一種改善emi和開關(guān)雜訊的電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源電路設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種改善EMI和開關(guān)雜訊的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路發(fā)展至今，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，而且各模塊的工作電壓不一致，所以必須要運(yùn)用內(nèi)部的電源電路將外部電源電壓轉(zhuǎn)換為適用于各模塊的工作電壓，電源電路需要滿足輸出電壓穩(wěn)定、紋波小等要求，作為集成電路中不可或缺的一部分，電源電路的設(shè)計也越來越復(fù)雜,對其性能要求也越來越高。
[0003]開關(guān)電源是目前運(yùn)用比較多的電源電路，開關(guān)電源電路中利用功率管作為開關(guān)，通過控制功率管導(dǎo)通和截止的時間比率來維持穩(wěn)定的輸出電壓。理想的二極管在承受反向電壓時截止，不會有反向電流通過，而實際二極管正向?qū)〞r，PN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，當(dāng)二極管承受反向電壓時，PN結(jié)內(nèi)積累的電荷將釋放并形成一個反向恢復(fù)電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時間與結(jié)電容等因素有關(guān)。功率管的反向恢復(fù)特性將產(chǎn)生較強(qiáng)烈的高頻衰減振蕩，該振蕩包括過充脈沖和過放脈沖，控制功率管導(dǎo)通和截止的門驅(qū)動控制器的電流越強(qiáng)，開關(guān)的切換速度越快，而開關(guān)切換速度越快，振蕩的幅度越大。開關(guān)信號中的高頻振蕩即為開關(guān)雜訊(開關(guān)噪聲)，會導(dǎo)致電源系統(tǒng)受EMI (Electromagnetic Interference)影響，大大影響電源電路的性能。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)電源電路I包括門驅(qū)動控制器11，所述門驅(qū)動控制器11產(chǎn)生兩組控制信號⑶RP及⑶RN，控制信號⑶RP控制PM0S12給功率管14的柵極充電，控制信號GDRN控制NM0S13給功率管14的柵極放電，通過該充、放電過程產(chǎn)生的所述功率管14的門電壓Gate,如圖2 (a)所不，所述門電壓Gate為方波。門電壓Gate控制功率管14的導(dǎo)通和截止，由于功率管14的導(dǎo)通特性，功率管的輸出信號SW會帶有兩端波動，分別為過充脈沖和過放脈沖，如圖2 (b)所示，功率管的輸出信號SW的上升沿和下降沿的末端分別有一定幅度的高頻振蕩。功率管的輸出信號SW通過負(fù)載15輸出穩(wěn)定的電壓作為后續(xù)電路的工作電壓。
[0005]為了確保電源電路的性能，需要電源電路符合EMI規(guī)范，EMI規(guī)范是對系統(tǒng)能量所產(chǎn)生的頻譜進(jìn)行掃描，對于不同的頻帶有不同能量大小的限制。功率管的輸出信號SW為固定頻率的方波信號加上過充脈沖和過放脈沖，由理論可知方波的傅立葉變換高頻成份很大，加上過充脈沖和過放脈沖后就會超出EMI規(guī)范。所以如果能將過充脈沖和過放脈沖變小那么就可以符合EMI規(guī)范，但是直接抑制開關(guān)信號中的過充脈沖和過放脈沖，會導(dǎo)致整個電源電路系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率降低。
[0006]為了使電源電路符合EMI規(guī)范，現(xiàn)有技術(shù)中提出兩種改進(jìn)方案:實現(xiàn)軟切換或者減慢切換頻率。但是軟切換的架構(gòu)相對比較復(fù)雜，而且比較耗電，而減慢切換頻率容易造成比較大的開關(guān)損耗，導(dǎo)致效率降低。
[0007]所以如何在電路結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)效率不受影響、開關(guān)損耗盡量小的前提下優(yōu)化電源電路，減小功率管的輸出信號SW中的過充脈沖和過放脈沖，進(jìn)而改善電源電路中的EMI和開關(guān)雜訊，使電源電路符合EMI規(guī)范是電源電路設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決的問題之
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種改善EMI和開關(guān)雜訊的電路及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中開關(guān)雜訊及EMI影響電路性能的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種改善EMI和開關(guān)雜訊的電路，所述改善EMI和開關(guān)雜訊的電路至少包括:
[0010]門驅(qū)動控制器，充電電流比例化電路，放電電流比例化電路以及功率管；
[0011]所述門驅(qū)動控制器用于產(chǎn)生控制所述充電電流比例化電路和所述放電電流比例化電路的兩組控制信號；
[0012]所述充電電流比例化電路通過所述門驅(qū)動控制器產(chǎn)生的控制信號來調(diào)節(jié)充電電流的總和，以此控制電源端供應(yīng)電流的能力；
[0013]所述放電電流比例化電路通過所述門驅(qū)動控制器產(chǎn)生的控制信號來調(diào)節(jié)放電電流的總和，以此控制接地端汲取電流的能力；
[0014]所述充電電流比例化電路與所述放電電流比例化電路連接在一起，并將輸出信號連接于所述功率管的柵極，通過所述充電電流比例化電路與所述放電電流比例化電路輸出的信號控制所述功率管的導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0015]優(yōu)選地，所述充電電流比例化電路由I個及以上PMOS并聯(lián)組成，各所述PMOS的柵端分別連接于所述門驅(qū)動控制器輸出的控制信號。
[0016]優(yōu)選地，所述放電電流比例化電路由I個及以上NMOS并聯(lián)組成，各所述NMOS的柵端分別連接于所述門驅(qū)動控制器輸出的控制信號。
[0017]優(yōu)選地，所述功率管為NMOS或PM0S。
[0018]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種改善EMI和開關(guān)雜訊的方法，所述改善EMI和開關(guān)雜訊的方法至少包括:
[0019]步驟一:利用門驅(qū)動控制器程序化充、放電電流比例；
[0020]步驟二:利用充電電流比例化電路控制所述功率管的門電壓上升沿的充電斜率，改善所述功率管輸出的開關(guān)信號的正源過充脈沖，同時降低正源激發(fā)的EMI能量；
[0021]步驟三:利用放電電流比例化電路控制所述功率管的門電壓下降沿的放電斜率，改善所述功率管輸出的開關(guān)信號的負(fù)源過放脈沖，同時降低負(fù)源激發(fā)的EMI能量。
[0022]優(yōu)選地，步驟一中利用門驅(qū)動控制器動態(tài)設(shè)定充、放電電流比例。
[0023]優(yōu)選地，步驟二中所述門電壓上升沿的變化速度由快減緩至適合的速度。
[0024]優(yōu)選地，步驟三中所述門電壓下降沿的變化速度由快減緩至適合的速度。
[0025]如上所述，本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路及方法，具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路及方法通過控制功率管門電壓的充、放電電流來修整門電壓，使門電壓波形被修整為啟動快，到點(diǎn)慢的類方波形狀，在不影響系統(tǒng)效率、不帶來開關(guān)損耗的基礎(chǔ)上調(diào)整輸出信號中的過充脈沖和過放脈沖，進(jìn)而改善EMI和開關(guān)雜訊(開關(guān)噪聲)，提升電源電路的性能。
【附圖說明】
[0027]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)電源電路示意圖。
[0028]圖2(a)顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)電源電路中門電壓Gate波形示意圖
[0029]圖2(b)顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)電源電路中功率管的輸出信號SW的波形示意圖。
[0030]圖3顯示為本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路示意圖。
[0031]圖4(a)顯示為本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路中門電壓Gate的波形示意圖。
[0032]圖4(b)顯TJK為本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路中功率管的輸出信號SW的波形示意圖。
[0033]圖5?圖8(b)顯示為本發(fā)明的改善EMI和開關(guān)雜訊的電路的原理示意圖。
[0034]元件標(biāo)號說明
[0035]I開關(guān)電源電路
[0036]11門驅(qū)動控制器
[0037]12 PMOS
[0038]13 NMOS
[0039]14功率管
[0040]15 負(fù)載
[0041]2改善EMI和開關(guān)雜訊的電路
[0042]21門驅(qū)動控制器
[0043]22充電電流比例化電路
[0044]23放電電流比例化電路
[0045]24功率管
[0046]25 負(fù)載
[0047]26 NMOS
[0048]27 PMOS
[0049]Gate 門電壓
[0050]Sff功率管的輸出信號
【具體實施方式】
[0051]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0052]請參閱圖3?圖8(b)。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0053]如圖3所示，本發(fā)明提供一種改善EMI和開關(guān)雜訊(開關(guān)噪聲)的電路2，所述改善EMI和開關(guān)雜訊的電路2至少包括:
[0054]門驅(qū)動控制器21，充電電流比例化電路22，放電電流比例化電路23以及功率管24。
[0055]所述門驅(qū)動控制器21產(chǎn)生兩組控制信號，分別連接至所述充電電流比例化電路22及放電電流比例化電路23的輸入端，用于控制充、放電電流的總和。
[0056]如圖3所示，所述門驅(qū)動控制器21輸出的控制信號⑶RC為一組總線，連接至所述充電電流比例化電路22的控制端，用于控制所述充電電流比例化電路22充電電流的總和；所述門驅(qū)動控制器21輸出的控制信號GDRD為一組總線，連接至所述放電電流比例化電路23的控制端，用于控制所述放電電流比例化電路23放電電流的總和。
[0057]如圖3所示，所述充電電流比例化電路22連接于所述門驅(qū)動控制器21的輸出端，通過所述門驅(qū)動控制器21產(chǎn)生的控制信號GDRC來調(diào)節(jié)充電電流的總和，以此控制電源端供應(yīng)電流的能力。
[0058]所述充電電流比例化電路22的電路結(jié)構(gòu)多樣，在本實施例中，所述充電電流比例化電路22由I個及以上PMOS并聯(lián)組成，各所述PMOS的柵端分別連接于所述門驅(qū)動控制器21輸出的控制信號⑶RC。各所述PMOS的尺寸可以相同也可以不相同，可通過導(dǎo)通不同的PMOS組合以實現(xiàn)充電電流比例的變化。而電流的比例可以呈線性上升、倍數(shù)上升、指數(shù)上升，還可以呈RC充放電指數(shù)上升。電流比例的上升方式及電路的復(fù)雜程度可根據(jù)具體應(yīng)用做相應(yīng)選擇。在本實施例中，所述充電電流比例化電路22由5個尺寸呈2