一种用于减小开关电源emi的频率抖动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及开关电源领域，具体涉及一种用于减小开关电源EMI的频率抖动电路。
【背景技术】
[0002]电磁干扰EMI (Electromagnetic Interference)是干扰其他电信号并降低信号完好性的电子噪音，在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。因此，为了得到完好的电信号，现有技术中产生了各种抑制电磁干扰的方法。
[0003]其中，开关电源中常用的抑制电磁干扰的方法包括:在应用端有采用滤波原元件进行线间滤波、变压器加屏蔽绕组、开关功率管加缓冲电路或者优化电路板的设计等；而在芯片技术上一般采用频率抖动技术来减小EMI。现有的频率抖动技术一般通过改变PWM信号产生电路中电容的充放电电流大小的变化实现，由于频率抖动技术的要求开关信号是在一个中心频率附近有较小的抖动，因此充放电电流的变化也要求较小，该值易受芯片生产工艺条件的影响，并考虑到集成电路设计中，各个器件并非完全理想的，存在一定的泄漏电流，较小的充放电电流的变化在芯片设计端和生产端可控性不高或者实现需要花较大的成本。
【实用新型内容】
[0004]因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种用于减小开关电源EMI的频率抖动电路，对现有的芯片技术上的频率抖动电路进行改进，在降低成本的基础上提高电路的可控性和一致性，从而解决现有技术之不足。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是，一种用于减小开关电源EMI的频率抖动电路，包括顺次电性连接的时序产生器、分频信号选择电路、恒流源电路、充放电电路、比较器电路和PWM方波信号产生电路，PWM方波信号产生电路的输出端接于时序产生器的输入端和充放电电路的输入端；其中，PWM方波信号产生电路用于产生PWM方波信号；时序产生器用于将输入的PWM方波信号分频为若干个PWM分频信号；分频信号选择电路选择PWM分频信号的组合电压信号；恒流源电路用于提供恒流源以及在分频信号选择电路输出的PWM分频信号的控制下对充放电电路进行充放电控制；充放电电路用以产生三角波信号；比较器电路比较分压信号和三角波信号，根据比较结果产生抖动信号，其中的分压信号是通过PWM分频信号产生的；PWM方波信号产生电路将比较器电路输出的抖动信号转为PWM方波信号。
[0006]作为一个较佳的方案，所述时序产生器由D触发器构成的分频器串接而成。
[0007]作为一个较佳的方案，所述分频信号选择电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、n+1个开关和n+1个电阻，将η个开关记为K0、K1、K2、……Κη，η个电阻记为RK(1、RK1、RK2、……RKn，第n个开关Kn的控制端连接至时序产生器，第η个开关Kn的常闭端连接电阻RKn_j9一端，电阻Rkih的另一端连接电阻RKn的一端；第η个开关Kn的常开端连接电阻RKn的另一端；电阻R3的一端连接第η个开关Kn的常开端，电阻R3的另一端连接电阻R2的一端以及比较器电路，电阻R2的另一端连接电阻Rl的一端以及比较器电路，电阻Rl的另一端接地。其中，Rkci=R, Rlin= 2nR，且电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值远大于2nR。该分频信号选择电路中，电阻R1、R2、R3和该支路的其他比例电阻(Rkc1、Rk1、Rk2、……R1J为严格匹配的电阻阵列，且R1、R2和R3的阻值一般远大于2nR，因此最终的PWM信号输出将在中心频率附近做较小的抖动，该PWM信号作为开关的电源中的开关信号，开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地变化，由于EMI发射分布在较广的频率范围而不是在窄带频率下工作，因此可以降低EMI发射的峰值。
[0008]作为一个较佳的方案，所述恒流源电路包括恒流源Ibias、MOS管Ml、MOS管M2、MOS 管 M3、M0S 管 M4、M0S 管 M5、M0S 管 M6、M0S 管 M7 和 MOS 管 M8，其中，MOS 管 M3 和 MOS 管M6，M0S管M4和MOS管M7，M0S管M5和MOS管M8构成共源共栅电流镜的结构，其电流镜像比例为1:1:1，将恒流源Ibias的电流进行较精准的镜像复制；M0S管Ml和MOS管M2为电流镜结构，其电流镜像比例为1:2。
[0009]作为一个较佳的方案，所述充放电电路包括MOS管MO和电容CO，MOS管MO的栅极连接PWM方波信号产生电路，MOS管MO的源极接地，MOS管MO的漏极连接MOS管M2的栅极，电容CO的一端接地，另一端连接MOS管M2的漏极以及比较器电路。MOS管MO的栅极受PWM方波信号产生电路输出的PWM信号控制，根据PWM信号的输出高低电平情况，决定电容CO的充放电:当PWM信号为高电平时，MOS管MO导通，MOS管M2的栅极电位为低电平，MOS管M2截止，MOS管M5和MOS管M8支路对电容CO进行充电，充电电流大小为Ibias，而当PWM信号为低电平时，MOS管MO截止，电流镜MOS管Ml和MOS管M2正常工作，则MOS管M5和MOS管M8支路对电容CO进行充电，充电电流大小为Ibias，而MOS管M2对电容CO进行放电，放电电流大小为2Ibias，因此对电容CO来说，整体表现为放电过程，放电电流大小为Ibias。由于电容CO的充电和放电电流均为Ibias，所以CO上极板的电压波形表现为上升时间和下降时间相等的三角波。其三角波的频率决定于充放电电流Ibias的大小，电容CO的大小，和CO上极板三角波电压波形最高电平和最低电平的值。电容CO充放电电流Ibias的大小变化易受工艺条件的影响，且频率抖动技术的要求是在一个中心频率??附近，有较小的Λ f的抖动，如果采用改变充放电电流Ibias的方式来实现频率抖动，就需要实现相对较小的Λ Ibias的变化，考虑到集成电路设计中，各个器件并非完全理想的，存在一定的泄漏电流，较小的充放电电流的变化Λ Ibias可控性不高或者实现需要花很大的成本。而电容CO的大小在一般的集成电路设计中为固定值，因此本实用新型采用改变CO上极板三角波电压波形最高电平和最低电平的值来实现频率抖动。通过严格匹配的电阻阵列(电阻Rl、R2、R3和该支路的其他比例电阻)来实现，可控性和一致性较高。
[0010]作为一个较佳的方案，所述比较器电路是电流比较器或者电压比较器。
[0011]作为一个较佳的方案，所述PWM方波信号产生电路包括依次串联的RS触发器、反相器INVl和反相器INV2。其中，RS触发器由或非门NORl和/或非门N0R2和/或与非门NAND2构成，当然由其他门电路也可以实现。
[0012]本实用新型改变现有的芯片PWM信号产生电路利用电容的充放电电流大小的变化来实现频率抖动，而采用电容充放电电压波形高电平和低电平的值来实现频率抖动，从而降低应用该芯片的开关电源的电磁干扰。电路通过严格匹配的电阻阵列和开关阵列来实现频率抖动，可控性和一致性较高。本实用新型具有结构简单，易于实现，成本低等诸多优点，具有很强的经济性和实用性，适用于对电磁干扰要求严格的开关电源产品。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的频率抖动电路的原理框图；
[0014]图2为本实用新型的实施例的频率抖动电路的电路原理图；
[0015]图3为本实用新型的实施例的时序产生器的电路原理图；
[0016]图4为本实用新型的实施例的电路时序和波形不意图；
[0017]图5为本实用新型的实施例采用频率抖动技术的PWM信号输出的频谱波形和未采用该技术的输出频谱波形对比图。
【具体实施方式】
[0018]现结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0019]本实用新型采用改变芯片PWM信号产生电路中电容充放电电压波形高电平和低电平的值来实现频率抖动，降低应用该芯片的开关电源的电磁干扰。电路通过严格匹配的电阻阵列和开关阵列来实现频率抖动，可控性和一致性较高。具体的，参见图1，本实用新型的电路结构包括:顺次电性连接的时序产生器、分频信号选择电路、恒流源电路、充放电电路、比较器电路和PWM方波信号产生电路，PWM方波信号产生电路的输出端接于时序产生器的输入端和充放电电路的输入端；其中，PWM方波信号产生电路用于产生PWM方波信号；时序产生器用于将输入的PWM方波信号分频为若干个PWM分频信号；分频信号选择电路选择PWM分频信号的组合电压信号；恒流源电路用于提供恒流源以及在分频信号选择电路输出的PWM分频信号的控制下对充放电电路进行充放电控制；充放电电路用以产生三角波信号；比较器电路比较分压信号和三角波信号，根据比较结果产生抖动信号，其中的分压信号是通过PWM分频信号产生的；PWM方波信号产生电路将比较器电路输出的抖动信号转为PWM方波信号。
[0020]图2为本实用新型的一个较佳的实施例的电路实现原理图，参见图2，Ibias为恒流源，在集成电路设计中的该电流源的产生可采用多种方式，如带隙基准电路，自偏置电路等。MOS管M3和MOS管M6，M0S管M4和MOS管M7，M0S管M5和MOS管M8构成共源共栅电流镜的结构，其电流镜像比例设计为1:1:1，将恒流源Ibias电流进行较精准的镜像复制；MOS管Ml和MOS管M2同样为电流镜结构，其电流镜像比例设计为1:2 ；M0S管MO的栅极受PWM信号控制，根据PWM信号的输出高低电平情况，决定电容CO的充放电:当PWM信号为高电平时，MOS管MO导通，MOS管M2的栅极电位为低电平，MOS管M2截止，MOS管M5和MOS管M