專利名稱：原邊反饋ac-dc開關電源的閥值抖頻控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及開關電源技術領域，尤其涉及的是一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統。
背景技術：
原邊反饋方式的 AC — DC控制技術是最近10年間發展起來的新型AC — DC控制技術，與傳統的副邊反饋開關電源機構結構相比，其最大的優勢在于省去了隔離芯片以及與隔離芯片配合工作的一組元器件，這樣就節省了電路板上的空間，降低了成本并且提高了系統的可靠性。原邊反饋直流電源在手機充電器等成本壓力較大的應用領域，以及LED驅動電源等對體積要求很高的應用領域有較大的市場份額。附圖I給出了現有技術的一種原邊反饋AC-DC電源控制芯片及其應用的結構框圖，如附圖I所示，所述原邊反饋AC-DC驅動電源包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述變壓器包括原邊繞組Np、輔助繞組Na以及次級繞組Ns，所述控制芯片包括副邊導通時間檢測單元、恒流頻率控制單元、恒壓控制單元、與門邏輯、RS觸發器、PFM單元、驅動單元、逐周期限流單元以及內建電源模塊。在采用這種控制芯片構成的原邊反饋AC-DC電源中，電阻Rl和電阻R2構成取樣電路，所述FB引腳為輔助繞組Na電壓反饋引入腳，并從電阻Rl和電阻R2構成取樣電路中取得信號。在控制芯片內部，FB引腳連接到輸出電壓偵測單元和副邊導通時間檢測單元的輸入端，所述導通時間檢測單元的輸出連接到恒流頻率控制單元，所述輸出電壓偵測單元的輸出端連接到恒壓頻率控制單元，所述CS引腳為原邊繞組Np電流檢測信號引入腳，從NMOS管源極電阻R3上取得信號。在控制芯片內部，CS引腳連接到逐周期限流單元的輸入端，恒流頻率控制單元和恒壓頻率控制單元的輸出信號分別連接與門的兩個輸入端，與門邏輯的輸出端(即開啟信號)和逐周期限流單元的輸出端(即關斷信號)分別連接到RS觸發器的S端和R端，所述RS觸發器的輸出端即Q端連接到PFM單元的輸入端，PFM單元連接到驅動單元，所述驅動單元的輸出端與控制芯片的OUT引腳連接，OUT引腳輸出接至NMOS管的柵極，用于驅動外部的功率NMOS管。VCC引腳為控制芯片的電源引腳，用于為整個控制芯片接入外部電源；FB引腳同時作為恒流頻率控制信號和恒壓頻率控制信號，其恒流頻率控制用于偵測輔助繞組Na的導通時間，以便恒流頻率控制單元按比例調節工作周期，使得次級繞組Ns輸出電流穩定在設定的值，即實現LED驅動電源的恒流功能；其恒壓頻率控制用于偵測副邊導通時輔助繞組的電壓，間接反映輸出繞組的電壓，進而間接反映輸出電壓的大小，并根據所偵測到的電壓大小來調節開關頻率，使得輸出電壓穩定在設定值。CS為原邊繞組Np電流偵測引腳，用于偵測原邊繞組Np導通時的峰值電流，以實現各周期過程中的逐周期限流，進而使得每個周期傳輸的能量均相同；GND為芯片的接地引腳。當系統正常工作時，由于變壓器原邊繞組Np的極性相對輔助繞組Na和次級繞組Ns同名端相反，因此在原邊繞組Np導通時，FB引腳為負電壓；當處于次級繞組Ns導通階段時，由于輔助繞組Na與次級繞組Ns同名端極性相同，因此FB電壓為正電壓，此時變壓器副邊繞組電壓為￥8=￥0+￥2，輔助繞組電壓￥&=￥8\ (NA/NS) =VFB X R2/ (R1+R2)，因此 Vo=VFB X R2 X NS/[(Rl+R2)*NA]-Vz，也就是輸出電壓是反饋電壓VFB的函數，芯片通過恒壓頻率控制單元來調節VFB到設定值，即可使得輸出電壓Vo穩定在設定值，此時系統工作在恒壓模式；當系統工作在恒流模式時，副邊導通時間檢測單元可通過偵測FB引腳為正電壓的時間來確定次級繞組Ns的導通時間Tons，并以此為依據來確定系統的工作周期T=KXTons，其中K為比例系數。由于系統工作于斷續模式，每個周期均要使原邊繞組Np儲存的能量全部在次級繞組Ns釋放,這樣次級繞組Ns的平均輸出電流Iout=Ips X Tons/T=Ipp X (NS /NP) X (1/K),Ips為次級繞組Ns導通時的峰值電流，Ipp為原邊繞組Np導通時的峰值電流，Ns為次級繞組Ns的圈數，Np為原邊繞組Np的圈數。這樣只要設定好Ipp和K及變壓器參數，那么次級繞組Ns的輸出電流就是一個恒定值。當系統工作在恒流模式時，在輸入電壓和輸出電壓都固定時，對相同的系統參數，副邊導通時間 Tons= (IpsXLs)/ (Vout+Vz)= IppX (NS /NP) XLs / (Vout+Vz)= (Vcs/R3) X (NS /NP) XLs/ (Vout+Vz),由于Vcs為芯片內部的限流閾值，是個定值，其余參數也均為定值，因此副邊導通時間Tons為定值，這樣周期T=KXTons為固定值，也就是當系統工 作在恒流模式時，其工作頻率是固定的，這樣EMI的能量都集中在該工作頻率及其N次諧波上，從而使得EMI很大，難以達到充電器和LED驅動系統對EMI的要求。因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電磁干擾較小的原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統。本發明的技術方案如下一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導通時間偵測單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測單元、恒壓頻率控制單元、內建電源單元、與門邏輯、RS觸發器、PFM單元、驅動單元和逐周期限流單元，所述控制芯片還包括一限流閾值抖動單元，所述限流閾值抖動單元與所述逐周期限流單元連接；所述限流閾值抖動單元設置振蕩器、分頻器和若干組電流源和開關，用于產生一個周期性波動的電流信號，并輸出至所述逐周期限流單元；所述逐周期限流單元設置電阻和比較器；所述電阻的一端與所述變壓器的原邊繞組電流偵測引腳連接，另一端連接所述比較器的同相輸入端，并同時與所述連接限流閾值抖動單元的輸出端連接；所述比較器的反相輸入端連接內部基準電壓，并且，所述比較器的輸出端與所述RS觸發器連接。應用于上述技術方案，一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制方法，包括如下步驟；A :設置一與逐周期限流單元連接的限流閾值抖動單元；B :通過所述限流閾值抖動單元產生一個周期性變化的電流信號；C :所述電流信號經過所述逐周期限流單元設置的電阻，產生一周期性變化的電壓信號；D :將所述周期性變化的電壓信號疊加于原邊繞組電流偵測引腳的電流偵測信號上，形成的周期性變化工作頻率。采用上述方案，本發明中閥值抖頻控制系統通過置一限流閾值抖動單元，該單元會產生一個周期性的電流信號，用于調節恒流頻率控制單元，從而使系統工作于恒流模式時，其工作頻率在一定的范圍內周期性抖動，以分散電磁干擾EMI能量，從而大幅降低EMI。此外，由于頻率的抖動是周期性的，在平均頻率上下較窄的一段范圍內抖動，因此系統的平均工作頻率仍然是固定的，從而保證系統的平均輸出電流不變，即閥值抖頻控制系統的恒流特性不受頻率抖動的影響；并且，所述閥值抖頻控制方法與閥值抖頻控制系統相對應。


圖I為現有技術中原邊反饋AC-DC電源控制系統結構示意圖。圖2為本發明中閥值抖頻控制系統的應用電路示意圖。圖3為本發明中逐周期限流單元的內部電路示意圖。圖4為本發明中限流閾值抖動單元的內部電路示意圖。圖5為本發明中閥值抖頻控制系統工作于恒流模式的抖頻原理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。實施例I
如圖2所示，本實施例提供了一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統，閥值抖頻控制系統通過設置一限流閾值抖動單元，該單元會產生一個周期性的電流信號，用于調節恒流頻率控制單元，從而使系統工作于恒流模式時，其工作頻率在一定的范圍內周期性抖動，以分散電磁干擾EMI能量，從而大幅降低EMI。此外，由于頻率的抖動是周期性的，在平均頻率上下較窄的一段范圍內抖動，因此系統的平均工作頻率仍然是固定的，從而保證系統的平均輸出電流不變，即閥值抖頻控制系統的恒流特性不受頻率抖動的影響。其中，抖頻控制系統包括控制芯片I、變壓器3、NMOS管2，所述控制芯片I包括副邊導通時間偵測單元101、恒流頻率控制單元102、輸出電壓偵測單元103、恒壓頻率控制單元105、內建電源單元104、與門邏輯106、RS觸發器107、PFM單元108、驅動單元109、逐周期限流單元110、以及一限流閾值抖動單元111。其中，所述限流閾值抖動單元111與所述逐周期限流單元連接；如圖3所示，圖3是逐周期限流單元110的內部電路示意圖。它由電阻1101和比較器1102組成。其中，電阻1101的一端連接控制芯片CS引入腳，用于輸入外部原邊峰值電流偵測信號CS，即與所述變壓器的原邊繞組電流偵測輸出端連接，電阻1101輸入外部原邊峰值電流偵測信號，另一端連接比較器1102的同相輸入端，同時連接限流閾值抖動單元111的輸出端，并輸入限流閾值抖動單元111的輸出信號Ij，比較器1102的反相輸入端連接內部基準電壓Vref，比較器1102的輸出端與所述RS觸發器連接，其輸出端out用于控制每個導通周期的關斷，當原邊峰值電流達到內部參考閾值的基準電壓Vref時，比較器1102的輸出端out發生反轉，驅動輸出關閉。如圖4所示，圖4是限流閾值抖動單元111的內部電路，它由振蕩器、分頻器和若干組(n組)電流源和開關組成。設振蕩器周期為t，則在一個大周期TO=ZnXtRdjIAi流將在-2n IO到2nX IO之間變化，變化的步長為10，每一步持續時間為t，這樣在整個大周期TO內Ij的平均電流等于零。如果n足夠大，IO足夠小，則Ij會接近一個連續的弦波；如此，所述限流閾值抖動單元產生一個周期性變化的電流信號I j。并且，如圖5所示，圖5是閥值抖頻控制系統工作于恒流模式時，抖頻原理示意圖。由于限流閾值抖動單元111的輸出信號Ij是一個周期性波動的電流信號，其波形接近正弦波。這樣，周期性波動的電流信號Ij通過電阻Rj產生一個周期性變化的電壓信號Vj，并疊加在變壓器的原邊峰值電流偵測信號CS上，CSl=CS+Ij*Rj=Vref，則CS=Vref- Ij*Rj，即原邊峰值電流偵測信號CS的幅值也會周期性變化，進而使得副邊導通時間Tons周期性變化，由于T=K*Tons，因此閥值抖頻控制系統的工作頻率也發生周期性變化，即實現抖頻功能。由于頻率的抖動是周期性的，在平均頻率Favg上下較窄的一段范圍AF內抖動，平均工作頻率Favg不會隨頻率抖動而發生變化，原邊峰值電流偵測信號CS的平均值也不會因抖頻而發生變化，因此平均輸出電流Io=O. 5 X Ips X Tons/T= Ipp X (NS /NP) X (1/K)是一個定值，因此即實現了抖頻功能，又保證了輸出電流的恒定。實施例2
本實施例提供了一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制方法，該方法與實施例I中閥值抖頻控制相對應，其中，該方法可以通過以下步驟實現
首先，第一步，設置一與逐周期限流單元連接的限流閾值抖動單元，例如，在開關電源 的閥值抖頻控制系統中，在控制芯片內部設置與逐周期限流單元連接的限流閾值抖動單元,如圖2所示。其中，逐周期限流單元設置一電阻和一比較器，例如，如圖3所示，逐周期限流單元由電阻1101和比較器1102組成。其中，電阻1101的一端連接外部原邊峰值電流偵測信號CS，即與外部變壓器的原邊繞組電流偵測引腳連接，電阻1101輸入外部原邊峰值電流偵測信號CS，電阻1101另一端連接比較器1102的同相輸入端，同時連接限流閾值抖動單元的輸出端，并輸入限流閾值抖動單元的輸出信號Ij，比較器1102的反相輸入端連接內部基準電壓Vref，比較器1102的輸出端與所述RS觸發器連接，其輸出端out用于控制每個導通周期的關斷，當原邊峰值電流達到內部參考閾值的基準電壓Vref時，比較器1102的輸出端out發生反轉，驅動輸出關閉。然后，第二步，通過設置的所述限流閾值抖動單元產生一個周期性變化的電流信號，例如，如圖4所示，限流閾值抖動單元它由振蕩器、分頻器和若干組(n組)電流源和開關組成。設振蕩器周期為t，則在一個大周期T0=2nXt內，Ij的電流將在_2n IO到2nXI0之間變化，變化的步長為10，每一步持續時間為t，這樣在整個大周期TO內Ij的平均電流等于零。如果n足夠大，IO足夠小，則Ij會接近一個連續的弦波；如此，所述限流閾值抖動單元產生一個周期性變化的電流信號Ij。形成周期性變化電流信號Ij后，執行第三步，所述電流信號Ij經過所述逐周期限流單元設置的電阻，產生一周期性變化的電壓信號；例如，如圖5所示，由于限流閾值抖動單元的輸出信號Ij是一個周期性波動的電流信號，其波形接近正弦波。這樣，周期性波動的電流信號Ij通過電阻Rj產生一個周期性變化的電壓信號Vj。最后，第四步，將所述周期性變化的電壓信號疊加于原邊繞組電流偵測引腳的電流偵測信號上；例如，如圖5所示，將周期性變化的電壓信號Vj所述并疊加在變壓器的原邊峰值電流偵測信號CS上，CSl=CS+Ij*Rj=Vref，則CS=Vref- Ij*Rj，即原邊峰值電流偵測信號CS的幅值也會周期性變化，進而使得副邊導通時間Tons周期性變化，由于T=K*Tons，因此系統的工作頻率也發生周期性變化，即實現抖頻功能。由于頻率的抖動是周期性的，在平均頻率Favg上下較窄的一段范圍AF內抖動，平均工作頻率Favg不會隨頻率抖動而發生變化，原邊峰值電流偵測信號CS的平均值也不會因抖頻而發生變化，因此平均輸出電流Io=O. 5X IpsXTons/T= IppX (NS /NP) X (1/K)是一個定值，因此即實現了抖頻功能，又保證了輸出電流的恒定。如此，當處于恒流模式時，其工作頻率在一定的范圍內周期性抖動，以分散電磁干擾EMI能量，從而大幅降低EMI。此外，由于頻率的抖動是周期性的，在平均頻率上下較窄的一段范圍內抖動，因此系 統的平均工作頻率仍然是固定的，從而保證系統的平均輸出電流不變，即閥值抖頻控制系統的恒流特性不受頻率抖動的影響。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.ー種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統，包括控制芯片、變壓器、NMOS管，所述控制芯片包括副邊導通時間偵測單元、恒流頻率控制單元、輸出電壓偵測単元、恒壓頻率控制單元、內建電源單元、與門邏輯、RS觸發器、PFM単元、驅動單元和逐周期限流單元，其特征在于； 所述控制芯片還包括一限流閾值抖動單元，所述限流閾值抖動單元與所述逐周期限流單元連接； 所述限流閾值抖動單元設置振蕩器、分頻器和若干組電流源和開關，用于產生ー個周期性波動的電流信號，并輸出至所述逐周期限流単元； 所述逐周期限流単元設置電阻和比較器；所述電阻的一端與所述變壓器的原邊繞組電流偵測引腳連接，另一端連接所述比較器的同相輸入端，并同時與所述連接限流閾值抖動単元的輸出端連接； 所述比較器的反相輸入端連接內部基準電壓，并且，所述比較器的輸出端與所述RS觸發器連接。
2.ー種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制方法，其特征在于，包括如下步驟； A :設置一與逐周期限流單元連接的限流閾值抖動單元； B :通過所述限流閾值抖動單元產生ー個周期性變化的電流信號； C :所述電流信號經過所述逐周期限流單元設置的電阻，產生一周期性變化的電壓信號; D :將所述周期性變化的電壓信號疊加于原邊繞組電流偵測引腳的電流偵測信號上，形成的周期性變化工作頻率。
全文摘要
本發明公開了一種原邊反饋AC-DC開關電源的閥值抖頻控制系統和方法，閥值抖頻控制系統通過設置一與逐周期限流單元連接的限流閾值抖動單元，逐周期限流單元設置電阻和比較器，限流閾值抖動單元設置振蕩器、分頻器和若干組電流源和開關，限流閾值抖動單元會產生一個周期性的電流信號來調節恒流頻率控制單元，使系統工作于恒流模式時，其工作頻率在一定的范圍內周期性抖動，以分散電磁干擾EMI能量，從而大幅降低EMI，并且，使閥值抖頻控制系統的恒流特性不受頻率抖動的影響；所述閥值抖頻控制方法與所述閥值抖頻控制系統相對應。
文檔編號H02M7/217GK102761274SQ20121021136
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者許煌樟 申請人:深圳市穩先微電子有限公司