TWI785700B - 具主動式濾除emi功能之電源系統 - Google Patents

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一種具主動式濾除EMI功能之電源系統包括一與電源耦接的反波產生電路、一與所述反波產生電路耦接的開關電路、及一分別耦接所述反波產生電路及所述開關電路的處理電路。所述處理電路配置用以監測所述開關電路產生的雜訊訊號，並在所述雜訊訊號產生時控制所述反波產生電路產生一預設的主動反波訊號，其與所述雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反，並與所述雜訊訊號進行疊加，藉此快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。

Description

具主動式濾除EMI功能之電源系統
本發明涉及一種電源系統，尤指一種具主動式濾除EMI功能之電源系統。
電源供應系統中的關關電路由於工作在開關狀態下，會產生多次諧波，並且這些諧波會串出產生電磁干擾(EMI)，例如傳導干擾或輻射干擾。目前的一種作法是採用頻率抖動技術(Frequency Jitter)使工作頻率變化，以此來減小電磁干擾，然而此方式很容易造成工作頻率突然在極短時間內產生一個大變化。目前另一種作法是利用偵測電路或晶片偵測出產生的這些諧波並進行分析，然後產生對應的多個反波，以此來減小電磁干擾。然而系統工作時這些諧波在不斷的變化，故需要大量的演算，很容易回饋不及時，故此方式仍在理論階段並未普及。
因此，本發明人有感上述缺失可改善，乃特潛心研究並配合學理之應用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具主動式濾除EMI功能之電源系統。
為了解決上述的技術問題，本發明提供一種具主動式濾除EMI功能之電源系統，耦接於一電源與一負載之間，包括：一與所述電源耦接的反波產生電路、一與所述反波產生電路耦接的開關電路、及一分別耦接所述反波產生電路及所述開關電路的處理電路，所述處理電路配置用以監測所述開關電路產生的雜訊訊號，並在所述雜訊訊號產生時控制所述反波產生電路產生一預設的主動反波訊號，其與所述雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反，並與所述雜訊訊號進行疊加，藉此快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。
在一優選實施例中，所述雜訊訊號是時鐘訊號的雜訊、電壓訊號的雜訊、電流訊號的雜訊、占空比訊號的雜訊的至少其一。
在一優選實施例中，所述雜訊訊號為多次諧波干擾訊號，其至少包含一次諧波，所述預設的主動反波訊號包含有至少一反波，且至少一所述反波與所述雜訊訊號至少包含的所述一次諧波頻率接近、幅度接近、且相位相反。
在一優選實施例中，所述反波產生電路為波形產生器、波形產生電路的其中之一。
在一優選實施例中，所述處理電路包含有一控制電路及一耦接所述控制電路的監測電路，所述監測電路配置用以監測所述開關電路產生的所述雜訊訊號，所述控制電路配置用以在所述監測電路監測到所述雜訊訊號時控制所述反波產生電路產生所述預設的主動反波訊號。
在一優選實施例中，所述控制電路更配置用以對所述關關電路於第一次工作時產生的雜訊訊號的頻率、幅度、相位進行分析，然後使所述反波產生電路產生相對應的反波訊號並將其儲存為所述預設的主動反波訊號，以使所述關關電路之後每次工作時，所述控制電路皆直接使所述反波產生電路產生所述預設的主動反波訊號。
本發明的有益效果至少在於，本發明所提供的具主動式濾除EMI功能之電源系統，其透過耦接所述反波產生電路及所述開關電路的處理電路能監測所述開關電路產生的雜訊訊號，並在所述雜訊訊號產生時控制所述反波產生電路產生一預設的主動反波訊號，其與所述雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反，並與所述雜訊訊號進行疊加，藉此得以快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“具主動式濾除EMI功能之電源系統”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1，本實施例提供一種具主動式濾除EMI功能之電源系統1000，並且所述具主動式濾除EMI功能之電源系統1000(以下簡稱電源系統1000)耦接於一電源2000與一負載3000之間。如圖1所示，所述具主動式濾除EMI功能之電源系統1000包括有一反波產生電路10、一開關電路20、及一分別耦接所述反波產生電路10及所述開關電路20的處理電路30。需先說明的是，上述反波產生電路10、開關電路20、及處理電路30於本實施例中雖共同被定義為具主動式濾除EMI功能之電源系統1000，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，處理電路30與反波產生電路10也可以是單獨地被運用（如：販賣）或搭配其他模組使用。接著，以下將詳細介紹本實施例的具主動式濾除EMI功能之電源系統1000的各個電路及其彼此之間的連接關係。
在本實施例中，所述反波產生電路10耦接於所述電源2000與所述開關電路20之間。本實施例的電源2000例如為交流(AC)電源。並且，所述電源2000與所述反波產生電路10之間可視需要設置有電源變壓器，但並不加以限制。另外，所述關關電路20與所述負載3000之間可視需要設置有整流電路、濾波電路、及電壓調整電路，但並不加以限制。本實施例的反波產生電路10可以是波形產生器、波形產生電路，能用以輸出具有方波波形、三角波形、正弦波形或任意波形的訊號。
本實施例的開關電路20具體的形式，可以是依據實際需求設計。舉例來說，所述開關電路20可以包含有多個開關晶體依控制訊號導通及截止，且開關電路20可為各種類型不同的拓撲架構。並且，當所述關關電路20工作在開關狀態下(turn on/off)，會產生雜訊訊號，所述雜訊訊號例如為圖3所示，但不限制於圖3所舉例的。舉例來說，所述雜訊訊號可以是時鐘訊號的雜訊、電壓訊號的雜訊、電流訊號的雜訊、占空比訊號的雜訊等。
本實施例的處理電路30具體的形式，可以是依據實際需求設計。舉例來說，所述處理電路30可以是硬體電路搭配韌體或軟件，且所述處理電路30中的硬體電路可以是特定應用積體電路(ASIC)、現場可規劃閘陣列(FPGA)或系統單晶片(SOC)的其中之一或任意組合。另外，開關電路20及處理電路30亦可被整合於一顆IC中。進一步說，本實施例的處理電路30例如圖2所示，可包含有一控制電路31及一耦接所述控制電路31的監測電路32，所述監測電路32配置用以監測所述開關電路20產生的雜訊訊號。本實施例的監測電路32可以是比流器、電流分流器、霍耳效應電流感測器、電流偵測器、電流偵測電路或相應的電路，也可以是電壓偵測器、電壓偵測電路或相應的電路，於此不加以限制。本實施例的監測電路32也可以是波形訊號偵測電路，於此不加以限制。並且，所述監測電路32在監測到雜訊訊號時傳送至所述控制電路31，使所述控制電路31控制所述反波產生電路10產生一預設的主動反波訊號，並且所述預設的主動反波訊號與雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反。所述預設的主動反波訊號例如為圖4所示。並且，當預設的主動反波訊號與雜訊訊號疊加後，因其頻率接近、幅度接近、且相位相反，而正負抵銷，藉此快速主動地消除EMI雜訊干擾。
因此，由於所述控制電路31無需對雜訊訊號的頻率、幅度、相位進行分析，然後在控制所述反波產生電路10產生對應的反波，而是直接使所述反波產生電路10產生一預設的主動反波訊號與雜訊訊號進行疊加，從而能做到快速主動地消除EMI雜訊干擾。
在其他一些實施例中，所述關關電路20工作在開關狀態下產生的雜訊訊號例如但不限於圖5所示，並且所述控制電路31是直接使所述反波產生電路10產生一預設的主動反波訊號例如為圖6所示，其與雜訊訊號進行疊加後而正負抵銷，藉此快速主動地消除EMI雜訊干擾。
並且，由於雜訊訊號在不斷的變化，當所述關關電路20產生的雜訊訊號例如為圖7所示，所述控制電路31仍然無需對雜訊訊號的頻率、幅度、相位進行分析，然後在控制所述反波產生電路10產生對應的反波，也就是所述控制電路31是直接使所述反波產生電路10產生前述預設的主動反波訊號例如為圖6所示，其與雜訊訊號進行疊加時(例如為圖8所示)雖然不能完全地消除雜訊訊號，但是仍然能做到快速主動地降低雜訊，例如為圖9所示。
在其他一些實施例中，所述控制電路31可以對所述關關電路20於第一次工作時產生的雜訊訊號的頻率、幅度、相位進行分析，例如將所述雜訊訊號透過傅立葉轉換方式由時域轉換為頻域以對整個雜訊訊號的頻譜進行分析，然後使所述反波產生電路10產生完全相對應的反波訊號並將其儲存為預設的主動反波訊號，以使所述關關電路20之後每次工作時，所述控制電路31皆直接使所述反波產生電路10產生預設的主動反波訊號，從而能快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。
在其他一些實施例中，所述關關電路20產生的雜訊訊號為多次諧波干擾訊號。圖10至圖12舉例示意說明所述雜訊訊號至少包含一次諧波、三次諧波、以及五次諧波。並且，所述監測電路32在監測到所述雜訊訊號時傳送至所述控制電路31，使所述控制電路31控制所述反波產生電路10產生一預設的主動反波訊號，所述預設的主動反波訊號包含有多個反波，例如為圖13至圖15所示，這些反波分別與這些諧波頻率接近、幅度接近、且相位相反，而正負抵銷，藉此快速主動地消除EMI雜訊干擾。需說明的是，所述雜訊訊號可能包含一至十七次諧波，且高次諧波變化量大，但只要消除掉一次、三次、或五次諧波，仍然能做到快速主動地降低EMI雜訊干擾。
在其他一些實施例中，請參考圖16所示，所述關關電路20與所述負載3000之間更設置有一隔離變壓器40，所述隔離變壓器40的初級線圈401耦接所述開關電路20，所述隔離變壓器40的次級線圈402耦接負載3000，初級線圈401和次級線圈402是完全獨立的，也就是一次側與二次側的電氣完全絕緣，使二次側隔離一次側迴路，以更增加安全性與抗干擾能力。
在其他一些實施例中，請參考圖17所示，所述關關電路20與所述負載3000之間設置有所述隔離變壓器40，所述處理電路30分別耦接所述反波產生電路10及所述開關電路20，並且所述反波產生電路10是耦接所述處理電路30與屏蔽物件4000之間。進一步說，本實施例的屏敝物件4000是耦接所述反波產生電路10且包覆具主動式濾除EMI功能之電源系統(以下簡稱電源系統1000)，以針對所述電源系統1000所產生之輻射干擾雜訊進行疊加，但是本實施例並不限定所述屏敝物件4000是完全包覆所述電源系統1000，亦可僅包覆於產生雜訊之物件，例如隔離變壓器40，而所述屏敝物件4000可為一導磁物質，例如銅箔、鋁等相關物質。並且，所述屏敝物件4000可使所述開關電路20產生的雜訊訊號，透過所述反波產生電路10產生的主動反波訊號與雜訊訊號進行疊加，藉此得以快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。
在其他一些實施例中，請參考圖18所示，所述反波產生電路10內部可包含有由兩個電感所組合的一共模濾波器101、及一耦接於所述共模濾波器的作動電路102。
在其他一些實施例中，請參考圖19所示，所述反波產生電路10內部可包含有一作動電路102、及一耦接於所述作動電路102的濾波電容103。
在其他一些實施例中，請參考圖20所示，波1為關關電路之開關產生之切換訊號，波2為開關電路造成之雜訊，波3為反波訊號的方波，波4為反波訊號的另一方波，波5為反波訊號的抵消波。由於開關電路之開關turn on和turn off會造成系統之電流或電壓之干擾，因此處理電路偵測後，於開關電路之開關turn on和turn off時，使反波產生電路打出反波訊號，抵消造成之雜訊。其中，反波訊號之相位與導通的時間可根據負載的大小或開關電路之拓樸而調整。
綜合以上所述，本發明實施例的具主動式濾除EMI功能之電源系統1000，其透過耦接所述反波產生電路10及所述開關電路20的處理電路30能監測所述開關電路20產生的雜訊訊號，並在所述雜訊訊號產生時控制所述反波產生電路10產生一預設的主動反波訊號，其與所述雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反，並與所述雜訊訊號進行疊加，藉此得以快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1000:具主動式濾除EMI功能之電源系統 10:反波產生電路 101:共模濾波器 102:作動電路 103:濾波電容 20:開關電路 30:處理電路 31:控制電路 32:監測電路 40:隔離變壓器 401:初級線圈 402:次級線圈 2000:電源 3000:負載 4000:屏蔽物件
圖1為本發明一實施例的系統架構圖。
圖2為本發明一實施例的細部架構示意圖。
圖3為本發明一實施例的雜訊訊號的示意圖(一)。
圖4為本發明一實施例的主動反波訊號的示意圖(一)。
圖5為本發明一實施例的雜訊訊號示意圖(二)。
圖6為本發明一實施例的主動反波訊號的示意圖(二)。
圖7為本發明一實施例的雜訊訊號的示意圖(三)。
圖8為圖6主動反波訊號與圖7雜訊訊號疊加時的示意圖。
圖9為圖6主動反波訊號與圖7雜訊訊號疊加後的示意圖。
圖10至圖12為本發明一實施例的雜訊訊號包含的一次諧波、三次諧波、以及五次諧波的示意圖。
圖13至圖15為本發明一實施例的主動反波訊號包含有多個反波的示意圖。
圖16為本發明一實施例的系統架構圖。
圖17為本發明一實施例的系統架構圖。
圖18為本發明一實施例的系統架構圖。
圖19為本發明一實施例的系統架構圖。
圖20為本發明一實施例的雜訊訊號與主動反波訊號的示意圖。
1000:具主動式濾除EMI功能之電源系統
10:反波產生電路
20:開關電路
30:處理電路
2000:電源
3000:負載

Claims (7)

  1. 一種具主動式濾除EMI功能之電源系統，耦接於一電源與一負載之間，包括：一與所述電源耦接的反波產生電路、一與所述反波產生電路耦接的開關電路、及一分別耦接所述反波產生電路及所述開關電路的處理電路，所述處理電路配置用以監測所述開關電路產生的雜訊訊號，並在所述雜訊訊號產生時控制所述反波產生電路產生一預設的主動反波訊號，其與所述雜訊訊號頻率接近、幅度接近、且相位相反，並與所述雜訊訊號進行疊加，藉此快速主動地消除或降低EMI雜訊干擾；其中，所述處理電路包含有一控制電路及一耦接所述控制電路的監測電路，所述監測電路配置用以監測所述開關電路產生的所述雜訊訊號，所述控制電路配置用以在所述監測電路監測到所述雜訊訊號時控制所述反波產生電路產生所述預設的主動反波訊號。
  2. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，其中，所述雜訊訊號是時鐘訊號的雜訊、電壓訊號的雜訊、電流訊號的雜訊、占空比訊號的雜訊的至少其一。
  3. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，其中，所述雜訊訊號為多次諧波干擾訊號，其至少包含一次諧波，所述預設的主動反波訊號包含有至少一反波，且至少一所述反波與所述雜訊訊號至少包含的所述一次諧波頻率接近、幅度接近、且相位相反。
  4. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，其中，所述反波產生電路為波形產生器、波形產生電路的其中之一。
  5. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，其中，所述控制電路更配置用以對所述關關電路於第一次工作時產 生的雜訊訊號的頻率、幅度、相位進行分析，然後使所述反波產生電路產生完全相對應的反波訊號並將其儲存為所述預設的主動反波訊號，以使所述關關電路之後每次工作時，所述控制電路皆直接使所述反波產生電路產生所述預設的主動反波訊號。
  6. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，更包括：一隔離變壓器，所述隔離變壓器的初級線圈耦接所述開關電路，所述隔離變壓器的次級線圈耦接所述負載。
  7. 如請求項1所述的具主動式濾除EMI功能之電源系統，更包括：一屏敝物件，所述屏敝物件耦接所述反波產生電路且包覆所述具主動式濾除EMI功能之電源系統。
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