專利名稱：一種脈沖幅度調(diào)制開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及脈沖幅度調(diào)制電壓信號控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種脈沖幅度調(diào)制開關(guān)電源電路。
背景技術(shù)：
隨著芯片制造工藝的發(fā)展，可工作在低電壓、大電流上的芯片大量出現(xiàn)，使得降壓型脈沖幅度調(diào)制(PWM，Pulse Wide Modulation)電壓控制芯片得到了廣泛應(yīng)用。PWM電壓控制芯片和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET，Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、電感、電容等一起組成PWM開關(guān)電源電路，以便為芯片提供其所需的各種電壓信號，從而使得電子系統(tǒng)能夠可靠運行。
圖1是PWM開關(guān)電源電路的基本組成圖，如圖l所示，PWM開關(guān)電源電路由PWM芯片、上MOSFET即Ml、下MOSFET即M2、電感L、電容C等組成。其工作原理是PWM芯片分別通過上管輸出端即TS輸出端和下管輸出端即BS輸出端，交替輸出上管驅(qū)動信號Top_drive和下管驅(qū)動信號Bottom_drive，交替驅(qū)動M1和M2，以控制M1和M2的交替導(dǎo)通。
PWM開關(guān)電源電路易于在輸出端產(chǎn)生周期性強噪聲，噪聲產(chǎn)生的原因主要有兩個1、PWM的驅(qū)動能力過強，使得在M1和M2的輸入電壓信號上產(chǎn)生強烈的上、下沖信號或振蕩信號。由于驅(qū)動信號Top_drive和Bottom_drive周期有效，直接導(dǎo)致PWM開關(guān)電源電路的輸出電壓信號產(chǎn)生周期性振蕩。
2、Top_drive和Bottom_drive在印刷電路板(PCB)上走線控制不好，導(dǎo)致線路寄生電感過大。同樣由于Top_drive和Bottom_drive周期有效，寄生電感和M1、M2內(nèi)部的寄生電容周期性作用，在M1和M2的輸入電壓信號上產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致PWM開關(guān)電源電路的輸出電壓信號產(chǎn)生周期性振蕩。
PWM開關(guān)電源電路輸出電壓信號上的周期性振蕩在PWM開關(guān)電源電路的輸出端引起了周期性噪聲。當(dāng)受電芯片對電壓信號敏感時，這種周期性噪聲會給受電芯片帶來各種不良影響，嚴(yán)重時可能造成受電芯片無法工作，進(jìn)而影響后級電路的正常工作。因此，如何有效降低PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲是一個亟待解決的問題。
現(xiàn)在一般采用兩種方式降低PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲，分別如圖2-a和2-b所示一種是在PWM芯片的TS輸出端和BS輸出端分別增加匹配電感，一種是在PWM芯片的TS輸出端和BS輸出端分別增加有效串聯(lián)電阻(ESR)低的匹配電容。其基本原理是由于電感和電容都為儲能元件，因此利用電感或電容吸收M1和M2輸入電壓信號的上下沖信號或振蕩信號的部分能量，使得振蕩信號的幅度降低，結(jié)果使得輸出電壓信號上的振蕩信號的幅度降低，從而降低了輸出端的噪聲。
無論采用電感還是電容來降低PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲，都存在以下缺點l、降噪效率低。上述增加匹配電感或電容的PWM開關(guān)電源電路，只能被動減緩PWM開關(guān)電源電路的噪聲，而不能從根本上消除使得PWM開關(guān)電源電路產(chǎn)生周期性噪聲的噪聲源。
2、增加設(shè)備制造成本。無論是增加匹配電感還是低ESR的電容，都會增加PWM開關(guān)電源電路的成本，進(jìn)而增加了整個設(shè)備的制造成本。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種PWM開關(guān)電源電路，以有效抑制PWM開關(guān)電源電路輸出端的噪聲。
為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種PWM開關(guān)電源電路，該電路包括PWM芯片、上晶體管、下晶體管，其特征在于，該電路包括電阻R1和電阻R2，其中，R1的兩端分別與PWM芯片的TS輸出端和上晶體管的輸入端相連，R2的兩端分別與PWM芯片的BS輸出端和下晶體管的輸入端相連。
所述R1的阻值等于PWM芯片的TS輸出端與上晶體管的輸入端之間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片內(nèi)阻值之差，所述R2的阻值等于PWM芯片的BS輸出端與下晶體管的輸入端之間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片內(nèi)阻值之差。
所述晶體管為MOSFET。
所述電阻Rl的阻值小于10歐姆。
所述電阻R2的阻值小于10歐姆。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的PWM開關(guān)電源電路，通過在PWM端的TS輸出端和BS輸出端分別增加電阻R1和R2，且R1的值等于PWM芯片的TS輸出端和上晶體管的輸入端間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片的內(nèi)阻值之差，R2的值等于PWM芯片的BS輸出端和下晶體管的輸入端間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片的內(nèi)阻值之差，在增加較低成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了PWM芯片輸出端阻抗與傳輸線路阻抗的匹配，從而消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM芯片輸出驅(qū)動信號上的振蕩信號，進(jìn)而消除了由于阻抗不匹配而引起的上晶體管和下晶體管輸入信號以及PWM開關(guān)電源電路輸出端信號上的振蕩信號，即消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲。


圖1為PWM開關(guān)電源電路的基本組成圖；圖2-a為現(xiàn)有技術(shù)中利用匹配電感降低PWM開關(guān)電源電路輸出端噪聲的示意圖；圖2-b為現(xiàn)有技術(shù)中利用匹配電容降低PWM開關(guān)電源電路輸出端噪聲的示意圖；
圖3為本實用新型提出的PWM開關(guān)電源電路的示意圖；圖4-a為沒有增加匹配電阻時即圖1所示的M1和M2輸入端的電壓信號波形圖以及PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖；圖4-b為本實用新型提供的增加匹配電阻后即圖3所示的M1和M2輸入端的電壓信號波形圖以及PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖。
具體實施方式
PWM開關(guān)電源電路的輸出端電壓信號上產(chǎn)生的振蕩信號主要是由于阻抗不連續(xù)引起的，即PWM芯片輸出端的阻抗與傳輸線路的阻抗不匹配、從而引起了PWM芯片輸出的驅(qū)動信號在向M1或M2傳輸時，在傳輸線路上產(chǎn)生反射，結(jié)果一部分電壓信號反射回PWM芯片的輸出端，該反射回的電壓信號疊加在原始驅(qū)動信號上，從而引起了驅(qū)動信號的振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致了M1和M2輸入信號的振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致了PWM開關(guān)電源電路輸出電壓信號的振蕩。反射電壓信號的強度即振蕩信號的幅度可以反射系數(shù)來衡量，反射系數(shù)等于PWM芯片輸出端阻抗與傳輸線路阻抗之差除以PWM芯片輸出端阻抗與傳輸線路阻抗之和，反射系數(shù)越大，PWM芯片輸出端輸出的驅(qū)動信號的振蕩幅度越大。因此，本實用新型的核心思想是在PWM芯片的兩個輸出端分別增加匹配電阻，使得PWM芯片兩個輸出端的阻抗與各自傳輸線路的阻抗分別相等。這樣，反射系數(shù)為零，從而消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM芯片輸出的驅(qū)動信號的振蕩，進(jìn)而消除了由于阻抗不匹配而引起的M1和M2的輸入信號以及PWM開關(guān)電源電路輸出電壓信號上的振蕩，即消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲。
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖3是本實用新型提供的PWM開關(guān)電源電路的示意圖，如圖3所示，該電路與圖1或圖2-a或圖2-b所示的PWM開關(guān)電源電路的主要區(qū)別在于在PWM芯片的兩個輸出端，即TS輸出端和BS輸出端分別增加了匹配電阻R1和R2。具體地，R1的兩端分別與PWM芯片的TS輸出端和M1的輸入端相連，且R1＝RT1-R0，其中，RT1為PWM芯片的TS輸出端與M1的輸入端間的傳輸線路的阻抗值，R0為PWM芯片的內(nèi)阻值；R2的兩端分別與PWM芯片的BS輸出端和M2的輸入端相連，且R2＝RT2-R0，其中，RT2為PWM芯片的BS輸出端與M2的輸入端間的傳輸線路的阻抗值，R0為PWM芯片的內(nèi)阻值。
這里，PWM芯片的內(nèi)阻可以由PWM芯片的屬性參數(shù)說明得知，RTl和RT2可由PCB布線分析得知。
在具體應(yīng)用中，圖3所示的M1和M2除了可以是MOSFET外，也可以是其它P型或N型的晶體管。
圖4-a給出了沒有增加匹配電阻時，M1或M2輸入端的電壓信號波形圖以及PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖，如圖4-a所示，左邊的波形圖為M1或M2輸入端的電壓信號波形圖，右邊的波形圖為PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖；圖4-b給出了本實用新型提供的增加匹配電阻后，M1或M2輸入端的電壓信號波形圖以及PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖，如圖4-b所示，左邊的波形圖為M1或M2輸入端的電壓信號波形圖，右邊的波形圖為PWM開關(guān)電源電路輸出端的電壓信號波形圖。可以看出，與沒有增加匹配電阻相比，增加匹配電阻后，M1和M2的輸入端的電壓信號的振蕩幅度明顯降低，PWM輸出端電壓信號的振蕩幅度也明顯降低。這里，圖4-b所示的波形圖上存在的小幅度振蕩及上、下沖信號，主要是由于電阻R1和R2可以完全消除由于阻抗不匹配而引起的振蕩，對于因PWM芯片的開、關(guān)而引起的上、下沖以及線路寄生電感和MOSFET內(nèi)部寄生電容而引起的振蕩則可以部分消除。
在實際應(yīng)用中，根據(jù)經(jīng)驗，匹配電阻的阻值最好小于10歐姆，最大不要超過50歐姆。
以上所述僅為本實用新型的實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種脈沖幅度調(diào)制開關(guān)電源電路，該電路包括脈沖幅度調(diào)制PWM芯片、上晶體管、下晶體管，其特征在于，該電路包括電阻R1和電阻R2，其中，R1的兩端分別與PWM芯片的上管TS輸出端和上晶體管的輸入端相連，R2的兩端分別與PWM芯片的下管BS輸出端和下晶體管的輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述R1的阻值等于PWM芯片的TS輸出端與上晶體管的輸入端之間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片內(nèi)阻值之差，所述R2的阻值等于PWM芯片的BS輸出端與下晶體管的輸入端之間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片內(nèi)阻值之差。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述晶體管為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電阻R1的阻值小于10歐姆。
5.如權(quán)利要求1或4所述的電路，其特征在于，所述電阻R2的阻值小于10歐姆。
專利摘要本實用新型公開了一種PWM開關(guān)電源電路，本實用新型所提供的PWM開關(guān)電源電路，通過在PWM端的TS輸出端和BS輸出端分別增加電阻R1和R2，且R1的值等于PWM芯片的TS輸出端和上晶體管的輸入端間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片的內(nèi)阻值之差，R2的值等于PWM芯片的BS輸出端和下晶體管的輸入端間的傳輸線路的阻抗值與PWM芯片的內(nèi)阻值之差，在增加較低成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了PWM輸出端阻抗與傳輸線路阻抗的匹配，從而消除了因阻抗不匹配而引起的PWM芯片輸出驅(qū)動信號上的振蕩信號，進(jìn)而消除了因阻抗不匹配而引起的上晶體管和下晶體管輸入信號以及PWM開關(guān)電源電路輸出端信號上的振蕩信號，即消除了因阻抗不匹配而引起的PWM開關(guān)電源電路輸出端的周期性噪聲。
文檔編號H02M1/14GK2812397SQ20052013251
公開日2006年8月30日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者戴科, 沈明, 馬梁 申請人:杭州華為三康技術(shù)有限公司