CN104702103A - Dcdc转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种DCDC转换装置，属于电子电路技术领域，包括：DCDC输出级驱动电路，配置成适于输出第一波形，所述第一波形包括具有第一斜率绝对值的上升沿和下降沿；斜率调整电路，配置成适于将所述第一波形调制为第二波形；所述第二波形的上升沿和下降沿中至少其中之一包括斜率绝对值不同的至少两段，所述至少两段的斜率绝对值均不大于所述第一斜率绝对值，且至少其中一段的斜率绝对值小于所述第一斜率绝对值；输出级，配置成适于将所述第二波形反向输出。本发明的有益效果是：减缓了输出波形的上升沿和下降沿的斜率，从而得以有效地降低DCDC转换装置产生的EMI干扰。

Description

DCDC转换装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种DCDC转换装置。
背景技术
几乎每种电子设备在使用时都会产生电磁干扰信号（ElectromagneticInterference，EMI）。EMI会干扰电子设备中的器件在工作状态下的信号传输，可能造成电子设备的性能下降甚至失效、损毁等不利影响。
电源是电子设备中不可缺少的重要组成部分。在具体应用中，由于设备不同部分可能需要不同的输入电源，所以需要对输入电源做相应的调节设置。直流电源到直流电源（Direct Current-Direct Current，DCDC）转换装置是用于将输入电压改变为固定输出电压的电压转换装置，具有重量轻，体积小，转化效率高等优点，因此被广泛使用于各种电子设备中。然而DCDC转换装置在使用时会产生较高的EMI，影响电子设备的正常使用。例如，可能使电子设备的射频（Radio Frequency，RF）部件工作异常。
发明内容
本发明实施例解决的问题是如何降低DCDC转换装置的EMI。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种DCDC转换装置，包括：DCDC输出级驱动电路，配置成适于输出第一波形，所述第一波形包括具有第一斜率绝对值的上升沿和下降沿；斜率调整电路，配置成适于将所述第一波形调制为第二波形；所述第二波形的上升沿和下降沿中至少其中之一包括斜率绝对值不同的至少两段，所述至少两段的斜率绝对值均不大于所述第一斜率绝对值，且至少其中一段的斜率绝对值小于所述第一斜率绝对值；输出级，配置成适于将所述第二波形反向输出。
可选的，所述输出级包括：PMOS管以及漏极与所述PMOS管的漏极耦接的NMOS管；其中，所述PMOS管的漏极形成所述输出级的输出端；所述PMOS管与所述NMOS管的栅极分别与所述斜率调整电路的输出端耦接；所述PMOS管的源极与电源连接，所述NMOS管的源极接地。
可选的，所述斜率调整电路包括可调节缓冲单元、采样单元和控制单元；其中，所述可调节缓冲单元耦接于所述DCDC输出级驱动电路输出端和所述输出级之间；所述采样单元耦接于所述可调节缓冲单元的输出端和所述缓冲器的控制端之间，配置成适于对所述可调节缓冲单元输出到所述输出级的信号进行采样；所述控制单元配置成适于根据所述采样单元的采样结果，控制所述可调节缓冲单元的输出功率。
可选的，所述可调节缓冲单元包括第一缓冲器；所述采样单元包括第一采样器，所述控制单元包括第一控制器；其中，所述第一采样器包括第一导通控制管，第一电流源；所述第一导通控制管的控制端耦接于所述第一缓冲器的输出端，所述第一导通控制管的第一电极分别耦接于所述第一电流源和所述第一控制器，所述第一导通控制管的第二电极与电源连接，所述第一电流源另一端接地；所述第一缓冲器的控制端耦接于所述第一控制器的输出端，所述第一缓冲器的输出端耦接于所述输出级中PMOS管的栅极。
可选的，所述第一导通控制管为PMOS管。
可选的，所述第一采样器还包括第二导通控制管，第二电流源；其中，所述第二导通控制管的控制端耦接于所述第一缓冲器的输出端，所述第二导通控制管的第一电极耦接于所述第二电流源和所述第一控制器，所述第二导通控制管的第二电极与电源连接，所述第二电流源的另一端接地。
可选的，所述第二导通控制管为PMOS管。
可选的，所述可调节缓冲单元还包括第二缓冲器；所述采样单元还包括第二采样器，所述控制单元还包括第二控制器；其中，所述第二采样器包括第三导通控制管，第三电流源；所述第三导通控制管的控制端耦接于所述第二缓冲器的输出端，所述第三导通控制管的第一电极接地，所述第三导通控制管的第二电极分别耦接于所述第三电流源和所述第二控制器；所述第二缓冲器的控制端耦接于所述第二控制器的输出端，所述第二缓冲器的输出端耦接于所述输出级中NMOS管的栅极。
可选的，所述第二采样器还包括第四导通控制管，第四电流源；其中，所述第四导通控制管的控制端耦接于所述第二缓冲器的输出端，所述第四导通控制管的第一电极接地，所述第四导通控制管的第二电极分别与所述第四电流源和所述第二控制器耦接。
可选的，还包括与所述输出级的输出端耦接的滤波电路。
可选的，所述滤波电路包括电容和电感；其中，所述电感的一端耦接于所述输出级的输出端，另一端耦接于所述电容，形成所述滤波电路的输出端；所述电容的另一端接地。
可选的，所述DCDC转换装置为BUCK型DCDC转换装置、BOOST型DCDC转换装置或BUCK-BOOST型转换装置。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案通过将DCDC输出级驱动电路的输出波形由具有唯一斜率绝对值的上升沿和下降沿的第一波形信号，通过斜率调整电路转换为具有多段斜率绝对值的上升沿和下降沿，减缓了输出波形的部分斜率，从而得以有效地降低DCDC转换装置的由于大功率输出而产生的EMI。
进一步的，通过采样器采样缓冲器的输出信号，并触发控制器对所述缓冲器进行控制，适时降低所述缓冲器的输出功率，从而减缓输出波形中多段斜率中的部分斜率，可以在降低EMI干扰的同时，兼顾DCDC转换装置的输出效率。
附图说明
图1为一种DCDC转换装置的电路结构示意图；
图2为本发明实施例中一种DCDC转换装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中另一种DCDC转换装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中DCDC转换装置的一种斜率调整电路的结构示意图；
图5为根据图4所示的斜率调整电路所得到的第一波形、第二波形以及输出波形的对照示意图；
图6为根据图4所示的斜率调整电路所得到的另一种第二波形与图5所示第二波形的对照示意图；
图7为本发明实施例中再一种DCDC转换装置的结构示意图；
图8为根据图7所示的斜率调整电路所得到的一种第二波形与图5所示第二波形的对照示意图；
图9为本发明实施例中又一种DCDC转换装置的结构示意图。
具体实施方式
经研究发现，DCDC转换装置之所以会产生较高的电磁干扰，是因为DCDC转换装置工作于开关状态。在使用时，开关会产生很多高次谐波，从而使DCDC转换装置成为一个电磁干扰源，产生较高的EMI，从而影响电子设备的正常工作。
图1为一种DCDC转换装置的电路结构示意图。如图1所示，DCDC输出级驱动电路1中在A点和B点输出信号，经由反相器输出驱动信号PG和NG，分别驱动输出级2中的MOS管导通或截止，进而在输出级2的输出端LX产生相应的输出波形，通常为矩形波，最后经LC滤波电路进行滤波整流，在Vout输出端直流输出。在实际应用中，DCDC输出级驱动电路1输出的驱动信号PG和NG，其上升沿和下降沿会存在一定的坡度，且上升沿和下降沿的坡度非常陡峭，导致输出级2的MOS管快速导通和截止，进而使DCDC转换装置在LX端产生较大的EMI。
本发明实施例通过斜率调整电路将DCDC输出级驱动电路的输出波形转换为具有多段斜率绝对值的上升沿和下降沿，来减缓所述DCDC转换装置整体的输出波形上升沿和下降沿的部分斜率绝对值，从而得以有效地降低DCDC转换装置的由于开关快速地导通和截止而产生的EMI。
为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图2所示，本发明实施例中的一种DCDC转换装置可以包括如下部分：
DCDC输出级驱动电路1，配置成适于输出第一波形，所述第一波形包括具有第一斜率绝对值的上升沿和下降沿；
斜率调整电路3，配置成适于将所述第一波形调制为第二波形；所述第二波形的上升沿和下降沿中至少其中之一包括斜率绝对值不同的至少两段，所述至少两段的斜率绝对值均不大于所述第一斜率绝对值，且至少其中一段的斜率绝对值小于所述第一斜率绝对值；
输出级2，配置成适于将所述第二波形反向输出。
在具体实施中，上述的输出级2可以包括：PMOS管以及漏极与PMOS管的漏极耦接的NMOS管；PMOS管的漏极形成输出级2的输出端；PMOS管与NMOS管的栅极分别与斜率调整电路3的输出端耦接；PMOS管的源极与电源耦接，NMOS管的源极接地。当PMOS管导通时，输出级2的输出波形为上升沿输出；而当NMOS导通时，输出级2的输出端接地，从而实现输出级2的下降沿输出。
在具体实例中，如图3所示，图2中的斜率调整电路3可以包括：
可调节缓冲单元31、采样单元32和控制单元33；
可调节缓冲单元31的输入端耦接于DCDC输出级驱动电路1输出端和输出级2的输入端之间；
采样单元32的输入端耦接于可调节缓冲单元31的输出端和可调节缓冲单元31的控制端之间，对可调节缓冲单元31输出到输出级2的信号进行采样；
控制单元33配置成适于根据采样单元32的采样结果，控制可调节缓冲单元31的输出功率。
参照图3和图4，上述的可调节缓冲单元31还可以包括第一缓冲器311；采样单元32还可以包括第一采样器321，控制单元33还可以包括第一控制器331。
第一采样器321可以包括第一导通控制管4，第一电流源5；第一导通控制管4的控制端耦接于第一缓冲器311的输出端，第一导通控制管4的第一电极耦接于第一电流源5和第一控制器331，第一导通控制管4的第二电极与电源Vcc耦接，第一电流源5另一端接地；
第一缓冲器311的控制端耦接于第一控制器331的输出端，第一缓冲器311的输出端耦接于输出级2的PMOS管21的栅极。
在一种可选的实施方式中，上述的第一导通控制管4可以是PMOS控制管。具体来说，其源级连接电源Vcc，漏极耦接于第一电流源5，栅极耦接于第一缓冲器311的输出端。进一步的，上述的第一缓冲器311可以是一种反向缓冲器。
以下简要介绍其工作原理：当DCDC输出级前级驱动1输出的第一波形为低电平时，经过第一缓冲器311输出高电平，即第一导通控制管4的栅源间电压Ugs>0，使第一导通控制管4处于截止，第一采样器321中没有电流流过。随着输出级驱动电路1输出的第一波形沿上升沿跳变，第一缓冲器311的输出端功率不断变小，使第一导通控制管4栅极端的电压Vg也变小。在t1时刻，当第一导通控制管4的Ugs<0时，第一导通控制管4处于导通，进而通过第一电流源5于第一采样器321中产生采样电流I1，并使第一控制器331得到采样电流信号I1。
可以理解的是，以上所述仅是一个非限制性的实例。还可以通过其他方式实现电流采样。例如，将上述的电流源5替换成电阻或其他负载，当导通控制管4导通时，同样能够获得相应的采样电流，实现电流采样。
在一种具体实施方式中，结合图2、图4和图5，DCDC输出级驱动电路1于A点输出第一波形，第一缓冲器331输出于PG点输出第二波形，输出级2于输出端LX输出相应的输出波形。图5中分别示出了对应的第一波形VA，第二波形VPG1，输出波形VLX，且第一波形VA，第二波形VPG1和输出波形VLX之间存在相应的延迟。在t1时刻，第一波形VA达到上升沿的中点位置，由于存在延迟，在t2时刻，第一控制器331得到采样电流信号为I1并减缓第一缓冲器311的功率输出变化率，使第二波形VPG1的输出平缓，减缓输出级2中PMOS管21的导通速度。相应的，由于存在延迟，使输出级2输出端LX的输出波形VLX在t3时刻时，上升沿变得平缓。
在另一种具体实施方式中，如图4所示，第一控制器331首先降低第一缓冲器311的输出效率，以减缓输出级2中PMOS管21的导通速度，使输出级2的输出变得平缓。当得到采样电流信号为I1时，第一控制器331提高第一缓冲器311的输出效率，从而得到如图6所示的第二波形VPG2，因而提高了输出级2中PMOS管21的导通速度，使输出级2的输出波形VLX变得陡峭。图6示出了VPG1和VPG2的对照示意图，其中，VPG1和VPG2达到波峰和波谷的时间以及脉宽长度均对应一致。
斜率调整电路3将DCDC输出级驱动电路1输出的第一波形调制为分段的第二波形，并且使第二波形中一段的斜率绝对值小于第一波形的斜率绝对值，而另一段的斜率绝对值等于或大于第一波形的斜率绝对值。经过调制的第二波形形成斜率绝对值低于第一斜率绝对值的分段，减缓了输出级2中PMOS管的导通速度，因此能够有效降低由于输出级中导通控制管的快速开关所导致的EMI问题。同时又由于其中一段的斜率绝对值等于或大于第一波形的斜率绝对值，所以DCDC转换装置可以在有效降低EMI的基础上兼顾实现输出效率的最大化。
可以理解的是，上述的实施方式并非是将本发明的电流采样方式以及所采用的器件类型进行限定。任何符合本发明技术思想的实现方式均属于本申请的保护范围。
在具体实施中，还可以对上述方案作进一步的扩展。例如，如图7所示，第一采样器321还可以包括第二导通控制管6，第二电流源7；第二导通控制管6的控制端耦接于第一缓冲器311的输出端，第二导通控制管6的第一电极分别耦接于第二电流源7和第一控制器331，第二导通控制管6的第二电极连接电源，第二电流源7的另一端接地。
在一种具体实施方式中，上述的第二导通控制管6可以是PMOS管。具体来说，第二导通控制管6的栅极耦接第一缓冲器311的输出端，源极连接电源VCC，漏极耦接于第二电流源7和第一控制端。其中，第二电流源7的大小和第一电流源的大小不同。与第一导通控制管4的导通过程相似，当第二导通控制管6导通时，第一控制器331采样得到采样电流I2。由于第一电流源5的大小和第二电流源7的大小不同，因此，I1和I2的大小也不同。在采样电路中增加上述的第二导通控制管6和相应的第二电流源7，可以增加斜率调整电路3输出的第二波形上升沿和下降沿的分段数量。
图8为根据图4所示电路图所得到的第二波形VPG1和根据图7所示电路图所得到的第二波形VPG3的对照示意图。其中，VPG1和VPG3达到波峰和波谷的时间以及脉宽长度均对应一致，VPG3相对于VPG1增加了上升沿和下降沿的分段数量。
可以理解的是，还可以进一步增加采样单元的数量，以相应增加第二波形上升沿和下降沿中的分段数量。
在一种具体实施方式中，第一控制器331在得到采样电流I1时，减缓第一缓冲器311的输出效率，并在得到采样电流I2时提高第一缓冲器311的输出效率，以提高输出级2中PMOS管21的导通速度，使输出级2中输出的上升沿重新变得陡峭，进而提高DCDC转换装置的整体输出效率。
在另一种具体实施方式中，第一控制器331在得到采样电流I1时提高第一缓冲器311的输出效率，并在得到采样电流I2时，减缓第一缓冲器311的输出效率，以降低输出级2中PMOS管21的导通速度，使输出级2的输出的上升沿变得平缓。
可以理解的是，上述的实施方式并非是将本发明的电流采样方式以及所采用的导通控制管的类型进行限定。任何符合本发明技术思想的实现方式均属于本申请的保护范围。
相应地，如图9所示，为了有效控制输出级2中NMOS管22的导通和截止，可调节缓冲单元31还可以包括第二缓冲器312。采样单元32还可以包括第二采样器322，控制单元33还可以包括第二控制器332。
第二采样器322中可以包括第三导通控制管9，第三电流源8。第三导通控制管9的控制端耦接于第二缓冲器312的输出端，第三导通控制管9的第一电极接地，第三导通控制管9的第二电极分别耦接于第三电流源8和第二控制器332。
第二缓冲器312的控制端耦接于第二控制器332的输出端，第二缓冲器312的输出端耦接于输出级2中NMOS管22的栅极。
上述的第二缓冲器312，第二采样器322以及第二控制器332用于将DCDC前级驱动电路1于B点输出到输出级2的NMOS管22的第一波形于NG点调整为第二波形，第二波形的上升沿和下降沿中至少其中之一包括斜率绝对值不同的至少两段，所述至少两段的斜率绝对值均不大于所述第一斜率绝对值，且至少其中一段的斜率绝对值小于所述第一斜率绝对值，以实现对输出级2输出波形跳变到下降沿的控制。其实现方法与斜率调整电路将DCDC前级驱动电路输出到PMOS管21的第一波形调制为第二波形的方法相同，且其结构为第一缓冲器311，第一采样器321以及第一控制器331的对称设置，因此此处不再赘述。
在具体实施中，还可以对上述方案作进一步的扩展。第二采样器322还可以包括第四导通控制管11，第四电流源10；第四导通控制管11的控制端耦接于第二缓冲器312的输出端，第四导通控制管11的第一电极接地，第四导通控制管11的第二电极分别耦接于第四电流源10和第二控制器332。上述的第四导通控制管11，第四电流源10可以增加斜率调整电路3输出的第二波形的分段数量，其实现方法与第二导通控制管6和第二电流源7的实现方法相同。
如图9，DCDC转换装置中还可以包括与输出级2的输出端LX耦接的滤波电路。在具体实施中，上述的滤波电路可以是LC滤波电路，所述滤波电路包括电容和电感，其中，电感的一端耦接输出级2的输出端LX，另一端耦接电容，形成滤波电路的输出端；电容的另一端接地。DCDC转换装置通过上述的滤波电路对输出级2输出的波形信号进行滤波整流，在Vout端得到相应的输出。
在具体实施中，上述的DCDC转换装置可以是BUCK型DCDC转换装置、BOOST型DCDC转换装置，也可以是BUCK-BOOST型转换装置。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种DCDC转换装置，其特征在于，包括：
DCDC输出级驱动电路，配置成适于输出第一波形，所述第一波形包括具有第一斜率绝对值的上升沿和下降沿；
斜率调整电路，配置成适于将所述第一波形调制为第二波形；所述第二波形的上升沿和下降沿中至少其中之一包括斜率绝对值不同的至少两段，所述至少两段的斜率绝对值均不大于所述第一斜率绝对值，且至少其中一段的斜率绝对值小于所述第一斜率绝对值；
输出级，配置成适于将所述第二波形反向输出。
2.如权利要求1所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述输出级包括：PMOS管以及漏极与所述PMOS管的漏极耦接的NMOS管；其中，
所述PMOS管的漏极形成所述输出级的输出端；所述PMOS管与所述NMOS管的栅极分别与所述斜率调整电路的输出端耦接；所述PMOS管的源极与电源连接，所述NMOS管的源极接地。
3.如权利要求2所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述斜率调整电路包括可调节缓冲单元、采样单元和控制单元；其中，
所述可调节缓冲单元耦接于所述DCDC输出级驱动电路输出端和所述输出级之间；
所述采样单元耦接于所述可调节缓冲单元的输出端和所述缓冲器的控制端之间，配置成适于对所述可调节缓冲单元输出到所述输出级的信号进行采样；
所述控制单元配置成适于根据所述采样单元的采样结果，控制所述可调节缓冲单元的输出功率。
4.如权利要求3所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述可调节缓冲单元包括第一缓冲器；所述采样单元包括第一采样器，所述控制单元包括第一控制器；其中，
所述第一采样器包括第一导通控制管，第一电流源；所述第一导通控制管的控制端耦接于所述第一缓冲器的输出端，所述第一导通控制管的第一电极分别耦接于所述第一电流源和所述第一控制器，所述第一导通控制管的第二电极与电源连接，所述第一电流源另一端接地；
所述第一缓冲器的控制端耦接于所述第一控制器的输出端，所述第一缓冲器的输出端耦接于所述输出级中PMOS管的栅极。
5.如权利要求4所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述第一导通控制管为PMOS管。
6.如权利要求4所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述第一采样器还包括第二导通控制管，第二电流源；其中，
所述第二导通控制管的控制端耦接于所述第一缓冲器的输出端，所述第二导通控制管的第一电极耦接于所述第二电流源和所述第一控制器，所述第二导通控制管的第二电极与电源连接，所述第二电流源的另一端接地。
7.如权利要求6所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述第二导通控制管为PMOS管。
8.如权利要求4所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述可调节缓冲单元还包括第二缓冲器；所述采样单元还包括第二采样器，所述控制单元还包括第二控制器；其中，
所述第二采样器包括第三导通控制管，第三电流源；所述第三导通控制管的控制端耦接于所述第二缓冲器的输出端，所述第三导通控制管的第一电极接地，所述第三导通控制管的第二电极分别耦接于所述第三电流源和所述第二控制器；
所述第二缓冲器的控制端耦接于所述第二控制器的输出端，所述第二缓冲器的输出端耦接于所述输出级中NMOS管的栅极。
9.如权利要求8所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述第二采样器还包括第四导通控制管，第四电流源；其中，
所述第四导通控制管的控制端耦接于所述第二缓冲器的输出端，所述第四导通控制管的第一电极接地，所述第四导通控制管的第二电极分别与所述第四电流源和所述第二控制器耦接。
10.如权利要求2所述的DCDC转换装置，其特征在于，还包括与所述输出级的输出端耦接的滤波电路。
11.如权利要求10所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述滤波电路包括电容和电感；其中，
所述电感的一端耦接于所述输出级的输出端，另一端耦接于所述电容，形成所述滤波电路的输出端；所述电容的另一端接地。
12.如权利要求1-11任一项所述的DCDC转换装置，其特征在于，所述DCDC转换装置为BUCK型DCDC转换装置、BOOST型DCDC转换装置或BUCK-BOOST型转换装置。
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