM3输出信号为低电平("0")， 限频信号FL有效。在其他时间，开关M4关断，电流I对电容C充电，电容C
两端的电压Ve线性上升。当电容C两端的电压Ve上升至大于阈值V加时，比
较器COM3输出信号为高电平，限频信号FL无效。限频信号FL有效(为低电
平"0")的长度由参考电压Vref、电流I和阈值V加共同决定。而在不同负载
情况下，反馈信号FB大小不同，电流I也不同。当反馈信号FB大于阈值Vth2 时，比较器COM4输出为高电平，开关M5导通，流过电阻R1的电流为&，
故电流/ = *^1， t。ff被限制为不小于t,imit2。当反馈信号FB小于阈值Vth2时，比
较器COM4输出为低电平，开关M5关断，流过电阻R1的电流为_^，故电
流"W"J^， W被限制为不小于t^t3。
图10为根据本发明一实施例的开关稳压方法的流程图，包括步骤 薩-1005。
步骤IOOI，将开关M电耦接至储能元件，在开关M导通时储能元件存储能 量，在开关M关断时储能元件中存储的能量被传送至负载。
步骤1002，采样流过开关M的电流，并产生代表该电流的电流采样信号
Isense o
步骤1003，采样输出电压V。ut，并产生与该电压相关的反馈信号FB。 步骤1004，根据电流采样信号I，e和反馈信号FB控制开关M的导通与关断.
步骤1005，限制开关M导通与关断的频率。
在一个实施例中，通过限制开关M的关断时间不小于一时间长度t,tait，来 限制开关M导通与关断的频率。
在一个实施例中，该开关稳压方法还包括将电流采样信号1^se与反馈信号
FB进行比较，当电流采样信号Is^e大于反馈信号FB时关断开关M。
在一个实施例中，该开关稳压方法还包括采样开关M两端的电压并产生 与该电压相关的开关电压采样信号DMG;将开关电压采样信号DMG与阈值Vth 进行比较，当开关电压采样信号DMG小于阈值Vth时导通开关M。
在一个实施例中，通过限频信号发生电路产生限频信号FL，当限频信号FL有效时，限制开关M使其不导通，其中限频信号FL在开关M关断后的时间 长度t加it内有效。
在一个实施例中，时间长度t^it恒定。在一个实施例中，限频信号发生电路 包括运算放大器0P—AMP、比较器C0M3、开关M1-M4、电阻R1，以及电容C。 运算放大器OP_AMP的正相输入端接收参考电压Vref，电阻Rl电耦接在运算放 大器OP—AMP的反相输入端和地之间。开关Ml的栅极电耦接至运算放大器 OP_AMP的输出端，源极电耦接至运算放大器OP_AMP的反相输入端。开关 M2和M3构成电流镜，开关M2和M3的源极均电耦接至电源电压Vdd，栅极 电耦接在一起，并电耦接至开关M1和M2的漏极。开关M4的栅极通过一单稳 态触发电路电耦接至开关M的门极，漏极电耦接至开关M3的漏极，源极接地。 电容C电耦接在开关M4的漏极和源极之间。比较器COM3的正相输入端电耦 接至开关M4的漏极，反相输入端电耦接至阈值VtM，其输出信号即为限频信号 FL，其中限频信号FL低电平("0")有效。
在一个实施例中，时间长度t,imit与反馈信号FB有关。在一个实施例中，限
频信号发生电路包括运算放大器OP—AMP、比较器COM3、COM4、开关Ml-M5、 电阻R1、 R2，以及电容C。运算放大器OP—AMP的正相输入端接收参考电压 Vref，开关M1的栅极电耦接至运算放大器OP—AMP的输出端，开关M1的源极 电耦接至运算放大器OP一AMP的反相输入端。开关M2和M3构成电流镜，开 关M2和M3的源极均电耦接至电源电压Vdd，栅极电耦接在一起，并电耦接至 开关Ml和M2的漏极。开关M4的栅极通过一单稳态触发电路电耦接至触发器 FF的输出端，漏极电耦接至开关M3的漏极，源极接地。电容C电耦接在开关 M4的漏极和源极之间。比较器COM3的正相输入端电耦接至开关M4的漏极， 反相输入端电耦接至阈值Vthp其输出信号即为限频信号FL。比较器COM4的 正相输入端电耦接至电压反馈电路103以接收反馈信号FB，反相输入端接收阈 值^2。开关M5的栅极电耦接至比较器COM4的输出端，源极接地。电阻R1 电耦接在运算放大器OP_AMP的反相输入端和开关M5的漏极之间，电阻R2 电耦接在开关的M5的漏极和源极之间。
在一个实施例中，储能元件为一变压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和 一辅助绕组，采样变压器的辅助绕组两端的电压以得到开关电压采样信号 DMG。
在一个实施例中，通过与开关M串联的电流采样电阻Rse^采样流过开关M的电流。
在一个实施例中，通过一光电耦合器采样输出电压V。ut。
在一个实施例中，储能元件为一变压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和 一辅助绕组，通过采样变压器的辅助绕组两端的电压来采样输出电压V。ut。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说 明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱 离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而 应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其 等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种具有限频功能的开关稳压电路，包括储能元件，能够储存能量；开关，电耦接至所述储能元件，在所述开关导通时所述储能元件存储能量，在所述开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；电流采样电路，电耦接至所述开关，采样流过所述开关的电流，并产生代表流过所述开关的电流的电流采样信号；电压反馈电路，采样所述开关稳压电路的输出电压，并产生一与所述开关稳压电路的输出电压相关的反馈信号；控制电路，根据所述电流采样信号和所述反馈信号控制所述开关的导通与关断；以及限频电路，电耦接至所述控制电路，限制所述开关导通与关断的频率。
2. 如权利要求1所述的开关稳压电路，其特征在于，所述限频电路将所述 开关的关断时间限制至一时间长度，以限制所述开关导通与关断的频率。
3. 如权利要求2所述的开关稳压电路，其特征在于，所述控制电路将所述 电流采样信号与所述反馈信号进行比较，当所述电流采样信号大于所述反馈信 号时关断所述开关。
4. 如权利要求3所述的开关稳压电路，其特征在于，还包括开关电压采样 电路，采样所述开关两端的电压并产生与所述开关两端的电压相关的开关电压 采样信号，其中所述控制电路将所述开关电压采样信号与一阈值进行比较，当 所述开关电压采样信号小于所述阈值时导通所述开关。
5. 如权利要求4所述的开关稳压电路，其特征在于，所述控制电路包括第一比较电路，电耦接至所述电流采样电路和电压反馈电路，接收所述 电流采样信号和反馈信号，并将两者进行比较；第二比较电路，电耦接至所述开关电压采样电路，接收所述开关电压采 样信号，并将其与所述阈值进行比较；逻辑电路，电耦接至所述开关和第一、第二比较电路，接收所述第一、 第二比较电路的输出信号，当所述电流采样信号大于所述反馈信号时关断所述 开关，当所述开关电压采样信号小于所述阈值时导通所述开关；其中所述限频电路电耦接至所述逻辑电路，通过限制所述逻辑电路的输 出在所述时间长度内保持不变，来限制所述开关导通与关断的频率。
6. 如权利要求5所述的开关稳压电路，其特征在于，所述限频电路包括门电路，电耦接在所述第一或第二比较电路与所述逻辑电路之间； 限频信号发生电路，电耦接至所述逻辑电路和门电路，根据所述逻辑电路 的输出信号产生限频信号，当所述限频信号有效时，限制所述逻辑电路的输出 信号使其保持不变，其中所述限频信号在所述时间长度内有效。
7. 如权利要求6所述的开关稳压电路，其特征在于， 所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的正相输入端电耦接至所述电压反馈电路以接收所述反馈信号，所述第一比较器的反相输入端电 耦接至所述电流采样电路以接收所述电流采样信号；所述第二比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的正相输入端接收 所述阈值，所述第二比较器的反相输入端电耦接至所述开关电压采样电路以接 收所述开关电压采样信号；所述门电路包括与门，所述与门的第一输入端电耦接至所述第一比较器 的输出端，所述与门的第二输入端电耦接至所述限频信号发生电路以接收所述 限频信号；所述逻辑电路包括触发器，所述触发器的置位端电耦接至所述第二比较 器的输出端，所述触发器的复位端电耦接至所述与门的输出端； 其中所述限频信号低电平有效。
8. 如权利要求6所述的开关稳压电路，其特征在于， 所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器的正相输入端电耦接至所述电压反馈电路以接收所述反馈信号，所述第一比较器的反相输入端电 耦接至所述电流采样电路以接收所述电流采样信号；所述第二比较电路包括第二比较器，所述第二比较器的正相输入端接收 所述阈值，所述第二比较器的反相输入端电耦接至所述开关电压采样电路以接 收所述开关电压采样信号；所述门电路包括与门，所述与门的第一输入端电耦接至所述第二比较器 的输出端，所述与门的第二输入端电耦接至所述限频信号发生电路以接收所述 限频信号；所述逻辑电路包括触发器，所述触发器的置位端电耦接至所述与门的输 出端，所述触发器的复位端电耦接至所述第一比较器的输出端； 其中所述限频信号低电平有效。
9. 如权利要求6所述的开关稳压电路，其特征在于，所述时间长度恒定。
10. 如权利要求9所述的开关稳压电路，其特征在于，所述限频信号发生电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端接收一参考电压； 第一电阻，电耦接在所述运算放大器的反相输入端和地之间； 第一开关，所述第一开关的栅极电耦接至所述运算放大器的输出端，所述第一开关的源极电耦接至所述运算放大器的反相输入端；电流镜电路，包括第二开关和第三开关，所述第二和第三开关的源极均电耦接至电源电压，所述第二和第三开关的栅极电耦接在一起，并电耦接至所述第一和第二开关的漏极；第四开关，所述第四开关的栅极通过一单稳态触发电路电耦接至所述逻辑电路的输出端，所述第四开关的漏极电耦接至所述第三开关的漏极，所述第四开关的源极接地；电容，电耦接在所述第四开关的漏极和源极之间；第三比较器，所述第三比较器的正相输入端电耦接至所述第四开关的漏 极，所述第三比较器的反相输入端电耦接至第一阈值，所述第三比较器的输出 端输出所述限频信号。
11. 如权利要求6所述的开关稳压电路，其特征在于，所述限频电路还电耦 接至所述电压反馈电路，接收所述反馈信号，并根据所述反馈信号决定所述时 间长度。
12. 如权利要求ll所述的开关稳压电路，其特征在于，所述限频信号发生 电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端接收一参考电压；第一开关，所述第一开关的栅极电耦接至所述运算放大器的输出端，所述第一开关的源极电耦接至所述运算放大器的反相输入端；电流镜电路，包括第二开关和第三开关，所述第二和第三开关的源极均电耦接至电源电压，所述第二和第三开关的栅极电耦接在一起，并电耦接至所 述第一和第二开关的漏极；第四开关，所述第四开关的栅极通过一单稳态触发电路电耦接至所述逻 辑电路的输出端，所述第四开关的漏极电耦接至所述第三开关的漏极，所述第 四开关的源极接地；电容，电耦接在所述第四开关的漏极和源极之间；第三比较器，所述第三比较器的正相输入端电耦接至所述第四开关的漏 极，所述第三比较器的反相输入端电耦接至第一阈值，所述第三比较器的输出 端输出所述限频信号；第四比较器，所述第四比较器的正相输入端电耦接至所述电压反馈电路 以接收所述反馈信号，所述第四比较器的反相输入端接收第二阈值；第五开关，所述第五开关的栅极电耦接至所述第四比较器的输出端，所 述第五开关的源极接地；第一电阻，电耦接在所述运算放大器的反相输入端和所述第五开关的漏极之间；第二电阻，电耦接在所述第五开关的漏极和源极之间。
13. 如权利要求1所述的开关稳压电路，其特征在于，所述储能元件为一变 压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和一辅助绕组，所述开关电压采样电路电 耦接至所述变压器的辅助绕组。
14. 如权利要求1所述的开关稳压电路，其特征在于，所述电流采样电路包 括与所述开关串联的电流采样电阻。
15. 如权利要求l所述的开关稳压电路，其特征在于，所述电压反馈电路电 耦接至所述开关稳压电路的输出端，包括一光电耦合器，通过该光电耦合器与 所述开关稳压电路的输出端隔离地输出反馈信号。
16. 如权利要求1所述的开关稳压电路，其特征在于，所述储能元件为一变 压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和一辅助绕组，所述电压反馈电路电耦接 至所述变压器的辅助绕组。
17. —种具有限频功能的开关稳压方法，包括 将开关电耦接至储能元件，在所述开关导通时所述储能元件存储能量，在所述开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；采样流过所述开关的电流，并产生代表流过所述开关的电流的电流采样信号；采样输出电压，并产生与所述输出电压相关的反馈信号；根据所述电流采样信号和所述反馈信号控制所述开关的导通与关断；限制所述开关导通与关断的频率。
18. 如权利要求17所述的开关稳压方法，其特征在于，通过将所述开关 的关断时间限制至一时间长度，来限制所述开关导通与关断的频率。
19. 如权利要求18所述的开关稳压方法，其特征在于，还包括将所述电流 采样信号与所述反馈信号进行比较，当所述电流采样信号大于所述反馈信号时关断所述开关。
20. 如权利要求19所述的开关稳压方法，其特征在于，还包括 采样所述开关两端的电压并产生与所述开关两端的电压相关的开关电压采样信号；将所述开关电压采样信号与一阈值进行比较，当所述开关电压采样信号 小于所述阈值时导通所述开关。
21. 如权利要求20所述的开关稳压方法，其特征在于，通过限频信号发生 电路产生限频信号，当所述限频信号有效时，将所述开关限制在关断状态，其 中所述限频信号在所述时间长度内有效。
22. 如权利要求21所述的开关稳压方法，其特征在于，所述时间长度恒定。
23. 如权利要求22所述的开关稳压方法，其特征在于，所述限频信号发生 电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端接收一参考电压； 第一电阻，电耦接在所述运算放大器的反相输入端和地之间； 第一开关，所述第一开关的栅极电耦接至所述运算放大器的输出端，所述第一开关的源极电耦接至所述运算放大器的反相输入端；电流镜电路，包括第二开关和第三开关，所述第二和第三开关的源极均电耦接至电源电压，所述第二和第三开关的栅极电耦接在一起，并电耦接至所述第一和第二开关的漏极；第四开关，所述第四开关的栅极通过一单稳态触发电路电耦接至所述开关的门极，所述第四开关的漏极电耦接至所述第三开关的漏极，所述第四开关的源极接地；电容，电耦接在所述第四开关的漏极和源极之间；第三比较器，所述第三比较器的正相输入端电耦接至所述第四开关的漏 极，所述第三比较器的反相输入端电耦接至第一阈值，所述第三比较器的输出 端输出所述限频信号。
24. 如权利要求21所述的开关稳压方法，其特征在于，所述时间长度根据 所述反馈信号变化。
25. 如权利要求24所述的开关稳压方法，其特征在于，所述限频信号发生电路包括运算放大器，所述运算放大器的正相输入端接收一参考电压；第一开关，所述第一开关的栅极电耦接至所述运算放大器的输出端，所述第一开关的源极电耦接至所述运算放大器的反相输入端；电流镜电路，包括第二开关和第三开关，所述第二和第三开关的源极均电耦接至电源电压，所述第二和第三开关的栅极电耦接在一起，并电耦接至所 述第一和第二开关的漏极；第四开关，所述第四开关的栅极通过一单稳态触发电路电耦接至所述逻 辑电路的输出端，所述第四开关的漏极电耦接至所述第三开关的漏极，所述第 四开关的源极接地；电容，电耦接在所述第四开关的漏极和源极之间；第三比较器，所述第三比较器的正相输入端电耦接至所述第四开关的漏 极，所述第三比较器的反相输入端电耦接至第一阈值，所述第三比较器的输出 端输出所述限频信号；第四比较器，所述第四比较器的正相输入端电耦接至所述电压反馈电路 以接收所述反馈信号，所述第四比较器的反相输入端接收第二阈值；第五开关，所述第五开关的栅极电耦接至所述第四比较器的输出端，. 所述第五开关的源极接地；第一电阻，电耦接在所述运算放大器的反相输入端和所述第五开关的漏极之间；第二电阻，电耦接在所述第五开关的漏极和源极之间。
26. 如权利要求17所述的开关稳压方法，其特征在于，所述储能元件为一 变压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和一辅助绕组，采样所述变压器的辅助 绕组两端的电压以得到所述开关电压采样信号。
27. 如权利要求17所述的开关稳压方法，其特征在于，通过与所述开关串 联的电流采样电阻采样流过所述开关的电流。
28. 如权利要求17所述的开关稳压方法，其特征在于，通过一光电耦合器 采样所述输出电压。
29. 如权利要求17所述的开关稳压方法，其特征在于，所述储能元件为一 变压器，包括一初级绕组、 一次级绕组和一辅助绕组，通过采样所述变压器的 辅助绕组两端的电压来采样所述输出电压。
全文摘要
本发明公开了一种具有限频功能的开关稳压电路及方法，通过限制开关频率，达到改善电磁干扰分布、提高效率的目的。其电路包括储能元件，能够储存能量；开关，电耦接至所述储能元件，在所述开关导通时所述储能元件存储能量，在所述开关关断时所述储能元件中存储的能量被传送至负载；电流采样电路，电耦接至所述开关，采样流过所述开关的电流，并产生代表流过所述开关的电流的电流采样信号；电压反馈电路，采样所述开关稳压电路的输出电压，并产生一与所述开关稳压电路的输出电压相关的反馈信号；控制电路，根据所述电流采样信号和所述反馈信号控制所述开关的导通与关断；以及限频电路，电耦接至所述控制电路，限制所述开关导通与关断的频率。
文档编号H02M7/537GK101552570SQ200910058988
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者任远程, 张军明, 进 胡, 詹姆斯·莫耶 申请人:成都芯源系统有限公司