[发明专利]用于利用开关频率抖动减少电磁干扰的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供用于在准谐振模式(quasi-resonant mode)中利用开关频率抖动来减少电磁干扰(EMI)的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。

背景技术

开关模式电源变换系统通常具有在数十kHz和数百kHz范围内的开关频率。寄生电容和寄生电感通常存在于开关模式电源变换系统中。开关模式电源变换系统生成的电磁干扰(EMI)常常需要被减少，以避免严重干扰其它电源组件。为了减少开关模式电源变换系统的大小，开关模式电源变换系统的开关频率通常需要增大。但是增大开关频率常常会加剧与EMI和开关损耗有关的问题。

具有频率抖动的固定频率控制器常常被用在电源变换系统中以减少EMI。图1是示出包括固定频率脉冲宽度调制(PWM)控制器的传统电源变换系统的简化示图。该电源变换系统100包括固定频率PWM控制器102、初级绕组118、次级绕组120、电源开关122、电流感测电阻器124、反馈和隔离组件126、整流二极管128以及电容器130。固定频率PWM控制器102包括振荡器104、PWM比较器106、触发器108、栅极驱动器110、二极管112以及两个电阻器114和116。固定频率PWM控制器102还包括三个端子132、134和136。例如，电源开关122是场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

电源变换系统100的开关频率通常由振荡器104确定。为了减少EMI，振荡器104常常被用来以不同方式执行开关频率抖动，例如，使电源变换系统100的开关频率倾斜上升和下降或者利用伪随机生成器来改变开关频率。

图2是示出由振荡器104使开关频率倾斜上升和下降而形成的频率抖动的电源变换系统100的简化传统时序图。波形202表示作为时间的函数的电源变换系统100的开关频率。波形204表示作为时间的函数的开关122的开关条件。例如，如果波形204为逻辑高电平，则开关122闭合(例如，接通)，而如果波形204为逻辑低电平，则开关122断开(例如，关断)。在图2中示出了两个时间段T₁和T₂。时间段T₁开始于时刻t₀并且结束于时刻t₁，并且时间段T₂开始于时刻t₁并且结束于时刻t₂。例如t₀≤t₁≤t₂。

在时间段T₁期间，电源变换系统100的开关频率从最小频率206(在t₀处)倾斜上升到最大频率208(在t₁处)，如波形202所示。开关122被接通和关断的频率增大，如波形204所示。在时间段T₂期间，电源变换系统100的开关频率从最大频率208(在t₁处)倾斜下降到最小频率206(在t₂处)，如波形202所示。开关122被接通和关断的频率降低，如波形204所示。

频率抖动的大小通常被控制在一定范围之内，以避免因过度频率抖动引起的音频噪声。例如，如果固定频率系统100具有大约60kHz的开关频率，则频率抖动范围可以为±4％。即，系统100的开关频率范围为60kHz±2.4kHz。第n阶谐波的能量分布的频率范围为±2.4nkHz。该固定频率系统100的总谐波能量保持不变，而每个谐波频率处的谐波能量幅度减小。因此，系统100的传导EMI常常可以得到改善。