[发明专利]开关电源中减小声频的方法和设备

说明书

技术领域

本发明通常涉及电源，尤其涉及开关调节器。

背景技术

电子设备使用电源进行操作。在许多今天的电子设备中，通常由于开关模式电源的高效率和它们对功率的好的输出调节而被使用。在一种公知的开关电源中，使用开关模式电源控制电路可以将低频(例如50或60Hz电源频率)，高压交流电流(AC)转化为高频(例如30到300kHz)AC。这种高频、高压AC被应用到变压器，以将电压通常转化为更低的电压，并且提供安全隔离。变压器的输出被整流以提供调整的DC输出，该调整的DC输出可以用于为电子设备提供功率。开关模式电源控制电路通常通过在闭环中检测输出并且控制所述输出来提供输出调节。

开关电源的设计是对效率、尺寸、重量和成本的矛盾需求的一种折衷设计。提供额定输出功率的最佳解决方案通常将开关频率设为比20kHz更高，超出人类听觉的范围。

调节的需要要求电源在诸如备用负载的低负载处以高频运行，并且在无负载时消耗非常低的功率。当电源提供比它的额定功率小的多的功率时，电源中的能量损耗受来自开关动作的损耗控制。因此，对于电源来说，当输出功率低得可以减少主要损耗时，在更低的开关频率上操作是必须的。当减少负载以保持高效时，开关频率可以线性减小。在低功率上的最佳开关频率通常落在20kHz以下的声频带内。由于机械共振，声频带内的开关会在电源组件例如变压器和陶瓷电容器内产生不受欢迎的声频噪音。

一种可以减少开关损耗并提高在轻负载处的效率的公知技术是，在轻负载处以触发模式(burst mode)操作电源。触发模式操作允许电源在高的开关频率上开关不受控制数量的连续的开关操作循环，后面有一个在闭环中无开关调节的持续期间，以调整输出。因此，减少了平均开关频率，以保持在轻负载上的高效率。触发模式开关的不良特性就是，对于给定的一组操作条件，不管是处于触发中的连续的高频开关操作循环的数量，还是在触发之间无开关的连续的循环的数量，都未被确定。触发模式操作的不确定特性导致了未受控制的声频噪音的危害。实际上，由于更高的声频能量内容，如果后面跟有无开关期间的连续开关操作循环的持续时间的重复频率处在声频，则声频噪音比只线性减少频率的情况更糟，如前面描述的。声频噪音是使用触发模式操作用来改进轻负载效率和减少无负载消耗的主要缺点。

在开关电源中的其中一个最麻烦的噪音源是变压器。在开关电源中通常应用的铁氧体磁心变压器倾向于具有8kHz到15kHz范围的机械共振频率。一些陶瓷电容器，尤其是使用在箝位电路中与行逆程高压电源中的变压器的初级绕组连接的那些陶瓷电容器还可以在这样的声频上共振。

附图说明

参考附图描述了本发明的非限制和非穷举的实施例，其中相同的参考标记在所有不同附图中都指代相同的部分，除非另有特定的说明。

图1A是一般地示出了给负载提供功率的实例开关电源的结构图。

图1B是一般地示出了图1A中的实例开关电源的开关电流波形的实例的图表。

图2是实例流程图，通常示出了根据本发明的教导，给负载提供功率的实例开关电源的操作的采样流。

图3A是实例示意性图，通常示出了根据本发明的教导，给负载提供功率的实例开关电源的实例控制器。

图3B是实例示意性图，通常示出了根据本发明的教导，固定频率峰值电流PWM调制器和选择操作模式的选择器比较器电路。

图4是另一实例流程图，通常示出了根据本发明的教导，给负载提供功率的实例开关电源的操作的采样流。

图5是另一实例示意性图，通常示出了根据本发明的教导，给负载提供功率的实例开关电源的实例控制器。

图6A是一般地示出了根据本发明的教导，在周期调制模式中操作的开关电源的能量传输元件的磁通密度的图表。

图6B是一般地示出了根据本发明的教导，以高频操作的开关电源的能量传输元件中局部频谱实例的图表。

图6C是一般地示出了根据本发明的教导，在无多周期调制的情况下以低频操作的开关电源的能量传输元件中局部频谱实例的图表。

图7A是一般地示出了根据本发明的教导，在多周期调制模式中操作的开关电源的能量传输元件中磁通密度实例的图表。

图7B是一般地示出了根据本发明的教导，在多周期调制模式中操作的开关电源的能量传输元件中局部频谱实例。

图8A是一般地示出了根据本发明的教导，开关电源的能量传输元件中未调制磁通密度信号的实例的图表。

图8B是一般地示出了根据本发明的教导，开关电源的多周期调制器信号的实例。