CN105515361B - 一种缓冲电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种缓冲电路，其特征在于，所述缓冲电路应用于包括脉冲信号发生器、驱动电源和负载的电子设备，所述缓冲电路包括电流检测模块、控制模块和缓冲模块，其中：所述电流检测模块与所述驱动电源连接，用于检测所述驱动电源输出的驱动电流；所述控制模块与所述电流检测模块和所述缓冲模块连接，用于根据所述电流检测模块检测的驱动电流调节所述缓冲模块的中心频率；所述缓冲模块与所述脉冲信号发生器的输出端连接，用于滤除所述脉冲信号中的杂讯。采用本发明，可以实现对滤波的中心频率进行动态调整，以提升滤波性能，从而提高抑制EMI的效果。

Description

一种缓冲电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种缓冲电路。
背景技术
开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各类电子设备，已成为目前必不可缺的一种电源方式。开关电源分为交流和直流开关电源，其中，直流开关电源用于将质量较差的原生态电源(粗电)转换为满足设备要求的质量较高的直流电压(精电)。应理解的，直流开关电源主要包括DC/DC转换器和开关管器件，DC/DC转换器用于输出脉冲信号，如方波信号，以控制开关管器件导通和关断的时间比率。由于DC/DC转换器输出的是高频脉冲信号，这导致输出电平在由低电平变为高电平时会出现EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)，如图1(A)所示。为了抑制EMI，可以在DC/DC转换器的输出端对地串联一个RC缓冲电路(RC Snubber)，以滤除EMI所产生的杂讯，如图2所示。
还应理解的，RC缓冲电路的中心频率与其采用的电阻R和电容C相关，是确定不变的，而杂讯的振荡频率与负载电流的大小相关，是动态变化的。需要指出的是，当RC缓冲电路的中心频率与杂讯的振荡频率相同或相近时，才能最好地滤除杂讯，达到抑制EMI的最佳效果。如图1(B)和图1(C)所示，当R1和C1对应的中心频率等于振荡频率2，R2和C2对应的中心频率等于振荡频率3时，分别达到抑制EMI的最佳效果。然而，现有的RC缓冲电路无法对滤波的中心频率进行动态调整，抑制EMI的效果欠佳。
发明内容
本发明实施例提供了一种缓冲电路，可以实现对滤波的中心频率进行动态调整，以提升滤波性能，从而提高抑制EMI的效果。
本发明实施例提供了一种缓冲电路，所述缓冲电路应用于包括脉冲信号发生器、驱动电源和负载的电子设备，所述脉冲信号发生器用于向所述负载的输入端输入脉冲信号，所述驱动电源用于向所述负载的输入端输入驱动电流，所述脉冲信号因电磁干扰产生杂讯，所述缓冲电路包括电流检测模块、控制模块和缓冲模块，其中：
所述电流检测模块与所述驱动电源连接，用于检测所述驱动电源输出的驱动电流；
所述控制模块与所述电流检测模块和所述缓冲模块连接，用于根据所述电流检测模块检测的驱动电流调节所述缓冲模块的中心频率；
所述缓冲模块与所述脉冲信号发生器的输出端连接，用于滤除所述脉冲信号中的杂讯。
在第一方面的第一种可能实现方式中，所述缓冲模块包括多个不同中心频率的缓冲单元；
所述控制模块具体用于根据所述驱动电流，从多个所述缓冲单元中选择启动一个。
结合第一方面的第一种可能实现方式，在第二种可能实现方式中，所述缓冲模块包括第一缓冲单元、第二缓冲单元和第三缓冲单元，其中心频率依次减小。
结合第一方面的第二种可能实现方式，在第三种可能实现方式中，所述电流检测模块包括光耦合器，其中，所述光耦合器的正极与所述驱动电源连接，所述光耦合器的负极与所述负载的输入端连接，所述光耦合器的发射极接入电源正极，所述光耦合器的集电极与所述控制模块连接。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第四种可能实现方式中，所述控制模块包括第一比较器和第二比较器，其中：
所述第一比较器的同相端与所述光耦合器的集电极连接，所述第一比较器的反相端接入第一预设电压，所述第一比较器的输出端与所述第一缓冲单元和所述第二缓冲单元连接；
所述第二比较器的反相端与所述光耦合器的集电极连接，所述第二比较器的同相端接入第二预设电压，所述第二预设电压小于所述第一预设电压，所述第二比较器的输出端与所述第二缓冲单元和所述第三缓冲单元连接。
结合第一方面的第四种可能实现方式，在第五种可能实现方式中，所述第一缓冲单元包括第一电阻、第一电容和第一场效应管，其中，所述第一电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第一场效应管的源极接地。
结合第一方面的第四种可能实现方式，在第六种可能实现方式中，所述第二缓冲单元包括第二电阻、第四电阻、第二电容、第二场效应管、第四场效应管、第五场效应管，其中，所述第二电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的栅极与所述第四场效应管的漏极和所述第五场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极还与所述第四场效应管的源极和所述第五场效应管的源极连接，所述第四场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第五场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第四电阻的一端接入电源正极，所述第四电阻的另一端与所述第四场效应管的漏极和所述第五场效应管的漏极连接。
结合第一方面的第四种可能实现方式，在第七种可能实现方式中，所述第三缓冲单元包括第三电阻、第三电容和第三场效应管，其中，所述第三电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第三场效应管的源极接地。
结合第一方面的第三种可能实现方式，在第八种可能实现方式中，所述电流检测模块还包括第五电阻和第六电阻，所述光耦合器的集电极通过所述第五电阻接地，所述光耦合器的发射极通过所述第六电阻接入电源正极。
结合第一方面以及第一方面的第一至第八种任意一种可能实现方式，所述电子设备为直流开关电源，所述脉冲信号发生器为DC/DC转换器，所述负载为开关管器件。
由上可见，本发明实施例中的缓冲电路包括电流检测模块、控制模块和缓冲模块，其中，电流检测模块用于检测驱动电源输出的驱动电流，该驱动电流与负载电流相关，而脉冲信号中杂讯的振荡频率与负载电流相关，控制模块用于根据驱动电流动态调节缓冲模块的中心频率，缓冲模块用于滤除脉冲信号中的杂讯，可以实现根据杂讯的振荡频率动态调整滤波的中心频率，以提升滤波性能，从而提高抑制EMI的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种脉冲信号的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种RC缓冲电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种缓冲电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种缓冲模块的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种缓冲电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的缓冲电路应用于包括脉冲信号发生器、驱动电源和负载的电子设备，其中，脉冲信号发生器用于向负载的输入端输入脉冲信号，如方波信号，驱动电源用于向负载的输入端输入驱动电流，以补偿脉冲信号发生器输出电流的不足，从而足以驱动负载。应理解的，当脉冲信号发生器输出高频脉冲信号时，若负载中存在线性元器件，则输出电平在由低电平变为高电平时会出现EMI，脉冲信号产生杂讯。缓冲电路的作用便是滤除脉冲信号中的杂讯，减少EMI对脉冲信号的影响。
图3是本发明实施例中一种缓冲电路的结构示意图。如图所示本发明实施例中的缓冲电路包括电流检测模块110、控制模块120和缓冲模块130，其中：
电流检测模块110与驱动电源连接，用于检测驱动电源输出的驱动电流。如图所示，负载电流为输入负载的输入端的电流，根据EMI产生原理可知，脉冲信号中杂讯的振荡频率与负载电流相关，负载电流越大，振荡频率越高。进一步的，负载电流等于脉冲信号发生器输出的电流与驱动电源输出的驱动电流之和，其中，相对于驱动电流，脉冲信号发生器输出的电流变化可忽略不计，因此可以得出驱动电流的变化与负载电流的变化是正相关的。可见电流检测模块110检测驱动电流的目的在于，可以通过驱动电流的大小间接评估负载电流的大小。
控制模块120与电流检测模块110和缓冲模块130连接，用于根据电流检测模块120检测的驱动电流调节缓冲模块130的中心频率。具体的，控制模块120根据驱动电流确定脉冲信号中杂讯的振荡频率，进而将缓冲模块130的中心频率调节为等于或约等于该振荡频率。
缓冲模块130与脉冲信号发生器的输出端连接，用于滤除脉冲信号中的杂讯。应理解的，调节后的缓冲模块130，其中心频率等于或约等于脉冲信号中杂讯的振荡频率，因此滤除杂讯的效果最佳。
作为一种可选的实施方式，缓冲模块130包括多个不同中心频率的缓冲单元，相应的，控制模块120具体用于根据驱动电流，从多个缓冲单元中选择启动一个，被启动的缓冲单元才会被用于滤除脉冲信号中的杂讯。进一步可选的，缓冲模块130可以如图4所示包括第一缓冲单元131、第二缓冲单元132和第三缓冲单元133，其中心频率依次减小，具体实现过程中，控制模块120根据驱动电流确定杂讯的振荡频率，进而从第一缓冲单元131、第二缓冲单元132和第三缓冲单元133中确定中心频率与该振荡频率最为接近的一个缓冲单元，并启动该缓冲单元。
由上可见，本发明实施例中的缓冲电路包括电流检测模块110、控制模块120和缓冲模块130，其中，电流检测模块110用于检测驱动电源输出的驱动电流，该驱动电流与负载电流相关，而脉冲信号中杂讯的振荡频率与负载电流相关，控制模块120用于根据驱动电流动态调节缓冲模块130的中心频率，缓冲模块130用于滤除脉冲信号中的杂讯，可以实现根据杂讯的振荡频率动态调整滤波的中心频率，以提升滤波性能，从而提高抑制EMI的效果。
图5是本发明实施例中另一种缓冲电路的结构示意图，该缓冲电路是对图3所描述的缓冲电路中各个模块的细化，其中，缓冲模块130包括第一缓冲单元131、第二缓冲单元132和第三缓冲单元133，电子设备为直流开关电源，脉冲信号发生器为DC/DC转换器，负载为开关管器件。
具体的，电流检测模块110可以包括光耦合器U1，其中，光耦合器U1的正极与驱动电源连接，光耦合器U1的负极与开关管器件的输入端连接，光耦合器U1的发射极接入电源正极。
具体实现过程中，光耦合器U1检测驱动电流的大小，驱动电流越大，其集电极的电压Va越大，反之，Va越小。可选的，电流检测模块110还可以包括第五电阻R5和第六电阻R6，其中，光耦合器U1的集电极通过第五电阻R5接地，光耦合器U1的发射极通过第六电阻R6接入电源正极，第五电阻R5和第六电阻R6可以起到分压、限流的作用，保护光耦合器U1的同时，也使得Va随着驱动电流的变化更明显。
进一步的，控制模块120可以包括第一比较器U2和第二比较器U3，其中，第一比较器U2的同相端与光耦合器U1的集电极连接，第一比较器U2的反相端接入第一预设电压Vref1；第二比较器U3的反相端与光耦合器U1的集电极连接，第二比较器U3的同相端接入第二预设电压Vref2，第二预设电压Vref2小于第一预设电压Vref1，应理解的，比较器的同相端电压大于反相端电压，则输出高电平，反之输出低电平。
具体实现过程中，当Va>Vref1>Vref2时，第一比较器U2的输出端输出高电平，第二比较器U3的输出端输出低电平；当Vref1>Va>Vref2时，第一比较器U2的输出端和第二比较器U3的输出端均输出低电平；当Vref1>Vref2>Va时，第一比较器U2的输出端输出低电平，第二比较器U3的输出端输出高电平。
更进一步的，第一缓冲单元131可以包括第一电阻R1、第一电容C1和第一场效应管Q1，其中，第一电阻R1的一端与DC/DC转换器的输出端连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的栅极与第一比较器U2的输出端连接，第一场效应管Q1的源极接地。第二缓冲单元132可以包括第二电阻R2、第四电阻R4、第二电容C2、第二场效应管Q2、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5，其中，第二电阻R2的一端与DC/DC转换器的输出端连接，第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极接地，第二场效应管Q2的栅极与第四场效应管Q4的漏极和第五场效应管Q5的漏极连接，第二场效应管Q2的源极还与第四场效应管Q4的源极和第五场效应管Q5的源极连接，第四场效应管Q4的栅极与第一比较器U2的输出端连接，第五场效应管Q5的栅极与第二比较器U3的输出端连接，第四电阻R4的一端接入电源正极，第四电阻R4的另一端与第四场效应管Q4的漏极和第五场效应管Q5的漏极连接。第三缓冲单元133可以包括第三电阻R3、第三电容C3和第三场效应管Q3，其中，第三电阻R3的一端与DC/DC转换器的输出端连接，第三电阻R3的另一端与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与第三场效应管Q3的漏极连接，第三场效应管Q3的栅极与第三比较器U3的输出端连接，第三场效应管Q3的源极接地。
具体实现过程中，当第一比较器U2的输出端输出高电平，第二比较器U3的输出端输出低电平时，第一场效应管Q1和第四场效应管Q4导通，第二场效应管Q2、第三场效应管Q3和第五场效应管Q5关断，则第一缓冲单元131中的RC电路被启动，对地串联的第一电阻R1和第一电容C1将用于滤除杂讯；当第一比较器U2的输出端和第二比较器U3的输出端均输出低电平时，第二场效应管Q2导通，第一场效应管Q1、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4和第五场效应管Q5关断，则第二缓冲单元132中的RC电路被启动，对地串联的第二电阻R2和第二电容C2将用于滤除杂讯；当第一比较器U2的输出端输出低电平，第二比较器U3的输出端输出高电平时，第三场效应管Q3和第五场效应管Q5导通，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2和第四场效应管Q4关断，则第三缓冲单元133中的RC电路被启动，对地串联的第三电阻R3和第三电容C3将用于滤除杂讯。可见，驱动电流处于不同的范围时，调用的缓冲单元不同，可以实现对滤波的中心频率进行动态调整。
本发明实施例中的缓冲电路包括电流检测模块、控制模块和缓冲模块，其中，电流检测模块用于检测驱动电源输出的驱动电流，该驱动电流与负载电流相关，而脉冲信号中杂讯的振荡频率与负载电流相关，控制模块用于根据驱动电流动态调节缓冲模块的中心频率，缓冲模块用于滤除脉冲信号中的杂讯，可以实现根据杂讯的振荡频率动态调整滤波的中心频率，以提升滤波性能，从而提高抑制EMI的效果。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种缓冲电路，其特征在于，所述缓冲电路应用于包括脉冲信号发生器、驱动电源和负载的电子设备，所述脉冲信号发生器用于向所述负载的输入端输入脉冲信号，所述驱动电源用于向所述负载的输入端输入驱动电流，所述脉冲信号因电磁干扰产生杂讯，所述缓冲电路包括电流检测模块、控制模块和缓冲模块，其中：
所述电流检测模块与所述驱动电源连接，用于检测所述驱动电源输出的驱动电流；
所述控制模块与所述电流检测模块和所述缓冲模块连接，用于根据所述电流检测模块检测的驱动电流调节所述缓冲模块的中心频率；
所述缓冲模块与所述脉冲信号发生器的输出端连接，用于滤除所述脉冲信号中的杂讯。
2.如权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，所述缓冲模块包括多个不同中心频率的缓冲单元；
所述控制模块具体用于根据所述驱动电流，从多个所述缓冲单元中选择启动一个。
3.如权利要求2所述的缓冲电路，其特征在于，所述缓冲模块包括第一缓冲单元、第二缓冲单元和第三缓冲单元，其中心频率依次减小。
4.如权利要求3所述的缓冲电路，其特征在于，所述电流检测模块包括光耦合器，其中，所述光耦合器的正极与所述驱动电源连接，所述光耦合器的负极与所述负载的输入端连接，所述光耦合器的发射极接入电源正极，所述光耦合器的集电极与所述控制模块连接。
5.如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，所述控制模块包括第一比较器和第二比较器，其中：
所述第一比较器的同相端与所述光耦合器的集电极连接，所述第一比较器的反相端接入第一预设电压，所述第一比较器的输出端与所述第一缓冲单元和所述第二缓冲单元连接；
所述第二比较器的反相端与所述光耦合器的集电极连接，所述第二比较器的同相端接入第二预设电压，所述第二预设电压小于所述第一预设电压，所述第二比较器的输出端与所述第二缓冲单元和所述第三缓冲单元连接。
6.如权利要求5所述的缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲单元包括第一电阻、第一电容和第一场效应管，其中，所述第一电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述第一场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第一场效应管的源极接地。
7.如权利要求5所述的缓冲电路，其特征在于，所述第二缓冲单元包括第二电阻、第四电阻、第二电容、第二场效应管、第四场效应管、第五场效应管，其中，所述第二电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的栅极与所述第四场效应管的漏极和所述第五场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极还与所述第四场效应管的源极和所述第五场效应管的源极连接，所述第四场效应管的栅极与所述第一比较器的输出端连接，所述第五场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第四电阻的一端接入电源正极，所述第四电阻的另一端与所述第四场效应管的漏极和所述第五场效应管的漏极连接。
8.如权利要求5所述的缓冲电路，其特征在于，所述第三缓冲单元包括第三电阻、第三电容和第三场效应管，其中，所述第三电阻的一端与所述脉冲信号发生器的输出端连接，所述第三电阻的另一端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第三场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的栅极与所述第二比较器的输出端连接，所述第三场效应管的源极接地。
9.如权利要求4所述的缓冲电路，其特征在于，所述电流检测模块还包括第五电阻和第六电阻，所述光耦合器的集电极通过所述第五电阻接地，所述光耦合器的发射极通过所述第六电阻接入电源正极。
10.如权利要求1-9任一项所述的缓冲电路，其特征在于，所述电子设备为直流开关电源，所述脉冲信号发生器为DC/DC转换器，所述负载为开关管器件。
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