一种减小开关电源芯片的电磁干扰系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子领域，具体说是一种减小开关电源芯片的电磁干扰的系统。
【背景技术】
[0002] 电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作，会干扰通信数据的正常传递，虽然对 人体的伤害尚无定论，但是普遍认为对人体不利。开关电源工作在高的开关频率，采用高的 开关频率可以减小磁器件尺寸，但相关的方形脉冲含有丰富的高频成分，会增强由电源结 构的交互作用和有源器件产生的电磁干扰（EMI)频谱，使得开关电源质量受到影响和EMI 噪声的增加，因此开关电源已经成为干扰电磁环境的主要因素。随着通讯及控制技术的发 展各种高频数字电路对开关电源电磁兼容性（EMC)的要求更加严格，如何减小电磁干扰 (EMI)成为开关电源设计中的一个难点。开关电源骚扰源的产生都是由于开关管在快速开 关过程中存在大的di/dt和dv/dt的缘故，而且骚扰源辐射的能量只集中在开关频率及其 谐波频率上，使得开关电源很难满足EMI标准。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种能有效减小开关电源芯片的电磁 干扰的系统，用以降低和基频的各次谐波相关的电磁干扰的幅度，分散谐波干扰能量，从而 减小开关电源自身的EMI。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种减小开关电源芯片的电磁干 扰系统，包括电压调节器、复位电路、偏置电压产生模块和振荡器模块，所述的电压调节模 块分别与偏置电压产生模块和振荡器模块相连，偏置电压产生模块与振荡器相连，复位电 路与振荡器模块相连。
[0005] 进一步地，所述的电压调节电路包括参考电压Vref，电源VCC，运算放大器A1，三 极管Q1和Q2,电阻R1和R2,所述的运算放大器的输入分别连接到参考电压和电阻R1与电 阻R2之间的电压点，所述运算放大器的输出连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极 连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极串接电阻R1和R2后接地，三极管Q1和Q2的 集电极连接到电源VCC。
[0006] 进一步地，所述的偏置电压产生模块包括电源VCC，P沟道M0S管Mbl、Mb2、Mb5、 Mb6和Mb7,N沟道M0S管Mb3和Mb4,M0S管Mbl的源极连接到电源VCC，M0S管Mbl的漏极 和栅极相连并连接到MOS管Mb2的源极，MOS管Mb2的漏极和栅极相连，MOS管Mb2的漏极 和栅极的公共端并接到M0S管Mb3的漏极和栅极，M0S管Mb3的源极接地，M0S管Mb7的漏 极和栅极相连并连接到M0S管Mb6的源极，M0S管Mb6的漏极和栅极相连并连接到M0S管 Mb5的源极，M0S管Mb5的漏极和栅极相连并连接到M0S管Mb4的漏极，M0S管Mb4的栅极 并接到M0S管Mb3的栅极和漏极，M0S管Mb4的源极接地。
[0007] 进一步地，所述电压调节模块的三极管Q2和电阻R1的公共端连接到偏置电压产 生模块的M0S管Mb7的源极，三极管Q2、电阻R1和M0S管Mb7的源极的公共端连接到振荡 电路，偏置电压产生模块的MOS管Mb7的栅极和源极的公共端连接到振荡器模块，所述振荡 器模块外接电源VI和V2。
[0008] 本发明的减小开关电源芯片的电磁干扰的系统，把开关电源的开关频率调制在很 窄的频率内，以降低和基频的各次谐波相关的电磁干扰的幅度，分散谐波干扰能量，从而减 小开关电源自身的EMI。不仅能在源头抑制传导干扰，而且大大地减小了EMI滤波部件尺 寸，减少了抑制辐射EMI的屏蔽材料（由于在任何给定谐波的能量密度能保持很小）。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的模块结构示意图；
[0010] 图2为本发明的减小开关电源的电磁干扰的电路原理图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合实施例对本发明的内容作进一步叙述。
[0012] 一种减小开关电源芯片的电磁干扰系统，包括电压调节器、复位电路、偏置电压产 生模块和振荡器模块，所述的电压调节模块分别与偏置电压产生模块和振荡器模块相连， 偏置电压产生模块与振荡器相连，复位电路与振荡器模块相连。
[0013] 所述的电压调节电路包括参考电压Vref，电源VCC，运算放大器A1，三极管Q1和 Q2,电阻R1和R2,所述的运算放大器的输入分别连接到参考电压和电阻R1与电阻R2之间 的电压点，所述运算放大器的输出连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接到三极 管Q2的基极，三极管Q2的发射极串接电阻R1和R2后接地，三极管Q1和Q2的集电极连接 到电源VCC。
[0014] 所述的偏置电压产生模块包括电源VCC，P沟道M0S管Mbl、Mb2、Mb5、Mb6和Mb7， N沟道MOS管Mb3和Mb4，M0S管Mbl的源极连接到电源VCC，M0S管Mbl的漏极和栅极相连 并连接到M0S管Mb2的源极，M0S管Mb2的漏极和栅极相连，M0S管Mb2的漏极和栅极的公 共端并接到M0S管Mb3的漏极和栅极，M0S管Mb3的源极接地，M0S管Mb7的漏极和栅极相 连并连接到M0S管Mb6的源极，M0S管Mb6的漏极和栅极相连并连接到M0S管Mb5的源极， M0S管Mb5的漏极和栅极相连并连接到M0S管Mb4的漏极，M0S管Mb4的栅极并接到M0S管 Mb3的栅极和漏极，M0S管Mb4的源极接地。
[0015] 所述电压调节模块的三极管Q2和电阻R1的公共端连接到偏置电压产生模块的 M0S管Mb7的源极，三极管Q2、电阻R1和M0S管Mb7的源极的公共端连接到振荡电路，偏置 电压产生模块的M0S管Mb7的栅极和源极的公共端连接到振荡器模块，所述振荡器模块外 接电源VI和V2。
[0016] 由于整个芯片的供电电压是外接电容上的电压Vcc，在正常的工作状态下，Vcc上 的电压是周期性的锯齿波。为了实现频率抖动，用Vcc的电压作为频率调制信号来调制振 荡器的频率即开关频率，达到频率抖动的目的。
[0017] 其中VI= 2. 45V，V2 = 4V。振荡器的偏置电压产生电路由Mbl~Mb7构成，与电 压调节器模块一起实现了对振荡器进行频率调制的功能。
[0018] Vcc为锯齿波形电压，它加在三极管Q1和三极管Q2的集电极端。电压调节模块 是简单的模拟电路，通过运算放大器的比较放大作用，将加在两个三极管Q1和Q2的集电极 端的Vcc适当的放大，通过Q2的发射极，输出Vr。用Vcc的电压作为频率调制信号来调 制振荡器的频率即开关频率，达到频率抖动的目的。频率抖动是基于调频技术提出的，调制 信号越大时，调频波的频率越高；调制信号越小时，调频波的频率越低。通过调制开关频率， 产生边频，从而增宽辐射的频谱，一些能量就被分散在边频上，使得所得的辐射频谱很容易 满足EMI规范。通过调制产生了边带谐波，把开关频率的谐波能量分散在各自的边频谐波 上，使得频率向fc的幅值比调制前减少很多。虽然临近的两个边频谐波的频率相差fm，但 开关频率的每一个谐波的调制指数mfn(mf =Af/fm)不同（η为开关频率未调制脉冲串的 谐波次数）。波次数越大，带宽就越大，展开的能量越均匀，越容易满足ΕΜΙ的规定。
[0019] 设Q1和Q2组成的达林顿放大器的跨导为g^，动态电阻为ro,运放Α1的增益为 Av，则电压调节器模块中从Vcc看进去的等效电阻R近似为
[0020] R~（Av*R2+Rl+R2)ro*gmQ (1)因
[0021] 此ΔVr=ΔVcc* (R1+R2)/R=Κ!*ΔVcc (2)
[0022] 其中K! = (R1+R2)/gn(j*ro* (Av*R2+Rl+R2)
[0023] ΔIMb3=K2*ΔVr (3)
[0024] 其中
[0025]设Mb3与Mb4的宽长比为K3，则
[0026] ΛIMb4=ΔIMb7=(K31/?) *Δ ⑷
[0027] 设M2与Mb7的宽长比为K4,所以
[0028] Δi1=Κ4*ΔIMb7=(K *ΔVcc (5)
[0029] 由字=';得出 at
[0030]
(6)
[0031] 得出 Δ?1=Κ5*Δω (7)
[0032] 其中VI= 2. 45V，V2 = 4V，D为振荡器输出脉冲的占空比。
[0033] 最后得到
[0034]
⑶
[0035] 经推算可得调制所得波的角频率ω的变化与Vcc的变化成正比。由于ΛVcc的 波形是周期性的锯齿波，从而Λω的波形也是周期性的锯齿波。可见本发明设计的电路可 以实现对振荡器频率的调制功能。并且通过实验验证，可知利用频率抖动可显著减小噪声 干扰，并且噪声谐波次数愈高，抑制能力愈明显。
【主权项】
1. 一种减小开关电源芯片的电磁干扰系统，其特征在于：包括电压调节器、复位电路、 偏置电压产生模块和振荡器模块，所述的电压调节模块分别与偏置电压产生模块和振荡器 模块相连，偏置电压产生模块与振荡器相连，复位电路与振荡器模块相连。2. 根据权利要求1所述的减小开关电源芯片的电磁干扰系统，其特征在于：所述的电 压调节电路包括参考电压Vref，电源VCC，运算放大器A1，三极管Q1和Q2,电阻R1和R2,所 述的运算放大器的输入分别连接到参考电压和电阻R1与电阻R2之间的电压点，所述运算 放大器的输出连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接到三极管Q2的基极，三极 管Q2的发射极串接电阻R1和R2后接地，三极管Q1和Q2的集电极连接到电源VCC。3. 根据权利要求2所述的减小开关电源芯片的电磁干扰系统，其特征在于：所述的偏 置电压产生模块包括电源VCC，P沟道MOS管Mbl、Mb2、Mb5、Mb6和Mb7,N沟道MOS管Mb3 和Mb4,MOS管Mbl的源极连接到电源VCC，MOS管Mbl的漏极和栅极相连并连接到MOS管 Mb2的源极，M0S管Mb2的漏极和栅极相连，M0S管Mb2的漏极和栅极的公共端并接到M0S 管Mb3的漏极和栅极，M0S管Mb3的源极接地，M0S管Mb7的漏极和栅极相连并连接到M0S 管Mb6的源极，M0S管Mb6的漏极和栅极相连并连接到M0S管Mb5的源极，M0S管Mb5的漏 极和栅极相连并连接到M0S管Mb4的漏极，M0S管Mb4的栅极并接到M0S管Mb3的栅极和 漏极，M0S管Mb4的源极接地。4. 根据权利要求3所述的减小开关电源芯片的电磁干扰系统，其特征在于：所述电压 调节模块的三极管Q2和电阻R1的公共端连接到偏置电压产生模块的M0S管Mb7的源极，三 极管Q2、电阻R1和M0S管Mb7的源极的公共端连接到振荡电路，偏置电压产生模块的M0S 管Mb7的栅极和源极的公共端连接到振荡器模块，所述振荡器模块外接电源VI和V2。
【专利摘要】本发明属于电力电子领域，具体说是一种减小开关电源芯片的电磁干扰的系统，包括电压调节器、复位电路、偏置电压产生模块和振荡器模块，所述的电压调节模块分别与偏置电压产生模块和振荡器模块相连，偏置电压产生模块与振荡器相连，复位电路与振荡器模块相连。本发明的减小开关电源芯片的电磁干扰的系统，不仅能在源头抑制传导干扰，而且大大地减小了EMI滤波部件尺寸，减少了抑制辐射EMI的屏蔽材料。
【IPC分类】H02M1/44
【公开号】CN105281558
【申请号】CN201510672250
【发明人】马金科, 冯太明
【申请人】江苏绿扬电子仪器集团有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月13日