TW451546B - Apparatus and method using waveform shaping for reducing high frequency noise from switching inductive loads - Google Patents

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A 7 B7 451546 五、發明説明（ 發明背景 本發明和使用波形整形以減少來自切換（亦視爲"驅動„) 電感負載之高頻雜訊，及更特別是使用電流變動控制及電 壓變動控制，其中變動視爲波形之斜率（或變化率）之裝置 及方法有關。 在電子產品之設計中高頻電磁雜訊問題之重要性增加。 此雜訊可降低產品性能或造成和其它產生發生干擾。已花 費大量之精力及金錢想消除該來源及降低該雜訊之影響。 如馬達、螺線管及切換整流器之電子裝置中之切換電流及 電壓是無所不在之雜訊源β如細胞式電話之新產品需要更 低程度之導通及放射電磁雜訊以能適當作用。也有增加關 於抑制電磁污染之立法。歐洲發射及磁化率標準是一恰當 之例如。 波形中急劇之變化包含較多之高頻元件。這可由傅立葉 級數及轉換以數學表示。例如，一單純之正弦波具有單頻 元件而一方波具有多個振幅隨頻率降低之高頻元件。降低 高頻内容表示降低該轉換之尖銳。 圖1Α及1Β顯示關於高頻元件之一簡單草率之做法。在 一方波該高頻元件大小由該基本頻率 / 1 η · on-time 以一 20 db/10個比率降低，其中on_time爲該切換導通電流 之時間。 —具有變動邊緣之波形是具有幾乎常數斜率轉換之波 -4- 良紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格<2丨0X297公釐） 請 先 閲 讀 背 之 注 項 訂 經濟部中央樣率局負工消费合作社印絮 經濟部中央搮隼局貝工消费合作社印聚 Α7 Β7 玉、發明説明（2 ) 形’也就是一斜波信號。這表示控制該波形之第一導數。 具有變動邊緣之波形通常爲圓角。對一具有變動邊緣及一 常數導數之波形，該高頻元件由該基本頻率以20仙八〇個 及由一等於 1 之頻率以40 db/l〇個降低，其中hew爲變動邊緣之轉換時 間。 電子裝置之放射通常可根據爲電或磁之該主要電磁範 圍。此二種範圍均可將雜訊引入電路。電範園放射是因電 壓變化造成。磁範園變化是因電流變化造成。解決之道通 常涉及降低該放射源以及遮蔽接收電路。 降低電場引入雜訊可由減緩如電容之元件之電壓變化達 成β降低耗合電容可將接收端之雜訊減低《>這是由將元 件、接線及印刷電路板軌跡金屬包固及金屬遮蔽達成。 抑制磁場引入雜訊是較困難。降低該來源強度涉及將電 流變換減慢。通常這是由加入一般較電容元件貴之電感元 件達成。要對接收元件遮蔽磁場引入之雜訊需要—特別及 通常昴貴之高導磁率合金遮蔽。因爲磁場引入之雜訊可在 附近印螂電路板軌跡引入電流，通常是很難提供完全之遮 蔽。 一些切換整流器架構將高頻濾波器元件和可幫助降低成 本之有功分量整合。但此架構仍常加上特定元件來降低放 射0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公楚） U iTο—^ <請先閱讀背面之注項*'填寫本頁) 經濟部中央樣準局負工消費合作社印掣 45 15^6 a? ______ Β7 五、發明説明（3 ) 加上外部元件必定會增加系統成本因此想要將數目減到 最小。通常加上此等外部元件來減緩電流及/或電壓之變 化率。這可由在高頻元件產生後將之轉移（加上濾波器）或 將其產生減到最小而達成。通常因該電流很大，該濾波將 造成相關之功率損失。 利用一濾波器有時可控制經一電感之該電麼變動 (dv/dt)。在該切換節點加上電容器會減緩該電壓變換及吸 收高頻元件。但因涉及高電流，該電容可能很大及會耗散 實質上之功率，降低切換效率。 切換整流器因其轉換效率而極受喜愛〇但此效率之代價 是有較高頻電磁内容之電流及電壓波形產生。此高頻雜訊 經由導通或放射電磁耦合（電容或電感）和附近電路耦合。 切換整流器設計師通常著重於效率、雜訊及性能間之折 衷。 在一切換整流器，大部分之電磁干擾之產生是因：1)經 該電感之電流突變產生高頻磁雜訊及使附近之接線變化； 2)電感電流變化在耦電容之等效串聯電阻（ESR)及等效串 聯電感（ESL)產生突然之電壓變化；3)在一和接地電容性 耦合之輸出切換元件突然電壓變化，對電力線產生變化電 流；以芩4)將產生急劇電流變化之二極體關掉，產生高頻 磁雜訊及亦可經電容ESR產生高頻電壓變化。 該干擾雜訊經由在電力及接地線之導通及由電容或磁放 射由"熱"元件耦合至其它電路，而傳至其它電路。通常導 通雜訊對低頻較會造成問題，而放射雜訊對高頻較會造成 本纸張尺度通用中國國家標準（CNS) A4規格（2丨OX297公釐） : /*ν (锖先閲讀背面之注„意事項再填寫本頁) *τ cl. A7 B7 45 15^6 五、發明説明（4 ) 問題。對一切換整流器，該電感器或變壓器之電流及該切 換元件之電流因是最大之電流，通常是最麻煩之雜訊源。 同樣地，切換整流器開關之電壓偏移因該功率路徑之轉換 及連接速度，通常是最大之雜訊源。 根據上述將想要提供一降低切換電感負載所引起高頻雜 訊元件’而未降低電路性能或加上额外元件之裝置及方 法。 亦想要能較對在諧波内容及轉換效率間之折衷予以控 制。 發明概論 本發明之一個目的是提供一裝置及方法來降低切換一電 感負載造成之高頻雜訊元件，而未降低電路性能或增加額 外元件。 還有一目的是能較對諧波内容及轉換效率間之折衷予以 控制。 這些及其它目的由使用一驅動電壓供應切該電感負載 (該負載在一信號節點及一輸出節間耦合），由變動該輸出 節點電壓及變動該信號節點電流達成。 圓式簡述 本發碉上述及其它目的及優點會由以下細述加上附圖而 變得清楚，其中所有相似之參考符號視爲相似之元件’及 其中： 圖1A及1B説明一信號波形之頻率内.容，爲該信號波形 邊緣銳度之一函數（由 Mark Nave, "Prediction of Conducted 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨Ox297公釐） 卜-------Q------1T------ΟΊ (讀先閲讀背面之注_意事項I填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 4515^6 A7 _B7 五、發明説明（5 )

Emissions in Switched Mode Power Supplies, "1986 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility 173 頁）； 圖2顯示一先前技術之提升切换整流器電路； 圓3是説明電流及電壓變動控制之流程囷； 圖4A及4B顯示對應圖3該流程®之代表波形； 圖5顯示一變動控制電路之實施例； 圓6顯示一圖5該變動控制電路之電晶體程度實施例； 圖7A-H顯示對應圖6該電路之代表波形； 圖8是一使用輸出變動控制之完全換器方塊圖； 圖9顯示圖8該輸出驅動器方塊之電晶體程度實施例； 圓10顯示一使用輸出變動控制之切換模式供電控制器 之單一控制電阻實施例； 圖11顯示一變動控制電路實施例，其中電壓變動是由 該電流之第二導數控制； 圖12顯示使用較高階變動控制之電路實施例；以及 圖13顯示一開路變動控制電路。 發明細述 本發明是一用以降低來自切換電感負載之高頻電及磁雜 訊造成冬雜訊之裝置及方法。 本發明改良一切換整流器控制器，以經濟性地降低電及 磁頻率諧波，同時.較能對諧波内容及轉換效率間之折衷予 以控制。既然本發明要求之大部份電路可併於一積體控制 器’亦可降低整個系統成本。 -S- 各紙張尺度適用中囡國家揉準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注#事項'再填寫本頁)

*1T οι. 經濟部中央樣準局負工消费合作社印掣 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衆 451546 A7 __B7____ 五、發明説明（6 ) 該諧波由控制該切換整流器之電壓及電流變動率而降 低，因此大功率處理濾波器元件之需求減少。這是由降低 功率元件之電壓及電流突變而達成β在一實施例，利用整 合於該控制器之回授控制迴路變動該輸出切換元件之電壓 及電流。 囷2顯示並無由供於驅動節點95之駔動電壓Vdrive驅動 之控制器之一先前技術之提升（亦稱爲”設定"）切換整流器 電路。電感電流IL.在電晶體40導通（節點120近於接地） 時斜升。當電晶體40關掉時，節點120之電壓快速上 升，而電感30想要維持常數電-流。二極體60打開及電感 30將電流轉儲至電容70。二極體60之主要問題是其電流 之轉換（放射磁場）^二極體60在電晶體40打開時關掉。 該二極體之突然關掉在該輸出產生一急劇之電流變動 (di/dt)。這有時採取使用一蕭特基二極體或跨經二極體60 放置一制動器100 。輸出電壓νοιη可遠大於輸入電壓

Vin。亦顯示寄生電容20及50 » 輸入共同模式雜訊定義爲在該供應線（Vin)及回歸線（信 號接地）均共相之電愿或電流，也就是相對於大地接地均 以相同方式移動。輪入差分模式雜訊是因供應線及回歸線 電壓値支差異造成。輸入共同模式雜訊易於因該開關及寄 生電容之電壓偏移造成。輸入差分模式雜訊易於因在該輸 入電容（也就是將一電容置於該輸入電壓線以過濾來自該 來源供應之雜訊）阻抗作用之電感電流造成β控制dv/dt幫 助降低共间模式雜訊。控制di/dt幫助降低輸入差分模式 ___________ 9 雪 本紙張尺度適用中國國家榡卒（CNS) A4規格（210χ297公釐） (請先閱讀背面之注'意事項_再填寫本頁)

、1T 01. 451546 經濟部中央櫺率局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（7 ) 雜訊。 如囷2所示之切換整流器電路利用變動該開關之輸出降 低輸入共同模式雜訊（也就是提供該輸出一實質上線性增 加之輸出電壓如圖2所示，半勒電容器90以電容 Cmiller置於電晶想40之集極及基極間以在電晶體40於線性 範圍作用時控制該電壓變動（dv/dt)。因爲米勒效應，經米 勒電容器90之回授造成電晶體40之輸入電容增爲cmiH„ . (Gq+1)其中Gq爲電晶體40之増益。但是米勒電容器90需 要出入電晶體40之輸入基極或閘極。視該電路，該外部 米勒電容器90之電容可能需要很大。通常電容随雙極電 晶體之電壓而減少。因爲米勒電容器90和電晶體40之集 極至基極電容並聯，故其必須大到足以控制該集極至基極 電容或變化到使該總電容維持爲常數。因此，微調時可能 很難輕易調整該電壓變動（dv/dt)。米勒電容器90是一回授 元件’視該負載及驅動狀況可能產生不想要之振盪。 有人可能認爲使用米勒電容器90亦會將翰出電流IL傾 斜（也就是造成實質上以線性方式增加）β但因如圖4所 示，輸出電壓Vm在不同時間變化，而在電感Il](在圖4 約等於Iiw) '米勒電容器90之主要變化對輸出電流之影 響會很少。這是因爲大部份電流在該電壓變化發生前不會 轉移至二極體60。輸出電壓V(>ut斜升，打開二極體60將 該電流轉移然後將二極體60定位。 該雜訊可進入該輸出之另—方式是由該切換節點之電容 辑合。再次地’變動此節點會降低此種雜訊。一種控制該 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X297公羡） Q衣ΐτϋ---^ (請先閱讀背面之注r事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印掣 45 1 5 46 A7 _______ B7 五、發明説明（8 ) 電壓變動（dv/dt)之方式（非米勒cap)是將該驅動器輸入傾 斜。一電麼·變動範例示於 Linear Technology Application Note 29 〇 以下之討論使用一切換整流器做爲範例，但本發明並不 限於切換整流器，這只是可實施本發明之一裝置。本發明 適用於其它電感負載切換情形。範例包含馬達（如磁碟驅 動器）、撞擊式印表機印表針頭、繼電器' 螺線管（如機械 致動器及自動噴油螺線管）及相位陣列雷達導波調整器。 一切換整流器電路之導通輪出雜訊和許多因素有關。電 路架構對雜訊有很大之影響，钽該輸出電容器之電流切換 通常是一主要之結果。此電流經該電容之ESR作用可產生 急劇之電壓步階。因此，該電流轉換之銳度降低會降低此 問題。 該輸出雜訊問題之一般解答是加上額外之濾波元件。再 一次，降低此輸出雜訊來源能消除或降低此過濾元件之需 求。 一切換整流器可由幾個方式將雜訊引入一系統〇首先是 該元件本身之磁放射，這和該裝置之電流有關。電流亦在 去耦元件之作用造成雜訊問題，如該電感之電流造成在一 去耦電容之ESR產生之電壓。另一方式是大電壓變化。一 大電壓變化之範例是在一電感之電流忽然變化時產生之電 壓"回瞄”。因此想‘要降低電感電流之高頻内容。如上述， 高頻内容是由電流變動所控制。對一電感，如下所示該電 流變動（di/dt)和經該電感之電壓成正比： _ _11_ Θ張尺度適用中國囷家標準（CNs") A4胡^7210 X 297公""~ ΐτ丨 {諳先閲讀背面之注-意事項再填寫本頁} 4515^6 A7 B7 五、發明说明（9 ) ai v=L-- dt 經該電感之電壓値常爲電路架構之結果。電壓可由供應 電壓、變壓器作用及定位（如基納或制動器）控制。故利用 限制電壓，架構可控制變動爲第一級，及因此一電感電流 之第一級高頻元件。 在一切換整流器，降低該切換元件之功率損失可增加轉 换效率。一電感之電流不會立即變化，但電壓幾乎可在瞬 間變。當切換一電感時，通常在一定位電壓及on-state電 壓間切換。這將一大致方波之電壓置於該電感。 切換整流器可在連續電感電流或不連績電感電流二模式 之一作用。在連績模式，該電流波形幾乎爲三角形，其電 流變動由電壓控制。在不連續模式，該電流波形幾乎爲梯 形《該驅動電壓定義爲當一電感打開時，經該電感之電 壓。在所有狀沉，電流變動均由驅動電壓控制。 切換元件40之主要問題是輸出電壓變動（dv/dt)將經寄生 b 經濟部中央標隼局員工消費合作社印繁 (請先閱讀背面之注*意事項卉填寫本頁) 電容50 (C<3parasitic)和接地耦合，產生輸入共同模式雜訊。 該切換.元件之變換通常是突然的6事實上，在連續模式之 作用，該變換幾乎是一步階函數，其轉換時間只受裝置之 打開或明掉限制。 本發明'使用一降低輸入共同模式雜訊之類米勒電容器控 制切換dv/dt。將電容回授和該輸出級設計整合，使用者 可輕易調整回授量而不易於振盪。如囷5所示，本發明亦 利用將節點540之電壓回授及電流相加，將電壓變動（dv/dt) -12· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公质） 經濟部中央標準局負工消費合作社印掣 451546 A7 __ B7___ 五、發明説明（10 ) 及電流變動（di/dt)連結。 示於囷3、5、6及8之本發明實施例是要控制變動率 (電壓或電流），使得該變化輸出之導數（電壓或電流）爲常 數（也就是常數變動造成該輸出線性傾斜）。 利用控制該切換元件之電流變動（di/dt)，可降低可經該 電力連接和該切換元件耦合之該切換元件中突然電流變化 引起之變換（及因此高頻内容）。 控制在切換元件之電流（如上迷Qswitch)則亦控制二極體 6〇之電流。只要其它寄生元件不會太大，即只是克希何 原理之一結果β這表示可控制該切換元件電流變動（di/dt) 及自動處理該二極想電流之變動（di/dt)。 在另一實施例，可由控制該信號在較高階之導數，使高 頻信號元件之降低增加。對這些波形，除了該第—導數爲 有限及受控，較高階之導數亦爲有限及受控，因此消除該 波形之突變。一種達到此目的之方式是以一雙回授迴路方 法產生差分回授濾波器（如囷3所示之範例）。另一方式是 在一開路系統產生一如tanh (雙曲線正切）狀波形之波 形，如圖13所示。 如上參照圖2所示，控制高頻諧波需要控制輸出切換元 件電壓變動（dv/dt)及電流變動（di/dt)。如圖4所示，當控制 打開時之輸出電壓及電流，切換元件電流Iswitch (在切換元 件40集極之電流）開始形成直到幾乎等於電感電流l 止’此時輸出電壓Vt>ut則下降》當二極體60導通時，輸 出電壓V。^返縱切換元件40集極電壓，差異只是經二極 _ _____ _ 13 · 本紙張尺度適用) M規格（2ωχ297公楚）~ — II (請先Μ讀背面之·ΪΪ-意事項-S-填寫本頁) 訂 451546 'A7 ___^___B7 五、發明説明（11 ) 一 趙60之微小壓降。在關掉時，輪出電壓增加，則輸 出電流ll。·^下降β本發明是第一個如此之電路。 本發明能獨立控制輸出電壓及切換元件電流轉換，這是 由具有二個互連結回授路徑達成：一個是電流及一個是電 壓。 以下根據一如囷3所示之閉路控制系统即一變換控制系 統描述。本發明當然適用於一開路控制系統，因此放大— 正確整形之波形及用來驅動該輸出（如囷13所示要設 * 十該輸出級之堪動，需提供開路系統之既定輸出電流及電 壓、有關該負載之资訊（也該負載阻抗特性）。 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 u II (請先聞讀背面之注·.意事項界填寫本頁) 如圖3所示，電感負載230是由供於驅動點205之驅動 電壓Vdrive驅動。信號節點300之電流ι〇ω流經在信號節點 300及輸出節點310間耦合之負載230。輸出節點310電 壓Vout由微分放大器2卯（増益Gv)微分，以產生一第一 回授信號，供至加法器210之輸入終端及用以控制ν。^之 變動。信號節點電流1«^由電阻240轉換爲—電壓信號， 由感應放大器250放大（增益Asense)，由微分放大器260 (增益Gv )微分，由限制器27〇限制爲大小iCsUw及乘上一 係數以產生一第二回授信號供至加法器210之 輸入終够，以控制lout之變動。電流\31叫· IcsU„由和供應 電壓Vi/搞合之外部電阻產生以便使用者可程式化β這些 電阻能以固定値或電化程式置於晶片。加法器210將第一 及第二回授信號和大小限制爲Lsls„之驅動電壓Vdrive結 合，以經驅動放大器220 (增益等於-〇diive)驅動負載 • 14· 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4规格（210X297公犮） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 45 1 5 46 A7 ______B7 五、發明説明（12 ) 230。 囷5顯示一包含二個回授迴路之較佳實施例方塊圖。驅 動電壓Vdrive供至互導放大器400之正輸入終端β互導放 大器400之負輸入終端和VT耦合及由IVsIew控制。互導放 .大器亦視爲一電壓控制電流開關在源極iVslew及汲極IVsie„ 間切換。輸出緩衝放大器450在驅動節點540及輸出開關 460之基極間耦合。如圖5所示，輸出開關460可爲一電 晶體。在囷5該電感負載包含電•感器480在Vin及信號節 點520間耦合；二極體490在信號節點520及輸出節點 530間耦合；電容器500在輸出節點530及接地間耦合； 以及電阻510在輸出節點530及接地間耦合。ICsUw及 IvsleW是可對一既定變動率調整之電阻所產生之電流。 圖5之第一回授迴路是該電壓變動控制运路，包含米勒 電容470在信號節點520及驅動節點540間耦合。 圖5之第二回授迴路是該電流變動控制迴路，包含電阻 440在節點550之電晶體460射極及接地間耦合；感應放 大器430和電阻440耦合；電容器560在感應放大器430 之輸出.終蜷及電.蒎.變動控制回授節點570間耦合；互導放 大器420由I=slew控制以負輸入終端和電流變動控制回授節 點570麫合，正輸入終端和參考電壓Vr耦合及輸出終端 和電流變動控制回授節點570耦合：以及互導放大器410 由1vsie„控制，以負輸入終端和電流變動控制回授節點570 耦合，正輸入終端和Vr耦合及輸出終端和驅動節點540 耦合。對互導放大器42〇 ，輸出電流IX=GC · (Vr-Vgc)。對 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公蝥） (诗先閲讀背面之.$項再填寫本頁)

451546 A7 B? 五、發明説明（13) 互導放大器410，輪出電流jy=Gcv . (VrVgc)。因此iy=Ix . Gcv/Ge ^當互導放大器41〇及420分別有限制電流lVslew及 ， 則 A- I. X- 其中A代表另外之増益變數。此迴路控制作爲該切換元件 之輸出電晶體460之電流變動'（di/dt)。在輸出電流偏移 時，電流變動控制回授節點570之電壓Vgc利用Gc及電容 器《^之電流輸出變動。 因爲該二迴路共用該共驅動節點，二個迴路可彼此互作 用，使電壓及電流變動間有平順之轉換。 該電流i=slew、該電容Cc、該感應放大器及感應電阻控 制該電流變動率。該電流iVsiew及該電容Cv控制該電壓變 動率"大略等式爲： ctve di out: csiew 請 先 閲 之 注- 事 項 存 i 訂 dt dt R：i · As c. 經濟部中央標车局®:工消費合作社印製 二極體490突然將該輸出電壓定位是圖5該電路之—限 制。因此定位發生時之速度，該電流變動回授迴路必須很 / 快由該電壓變動回授迴路接收以能良好控制。圖6顯示圖 5該變動控制電路之互導放大器400、互導放太器410、 互導放大器420及感應放大器430之可能之電晶體程度實 施例，及包含電路600之切換以幫助由電流變動回授至電 -16- 本紙張尺及適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐} 451546 A7 B7 M濟部中央橾準扃負工消f合作社印裝 五、發明説明（14 ) '· 壓變動回授之變更，及補償該重疊回授迴路及裝置限制。 裝置限制包含有限之電晶體頻寬及有限之電晶體增益。 在輸出關掉時，電晶體690汲取電流。該輸出之正電壓 變動產生一經電容610及760之電流。電容610之電流停 止流動，造成電晶體64〇集極電壓由約二個二極體電壓降 至接地之上成爲飽和。然後將電流經二極體630由電晶體 660上推，將電流反射680 ' 690之電流偏移〇因此該輸 出電壓變動随時將電晶體690之電流偏移，防止輸出再行 關掉及使該電流回授迴路有時間回應。 圖6亦包含電容器770在該輸出驅動器打開時幫助要求 該電流迴路，以在輸出驅動器打開時將該電晶體860之基 極推高，因此使該電流控制迴路有時間回應及電感器970 幫助該電流控制迴路在關掉時穩定β 圖7説明對應圖6該電路爲時間函數之代表波形。圖7a 顯示二極體630之電流。囷7b顯示電容器760及780之電 流。圖7c顯示在互導放大器400之電流。圖7d顯示在互 導放大器410之電流。圖7e顯示在互導放大器420輸出之 電壓。圖7f顯示在感應放大器430輸出之電壓〇圖7g顯 示電壓Vdrive及Vin »圖7h顯示輪出電流及輸出電壓。 熟於丰技巧者將輕易知道一使用具有雙輪出終端之輸出 j 變動控制之切換模式供電控制器可用於推高及推低應用。 在此一實施例’該感應放大器及&放大器可共用（也就是 二個輸出可共用單一感應放大器）而有不同之Gv、Gvc放 大器及驅動器。 t 17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公楚 .---„------0^衣-- (請先閲讀背面之法意事壻再填寫本頁) 訂 451546 A7 B7 * 丨 五、發明説明（15 ) - 圖8類示完整之切換器。該完整之切換器包含驅動器方 塊1020」驅動器方塊1020可包含電壓整流器（如低漏失線 性整流器1220)以產生一整流電壓Vreg。該完整切換器可 亦包含去耦電容器1000以及其它之電路以調整電壓及電 流變動’如和節雖RVslew及RCslew連接之電阻1300及1310 (節點示於囷9) ^ 一切換整流控制器之變動控制可由使用 來自偵錯放大器輸出終端及該回授接腳FB之資訊而再行 簡化。想要在啓動中有較高之效率較快之變動β當系統開 始整流時，變動因振盪器/邏輯方塊1200之作用而增加， 因此使該系統緩和。 - 圖9顯示圖8該完整切換器電路之互導放大器1〇4〇、 互導放大器1050 、輸出緩衝放大器1045 (包含偏壓電 路）、互導放大器1060及感應放大器1080之一可能電晶體 程度實施例及包含切換電路1400以幫助由電流變動回授 變至電壓變動回授及補償該重疊回授迴路及裝置限制。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之ii-意事項再填布本頁) 另一變動控制電路之實施例示於圖10。國10是和圖6 該電路對應之單一控制電阻變動控制電路。在此實施例， 該.電壓變動控制如參照圖6之前述，也就是由該迴授經電 容1590 〇電流之感應及放大是由電晶體1570及相關之電 阻達成，彳電流變動回授是由電容1560直接供至該共驅動

I 點1640達成》在此實施例，電壓及電流變動率是由單一 元件（電容1590)調整，及因此是一前一後的。 爲増加電感電流該高頻元件控制程度，較高階之電流導 數應爲有限及良好作用。即然經一電感之電壓變動（dv/dt) ___ - 18- 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貞工消费合作社印笨 45 15 46 A7 _______B7 五、發明説明（W ) 可表示爲 - dv d2i -=L -- dt dt2

其遵守經該電感之電壓變動可由控制該電流之第二導數而 控制。因此，電感電流諧波可由控制電感電流之第二導數 (如圖11所示'使用·第二導數迴路1795和電流變動控制回 授適路1797搞合）將該電流變換之角度软化而再行抑制。 事實上’第二導數迴路1795變動電流變動控制回授迴路 1797之該電流變動控制回授信號β這加上在較高頻較常使 用之一額外20 db下降。該第二導數（<|2i/dt2)表示第一導數 (di/dt)之變化率及因此是該轉換急劇程度之一良好顯示 器。不需要一電整變動回授迴路《控制該電感之電壓變動 將降低可產生額外雜訊元件之寄生電容（cQp_siUt；、CLp^siaJ 電流是另一優點因此，對一電感負載除了想要控制該電 流變動（di/dt)也要控制該電流之第二導數《控制該電壓變 動（dv/dt)可控制該電流之第二導數，且亦蘩助降低高頻雜 訊外之寄生元件》 如圖12所示，.高頻信號請波降低之增加可由控制該信 號之較高階導數（如該輸出電壓之第Μ導數，及該輸出電 流之第Ν導數）來達成》該電壓及電流變動之—般表示分別 dDi dmv 爲ΣΑη-及2% -—。對這些波形除了該第一導數是有限 n dtn m 及受控，較高階之導數亦是有限而受控，因此清除該波形 中之突變。一種達成之方式是以雙回授迴路方法產生不同 -19- 本紙張尺度適元中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦) - ---- --------------ΐτ------ο (請先W讀背面之·ίϊ-1^項ιμ填寫本瓦) 451546 第87106162號專利申請案 中文說明書修正頁(90年6月） 五、發明説明（17 ) 之回授濾波器。另一方式是在一開路系統產生一 tanh (雙 曲正切）狀波形》 本發明上述之實施例使用輸出電壓及輸出電流導數做為 回授來控制諧波。但本發明並不限於使用回授。可能以一 開路方法使用輸出電壓及輸出電流之第一及較高階導數， 因此放大一驅動信號及直接供至該負載（如圈13所示 因此提供使用波形整形以降低來自切換電感負載之高頻 雜訊之裝置及方法。熟於本技術者將知道本發明可不以所 述實施例實行，該等實施例僅為說明而非限制，而本發明 只受以下申請專利範圍限制。 請 先 聞 背 面 之 注 項 再 填 寫 本 頁 元件符號說明 20 寄生電容 230 電感負載 30 電感 240 電阻 40 電晶髖 250 感應放大器 50 寄生電容 260 微分放大器 60 二極禮 270 限制器 70 電容 290 微分放大器 經 90 米勒電容器 300 信號節點 濟 部 95 驅動節點 310 輸出節點 央 橾 100 制動器 400、 410、420互導放大 準 120 局 員 節點 430 感應放大器 工 消 费 205 驅動節點 440 電阻 合 作 210 加法器 450 輸出緩衝放大器 杜 220 印 裝 驅動放大器 460 輸出開關 -20- 本紙張ΛΑ適用中國國家櫟率（CNS ) ( 21〇><297公釐）

經濟部中央樣隼局負工消费合作社印袈 470 米勒電容器 1300、 1310電阻 480 電感器 1400 切換電路 490 二極體 1560 電容 510 電阻 1570 電晶體 520 信號節點 1590 電容 530 輸出節點 1640 共驅動點 540 堪動節點 1795 第二導數迴路 550 節點 1797 電流變動控制回授迴路 570 電流變動控制回授節點 600 切換電路 610 電容 630 二極體 640、 660 電晶體 680、 690 電流反射 760、 770、780 電容器 860 電晶體 970 電感器 1000 去耦電容器 1020 驅動器方塊 1040、1050互導放大器 1045 輸出緩衝放大器 1060 互導放大器 1080 感應放大器 1220 低漏失線性整流器 ，20&· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填离本頁)

Claims (1)

1. 451546 第87106162號專利申請案 中文申請專利範团條正太(90年6月） 、li 、 1 六、申請專利範園 一 補兀 一種低雜訊切換整流器，用以堤動電感負載，該切換 整流器包含回應於電流及電壓變動信號之控制電路。 2. 根據申請專利範圍第1項之低雜訊切換整流器，其中 該切換整流器包含： 一和該負載耦合之驅動器； 一和該驅動器耦合之電流變動控制回授迴路；以及 一和該負載耦合之電壓變動控制回授迴路。 3. 根據申請專利範園第2項之低雜訊切換整流器，其中 對於正整數Μ及N大於或等於1 : 該電壓變動控制回授迴路產生一第一回授信號，和 一或多個該負載電壓由第1至Μ個導數之和成正比， 以及 該電流變動控制回授迴路產生一第二回授信號，和 一或多個經該負載之電流由第1個Ν個導數之和成正 比。 4·根據申請專利範圍第2項之低雜訊切換整流器，其 中： 經濟部中央標準局工消费合作社印轚 將一驅動電壓、該電流變動控制回授迴路之輸出和 該電壓變動控制回授迴路之輸出相加以形成該驅動器 之輸入。 5_根據申請專利範圍第4項之低雜訊切換整流器，其 中： 該負載在一信號節點及一輸出節點間耦合； 該電流變動控制回授迴路之輸入和該信號節點耦 ____ 小___ 本纸張尺度遴用中_躕家揉率（CNS ) A4«L格（210X297公釐） 4515 46 Α8 BS C8 D8 經濟部t央棣準局工消费合作社印«. 六、申請專利範圍 » 合，以及 該電壓變動控制回授迴路之輸入和該輸出節點耦 合β 6. 根據申請專利範困第5項之低雜訊切換整流器，其中 該驅動器包含一驅動放大器β 7. 根據申請專利範園第5項之低雜訊切換整流器，其中 該電壓變動控制回授迴路包含一微分放大器。 8. 根據申請專利範困第5項之低雜訊切換整流器，其中 該電流變動控制回授迴路包含： 一感應放大器，經一電阻和該信號節點耦合；以及 一微分放大器和該感應放大器耦合。 9. 根據申請專利範困第8項之低雜訊切換整流器，其 中： 該驅動電壓振幅之絕對值限制為一第一值； 該微分放大器輸出之絕對值限制為一第二值； 該微分放大器之輸出乘上一第三值，該第三值等於 該第一值除以該第二值。 10. 根據申請牟利範圍第1項之低雜訊切換整流器，其中 電壓變動控制是由控制經該負載之電流之第二導數而 達成。 11. 根據申請專利範圍第1項之低雜訊切換整流器，其中 該切換整流器包含： 一驅動器和該負載耦合： 一電流變動控制回授迴路和該負載耦合；以及 本紙張尺度逋用中國家揉率（CNS > Α4洗格（210Χ297公釐） (請先Ε*背面之注#^項再填寫本頁} 訂 A8 B8 C8 D8 切 45 1 5 46 -------- 、申請專利範圍 一第二導數迴路和該電流變動控制回授迴路之輪出 耦合及結合。 根據申請專利範圍第i項之低雜訊切換整流器，其中 該切換整流器包含一開路控制系統_ 〇 —種驅動電感負載之低雜訊切換整流器，其中該切換 整流器包含： 一驅動器，包含一開關具有一切換輸入終端及一 換輸出终端，該切換輸入終端和該負載耦合； 一電流變動控制回授迴路和該切換輸出终端耦合； 以及 一電壓變動控制回授迴路和該切換輸出终端耦合。 14.根據申請專利範圍第13項之低雜訊切換整流器，其 中： 該開關另外包含一切換控制終端； 該驅動器另外包含一緩衝放大器在一驅動節點及該 切換控制終端間_聯； 該電流變動控制回授迴路包含： 一電阻在該切換輸出終端及接地間耦合； 一感應放大器以一第一輸入和該切換輸出終端核 合，及一第二輸入和接地耦合； 一第一電容器在該感應放大器輸出及一電流變動 控制回授節點間耦合； 一第一互導放大器，以一負輪入和該電流變動控 制回授節點耦合，一正輸入和一參考電位供應耦合及 本纸ft尺度遙用中國家橾準（CNS ) A4洗格（210X297公綠） {_先《讀背面之注fefc再填寫本買) 訂- 經濟部中央橾率局負工消费合作社印製 4515 46 A8 b% C8 D8 六，申請" 一輸出和該電流變動控制回授節點权合；以及 (請先《讀背面之注$項再竣寫本頁) -第二互導放大器，以一第一輸入和該電流變動控 制回授節點耦合’ -第二輸入和該參考電位供應耦合 及一輸出和該驅動節點耦合；以及 該電壓變動控制迴路包含一第二電容器在該負載及 該駆動節點間耦合。 15. 根據申請專利範園第14項之低雜訊切換整流器，另外 包含·‘ 一第三互導放大器以一第一輸入和該驅動電壓供應 搞合’一第一輸入和該參考電位供應样合及一輸出和 該驅動節點耦合》 16. —種低雜訊切換整流器，用以驅動在一信號節點及一 輸出節點間耦合之電感負載，該切換整流器包含： 一驅動節點； —加法器；具有一第一加法器輸入、一第二加法輸 入、一第三加法器輸入及一加法器輪出； 一第一限制器在該驅動節點及該第一加法器輸入間 耦合； 趣濟部中夬標隼局負工消费合作社印製 一乘法器，具有一輸出和該第三加法器輸入杯合； 一第一微分放大器，具有一輸入和該輸出節點辑合 及一輪出和該第二加法器輸入搞合* 一感應放大器包含一輸出，該感應放大器經由一電 阻和該信號節點耩合； 一第二微分放大器包含一輸出，該第二微分放大器 本紙張尺度逋用中國«家檬準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 451546 A8 BS C8 D8 申請專利範圍 和該感應放大器之輸出搞合： 一第二限制器包含一輸出，該第二限制器和該第二 微分放大器之輸出耦合，該第二限制器之輸出和該乘 法器之輪入麵合；以及 一驅動放大器’具有一輸入和該加法器輸出耦合及 一輸出和該信號節點核合。 Π·根據申請專利範圍第16项之低雜訊切換整流器，其 中： 該第一限制器限制該驅動電壓之振幅絕對值為一第 一值； 订 該第二限制器限制該微分放大器之輸出絕對值為一 第二值； 該乘法器將該微分放大器之輸出乘上一第三值》 18·根據申請專利範圔第17項之低雜訊切換整流器，其中 該第三值等於該第一值除以該第二值。 經濟部t央樣率局Λ工洧费含作社印簟 19. 一種控制一切換整流器以使用一堪動電壓而驅動一電 感負載之方法，該負載在一信號節點及一輸出節點間 耦合，對於正整數Μ及Ν大於或等於1，該方法包含 以下步驟： 產生一和該負載電壓之第Μ導數成正比之第一回授 信號； 產生一和經該負載電流之第Ν導數成正比之第二回 授信號； 將該第一及第二回授信號和該驅動電壓結合以驅動 本纸張尺度逍用中國國家椹準（〇阳）八4规格（21〇><297公羞） 451546 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 該負載。 20. 一種控制一切換整流器以使用一驅動電壓而驅動一電 感負載之方法*該負載在一信號節點及一輸出節點間 耦合，該方法包含以下步驟： 變動該信號節點電流以產生一第一回授信號； 變動該第一回授信號以產生一第二回授信衆； 將該第一及第二回授信號和該驅動電壓結合以堪動 該負載。 (請先Μ讀背面之注$項再美寫本莧) 經濟部中央棣隼局貝工消费合作杜印氧 本纸永尺度逋用申•國家樣準（CNS ) A4JSMM 210X297公釐）