具有胳肢脉冲注入的电源

申请号 CN201280023341.X 申请日 2012-04-04 公开(公告)号 CN103534939B 公开(公告)日 2016-11-09
申请人 伯斯有限公司; 发明人 K·B·德尔帕帕; M·纽斯鲍姆; A·费伦兹;
摘要 一种电源将一系列“胳肢”脉冲注入到脉冲宽度调制(PWM) 控制器 中,以诱导该控制器以最小 开关 频率 生成PWM脉冲,优选地,该最小开关频率是 超 声波 的(尤其对于音频应用)。开关频率还可以被选择或控制为使得其避免电源中的谐振。“胳肢”脉冲可以通过对PWM控制器定时的相同时钟来计时,并且它们可以被整形,以帮助确保电源在低负载状况期间维持某种调整。
权利要求

1.一种电源,包括:
输出节点,其被配置为传送目标输出电压到可变负载;
一个或多个功率开关,其控制被传送到所述输出节点的功率;
控制器,其被配置为产生控制所述功率开关的操作的一系列可变宽度脉冲,以使得所述输出节点传送几乎不变的目标输出电压到所述负载,其中所述控制器被配置为接收指示所述负载处的实际电压与所述目标电压之间的差异的误差信号,并且基于所述误差信号的滞后窗口至少改变被传送到所述功率开关的所述脉冲的宽度;
胳肢脉冲发生器,被配置为生成一系列胳肢脉冲,所述胳肢脉冲与被提供到所述控制器的所述误差信号进行组合,其中当所述负载汲取很少功率或者不汲取功率时,所述脉冲中的至少一些脉冲使所述控制器生成被传送到所述功率开关的脉冲,
其中,如果控制器开始在开关频率之间跳跃,所述电源调整所述胳肢脉冲的形状,以在目前的频率处激发被传送到所述一个或多个功率开关的脉冲。
2.根据权利要求1所述的电源,进一步包括时钟,所述时钟提供计时信号到所述控制器,其中所述控制器被配置为使得所述控制器能够在被提供到所述控制器的偶数个计时信号上生成可变宽度脉冲。
3.根据权利要求2所述的电源,其中所述控制器被配置为使得所述控制器能够在被提供到所述控制器的每隔一个计时信号上生成可变宽度脉冲。
4.根据权利要求2所述的电源,其中所述计时信号还被提供到所述胳肢脉冲发生器来为胳肢脉冲的生成定时。
5.根据权利要求4所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为使得所述胳肢脉冲发生器在奇数个计时信号上生成所述胳肢脉冲发生器的一系列胳肢脉冲。
6.根据权利要求4所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为使得所述胳肢脉冲发生器在偶数个计时信号上生成所述胳肢脉冲发生器的一系列胳肢脉冲。
7.根据权利要求4所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器进一步包括延迟单元,所述延迟单元在所述计时信号中的脉冲与由所述计时信号的所述脉冲触发的胳肢脉冲之间引入时间延迟。
8.根据权利要求1所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为生成大致整形为方波的一系列胳肢脉冲。
9.根据权利要求1所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为生成大致整形为三波的一系列胳肢脉冲。
10.根据权利要求7所述的电源,其中所述胳肢脉冲具有快速的前沿和相对缓慢的后沿。
11.根据权利要求1所述的电源,其中由所述控制器响应于所述一系列胳肢脉冲而产生的所述可变宽度脉冲的所述宽度基于幅度电压误差信号和所述胳肢脉冲的形状这两者。
12.根据权利要求1所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器进一步被配置为监测由所述控制器产生的可变宽度脉冲的频率的变化。
13.根据权利要求12所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器随着所述负载从汲取很少功率或者不汲取功率到汲取增长的功率的转变而监测可变宽度脉冲的所述频率的变化。
14.根据权利要求12所述的电源,其中所述胳肢脉冲发生器基于由所述控制器产生的所述可变宽度脉冲的频率的变化而改变所述一系列胳肢脉冲的频率。
15.一种音频系统,包括:
音频放大器,其被配置为对一个或多个音频换能器供电;
电源,其被配置为传送目标输出电压到所述音频放大器,其中所述电源包括:
一个或多个功率开关,其控制被传送到所述音频放大器的功率;
控制器,其被配置为产生控制所述功率开关的操作的一系列可变宽度脉冲,以使得所述电源传送新的不变的目标输出电压到所述音频放大器,其中所述控制器被配置为接收指示所述音频放大器处的实际电压与所述目标电压之间的差异的误差信号,并且基于所述误差信号的滞后窗口至少改变被传送到所述功率开关的所述脉冲的宽度;
胳肢脉冲发生器,其被配置为生成一系列胳肢脉冲,所述胳肢脉冲与被提供到所述控制器的所述误差信号进行组合,其中当所述音频放大器汲取很少功率或者不汲取功率时,所述胳肢脉冲中的至少一些胳肢脉冲使所述控制器生成被传送到所述功率开关的脉冲,其中,如果控制器开始在开关频率之间跳跃,所述电源调整所述胳肢脉冲的形状,以在目前的频率处激发被传送到所述一个或多个功率开关的脉冲。
16.根据权利要求15所述的音频系统,其中所述电源进一步包括时钟,所述时钟提供计时信号到所述控制器。
17.根据权利要求16所述的音频系统,其中所述控制器被配置为使得所述控制器能够在被提供到所述控制器的偶数个计时信号上生成可变宽度脉冲。
18.根据权利要求16所述的音频系统,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为在由所述时钟提供的多个所述计时信号上生成所述胳肢脉冲发生器的胳肢脉冲。
19.根据权利要求16所述的音频系统,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为在由所述时钟提供的奇数个计时信号上生成所述胳肢脉冲发生器的胳肢脉冲。
20.根据权利要求16所述的音频系统,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为在由所述时钟提供的偶数个计时信号上生成所述胳肢脉冲发生器的胳肢脉冲。
21.根据权利要求15所述的音频系统,其中所述胳肢脉冲发生器被配置为对所述胳肢脉冲发生器的胳肢脉冲进行整形,以具有快速的攻击和相对缓慢的衰减。
22.根据权利要求15所述的音频系统,其中使用一个或多个数字组件来实现所述胳肢脉冲发生器。
23.根据权利要求15所述的音频系统,其中使用模拟组件来实现所述胳肢脉冲发生器。
24.一种用于在具有可变开关频率的脉冲宽度调制(PWM)电源中控制开关的方法,所述方法包括:
获得电压误差信号,所述电压误差信号表示目标电压与被提供到负载的所述电源的实际输出电压之间的差异;
生成胳肢脉冲,所述胳肢脉冲与PWM控制器的开关时机进行同步;
将所述胳肢脉冲与所述电压误差信号进行组合以形成组合信号;以及
将所述组合信号应用到所述PWM控制器的控制输入,以通过所述电压误差信号的滞后窗口来控制所述PWM电源中的开关时期和非开关时期,
其中,如果PWM控制器开始在开关频率之间跳跃,所述方法调整所述胳肢脉冲的形状,以在目前的频率处激发被传送到一个或多个功率开关的脉冲。
25.根据权利要求24所述的方法,其中生成胳肢脉冲包括:
通过预定的因数对振荡器时钟信号进行分频,以提供经分频的脉冲信号;
将延迟加到所述脉冲信号,以将所述脉冲信号与所述PWM控制器的所述开关时机进行同步;以及
对所述脉冲信号进行整形以获得具有较长衰减的脉冲,同时保持快速的攻击,以形成所述胳肢脉冲信号。

说明书全文

具有胳肢脉冲注入的电源

技术领域

[0001] 该公开内容涉及开关电源。

背景技术

[0002] 开关电源通常用于包括音频应用的各种应用中。在音频应用中,经常存在由电源供电的音频放大器汲取很少功率或者不汲取功率的时候。例如,在歌曲或其他音频渲染期间的短暂沉默使放大器汲取相对少的功率。该低负载状况可以使开关电源以减小的频率来切换其功率开关或者完全停止切换。该切换不好控制并且能够引起放大器的性能中不期望的可听伪像(audible artifact)或洞(hole)。发明内容
[0003] 在一个方面,一种电源使用了一种方法,该方法用于将一系列“胳肢(tickle)”脉冲注入脉冲宽度调制(PWM)控制器中,以诱导该控制器以最小开关频率生成PWM脉冲,这对于音频应用优选地是声波的。开关频率还可以被选择或控制以使得其避免电源中的谐振。
[0004] 在另一方面,一种电源,包括:输出节点,其传送目标输出电压到可变负载;一个或多个功率开关,其控制被传送到输出节点的功率;以及控制器,其产生控制功率开关的操作的一系列可变宽度脉冲,以使得输出节点传送几乎不变的目标输出电压到负载,其中控制器接收指示负载处的实际电压与目标电压之间的差异的误差信号,并且基于误差信号至少改变被传送到功率开关的脉冲的宽度。电源还包括生成一系列胳肢脉冲的胳肢脉冲发生器,该胳肢脉冲与被提供到控制器的误差信号进行组合,以使得当负载汲取很少功率或者不汲取功率(例如,当与负载的平均功率汲取相比时的少量功率)时,脉冲中的至少一些脉冲使控制器生成被传送到功率开关的脉冲。
[0005] 在另一方面,一种音频系统可以包括一个或多个扬声器以及由具有胳肢脉冲发生器的PWM电源供电的音频放大器,该胳肢脉冲发生器将一系列胳肢脉冲引入PWM控制器中,以使得控制器以最小开关频率生成PWM脉冲,这优选地是非可听频率。
[0006] 实施例可以包括下列特征中的一个或多个。电源还可以包括时钟,该时钟提供计时信号(clocking signal)到控制器,以使得控制器能够在某数量的时钟脉冲——例如,偶数个(诸如每隔一个时钟脉冲)或奇数个时钟脉冲上生成可变宽度脉冲。相同的计时信号还可以被提供到胳肢脉冲发生器来为胳肢脉冲的生成定时。胳肢脉冲发生器可以被配置为使得其在某奇数个计时脉冲上生成胳肢脉冲。其还可以被配置为使得其在某偶数个胳肢脉冲上生成胳肢脉冲,并且可以被进一步配置为确定胳肢脉冲是否与开关时机对齐,并且如果否,则将胳肢脉冲波形移动一个或多个计时脉冲以获得这样的对齐。
[0007] 胳肢脉冲发生器可以包括延迟单元,其例如根据计时信号来延迟胳肢脉冲的生成。可以引入该延迟以便更精确地将胳肢脉冲与PWM控制器的PWM开关时机对齐。
[0008] 胳肢脉冲发生器可以生成具有任意形状——例如,方波形状、三波形状、锯齿波形状等的胳肢脉冲波形。其可以生成胳肢波,该胳肢波具有使误差信号影响由胳肢脉冲触发的PWM脉冲的宽度(从而,使能某种调整)的形状。胳肢脉冲的形状可以是使得它们具有快速的攻击(fast attack)和缓慢的衰减(slow decay)(例如,胳肢脉冲当与其下降沿相比时的快速上升沿)。胳肢脉冲可以具有线性或非线性的上升或下降斜率。
[0009] 胳肢脉冲的频率可以被选择或控制为使PWM脉冲将以可听开关频率出现的可能性最小化。胳肢脉冲频率还可以被选择或控制为避免电源中的谐振。
[0010] 胳肢脉冲发生器还可以随着负载对电源的需求从低功率状态到正常功率状态的转变而监测PWM开关频率的变化。胳肢脉冲发生器可以基于由PWM控制器产生的PWM脉冲的频率(或频率的变化)来调整胳肢脉冲的形状。胳肢脉冲发生器还可以基于由PWM控制器产生的PWM脉冲的频率(或频率的变化)来改变胳肢脉冲的频率。胳肢脉冲发生器可以改变胳肢脉冲的形状和/或频率,以使PWM脉冲的频率的变化随着负载要求从低要求状态的转变而引起可听伪像的可能性最小化。
[0011] 胳肢脉冲发生器可以数字地或者以模拟形式实现。胳肢脉冲发生器、控制器、时钟以及功率开关(或及其组合)可以在同一片上数字地实现。附图说明
[0012] 图1和图3各自是具有胳肢脉冲发生器的开关电源的框图
[0013] 图2是胳肢脉冲发生器的示例的框图。
[0014] 图4、图6、图7和图9是图示具有胳肢脉冲发生器的开关电源的操作的理想化时序图。
[0015] 图5是开关电源中功率开关和变压器电路图。
[0016] 图8是胳肢脉冲整形电路的示例。

具体实施方式

[0017] 如图1中所示,电源10包括胳肢脉冲发生器12,胳肢脉冲发生器12周期性地将“胳肢”信号注入脉冲宽度调制器(PWM)控制器14中,以当电源10轻负载(例如,负载汲取电源的全功率容量的10%或更少)时触发开关事件。PWM控制器14包括四个端子:(i)PWM输出端子14a、(ii)电流感测输入端子14b、(iii)时钟输入端子14c以及(iv)电流命令输入端子14d。
[0018] 电源10还包括交流(A/C)线路输入16,其通过整流和滤波级18馈入并且被传送到功率开关20。功率开关20的输出被传送到变压器22并且最终被传送到另一整流和滤波级24,在此该输出被传送到输出节点23。输出节点23被连接到可变负载26(诸如用于扬声器驱动器功率放大器)。控制器14操作功率开关以提供在负载处的目标电压(例如24V)。电压误差信号25(其表示输出节点23处的实际电压与目标电压之间的差异)通过隔离电路28(例如变压器或光学隔离器)馈送到PWM控制器14的电流命令输入端子14d。同步时钟30生成计时信号,该计时信号既被馈送到胳肢脉冲发生器12,又被馈送到PWM控制器的时钟输入端子
14c。
[0019] 在操作中,负载26汲取来自在输出节点23处提供的能量的电流,使电压误差信号25在幅度上增加。当PWM控制器14感测到电压误差信号25的振幅已经超过某阈值量(例如
1.5V)时,其将传送输出脉冲以导“通”功率开关来将功率传送到负载,并且将输出节点23处的节点向上拉回到目标输出电压。
[0020] PWM控制器14被同步时钟30计时,并且通常被编程为使得其将以输入时钟脉冲的某最小间隔来产生PWM脉冲。例如,PWM控制器可以被编程为以至多每隔一个输入时钟脉冲来传送输出脉冲。从而,仅仅某些输入时钟脉冲呈现用于PWM控制器的开关时机。在每个开关时机,PWM控制器将在电流命令输入端子14d处呈现的信号的电压与预先确定的开关阈值电压(例如1.5V)进行比较。如果超过开关阈值电压,则PWM控制器14在其输出端子14a处生成PWM脉冲,从而接通功率开关。用于现实世界的(即,非理想化的)PWM控制器的实际PWM开关窗口通常在时钟脉冲信号之后以小的但不可忽略的时间间隔出现。该时间延迟根据被选择用于实现的特定PWM控制器而不同。
[0021] 当PWM脉冲被触发时,PWM脉冲保持为“高”(保持功率开关导通),直到电流感测输入14b超过由电压误差信号的幅度确定的阈值,在该点控制器14终止脉冲并且功率开关20被断开。该过程继续,并且电源10提供平滑的、经调整的功率到负载。
[0022] 当负载的功率需求暂时为低(例如,歌曲期间一段时间的沉默)时,PWM控制器14可以被配置为跳过脉冲。一些现成的PWM控制器(诸如由美国加利福尼亚州圣克拉拉市的National Semiconductor出售的LM5021)提供内置的脉冲跳跃(pulse skipping)操作模式。脉冲跳跃通常通过以下步骤来完成:感测电压误差信号的下降以检测轻负载状况;以及作为回应,以降低的平均频率生成PWM脉冲,该降低的平均频率获得较低的有效占空比。通常地,该频率降低通过以下步骤来完成:终止所有开关某段时间直到电压误差超过某阈值;以及在电压误差信号被降低某个量之后重新忙于开关,并且通过电压误差信号的某滞后窗口,来控制进行开关的时间段和不进行开关的时间段。然而,开关频率可以在一些低负载状况下被降低到可听范围,这在音频应用中是特别不期望的。而且,处于脉冲跳跃模式中的PWM控制器具有如下趋势:通过没有脉冲的相对长的时期,紧接着的是用于带出输出电压的一阵短脉冲,紧接着的是没有脉冲的另一长时期。该操作稍微有些混乱并且还能够生成可听伪像。
[0023] 此外,如果电源对无功负载(例如,驱动高度无功负载的音频放大器),则负载将把多余功率返回给电源。这生成了过电压状况,导致电压误差信号变为负值,这转而使PWM控制器完全不产生脉冲。如果太多PWM脉冲被跳过,则与初级电源变压器共享相同磁性单元的管家电源(例如,用于功率开关的PWM控制器和驱动电路的电源)经历足以造成一个或多个管家功能出故障的电压降。这转而可以迫使电源关闭并且然后重启,生成电源性能中的洞(在音频放大器的情况下,其在音频再现期间生成“洞”或“退出(drop-out)”的时期)。
[0024] 胳肢脉冲发生器12(图1中所示)的包括允许在轻负载时期期间的脉冲跳跃,但是有助于确保脉冲跳跃以更有序的、确定性的方式来完成。更特别地,胳肢脉冲发生器将一系列“胳肢”脉冲注入电压反馈信号中,以确保PWM控制器在低负载状况期间以可接受的频率生成脉冲。
[0025] 图2中示出了胳肢脉冲发生器的示例。在该特定示例中,胳肢脉冲发生器32包括四个单元:时钟分频器32a、延迟单元32b、脉冲宽度单元32c以及脉冲形状单元32d。到胳肢脉冲发生器32的输入是振荡器时钟34,并且胳肢脉冲发生器32的输出与电压误差信号38组合。该组合信号被馈送到PWM控制器的电流命令输入端子中(图2中未示出)。
[0026] 在操作中,时钟分频器32a接收来自振荡器时钟34的输入并且通过某一间隔(优选地,奇数间隔(这将在下文详细解释))进行分频。因此,时钟分频器32a的输出定义频率,以该频率生成胳肢脉冲。延迟单元32b将小延迟引入到每个胳肢脉冲,以将胳肢脉冲定位在PWM控制器的实际触发点附近。(如上面所提到的,PWM控制器中的实际开关时机出现在时钟脉冲之后的某一小段时间)。脉冲宽度单元32c定义每个胳肢脉冲的长度(或宽度)。最后,脉冲形状单元32d定义每个胳肢脉冲的形状。正如下文将详细解释的,可以使胳肢脉冲的形状具有快速的攻击(即,其上升沿上陡峭的斜率)以及相对缓慢的衰减(即,其下降沿上相对轻微的斜率)。
[0027] 胳肢脉冲发生器32可以进一步通过在电源内看待它而被理解。例如,如图3中所示,胳肢脉冲发生器32被并入电源40,电源40包含与如图1中所示的电源相同的单元。注意到,在该实施方式中,胳肢脉冲发生器32和PWM控制器14共享相同的同步时钟——即,时钟30。
[0028] 图4图示了在图3中所示的电源40内在低负载状况下生成的下列信号的理想化时序图:
[0029] A行:同步时钟30的输出波形;
[0030] B行:胳肢脉冲宽度单元32c的输出波形;
[0031] C行:到至PWM控制器14的电流命令输入14d的输入波形(其是电压误差信号25与胳肢脉冲发生器32的输出之和);以及
[0032] D行:PWM控制器14的PWM输出端子14a的输出波形。
[0033] 图4中的时序图图示了由同步时钟30产生的九个时钟脉冲(这些时钟脉冲在A行中被标记为1-9)。正如开关电源中常见的,输入时钟被二分频,以确保50%的最大占空比。因此,PWM脉冲时机在每隔一个时钟脉冲可用——在图4上,这些PWM脉冲时机在时钟脉冲1、3、5、7和9处被标以“X”。该示例假设PWM控制器的开关时机出现在时钟脉冲的前沿之后不久。
(在其他实施方式中,PWM控制器可以被编程为使得开关时机出现在时钟脉冲的下降沿处或附近。)
[0034] 胳肢脉冲发生器32接收来自同步时钟的计时信号,并且在图3的时钟分频器模32a中通过因数3将计时信号分频。延迟单元32b和脉冲宽度单元32c定义每个胳肢脉冲的起始时间。因此,胳肢脉冲发生器32被定速为在每第三时钟脉冲之后不久生成胳肢脉冲(即,图4中的时钟脉冲1、4和7)。
[0035] 方波胳肢脉冲信号(图4中的B行)被馈送到图3中的胳肢脉冲形状单元32d中,以产生具有快速的攻击和相对缓慢的衰减的被脉冲整形的波形。胳肢形状单元32d的输出与电压误差信号进行组合,以产生图4的C行中所示的波形。电压误差信号和胳肢脉冲发生器的组合被输入到PWM控制器的电流命令输入端子14d中,并且使PWM控制器以固定间隔——在这种情况下,以每六个时钟脉冲(图4的D行中所示的脉冲1和7)来生成PWM脉冲。
[0036] 注意到,在图3和图4中图示的示例中,以奇数增量的时钟脉冲生成胳肢脉冲是有利的。由于胳肢脉冲发生器和PWM控制器参考相同的时钟信号,并且PWM控制器被编程为以不超过每隔一个时钟脉冲来生成PWM脉冲,所以选择奇数增量来生成胳肢脉冲确保了每隔一个胳肢脉冲位于可能触发PWM脉冲的时刻,而其他胳肢脉冲将位于具有影响PWM脉冲生成的低可能性的时刻。如果胳肢脉冲发生器被定时为在某偶数增量的时钟脉冲上生成胳肢脉冲,则存在胳肢脉冲将决不会与PWM脉冲时机(pulsing opportunity)对齐的可能性。例如,如果胳肢脉冲发生器以每隔一个时钟脉冲生成胳肢脉冲(类似于PWM控制器),则低负载状况可能在一个时间出现,以使得在不存在PWM开关时机的时候生成胳肢脉冲(即,图4中的时钟脉冲2、4、6、8等)。在这种情况下,胳肢脉冲的影响是轻微的,并且不触发任何PWM脉冲的情况仍然存在。然而,一些实施方式可以在偶数个同步时钟周期上生成胳肢脉冲。然而,在这样的系统中,优选使用一种用于确保胳肢脉冲与PWM开关时机对齐的技术(例如,检测胳肢脉冲是否在开关时机附近,如果没有,则将额外的时钟脉冲注入到胳肢脉冲分频器单元中,以将胳肢脉冲波形与PWM开关时机对齐。)
[0037] 在任何情况下,胳肢脉冲的频率可以被选择为避免开关频率落入可听范围内。例如,胳肢脉冲频率可以被选择为使得其高于20,000Hz。同样地,开关频率可以被选择为确保跨变压器的足够的电压调整,以防止管家功能出故障。
[0038] 可以影响胳肢脉冲的频率的选择的另一因素是存在于电源内的谐振。通常要避免这些谐振以便使损耗最小化。例如,考虑图5中所示的电路图,其示出了以半桥配置耦合到变压器55的一对功率开关53a、53b。电容器51位于功率开关与变压器的初级绕组之间。当由PWM控制器提供的PWM脉冲变为“高”时,导通开关53a并且断开开关53b,这使电流流过电容器51并且流过变压器55的初级绕组。当PWM脉冲变为“低”时,断开开关53a并且导通开关53b,这使电流在变压器的初级绕组与电容器51之间来回流动。因此,电容器和初级绕组形成储能电路(tank circuit),并且储能电流可以随着能量在这些单元之间流动而形成。储能电路在下面的频率处具有已知的谐振:
[0039] f=1/[2π((LC)^1/2)],其中L是变压器55的初级绕组的等效电感,并且C是电容器51的电容。
[0040] 胳肢脉冲的频率可以被选择为避免该谐振(以及存在于电源中的其他谐振)。通过避免这些谐振,减少了在电容器和初级绕组之间流动的储能电流的幅度,其转而减少在储能电路中经历的阻性损耗。
[0041] 在一些实施方式中,胳肢脉冲可以是简单的方波。然而,使用经整形的胳肢脉冲波通过使生成的PWM脉冲的宽度取决于电压误差信号而提供某种好处。这帮助放大器在低负载状况下维持某种电压调整。
[0042] 例如,对于图3中所示的电源,考虑图6中所示的该组理想化时序图。A行示出了由同步时钟30(图3中所示)输出的一系列时钟脉冲。时序图的B行示出了三种重叠的信号:(i)具有零电压误差信号的方形胳肢脉冲波(以实线示出的信号52);(ii)具有2伏特电压误差信号的方形胳肢脉冲波(以粗虚线示出的信号54);以及(iii)电流感测信号(以点划线示出的信号56)。因为电压误差信号相对于PWM开关缓慢地变化,所以电压误差信号表现为对胳肢脉冲波的DC偏置——如图6中所示,2伏特的电压误差信号将整个胳肢脉冲波形提高了2伏特。电流感测信号56表示流过功率开关20(图3中所示)的电流。当PWM脉冲变为高时,导通功率开关并且电流开始流动。当端子14b处的电流感测信号与PWM控制器的端子14d处存在的电压误差信号相交时,PWM控制器14(图3中所示)终止PWM脉冲。通过使用方波胳肢脉冲(信号52或54),PWM脉冲的宽度不受电压误差信号(被近似为DC偏置)影响。
[0043] 然而,通过将胳肢脉冲信号整形为具有快速的攻击和缓慢的衰减的脉冲串,电压误差信号影响PWM脉冲的宽度,并且某种电压调整发生了。例如,对于图3中所示的放大器,考虑图7中所示的该组理想化时序图。在这种情况下,使用经整形的胳肢脉冲波。特别地,胳肢脉冲信号62具有由一系列具有快速的攻击和相对缓慢的衰减的脉冲组成的胳肢脉冲串。注意到,在第一胳肢脉冲和第三胳肢脉冲之间,信号62经历了来自电压误差反馈信号的2伏特DC偏置,将胳肢脉冲信号62提高了2伏特。因为胳肢脉冲被整形,所以电压误差信号影响“被胳肢”的PWM脉冲的宽度。尤其是,第一胳肢脉冲62a具有大致零伏特的DC偏置并且生成具有脉冲宽度d1的PWM脉冲。第三胳肢脉冲62c具有大致2伏特的DC偏置并且生成具有宽度d2的PWM脉冲,d2大于d1。这是因为当DC偏置存在时,电流感测信号64与胳肢脉冲信号62相交要花较长时间。因此,当胳肢脉冲信号触发周期性的PWM脉冲时,即使在低负载时期,放大器继续某种电压调整。
[0044] 图8图示了可以用来生成经整形的胳肢脉冲的电路的示例。如同所示,胳肢脉冲电路接收来自振荡器时钟74的计时信号,应用时钟分频器72a、延迟72b以及脉冲宽度单元72c。这四个单元(74,72a-72c)共同地产生被馈送到整形电路76中的方波脉冲串。整形电路
76由与电容器C1串联的两个电阻器R1、R2组成。二极管D1与电阻器R2并联。整形电路76的输出被连接到R-C电路79,该R-C电路是反馈补偿回路的一部分。电压误差信号77(其通常是电流信号)被馈送到整形电路76与R-C电路79之间的节点中。R-C电路79的输出被连接到PWM控制器78的电流命令输入端子。
[0045] 在高频处(例如,在每个方形脉冲的上升沿附近),电流将流过二极管D1,对电阻器R2进行旁路并且经由电容器C1对电容器C2充电。这生成了在方波的上升沿附近的快速的攻击。随着输入方波变为低,电容器C2放电,生成缓慢的衰减。注意到,胳肢脉冲的尾部引起某种调整。在一些实施方式中,胳肢脉冲的尾部的形状可以是固定的,并且调整仅通过根据电压误差信号(这是图7中所示出的)提高(或降低)胳肢脉冲波形来发生。在其他实施方式中,尾部的衰减还可以根据电压误差信号的幅度来变化。注意到,尾部的衰减与对应的PWM脉冲的宽度之间存在反向关系——相对衰减较快速的尾部,具有衰减较缓慢的尾部的胳肢脉冲将产生较宽的PWM脉冲。如果胳肢脉冲具有衰减太缓慢的尾部,则其在意外的时间冒险触发PWM脉冲。例如,如果图7的B行中所示的胳肢脉冲波形的尾部衰减得非常缓慢,则存在其可以处于足够高的电压电平来在对应于时钟脉冲5(图7的A行中所示)的开关时机触发PWM脉冲的可能性。因此,胳肢脉冲的形状(尤其以及其尾部)应该被选择为使得其当PWM脉冲被触发时允许某种调整,但是还应该进行整形以便避免在意外的时间触发PWM脉冲。
[0046] 胳肢脉冲在意外的时间触发PWM脉冲的险随着电源从低负载状态中转变出来而增加。特别地,随着负载需求的增加,电压误差信号也增加。上升的电压误差信号引起出现在PWM控制器的电流命令输入端子处的信号的相应上升。而且,在其中胳肢脉冲的尾部受电压误差信号影响的实施方式中,电压误差信号的上升可以使尾部的斜率减小。由上升的电压误差信号引起的这些状况中的任何一个生成胳肢脉冲的尾部在意外的开关时机冒险触发PWM脉冲的情况。例如,对于在该示例中除了胳肢脉冲被整形为三角波(而非脉冲)外与图1中所示的电源相同的电源,考虑图9中所示的理想化时序图。PWM控制器由图9的A行中所示的计时波形进行计时,并且其被编程为在每隔一个时钟脉冲的上升沿之后的短时间内(即,在图9中的脉冲1、3、5和7的上升沿附近)具有开关时机。B行图示了到至PWM控制器的电流命令输入的输入。虚线90表示用于PWM脉冲的阈值电压。换句话说,如果PWM控制器14(图1中所示)检测到在开关时机处(即,在时钟脉冲1、3、5和7的上升沿附近)高于阈值电压90的电压,则PWM控制器将生成PWM脉冲。该系统在每第三时钟周期处生成胳肢脉冲92a-92c——即,时钟脉冲1、4和7。在第一时钟脉冲和第七时钟脉冲处生成的第一胳肢脉冲92a和第三胳肢脉冲92c触发对应的PWM脉冲94a、94c(图9的C行中所示)。然而,电压误差信号已经提高了电流命令输入的电压平,以使得第二胳肢脉冲92b的尾部在第五时钟脉冲处呈现的开关时机处高于阈值90,并且生成对应的PWM信号94b。这生成一种状态,其中PWM控制器正在两个胳肢脉冲频率之间跳跃(在这种情况下,一些PWM脉冲在每第六时钟脉冲处出现,而其他PWM脉冲在每第四时钟脉冲处出现)。开关频率之间的该跳跃可能是混乱的并且生成可听伪像。对该问题的解决方案是监测由胳肢脉冲触发的PWM脉冲,并且如果PWM控制器开始在开关频率之间跳跃,则系统可以调整胳肢脉冲的形状,以在目前的频率处激发PWM脉冲。备选地(或者除调整形状以外),系统可以调整胳肢脉冲的频率。在图9中所示的示例中,系统将切换到在每第四时钟脉冲(而非在每第六时钟脉冲)处激发PWM脉冲的胳肢脉冲波形。如果这引起输出电压的过多增加,则电压误差仍然能够减少电流命令并且返回到较低的开关频率。此时,胳肢脉冲形状被调整为在该频率激发脉冲。这消除了频率之间以可听速率的交替变化。虽然该解决方案可以使用模拟电路来实现,但是该解决方案尤其非常适合于数字实施方式。
[0047] 虽然图6中图示的示例示出了具有方波的胳肢脉冲波形,但是图4和图7示出了具有脉冲形状的胳肢脉冲波形,而图9示出了三角形,其他实施方式可以使用其他已知的整形电路或技术来产生各种其他形状(例如,锯齿波、具有线性滚降的波、具有指数滚降的波等)的波形。如上所述,具有快速的攻击和相对缓慢的衰减的波形比方波形具有某种优势。
[0048] 已经描述了许多实施方式。然而,将要认识到,可以做出附加的修改而不背离本文所描述的发明构思的精神和范围。例如,以不同的“方框”在以上实施例中阐明了单元,但是其他实施方式可以将两个或更多个“方框”组合成单一的物理组件。同样地,使用模拟电路(例如,图5和图8)阐明了一些实施例,但是可以例如使用微控制器数字地实现该系统。事实上,数字实施方式比模拟实施方式可以提供一些优势,包括:以更加确定性的方式在开关频率之间跳跃的更好的能;通过在任何音频带频率之外的跳频,更好地处理从空闲到某负载的转变;代替(或除了)脉冲形状作为附加调整手段来改变胳肢脉冲宽度的能力;以及监测过电压状况,并且在过电压变得过度的情况下调整开关频率。另外,上述系统可以在许多应用中起作用,并且尤其非常适合于用于处理无功负载和可以处理不精确的功率调整的负载的应用。非常适合于上述系统的类型的应用的示例包括音频放大和电池充电器(其在接近充电周期的末端经历轻负载)。因此,其他实施例在下列权利要求的范围内。
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