一种改善emi和开关杂讯的电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源电路设计领域，特别是涉及一种改善EMI和开关杂讯的电路及方法。
【背景技术】
[0002]集成电路发展至今，其内部结构越来越复杂，而且各模块的工作电压不一致，所以必须要运用内部的电源电路将外部电源电压转换为适用于各模块的工作电压，电源电路需要满足输出电压稳定、纹波小等要求，作为集成电路中不可或缺的一部分，电源电路的设计也越来越复杂,对其性能要求也越来越高。
[0003]开关电源是目前运用比较多的电源电路，开关电源电路中利用功率管作为开关，通过控制功率管导通和截止的时间比率来维持稳定的输出电压。理想的二极管在承受反向电压时截止，不会有反向电流通过，而实际二极管正向导通时，PN结内的电荷被积累，当二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。功率管的反向恢复特性将产生较强烈的高频衰减振荡，该振荡包括过充脉冲和过放脉冲，控制功率管导通和截止的门驱动控制器的电流越强，开关的切换速度越快，而开关切换速度越快，振荡的幅度越大。开关信号中的高频振荡即为开关杂讯(开关噪声)，会导致电源系统受EMI (Electromagnetic Interference)影响，大大影响电源电路的性能。
[0004]如图1所示，现有技术中开关电源电路I包括门驱动控制器11，所述门驱动控制器11产生两组控制信号⑶RP及⑶RN，控制信号⑶RP控制PM0S12给功率管14的栅极充电，控制信号GDRN控制NM0S13给功率管14的栅极放电，通过该充、放电过程产生的所述功率管14的门电压Gate,如图2 (a)所不，所述门电压Gate为方波。门电压Gate控制功率管14的导通和截止，由于功率管14的导通特性，功率管的输出信号SW会带有两端波动，分别为过充脉冲和过放脉冲，如图2 (b)所示，功率管的输出信号SW的上升沿和下降沿的末端分别有一定幅度的高频振荡。功率管的输出信号SW通过负载15输出稳定的电压作为后续电路的工作电压。
[0005]为了确保电源电路的性能，需要电源电路符合EMI规范，EMI规范是对系统能量所产生的频谱进行扫描，对于不同的频带有不同能量大小的限制。功率管的输出信号SW为固定频率的方波信号加上过充脉冲和过放脉冲，由理论可知方波的傅立叶变换高频成份很大，加上过充脉冲和过放脉冲后就会超出EMI规范。所以如果能将过充脉冲和过放脉冲变小那么就可以符合EMI规范，但是直接抑制开关信号中的过充脉冲和过放脉冲，会导致整个电源电路系统的转换效率降低。
[0006]为了使电源电路符合EMI规范，现有技术中提出两种改进方案:实现软切换或者减慢切换频率。但是软切换的架构相对比较复杂，而且比较耗电，而减慢切换频率容易造成比较大的开关损耗，导致效率降低。
[0007]所以如何在电路结构简单、系统效率不受影响、开关损耗尽量小的前提下优化电源电路，减小功率管的输出信号SW中的过充脉冲和过放脉冲，进而改善电源电路中的EMI和开关杂讯，使电源电路符合EMI规范是电源电路设计领域的技术人员亟待解决的问题之
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【发明内容】
[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善EMI和开关杂讯的电路及方法，用于解决现有技术中开关杂讯及EMI影响电路性能的问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善EMI和开关杂讯的电路，所述改善EMI和开关杂讯的电路至少包括:
[0010]门驱动控制器，充电电流比例化电路，放电电流比例化电路以及功率管；
[0011]所述门驱动控制器用于产生控制所述充电电流比例化电路和所述放电电流比例化电路的两组控制信号；
[0012]所述充电电流比例化电路通过所述门驱动控制器产生的控制信号来调节充电电流的总和，以此控制电源端供应电流的能力；
[0013]所述放电电流比例化电路通过所述门驱动控制器产生的控制信号来调节放电电流的总和，以此控制接地端汲取电流的能力；
[0014]所述充电电流比例化电路与所述放电电流比例化电路连接在一起，并将输出信号连接于所述功率管的栅极，通过所述充电电流比例化电路与所述放电电流比例化电路输出的信号控制所述功率管的导通和关闭。
[0015]优选地，所述充电电流比例化电路由I个及以上PMOS并联组成，各所述PMOS的栅端分别连接于所述门驱动控制器输出的控制信号。
[0016]优选地，所述放电电流比例化电路由I个及以上NMOS并联组成，各所述NMOS的栅端分别连接于所述门驱动控制器输出的控制信号。
[0017]优选地，所述功率管为NMOS或PM0S。
[0018]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善EMI和开关杂讯的方法，所述改善EMI和开关杂讯的方法至少包括:
[0019]步骤一:利用门驱动控制器程序化充、放电电流比例；
[0020]步骤二:利用充电电流比例化电路控制所述功率管的门电压上升沿的充电斜率，改善所述功率管输出的开关信号的正源过充脉冲，同时降低正源激发的EMI能量；
[0021]步骤三:利用放电电流比例化电路控制所述功率管的门电压下降沿的放电斜率，改善所述功率管输出的开关信号的负源过放脉冲，同时降低负源激发的EMI能量。
[0022]优选地，步骤一中利用门驱动控制器动态设定充、放电电流比例。
[0023]优选地，步骤二中所述门电压上升沿的变化速度由快减缓至适合的速度。
[0024]优选地，步骤三中所述门电压下降沿的变化速度由快减缓至适合的速度。
[0025]如上所述，本发明的改善EMI和开关杂讯的电路及方法，具有以下有益效果:
[0026]本发明的改善EMI和开关杂讯的电路及方法通过控制功率管门电压的充、放电电流来修整门电压，使门电压波形被修整为启动快，到点慢的类方波形状，在不影响系统效率、不带来开关损耗的基础上调整输出信号中的过充脉冲和过放脉冲，进而改善EMI和开关杂讯(开关噪声)，提升电源电路的性能。
【附图说明】
[0027]图1显示为现有技术中的开关电源电路示意图。
[0028]图2(a)显示为现有技术中的开关电源电路中门电压Gate波形示意图
[0029]图2(b)显示为现有技术中的开关电源电路中功率管的输出信号SW的波形示意图。
[0030]图3显示为本发明的改善EMI和开关杂讯的电路示意图。
[0031]图4(a)显示为本发明的改善EMI和开关杂讯的电路中门电压Gate的波形示意图。
[0032]图4(b)显TJK为本发明的改善EMI和开关杂讯的电路中功率管的输出信号SW的波形示意图。
[0033]图5?图8(b)显示为本发明的改善EMI和开关杂讯的电路的原理示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]I开关电源电路
[0036]11门驱动控制器
[0037]12 PMOS
[0038]13 NMOS
[0039]14功率管
[0040]15 负载
[0041]2改善EMI和开关杂讯的电路
[0042]21门驱动控制器
[0043]22充电电流比例化电路
[0044]23放电电流比例化电路
[0045]24功率管
[0046]25 负载
[0047]26 NMOS
[0048]27 PMOS
[0049]Gate 门电压
[0050]Sff功率管的输出信号
【具体实施方式】
[0051]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0052]请参阅图3?图8(b)。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0053]如图3所示，本发明提供一种改善EMI和开关杂讯(开关噪声)的电路2，所述改善EMI和开关杂讯的电路2至少包括:
[0054]门驱动控制器21，充电电流比例化电路22，放电电流比例化电路23以及功率管24。
[0055]所述门驱动控制器21产生两组控制信号，分别连接至所述充电电流比例化电路22及放电电流比例化电路23的输入端，用于控制充、放电电流的总和。
[0056]如图3所示，所述门驱动控制器21输出的控制信号⑶RC为一组总线，连接至所述充电电流比例化电路22的控制端，用于控制所述充电电流比例化电路22充电电流的总和；所述门驱动控制器21输出的控制信号GDRD为一组总线，连接至所述放电电流比例化电路23的控制端，用于控制所述放电电流比例化电路23放电电流的总和。
[0057]如图3所示，所述充电电流比例化电路22连接于所述门驱动控制器21的输出端，通过所述门驱动控制器21产生的控制信号GDRC来调节充电电流的总和，以此控制电源端供应电流的能力。
[0058]所述充电电流比例化电路22的电路结构多样，在本实施例中，所述充电电流比例化电路22由I个及以上PMOS并联组成，各所述PMOS的栅端分别连接于所述门驱动控制器21输出的控制信号⑶RC。各所述PMOS的尺寸可以相同也可以不相同，可通过导通不同的PMOS组合以实现充电电流比例的变化。而电流的比例可以呈线性上升、倍数上升、指数上升，还可以呈RC充放电指数上升。电流比例的上升方式及电路的复杂程度可根据具体应用做相应选择。在本实施例中，所述充电电流比例化电路22由5个尺寸呈2