用于开关模式电源的扩展频谱制造技术

开关模式电源可利用开关信号来控制开关模式电源中的一个或多个电源开关。开关模式电源的控制器可以产生和/或控制该开关信号。该控制器可通过改变瞬时开关频率来降低开关模式电源的峰值频谱噪声，其中以恒定转换速率幅度随机地改变正负号来改变瞬时开关频率。瞬时开关频率可以由通过对随机比特流进行积分而产生的信号来控制。该随机比特流可以以亚音频重复。积分器可以是有损耗的，使得输出不会漂移到任意值。频率调制信号可以由低通滤波器滤波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于开关模式电源的扩展频谱相关申请的交叉引用本申请基于并要求于2015年3月19日提交的、美国临时专利申请号为62/135,553、名称为“用于开关模式电源的扩展频谱(SpreadSpectrumforSwitchModePowerSupplies)”的美国临时专利申请的优先权，以及于2015年9月29日提交的、美国专利申请号为14/869,114、名称为“用于开关模式电源的扩展频谱(SpreadSpectrumforSwitchModePowerSupplies)”的美国专利申请的优先权。这些申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及开关模式电源，并涉及扩展频谱技术。
技术介绍
开关模式电源因在其中发生切换而可能在其输出中具有噪声。一种降低该噪声的影响的方法是，在操作开关模式电源期间，使用扩展频谱技术改变开关的频率。遗憾的是，使用扩展频谱技术可能会产生不太理想的结果。该方法可以降低开关频率处的杂音和开关频率的谐波，但也可能在输出上产生额外的噪声，从而影响在时域上表现的性能。可以使用跳频来改变开关频率。该方法以随机地、从频率跳跃到频率的方式改变频率。然而，由于电感纹波电流可能会随频率变化，因此对于每次跳频可能需要在开关模式电源中找到新的补偿节点电压。因此，开关模式电源中的电流模式反馈环路在每次跳频之后可能需要定位到新的峰值电流，从而损害电源的性能。还可以使用频率斜坡来改变开关频率。该方法利用三角波对开关模式电源中的时钟进行调制，以展宽噪声但保持所产生的噪声更接近开关频率，而不是遍布所有频率。美国专利7,362,191描述了这种情形的示例。但是该三角波仍然可能会因较小的漂移而在时域的输出电压上产生多个较小的杂音。
技术实现思路
开关模式电源可以利用开关信号来控制其内的一个或多个电源开关。开关模式电源的控制器可以产生和/或控制该开关信号。该控制器可通过以恒定转换速率幅度改变瞬时开关频率而该瞬时开关频率随机地改变正负号(sign)，来降低开关模式电源的峰值频谱噪声。随机地改变正负号在本文中称为“随机频率游走(walk)”。可以由通过对随机比特流进行积分而产生的信号来控制瞬时开关频率。该随机比特流可以以亚音频重复。积分器可以是有损耗的，使得输出不会漂移到任意值。可以通过低通滤波器对频率调制信号进行滤波。现在通过阅读下面对示例性实施例、附图和权利要求的详细描述，上述以及其它部件、步骤、特征、目标、益处和优点将变得清楚。附图说明附图是示例性实施例。这些附图没有示出所有实施例。可以附加地或替代地使用其它实施例。为了节省空间或更有效的说明，可能省略了可能是明显的或不必要的细节。一些实施例可用附加的部件或步骤实施、和/或在没有所示的所有组件或步骤的情况下实施。当相同的附图标记出现在不同的附图中时，该相同的附图标记指相同或相似的部件或步骤。图1A-1D示出了示例性开关模式电源在频域的输出。图1A示出了不使用扩展频谱技术的电源的输出，图1B示出了使用跳频的电源的输出，图1C示出了使用频率斜坡的电源的输出，以及图1D示出了使用随机频率游走的电源的输出。图2A-2D示出了示例性开关模式电源在时域的输出。图2A示出了不使用扩展频谱技术的电源的输出，图2B示出了使用跳频的电源的输出，图2C示出了使用频率斜坡的电源的输出，以及图2D示出了使用随机频率游走的电源的输出。图3A-3D示出了示例性开关模式电源的示意图。图3A中的电源不使用扩展频谱技术，图3B中的电源使用跳频，图3C中的电源使用频率斜坡，以及图3D中的电源使用随机频率游走。图4A-4D示出了示例性开关模式电源的压控电流波形的示例。图4A中的电源不使用扩展频谱技术，图4B中的电源使用跳频，图4C中的电源使用频率斜坡，以及图4D中的电源使用随机频率游走。图5示出了以外部施加的时钟频率进行开关的开关模式电源的示例的框图。具体实施方式现在描述示例性实施例。可以附加地或替代地使用其它实施例。为了节省空间或更有效地呈现，可能省略了可能是明显的或不必要的细节。一些实施例可以用附加的组件或步骤实施、和/或在没有所有描述的组件或步骤的情况下实施。如上所述，可以使用扩展频谱技术来降低开关模式电源(switchmodepowersupply，SMPS)的输出中的峰值频域噪声。然而，跳频和频率斜坡的方法会产生不太理想的结果。另一种方法是保持恒定速率的频率转换，但随机改变转换的方向。可以使用改进的伪随机数发生器来减少SMPS的时钟所产生的杂音，其中该伪随机数发生器使用可对时域上的输出漂移具有最小影响的数字发生器。这可以更好地抑制原始开关频率杂音，同时产生更少的宽带频率噪声和几乎为零的时域噪声。这种方法可以允许开关模式电源中的电流模式控制回路保持调节，同时不会产生可能引起杂音的任何相干频率。这种方法可比跳频的效果更好，这是由于开关模式电源中的补偿环路可不被周围震动(jolt)。该方法还可以比使用失真的锯形波形的效果更好，该锯形波形如美国专利7,362,191中所述的锯形波形，这是因为该方法可以不要求以相干方式处理调制信号，以使得调频(FM)边带对于期望的侵入以特定于应用的方式产生衍射(破坏性干涉)，以勉强通过测试者检查的规范。图1A-1D示出了示例性开关模式电源在频域的输出。图1A示出了不使用扩展频谱技术的电源的输出，图1B示出了使用跳频的电源的输出，图1C示出了使用频率斜坡的电源的输出，以及图1D示出了使用随机频率游走的电源的输出。图2A-2D示出了示例性开关模式电源在时域的输出。图2A示出了不使用扩展频谱技术的电源的输出，图2B示出了使用跳频的电源的输出，图2C示出了使用频率斜坡的电源的输出，以及图2D示出了使用随机频率游走的电源的输出。图3A-3D示出了示例性开关模式电源的示意图。图3A中的电源不使用扩展频谱技术。图3A中的电源是降压型开关模式电源，该降压型开关模式电源工作在峰值电流模式且因同步整流而具有强制连续电感电流。输入端是电压源V7。输出端在节点CW处，该节点CW负载有电阻器Rload1。电感器L1和电容器C11可以形成输出滤波器。时钟可以包括二极管D12、电容器C10、跨导G7和施密特(Schmitt)触发器A7。施密特触发器的输出可在复位时为0伏，并在置位时为1伏。施密特触发器上小于或等于0伏的输入电压可使施密特触发器复位，而大于或等于1伏的电压可使施密特触发器置位。在每个时钟周期的开始，可以不使施密特触发器A7置位，则施密特触发器A7的输出可为0伏，使得跨导G7中的电流为零。电流源I1可供应恒定的5微安电流以对电容器C10进行充电，直到施密特触发器被置位。一旦置位，施密特触发器A7的输出可为1伏从而跨导G7的电流可为1毫安，对电容器C10进行快速放电直到施密特触发器A7复位，跨导G7的电流再次为零，电流源I1可再次对电容器C10进行充电。这些部件可产生具有重复频率的时钟信号，该重复频率由电流源I1设定。因为电流源I1可以是恒定的5微安，所以频率可以是恒定的。当施密特触发器A7置位时，可使触发器A8置位，同步整流开关S8可断开，并且开关S7可闭合。当开关S7闭合时，电感器L1中的电流可斜升直到其电流与误差放大器输出端的电压V(comp1)成比例。误差放大器可包括参考电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生在开关模式电源中的开关信号的控制器，所述开关信号用于控制所述开关模式电源中的一个或多个电源开关，所述控制器包括时钟电路，所述时钟电路产生开关信号，所述开关信号控制所述电源开关，并具有以恒定转换速率变化且随机地改变正负号的频率，从而降低所述开关模式电源的峰值频谱噪声。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.19 US 62/135,553;2015.09.29 US 14/869,1141.一种用于产生在开关模式电源中的开关信号的控制器，所述开关信号用于控制所述开关模式电源中的一个或多个电源开关，所述控制器包括时钟电路，所述时钟电路产生开关信号，所述开关信号控制所述电源开关，并具有以恒定转换速率变化且随机地改变正负号的频率，从而降低所述开关模式电源的峰值频谱噪声。2.根据权利要求1所述的控制器，还包括：积分器，所述积分器通过对随机比特流进行积分来产生控制所述开关信号的频率的信号。3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述随机比特流以亚音频重复。4.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述积分器是有损耗的，从而防止所述积分器的输出漂移到任意值。5.根据权利要求2所述的控制器，还包括：低通滤波器，所述低通滤波器对所述积分器产生的积分信号进行滤波。6.一种开关模式电源，包括：一个或多个电源开关；和控制器，所述控制器包括时钟电路，所述时钟电路产生开关信号，所述开关信号控制所述电源开关，并具有以恒定转换速率变化且随机地改变正负号的频率，从而降低所述开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦克·托马斯·恩格尔哈特，
申请(专利权)人：凌力尔特有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US