TW200845547A - Apparatus and method for the controlling switching frequency of a jitter switching power supply - Google Patents

Description

200845547 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種切換式電源供應器，特別是關於一 種抖動(jittering)切換式電源供應器切換頻率的裝置及方 5 法。 【先前技術】 大部分的切換式電源供應器都是操作在固定且快速 ® 的切換頻率，然而，這樣的切換頻率及其相關的諧波將產 ίο 生大的雜訊及電磁干擾（Electrical Magnetic Interference; EMI)，因此有人提出抖動切換頻率來使雜訊的能量分散至 較寬的頻帶以降低雜訊，並改善EMI傳導的雜訊。眾所周 知，切換式電源供應器的切換頻率係由振盪器的時脈之頻 率決定，圖1係傳統的振盪器100，當電壓Vosc低於磁滯 15 邊界(hysteretic band)的下限VREF1時，比較器1〇2產生 φ 比較信號c〇MPl至正反器11〇的設定端s，正反器11〇 因而產生高準位的信號打開開關S4使電流源1〇8停止對 電容C一〇SC放電，並關閉開關S3以使電流源ι〇6對電容 C一osc充電，當電壓Vosc高於磁滯邊界的上限VREF2時， 2〇比較器104產生比較信號COMP2至正反器11〇的重置端 R，正反器110因而產生低準位的信號打開開關S3使電流 源106停止對電容c一osc充電，並關閉開關S4以使電流 源108對電容C一osc放電，單擊電路112根據正反器11〇 的輸出產生日寸脈CLK。由圖1的振藍器1〇〇可知，時脈 200845547 CLK的頻率充電電流取即1、放電電流IREF2、電容c_〇se 及磁滯邊界VREF1及VREF2有關。Balakrish職等:在 =專利第6’249’876號提出-種改變振i器中的充放電 電流來抖動切換式電源供應器切換頻率的方法，然而，此 5方法必需使用大尺寸的電容。 哭切種無需改變充電電流而能使切換式電源供應 °°切換頻率抖動的裝置及方法，乃為所冀。 【發明内容] 1〇 η蛊明的目的’在於提出—種抖動切換式電源供應考 切換頻率的裝置及方法。 n供應™ 根據本發明，一種抖動虛 -裝置及方法包括-㈣聽Γ 應的換頻率的 供應器的切換頻率，以及一^ /脈决疋该切換式電源 15的磁滞邊界來抖__;=:=;-= 該切換解發生㈣。 情進而使 在一實施例中，該磁滯邊界 使該磁滯邊界的上限隨著時間變:即二 角波信號 的上升或下士 ± b田该磁冰邊界的上限 ⑴…日，脈的頻率將跟著減少或增加。 【實施方式】 囷2係本發明的實施例 滯邊界調節_根據時脈CLK產 ==咖中，磁 益電路210包括放Ai|2i2具_生=MVC5,增 曰皿E1放大调節信號VC5 200845547 產生信號V一tri至振盪器214,以調節振盪器214的磁滯 界，使磁滯邊界隨時間變化。在磁滯邊界調節器2〇2中: 電流源204經開關S1連接至電容C5,電流源2〇6經開關 S2連接至電容C5,電壓比較器2〇8偵測調節信號產 5生比較信號COMP3，比較信號C0MP3與時脈CLK決定 開關S1及S2的切換以使電流源2〇4及2〇6充放電電2 C5產生調節信號VC5。圖3係圖2中振盪器214的實施 • 例，其中，加法器300結合電壓VrEF2及信號v—td產生 磁λτ邊界的上限VREF3，當電容C一osc上的電壓v〇sc低 於磁滯邊界的下限VREF1時，比較器3〇2產生比較信號 COMP4至正反器310的設定端s，當電壓V〇sc高於磁滞 邊界的上限VREF3時，比較器304產生比較信號C〇Mp5 至正反器310的重置端R，正反器310根據信號（^1〇?4 及COMP5切換開關S3及S4以使電流源306及308對電 I5容C一〇sc充放電，單擊電路312根據正反器310的輪出產 • 生時脈CLK以決定切換式電源供應器的切換頻率。 圖4係圖2及圖3中信號的波形圖，其中波形4〇〇為 磁滯邊界的上限VREF3，波形402為電壓Vosc，波形404 為調節信號VC5。參照圖2及圖4，在時間tl時，調節信 20號VC5達到電壓VI，比較器208輸出高準位的信號 COMP3致能邏輯元件U1並關閉邏輯元件U2，同時比較 器208的非反相輸入切換至電壓V2，由於邏輯元件U2關 閉’故開關S2維持打開狀態，而開關S1則依據時脈CLK 而切換，在時脈CLK為高準位時，開關S1關閉使電流源 200845547 204提供電流iref對電容恭 時，開關S1打開以停止對包，在時脈CLK為低準位 呈步階上升，如圖4的^谷/5充電，故調節信號VC5

Tclk，調節信號VC5上升^ 所示，每一個時脈週期 上升一個變化量 ,AVC5=AtxIref/C5 公式1 其中，At為時脈週期了 達到電壓V2時，如時間=、^作時間。當調節信號VC5 的信號COMP3致能邏輯^ ’比較器208輸出低準位 時比較器、208的非反相終U2亚關閉邏輯元件U1，同 件饥關閉，故開關S1 2切換至電壓v卜由於邏輯元 時脈CLK而切換，在時脈'打開狀怨，而開關S2則依據 閉使電流源204對電容CHK為高準位時，開關S2關 15 開關si打開以停止在時脈CLK為低準位時， 步階下降，同樣地，每二/放電’故調節信號VC5.呈 下降-個變化量二8^ TcLK，調節信號VC5

的工作時間^遠小於時二\所示，由於時脈週期I 節信號VC5，如圖4的才；^ 將產生低頻的調 的波开> 404所示，根攄公+，n 20調節信號VC5的週期 式1可推得 公式2 T 一 tri-[(V2-Vl)xC5/(AtxIref)]xTcLKx2 在此實施例中，調節信號VC5為三角波信號，如圖4的波 200845547 形404所示，而信號V一tri是調節信號VC5經放大器212 放大E1倍後產生的，故信號v_tri也為三角波。此外，在 此實施例中，由於是步階式地對電容C5充放電，故電容 C5的電容值不需要太大。 10 15 參照圖3及圖4，由於電壓VREF2為定值，因此電壓 VREF2及信號V—tri經加法器3〇〇結合後產生的磁滯邊界 的上限VREF3之波形也為三角波，如圖4的波形4〇0所 示，在振盪器214中，電流源306及308所提供的電流 IREF1及IREF2將決定電壓vosc的上升及下降斜率，當 電壓Vosc小於磁滯邊界的下限VREF1時，比較器302輸 出信號COMP4至正反器310以打開開關S4使電流IREF2 停止對電容C5放電，並關閉開關S3使電流IREF1對電容 C5充電使電壓Vosc上升，當電壓v〇sc大於磁滯邊界的上 限VREF3時，比較态輸出信號c〇MP5至正反器310以打 關S3停止電流腦F1對電容C5充電，並關閉開關 S4使電流IREF2對電容C5放電使電壓ν_下降。如圖* 增加或減少而增加或減少，換言之， 的波形4〇〇及4〇2所示，當磁滞邊界的上限vref3增加 時’電壓W的週期也將跟著增加，反之則減少，由圖3 的電路可看出’電壓Vosc的週期等同於時脈c w故時脈CLK的週期Tclk將隨磁滞邊 = 時脈CLK的頻率將 20 200845547 公式3 τ _ Cose χ (VREF3(t) - VREF1) X1 IREF1、 CLK mm (1+涵碎 在上述的實施例中，雖然僅以調節磁滯邊界的上限作為說 明，但在其他實施例中，也可以調節磁滯邊界的下限來抖 5動切換式電源供應器的切換頻率。 圖5係圖2中振盪器214的另一實施例，其包括加法 _ 器300、比較器302及304、電流源306及308、正反器 310、單擊電路312及以電流調節電路5〇〇。電流調節電路 500包括誤差放大器5〇2根據一與切換式電源供應器輸出 1〇電壓相關的信號Vcomp及參考電壓Vth產生信號VEA， 限制電路504限制信號VEA的最大及最小值產生信號 Vclamp ,加法器506結合信號Vclamp及參考電壓vrEF4 • 產生電壓Va給電壓控制電流源306及308以調節電流 IREF1及IREF2。在此實施例中，當電流iREF1及IREF2 ⑩15減少使切換式電源供應器的切換頻率低於2〇KHz時，將產 生人耳可聽見的雜訊，但由於磁滯邊界在一定範圍中變化 使得切換頻率發生抖動，因此雜訊的能量將分散至較寬的 頻帶，使得雜訊變的模糊。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之 2〇目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，2於以 j的教導或從本發明的實施例學習而作修改或“二 =的’實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術 者以各種實_湘本發明在實際應用上而選擇及敛 200845547 述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均 等來決定。 ' 【圖式簡單說明】 5 圖1係傳統的振盪器； 圖2係本發明的實施例； 圖3係圖2中振盪器214的實施例； 圖4係圖2及圖3中信號的波形圖；以及 • 圖5係圖2中振盪器214的另一實施例。 【主要元件符號說明】 100 振盪器 102 比較器 104 比較器 15 106 電流源 108 電流源 110 正反器 112 單擊電路 200 頻率抖動裝置 20 202 磁滯邊界調節器 204 電流源 206 電流源 208 比較器 210 增益電路 11 200845547 214 振盪器 . 300 加法器 302 比較器 304 比較器‘ 5 306 電流源 308 電流源 310 正反器 • 312 單擊電路 400 磁滯邊界VREF3的波形 10 402 電壓Vosc的波形 404 信號VC5的波形 500 電流調節電路 502 誤差放大器 504 限制電路 15 506 加法器 12

Claims (1)

1. 200845547 十、申請專利範圍： 1· 一種抖動切換式電源供應器切換頻率的裝置，包括： 一振盪器，根據一磁滯邊界提供一時脈以決定該切換式 電源供應器的切換頻率；以及 一磁滯邊界調節器，調節該磁滯邊界以使該時脈的頻率 產生抖動。 2·如請求項1之裝置，其中該振盪器包括： 一充放電電路，提供一充放電電壓·， 一第一比較器，比較一充放電電壓及該磁滯邊界的上限 產生一第一比較信號；以及 一第二比較器，比較該充放電電壓及該磁滯邊界的下限 產生一第二比較信號，根據該第一及第二比較信號 決定該時脈。

   如4求項2之裝置’其巾該磁滞邊界的上限隨該磁滞邊 界調節器的輸出改變。 如明求項3之衣置’其中該振盪器更包括一加法器結合 該磁滯邊界調節器的輸出及一參考電壓產生該磁滯邊 界的上艰。 20 如請求項4之裝置，其中該磁角波。 滯邊界調節器的輸出為三 &如:求項3之裝置’其巾該磁滯邊界的上限在上升達到 第^界值4，開始下降直JL -第二臨界值。 7· 項6之裝置’其中該時脈的頻率隨著該該磁滯邊 限的上升而減小’隨著該該磁滯邊界的上限的下 13 200845547 降而增加。 8. 如請求項6之裝置，其中該磁滯邊界的上限在該時脈的 每一週期中步階上升或下降一變化量。 9. 如請求項8之裝置，其中該變化量與該時脈的工作時間 5 有關。 10. 如請求項2之裝置，其中該振盪器更包括： 一正反器，根據該第一及第二比較信號控制該充放電電 路的充放電；以及 一單擊電路，根據該正反器的輸出產生該時脈。 10 11·如請求項2之裝置，其中該振盪器更包括一電流調節電 路決定該充放電電路中充電及放電電流的大小。 12.如請求項11之裝置，其中該電流調節電路包括： 一誤差放大器，根據一與切換式電源供應器輸出電壓相 關的信號及一第一參考電壓產生一第一信號； 15 一限制電路，限制該第一信號的最大及最小值產生一第 二信號；以及 一加法器，結合該第二信號及一第二參考電壓產生一第 三信號調節該充放電電路中充電及放電電流的大 小。 20 13·如請求項1之裝置，其中該磁滯邊界調節器包括： 一電容； 一第一電流源，提供一充電電流； 一第一開關，連接在該電容及第一電流源之間； 一第二電流源，提供一放電電流；以及 14 200845547 一第二開關，連接在該電容及第二電流源之間，藉由切 換δ亥第一及第二哼關以使該充電及放電電流對該 電容充放電產生一調節信號調節該振盪器的磁： 邊界。 如明求項13之裝置’其中該調節信號低於一第一臨界 ，該時脈切換該第一開關·，直至該調節信號高二 弟一臨界值時，該時脈切換該第二開關。 15·如^項13之裝置’其中該磁滯邊界調節器更包括一 增览電路用以放大該調節信號。 以如請求項13之裝置，並中 、田*山 具中名凋即信號在該時脈的每一 週/月中步階上升或下降一變化量。 17:=項16之裝置’其中該變化量與該時脈的工作時 15 20 如請求項13之裝置，其中該調節信號為三角波。 動t換式電源供應11切換頻率的方法，該切換式 〜 m B根據麵邊界提供-時脈 、疋邊切換式電職絲的切換 :該磁滞邊界以抖動該時脈的頻率，進而抖= .二：：項19,方法’其中該調節該磁滯邊界的步驟包 =生—_信_節該磁滯邊界的 二臨界值。 界值時，開始下降直至一第 21.如請求項20之方法，盆由方 ，、中以產生一調節信號的步驟包 15 200845547 括充放電一電容以產生該調節信號。 22.如請求項21之方法，其中該充放電一電容的步驟包括： 在該調節信號低於一第三臨界值時，以該時脈控制該電 容步階充電，直至該調節信號高於一第四臨界值； 5 以及 在該調節信號高於該第四臨界值時，以該時脈控制該電 容步階放電，直至該調節信號低於該第三臨界值。 23·如請求項20之方法，其中該調節信號為三角波。 24.如請求項20之方法，更包括放大該調節信號。

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