专利名称：电磁干扰削减电路及方法
技术领域：
本发明是有关于切换式电源供应器，特别是有关于一种用于功率转换器的电磁干扰(electro-magnetic interference, EMI)削减电路。
背景技术：
图IA是表示功率转换器的电路图，其中，所示的功率转换器为一功率因子校正(power factor correction, PFC)功率转换器。图IA的功率转换器包括电磁干扰滤波器5、桥式整流器10、电感器11、整流器12、功率开关13、大型电容器14、由电阻16与17所组成的分压器、以及控制器90。图IA所示的PFC功率转换器的操作为本领域技术人员所已知，因此在此省略叙述。为了符合法规，例如关于电磁干扰(electro-magnetic interference, EMI)的FCC发射标准，电磁干扰滤波器5设置在交流(AC)电源Va。的与桥式整流器10之间。然而，电磁干扰滤波器5占用了较大的电路布局空间，且增加了功率转换器的组件成本。一些已知技术已提供一些解决方法来排除电磁干扰滤波器的需要，例如美国专利编号7，203，079其名称为“Switching Controlling Having Frequency Hopping for Power Supplies，，，以及美国专利编号 7，391，628 其名称为 “Switching Controlling Having Frequency Hoppingfor Power Supplies and Method Therefore”。前述的已知技术需要一个抖动信号生成电路(式样生成器，pattern generator),其在控制芯片上占用了较大面积,且增加了制造成本。因此，此业界期望一种具成本效益的频率抖动电路。
发明内容
本发明提供一种电磁干扰削减电路，适用于一功率转换器。此电磁干扰削减电路包括振荡器、切换分压器、取样维持电路、反馈电路以及斜坡生成器。振荡器具有接收调制电压的一端子。此调制电压与输入电压相关联，而此输入电压是获自功率转换器的输入端。切换分压器由一开关来启用或禁用，以根据取样信号来衰减输入电压为取样电压。取样维持电路接收取样电压以生成调制电压。取样维持电路的由维持信号所控制的一开关将取样电压传送至取样维持电路的电容器，以生成跨于取样维持电路的电容器的调制电压。反馈电路接收来自功率转换器的输出端的反馈信号。反馈电路生成误差信号。斜坡生成器生成斜坡信号，且此斜坡信号用来与误差信号比较以禁用电磁干扰削减电路的切换信号。斜坡生成器接收切换信号以生成斜坡信号。调制电压的值与输入电压的值成比例地变化。调制电压转换为至少一数字输出位以改变振荡器的频率。此至少一数字输出位能改变振荡器的电容器的电容值。此至少一数字输出位也能改变提供至振荡器的电容器的充电电流。此至少一数字输出位也能改变跨于振荡器的电容器的电压的转态点阈值。本发明也提供一种电磁干扰削减方法，适用于功率转换器。此方法包括以下步骤通过根据取样信号衰减输入电压来生成取样电压，其中，此输入电压是获自功率转换器的输入端；根据取样电压来生成调制电压；以及根据调制电压来生成至少一数字输出位，以改变振荡器的频率。振荡器的频率决定切换信号的频率。调制电压用来展开切换信号的频率的频谱。此方法还包括接收来自功率转换器的输出端的反馈信号，以生成误差信号；比较来自斜坡生成器的斜坡信号与误差信号，以禁用切换信号；以及接收脉冲信号以启用切换信号。此脉冲信号生成自振荡器。而斜坡信号是根据切换信号而生成。本发明的一目的在于提供一种电路以及方法，以通过展开切换信号的频谱来削减对于功率转换器的电磁干扰。本发明的另一目的在于提供一种使用获自功率转换器的输入端的线信号的波形 来展开切换信号的频谱的方法，这排除了使用额外的抖动信号生成器。
图IA表不已知功率因子校正(power factor correction, PFC)功率转换器；图IB表示根据本发明实施例的PFC功率转换器；图2表示根据本发明实施例的PFC功率转换器的控制器；图3表示根据本发明实施例的控制器的振荡器；图4表示根据本发明实施例的取样信号以及维持信号的波形；以及图5表示根据本发明实施例的交流电源、脉动输入电压、取样电压、调制电压以及取样信号的波形。[主要组件标号说明]图IA 5 电磁干扰滤波器； 10 桥式整流器；11 电感器；12 整流器；13 功率开关；14 大型电容器；16、17 电阻；90 控制器；FB 反馈端；GND 接地端；HV 高压端；OUT 输出端；Spwm 切换信号；Vac 交流电源；Vfb 反馈信号；Vin 脉动输入电压；V。 输出电压；图IB 10 桥式整流器；11 电感器；12 整流器；13 功率开关；14 大型电容器；16、17 电阻；100 控制器；FB 反馈端；GND 接地端；HV 高压端；OUT 输出端；Spwm 切换信号；Vac 交流电源；Vfb 反馈信号；Vin 脉动输入电压； V。 输出电压；图2 21、22 电阻器；23 开关；
30 斜坡生成器；31 反相器；32 晶体管；33 电流源；34 电容器；51 反相器；52 触发器；53 与门；54、55 比较器；56 与门；57 误差放大器；60 切换电路；80 取样维持电路；81 开关；82 电容器；100 控制器；200 振荡器；FB 反馈端；HV 高压端；OUT 输出端；PLS 脉冲信号；RMP 斜坡信号；RST 重置信号；Sh 维持信号；Smt 最大工作周期信号；Sp 取样信号；Spwm 切换信号；SAW 锯齿信号；Vcc 供电电压；Vea 误差信号；Vfb 反馈信号；Vm 调制电压；Vei 第一参考电压；Vsp 取样电压；图3 200 振荡器；210、213 电流源；211、212 开关；214、215 比较器；216、217 与非门；220 电容器；230 模拟转数字转换器；240 可调制电容器； 250. . . 259 开关；260. · · 269 电容器；Ic 充电电流；Id 放电电流；M 振荡器的端点；PLB 反相脉冲信号；PLS 脉冲信号；SAW 锯齿信号；Vh 上阈值；Vl 下阈值；Vm 调制电压；图4 Sh 维持信号；Sp 取样信号Td 延迟时间；图5 Sp 取样信号；Vac 交流电源；Vin 脉动输入电压；Vm 调制电压；Vsp 取样电压。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图IB是表示根据本发明实施例的功率因子校正(power factor correction,PFC)功率转换器。由于PFC功率转换器的一些其它功率因子校正操作为本领域技术人员所已知并超出本发明的范围，因此省略叙述。图IB所示的PFC功率转换器包括桥式整流器10、电感器11、整流器12、功率切换器13、大型电容器14、由电阻器16与17所组成的分压器、以及控制器100。与图IA相比较，图IB的实施例中并不包括图IA所示的电磁干扰滤波器5。下文将介绍根据本发明而不具有抖动信号生成器的频率抖动操作，以节省制造成本。图2是表示根据本发明实施例的控制器100。控制器100包括切换分压器、斜坡生成器30、切换电路60、取样维持电路80以及振荡器(OSC) 200。取样维持电路80包括开关81以及电容器82。切换分压器包括电阻器21、电阻器22以及开关23。开关23可用任何能实施开/关控制的组件来实现，例如M OSFET、JFET等等。电阻器21电性连接于高压端HV与开关23的第一端之间。电阻器22电性连接于开关23的第二端与参考接地之间。高压端HV接收来自桥式整流器10的输出端的脉动输入电压VIN。开关23是由取样信号Sp所控制，其频率高于脉动输入电压Vin的频率。在一实施例中，取样信号Sp的频率是脉动输入电压Vin的频率的20倍。一旦开关23被取样信号Sp所接通时，脉动输入电压Vin将被切换分压器所衰减而成为取样电&VSP。参阅图4，从取样信号Sp开始被启用的时间点开始，于一延迟时间Td后，维持信号Sh被启用。当维持信号Sh被启用时，取样电压Vsp通过开关81而传送至电容器82，以生成调制电压VM。振荡器200于端点M接收调制电压VM，以生成锯齿信号SAW以及脉冲信号PLS。斜坡生成器30包括反相器31、晶体管32、电流源33以及电容器34。晶体管32通过反相器31而受控于切换信号SPWM。当切换信号Spw被启用时，电流源33将开始对电容器34充电。当切换信号Spwm被禁用时，电容器34将放电。因此根据切换信号Spwm而生成跨于电容器34的斜坡信号RMP。切换电路60包括反相器51、触发器52、与门53、比较器54以及反馈电路。反馈电路包括比较器55、与门56以及误差放大器57。脉冲信号PLS通过反相器51而被提供至触发器52的频率输入端ck。触发器52的D输入端接收供应电压V。。。与门53的一输入端电性连接反相器51的输出端。与门53的另一输入端电性连接触发器的输出端Q。与门53的输出端生成切换信号Spwm给控制器100的输出端OUT。斜坡信号RMP提供至比较器54与55的负极端。比较器54的正极端接收第一参考电压VK1。比较器54比较斜坡信号RMP与第一参考电压Vri，以生成最大工作周期信号SMT。最大工作周期信号Smt提供至与门56的一输入端。反馈信号Vfb与第二参考电压Vk2分别提供至误差放大器57的正极端以及负极端。反馈信号Vfb是获得自图IB中电阻器16与17间的公共连接点，且通过反馈端FB由控制器100接收，其与PFC功率转换器的输出电压\相关联。误差放大器57放大反馈信号Vfb与第二参考电压Vk2之间的差，以生成误差信号VEA。误差信号Vea被提供至比较器55的正极端。比较器55通过比较斜坡信号RMP与误差信号Vea而提供一输出信号至与门56的另一输入端。每当最大工作周期信号Smt或比较器55的输出信号变为逻辑低电平时，与门56的输出端生成一重置信号RST，以通过触发器52来禁用切换信号SPWM。图3是表示根据本发明实施例的控制器100的振荡器200。振荡器200包括生成充电电流Ic的电流源210电性连接于供电电压Vrc与开关211的第一端之间。开关211的第二端电性连接开关212的第一端。生成放电电压Id的电流源213电性连接于开关212的第二端以及参考接地之间。电容器220的第一端电性连接开关211的第二端。电容器220的第二端电性连接参考接地。开关211的第二端还电性连接比较器214的负极端以及比较器215的正极端。比较器214的正极端接收上阈值(转态点阈值)VH。比较器215的负极端接收下阈值与非门216与217形成一闩锁电路，其接收比较器214与215的输出信号。与非门216生成脉冲信号PLS，而与非门217则生成反相脉冲信号PLB。开关211由反相脉冲信号PLB所控制。开关212则由脉冲信号PLS所控制。充电电流I。以及施加于电容器220以生成跨于电容器220的锯齿信号SAW。模拟转数字转换器230接收调制电压Vm以生 成至少一数字输出位。可调制电容器240至少包括彼此电性连接而串联于电容器220的第一端与参考接地的至少一开关250以及一电容器260。数字输出位控制开关250使电容器260并联于电容器200，或使电容器260与电容器220之间彼此断开。可调制电容器240也可包括额外的开关251 259以及电容器261 269。这些开关251 259可由模拟-数字转换器230的其它数字输出位来控制，以改变可调制电容器240的等效电容值。数字输出位是根据调制电压Vm而改变，以改变可调制电容器240的等效电容值。由于电容器220电性连接可调制电容器240而彼此并联，使得充电电流Ic将同时对电容器220以及可调制电容器240进行充电，藉此根据调制电压Vm来改变锯齿信号SAW的斜率。脉冲信号PLS的频率(即振荡器200的频率)因此根据调制电压Vm而变化，这改变了切换信号Spwm的频率。在此本发明实施例中，根据调制电压Vm所生成的数字输出位是用来选择性地控制开关250 259，以分别将电容器260 269电性连接电容器220而彼此并联。在本发明的另一实施例中，数字输出位以相同的方式改变充电电流I。的大小，这也能改变脉冲信号PLS的频率。在本发明值的又一实施例中，数字输出位以相同的方式改变上阈值Vh与下阈值Vlj之间的差，例如通过改变上阈值Vh来改变上阈值Vh与下阈值\之间的差，这也能改变脉冲信号PLS的频率。图4是表示取样信号Sp以及维持信号Sh的波形。维持信号Sh是根据取样信号Sp以及延迟时间Td所生成的。图5是表示交流(AC)电源Va。、脉动输入电压Vin、取样电压Vsp、调制电压Vm以及取样信号Sp的波形。参阅图2以及图5，当取样信号Sp被启用时，脉动输入电压Vin衰减而成为取样电压VSP。取样电压Vsp的大小与脉动输入电压Vin成比例。通过由维持信号ShK控制的开关81，取样电压Vsp维持在电容器82以生成调制电压VM。本发明通过根据调制电压Vm来改变脉冲信号PLS的频率，以进一步展开切换信号Swpm的频率的频谱，其中，调制电压Vm与获自功率转换器的输出端的脉动输入电压Vin成比例。因此，可简单化电路设计，并节省制造成本。本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种电磁干扰削减电路,用于功率转换器,包括 振荡器，具有接收调制电压的端子，其中，所述调制电压与输入电压相关联，且所述输入电压是自所述功率转换器的输入端获得； 切换分压器，由开关来启用或禁用，以根据取样信号来衰减所述输入电压为取样电压；以及 取样维持电路，接收所述取样电压以生成所述调制电压，其中，所述取样维持电路的由维持信号所控制的开关将所述取样电压传送至所述取样维持电路的电容器，以生成跨于所述取样维持电路的所述电容器的所述调制电压。
2.根据权利要求I所述的电磁干扰削减电路，还包括反馈电路，其中，所述反馈电路接收来自所述功率转换器的输出端的反馈信号，且所述反馈电路生成误差信号。
3.根据权利要求2所述的电磁干扰削减电路，还包括斜坡生成器，其中，所述斜坡生成器生成斜坡信号，且所述斜坡信号用来与所述误差信号比较以禁用所述电磁干扰削减电路的切换信号。
4.根据权利要求3所述的电磁干扰削减电路，其中，所述斜坡生成器接收所述切换信号以生成所述斜坡信号。
5.根据权利要求I所述的电磁干扰削减电路，其中，所述调制电压的值与所述输入电压的值成比例地变化。
6.根据权利要求I所述的电磁干扰削减电路，其中，所述调制电压转换为至少一数字输出位以改变所述振荡器的频率。
7.根据权利要求6所述的电磁干扰削减电路，其中，所述至少一数字输出位改变所述振荡器的电容器的电容值。
8.根据权利要求6所述的电磁干扰削减电路，其中，所述至少一数字输出位改变提供至所述振荡器的电容器的充电电流。
9.根据权利要求6所述的电磁干扰削减电路，其中，所述至少一数字输出位改变跨于所述振荡器的电容器的电压的转态点阈值。
10.一种电磁干扰削减方法，用于一功率转换器，包括 通过根据取样信号衰减输入电压来生成取样电压，其中，所述输入电压是获自所述功率转换器的输入端； 根据所述取样电压来生成调制电压；以及 根据所述调制电压来生成至少一数字输出位，以改变振荡器的频率，其中，所述振荡器的频率决定切换信号的频率。
11.根据权利要求10所述的电磁干扰削减方法，其中，所述调制电压用来展开所述切换信号的频率的频谱。
12.根据权利要求10所述的电磁干扰削减方法，还包括 接收来自所述功率转换器的输出端的反馈信号，以生成误差信号；以及 比较来自斜坡生成器的斜坡信号与所述误差信号，以禁用所述切换信号。
13.根据权利要求12所述的电磁干扰削减方法，还包括 接收脉冲信号以启用所述切换信号，其中，所述脉冲信号生成自所述振荡器。
14.根据权利要求13所述的电磁干扰削减方法，其中，所述斜坡信号是根据所述切换信号而生成。
全文摘要
本发明提供一种电磁干扰削减电路，适用于一功率转换器。此电磁干扰削减电路包括振荡器、切换分压器以及取样维持电路。振荡器具有接收调制电压的一端。此调制电压与输入电压相关联，而此输入电压是获自功率转换器的输入端。切换分压器由一开关来启用或禁用，以根据取样信号来衰减输入电压为取样电压。取样维持电路接收取样电压以生成调制电压。取样维持电路的由维持信号所控制的一开关将取样电压传送至取样维持电路的电容器，以生成跨于取样维持电路的电容器的调制电压。
文档编号H02M1/44GK102638159SQ201210142549
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者江定达 申请人:崇贸科技股份有限公司