CN2812397Y - 一种脉冲幅度调制开关电源电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种PWM开关电源电路，本实用新型所提供的PWM开关电源电路，通过在PWM端的TS输出端和BS输出端分别增加电阻R1和R2，且R1的值等于PWM芯片的TS输出端和上晶体管的输入端间的传输线路的阻抗值与PWM芯片的内阻值之差，R2的值等于PWM芯片的BS输出端和下晶体管的输入端间的传输线路的阻抗值与PWM芯片的内阻值之差，在增加较低成本的基础上，实现了PWM输出端阻抗与传输线路阻抗的匹配，从而消除了因阻抗不匹配而引起的PWM芯片输出驱动信号上的振荡信号，进而消除了因阻抗不匹配而引起的上晶体管和下晶体管输入信号以及PWM开关电源电路输出端信号上的振荡信号，即消除了因阻抗不匹配而引起的PWM开关电源电路输出端的周期性噪声。
Description
技术领域
本实用新型涉及脉冲幅度调制电压信号控制技术领域，具体涉及一种脉冲幅度调制开关电源电路。
背景技术
随着芯片制造工艺的发展，可工作在低电压、大电流上的芯片大量出现，使得降压型脉冲幅度调制(PWM，Pulse Wide Modulation)电压控制芯片得到了广泛应用。PWM电压控制芯片和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、电感、电容等一起组成PWM开关电源电路，以便为芯片提供其所需的各种电压信号，从而使得电子***能够可靠运行。
图1是PWM开关电源电路的基本组成图，如图l所示，PWM开关电源电路由PWM芯片、上MOSFET即Ml、下MOSFET即M2、电感L、电容C等组成。其工作原理是：PWM芯片分别通过上管输出端即TS输出端和下管输出端即BS输出端，交替输出上管驱动信号Top_drive和下管驱动信号Bottom_drive，交替驱动M1和M2，以控制M1和M2的交替导通。
PWM开关电源电路易于在输出端产生周期性强噪声，噪声产生的原因主要有两个：
1、PWM的驱动能力过强，使得在M1和M2的输入电压信号上产生强烈的上、下冲信号或振荡信号。由于驱动信号Top_drive和Bottom_drive周期有效，直接导致PWM开关电源电路的输出电压信号产生周期性振荡。
2、Top_drive和Bottom_drive在印刷电路板(PCB)上走线控制不好，导致线路寄生电感过大。同样由于Top_drive和Bottom_drive周期有效，寄生电感和M1、M2内部的寄生电容周期性作用，在M1和M2的输入电压信号上产生振荡，导致PWM开关电源电路的输出电压信号产生周期性振荡。
PWM开关电源电路输出电压信号上的周期性振荡在PWM开关电源电路的输出端引起了周期性噪声。当受电芯片对电压信号敏感时，这种周期性噪声会给受电芯片带来各种不良影响，严重时可能造成受电芯片无法工作，进而影响后级电路的正常工作。因此，如何有效降低PWM开关电源电路输出端的周期性噪声是一个亟待解决的问题。
现在一般采用两种方式降低PWM开关电源电路输出端的周期性噪声，分别如图2-a和2-b所示：一种是在PWM芯片的TS输出端和BS输出端分别增加匹配电感，一种是在PWM芯片的TS输出端和BS输出端分别增加有效串联电阻(ESR)低的匹配电容。其基本原理是：由于电感和电容都为储能元件，因此利用电感或电容吸收M1和M2输入电压信号的上下冲信号或振荡信号的部分能量，使得振荡信号的幅度降低，结果使得输出电压信号上的振荡信号的幅度降低，从而降低了输出端的噪声。
无论采用电感还是电容来降低PWM开关电源电路输出端的周期性噪声，都存在以下缺点：
l、降噪效率低。上述增加匹配电感或电容的PWM开关电源电路，只能被动减缓PWM开关电源电路的噪声，而不能从根本上消除使得PWM开关电源电路产生周期性噪声的噪声源。
2、增加设备制造成本。无论是增加匹配电感还是低ESR的电容，都会增加PWM开关电源电路的成本，进而增加了整个设备的制造成本。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种PWM开关电源电路，以有效抑制PWM开关电源电路输出端的噪声。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种PWM开关电源电路，该电路包括：PWM芯片、上晶体管、下晶体管，其特征在于，该电路包括：电阻R1和电阻R2，其中，R1的两端分别与PWM芯片的TS输出端和上晶体管的输入端相连，R2的两端分别与PWM芯片的BS输出端和下晶体管的输入端相连。
所述R1的阻值等于PWM芯片的TS输出端与上晶体管的输入端之间的传输线路的阻抗值与PWM芯片内阻值之差，所述R2的阻值等于PWM芯片的BS输出端与下晶体管的输入端之间的传输线路的阻抗值与PWM芯片内阻值之差。
所述晶体管为MOSFET。
所述电阻Rl的阻值小于10欧姆。
所述电阻R2的阻值小于10欧姆。
与现有技术相比，本实用新型所提供的PWM开关电源电路，通过在PWM端的TS输出端和BS输出端分别增加电阻R1和R2，且R1的值等于PWM芯片的TS输出端和上晶体管的输入端间的传输线路的阻抗值与PWM芯片的内阻值之差，R2的值等于PWM芯片的BS输出端和下晶体管的输入端间的传输线路的阻抗值与PWM芯片的内阻值之差，在增加较低成本的基础上，实现了PWM芯片输出端阻抗与传输线路阻抗的匹配，从而消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM芯片输出驱动信号上的振荡信号，进而消除了由于阻抗不匹配而引起的上晶体管和下晶体管输入信号以及PWM开关电源电路输出端信号上的振荡信号，即消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM开关电源电路输出端的周期性噪声。
附图说明
图1为PWM开关电源电路的基本组成图；
图2-a为现有技术中利用匹配电感降低PWM开关电源电路输出端噪声的示意图；
图2-b为现有技术中利用匹配电容降低PWM开关电源电路输出端噪声的示意图；
图3为本实用新型提出的PWM开关电源电路的示意图；
图4-a为没有增加匹配电阻时即图1所示的M1和M2输入端的电压信号波形图以及PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图；
图4-b为本实用新型提供的增加匹配电阻后即图3所示的M1和M2输入端的电压信号波形图以及PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图。
具体实施方式
PWM开关电源电路的输出端电压信号上产生的振荡信号主要是由于阻抗不连续引起的，即PWM芯片输出端的阻抗与传输线路的阻抗不匹配、从而引起了PWM芯片输出的驱动信号在向M1或M2传输时，在传输线路上产生反射，结果一部分电压信号反射回PWM芯片的输出端，该反射回的电压信号叠加在原始驱动信号上，从而引起了驱动信号的振荡，进而导致了M1和M2输入信号的振荡，进而导致了PWM开关电源电路输出电压信号的振荡。反射电压信号的强度即振荡信号的幅度可以反射系数来衡量，反射系数等于PWM芯片输出端阻抗与传输线路阻抗之差除以PWM芯片输出端阻抗与传输线路阻抗之和，反射系数越大，PWM芯片输出端输出的驱动信号的振荡幅度越大。因此，本实用新型的核心思想是：在PWM芯片的两个输出端分别增加匹配电阻，使得PWM芯片两个输出端的阻抗与各自传输线路的阻抗分别相等。这样，反射系数为零，从而消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM芯片输出的驱动信号的振荡，进而消除了由于阻抗不匹配而引起的M1和M2的输入信号以及PWM开关电源电路输出电压信号上的振荡，即消除了由于阻抗不匹配而引起的PWM开关电源电路输出端的周期性噪声。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。
图3是本实用新型提供的PWM开关电源电路的示意图，如图3所示，该电路与图1或图2-a或图2-b所示的PWM开关电源电路的主要区别在于：
在PWM芯片的两个输出端，即TS输出端和BS输出端分别增加了匹配电阻R1和R2。具体地，R1的两端分别与PWM芯片的TS输出端和M1的输入端相连，且R1＝RT1-R0，其中，RT1为PWM芯片的TS输出端与M1的输入端间的传输线路的阻抗值，R0为PWM芯片的内阻值；R2的两端分别与PWM芯片的BS输出端和M2的输入端相连，且R2＝RT2-R0，其中，RT2为PWM芯片的BS输出端与M2的输入端间的传输线路的阻抗值，R0为PWM芯片的内阻值。
这里，PWM芯片的内阻可以由PWM芯片的属性参数说明得知，RTl和RT2可由PCB布线分析得知。
在具体应用中，图3所示的M1和M2除了可以是MOSFET外，也可以是其它P型或N型的晶体管。
图4-a给出了没有增加匹配电阻时，M1或M2输入端的电压信号波形图以及PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图，如图4-a所示，左边的波形图为M1或M2输入端的电压信号波形图，右边的波形图为PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图；图4-b给出了本实用新型提供的增加匹配电阻后，M1或M2输入端的电压信号波形图以及PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图，如图4-b所示，左边的波形图为M1或M2输入端的电压信号波形图，右边的波形图为PWM开关电源电路输出端的电压信号波形图。可以看出，与没有增加匹配电阻相比，增加匹配电阻后，M1和M2的输入端的电压信号的振荡幅度明显降低，PWM输出端电压信号的振荡幅度也明显降低。这里，图4-b所示的波形图上存在的小幅度振荡及上、下冲信号，主要是由于电阻R1和R2可以完全消除由于阻抗不匹配而引起的振荡，对于因PWM芯片的开、关而引起的上、下冲以及线路寄生电感和MOSFET内部寄生电容而引起的振荡则可以部分消除。
在实际应用中，根据经验，匹配电阻的阻值最好小于10欧姆，最大不要超过50欧姆。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种脉冲幅度调制开关电源电路，该电路包括：脉冲幅度调制PWM芯片、上晶体管、下晶体管，其特征在于，该电路包括：电阻R1和电阻R2，其中，R1的两端分别与PWM芯片的上管TS输出端和上晶体管的输入端相连，R2的两端分别与PWM芯片的下管BS输出端和下晶体管的输入端相连。
2、如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述R1的阻值等于PWM芯片的TS输出端与上晶体管的输入端之间的传输线路的阻抗值与PWM芯片内阻值之差，所述R2的阻值等于PWM芯片的BS输出端与下晶体管的输入端之间的传输线路的阻抗值与PWM芯片内阻值之差。
3、如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
4、如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电阻R1的阻值小于10欧姆。
5、如权利要求1或4所述的电路，其特征在于，所述电阻R2的阻值小于10欧姆。
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