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TWI790701B - 利用場效電晶體電容參數的電磁干擾調整器及方法 - Google Patents

利用場效電晶體電容參數的電磁干擾調整器及方法 Download PDF

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TWI790701B
TWI790701B TW110128602A TW110128602A TWI790701B TW I790701 B TWI790701 B TW I790701B TW 110128602 A TW110128602 A TW 110128602A TW 110128602 A TW110128602 A TW 110128602A TW I790701 B TWI790701 B TW I790701B
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黃文楠
陳慶國
李淑惠
孟祥集
彭卓蘭
曹佐建
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博盛半導體股份有限公司
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Abstract

本發明揭露一種利用場效電晶體電容參數的電磁干擾調整器及方法，係用以偵測場效電晶體的感應電壓和感應電流，依此來推斷場效電晶體的工作頻率是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內，而當基頻與倍頻關係超過限制時，可以調節外接電容組的內容，以協助應用場效電晶體的產品在各種負載下，保持優異的電磁干擾調節能力，進而優化電磁干擾的特性。

Description

利用場效電晶體電容參數的電磁干擾調整器及方法
本發明涉及一種電磁干擾調整器及方法，尤指是一種利用場效電晶體電容參數調整電磁干擾的電磁干擾調整器及方法。
電子電路通常在操作時容易受到電磁干擾(Electro Magnetic Interference,EMI)雜訊的影響而降低工作性能的表現，特別是當電子電路處於倍頻或高頻狀態時，電晶體開關的振鈴也隨之上升，進而產生嚴重的電磁干擾。
一般而言，降低電磁干擾的方式有很多種，例如：CN108377095A「振鈴振幅測量及減輕」，利用峰值檢測器來測量振鈴電壓的振幅，並透過開關驅動器調整開關的 控制訊號，進一步調整振鈴電壓的振幅，進而降低電磁干擾，此外，另有其他先前技術可供參考如下：TWI443957B「高效率電源轉換器系統」、US10498212B2「Gate driver」等。
據此，如何改善電子電路處於倍頻或高頻狀態時，所產生的電磁干擾，進而協助應用電晶體開關的產品在各種負載下，保持優異的電磁干擾調節能力，此乃待須解決之問題。
有鑒於上述的問題，本發明人係依據多年來從事相關行業的經驗，針對電磁干擾調整器進行改進；緣此，本發明之主要目的在於提供一種可協助應用場效電晶體的產品在各種負載下，保持優異的電磁干擾調節能力，進而優化電磁干擾特性的電磁干擾調整器，其主要偵測一場效電晶體的感應電壓和感應電流，依此來推斷場效電晶體的一工作頻率是否處於一預設狀態，亦即是，場效電晶體是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內，而當基頻與倍頻關係超過限制時，可以調節電容組的內容。
為使 貴審查委員得以清楚了解本發明之目的、技術特徵及其實施後之功效，茲以下列說明搭配圖示進行說明，敬請參閱。
1:電磁干擾調整器
2:場效電晶體
3:二極體
11:偵測單元
11a:電壓偵測電路
11b:電流偵測電路
111:比較器
111a:第一比較器
1111:反向輸入端
1111a:第一反向輸入端
1112:非反向輸入端
1112a:第一非反向輸入端
1113:輸出端
1113a:第一輸出端
111b:第二比較器
1111b:第二反向輸入端
1112b:第二非反向輸入端
1113b:第二輸出端
112:第一電阻
113:第二電阻
114:第三電阻
115:第四電阻
116:第五電阻
117:第六電阻
12:微處理單元
13:電容組
131:第一電容
132:第二電容
133:第三電容
134:第一開關
135:第二開關
136:第三開關
V:直流電壓源
I:直流電流源
D:汲極
G:閘極
S:源極
VDS:汲極和源極間電壓
VDG:汲極和閘極間電壓
VGS:閘極和源極間電壓
VC:電容電壓
IC:電容電流
S1:偵測電壓/電流
S2:判斷場效電晶體是否處於預設狀態步驟
S3:根據控制訊號調整電容組
第1圖，為本發明之電路方塊示意圖。
第2圖，為本發明之實施例(一)。
第3圖，為本發明之偵測單元電路圖(一)。
第4圖，為本發明之實施例(二)。
第5圖，為本發明之偵測單元電路圖(二)。
第6圖，為本發明之實施例(三)。
第7圖，為本發明之實施例(四)。
第8圖，為本發明之實施例(五)。
第9圖，為本發明之實施例(六)。
第10圖，為本發明之實施方法流程圖。
請參閱「第1圖」，第1圖為本發明之電路方塊示意圖，如圖所示，本發明之電磁干擾調整器1電性連接一場效電晶體2和一二極體3，電磁干擾調整器1可包含一偵測單元11、一微處理單元12、以及一電容組13，其中，偵測單元11可為一電壓偵測電路、一電流偵測電路之其中一種或其組合，且電性連接微處理單元12和電容組13；微處理單元12可為一微控制器(Micro Control Unit,MCU)或一控制IC之其中一種；以及，電容組13可包含多個電容和多個開關。
請參閱「第2圖」，第2圖為本發明之實施例(一)，如圖所示，在一實施例中，偵測單元11為一電壓偵測電路11a，其一端電性連接場效電晶體2之一汲極D，另一端則電性連接至場效電晶體2之一源極S，係用以擷取汲極D和源極S之間的一電壓VDS；電容組13包含一第一電容131、一第二電容132、一第三電容133、一第一開關134、一第二開關135、以及一第三開關136，其中，第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之汲極D，第一電容131之另一端電性連接第一開關134之一端，第二電容132之另一端電性連接第二開關135之一端，第三電容133之另一端電性連接第三開關136之一端，而第一開關134、第二開關135、以及第三開關136之各另一端則電性連接場效電晶體2之源極S和偵測單元11；以及，微處理單元12電性連接偵測單元11、第一開關134、第二開關135、以及第三開關136，係用以接收偵測單元11傳送的一偵測訊號(如汲極D和源極S之間的電壓VDS)，且根據電壓VDS波形的週期，計算場效電晶體2的一工作頻率，並判斷場效電晶體2是否在預設的電磁干擾(Electro Magnetic Interference,EMI)特別管理頻率內，進而傳送一控制訊號至電容組13，以控制第一開關134、第二開關135、以及第三開關136開啟或關閉，以調整電容組3之阻抗。
承接上述，請參閱「第3圖」，第3圖為本發明之偵測單元電路圖(一)，如圖所示，偵測單元11可包含一直流電壓源V、一比較器111、一第一電阻112、一第二電阻113、一第三電阻114、以及一第四電阻115；比較器111可包含一反向輸入端1111、一非反向輸入端1112、以及一輸出端1113；其中，直流電壓源V可為場效電晶體2之汲極D和源極S之間的電壓VDS；反向輸入端1111通過第一電阻112電性連接直流電壓源110，且通過第二電阻113電性連接至接地；非反向輸入端1112通過第三電阻114電性連接至接地，且通過第四電阻115電性連接輸出端1113和微處理單元12；以及，輸出端1113電性連接至微處理單元12。
請參閱「第4圖」，第4圖為本發明之實施例(二)，如圖所示，在另一實施例中，偵測單元11包含一電壓偵測電路11a和一電流偵測電路11b，偵測單元11之一端電性連接場效電晶體2之汲極D，另一端則電性連接場效電晶體2之源極S，電壓偵測電路11a與電容組13並聯，係用以擷取電容組13的一電容電壓VC(如感應電壓)，而電流偵測電路11b與電容組13串聯，係用以擷取電容組13的一電容電流IC(如感應電流)；電容組13包含第一電容131、第二電容132、第三電容133、第一開關134、第二開關135、以及第三開關136，其中，第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之汲極D，第一電容131之另一端電性連接第一開關134之一端，第二電容 132之另一端電性連接第二開關135之一端，第三電容133之另一端電性連接第三開關136之一端，而第一開關134、第二開關135、以及第三開關136之各另一端則電性連接電壓偵測電路11a和電流偵測電路11b；電壓偵測電路11a電性連接場效電晶體2之汲極D，電流偵測電路11b電性連接場效電晶體2之源極S；以及，微處理單元12電性連接偵測單元11、第一開關34、第二開關35、以及第三開關36，微處理單元12係用以接收偵測單元11傳送的偵測訊號(如電容組13的電容電壓VC和電容電流IC)，且根據電容電壓VC和電容電流IC，計算場效電晶體2的工作頻率，並判斷場效電晶體2是否在預設的電磁干擾特別管理頻率內，進而傳送控制訊號至電容組13，以控制第一開關134、第二開關135、以及第三開關136開啟或關閉，以調整電容組3之阻抗。
承接上述，請參閱「第5圖」，第5圖為本發明之偵測單元電路圖(二)，如圖所示，偵測單元11可包含直流電壓源V、一直流電流源I、一第一比較器111a、一第二比較器111b、第一電阻112、第二電阻113、第三電阻114、第四電阻115、一第五電阻116、以及一第六電阻117；第一比較器111a可包含一第一反向輸入端1111a、一第一非反向輸入端1112a、以及一第一輸出端1113a；第二比較器111b可包含一第二反向輸入端1111b、一第二非反向輸入端1112b、以及一第二輸出端1113b；其中，直流電壓源V可為電容組13的電容電壓VC；直流電流源I可為電容組13 的電容電流IC；第一反向輸入端1111a通過第一電阻112電性連接直流電壓源V，且通過第二電阻113電性連接至接地；第一非反向輸入端1112a通過第三電阻114電性連接至接地，且通過第四電阻115電性連接第一輸出端1113a和微處理單元12；第一輸出端1113a電性連接微處理單元12；第二反向輸入端1111b電性連接直流電流源I；第二非反向輸入端1112b通過第五電阻116電性連接至接地，且通過第六電阻117電性連接第二輸出端1113b和微處理單元12；第二輸出端1113b電性連接微處理單元12。
請參閱「第6圖」，第6圖為本發明之實施例(三)，如圖所示，在另一實施例中，其與實施例(一)差異在於，偵測單元11為一電壓偵測電路11a，其一端電性連接場效電晶體2之一閘極G，另一端則電性連接至場效電晶體2之源極S，係用以擷取閘極G和源極S之間的一電壓VGS；電容組13的第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之閘極G；而第一開關134、第二開關135、以及第三開關136之各一端則電性連接場效電晶體2之源極S和偵測單元11；以及，微處理單元12根據電壓VGS波形的週期，計算場效電晶體2的工作頻率，並判斷場效電晶體2是否在預設的電磁干擾特別管理頻率內，進而傳送控制訊號至電容組13，以控制第一開關134、第二開關135、以及第三開關136開啟或關閉，以調整電容組3之阻抗。
請參閱「第7圖」，第7圖為本發明之實施例(四)，如圖所示，在另一實施例中，其與實施例(二)差異在於，偵測單元11包含一個電壓偵測電路11a和一個電流偵測電路11b，偵測單元11之一端電性連接場效電晶體2之閘極G，另一端則電性連接場效電晶體2之源極S；以及，電壓偵測電路11a與電容組13的第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之閘極G，而電流偵測電路11b電性連接場效電晶體2之源極S。
請參閱「第8圖」，第8圖為本發明之實施例(五)，如圖所示，在另一實施例中，其與實施例(一)差異在於，偵測單元11為一電壓偵測電路11a，其一端電性連接場效電晶體2之汲極D，另一端則電性連接至場效電晶體2之閘極G，係用以擷取汲極D和閘極G之間的一電壓VDG；電容組13的第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之汲極D；而第一開關134、第二開關135、以及第三開關136之各一端則電性連接場效電晶體2之閘極G和偵測單元11；以及，微處理單元12根據電壓VDG波形的週期，計算場效電晶體2的工作頻率，並判斷場效電晶體2是否在預設的電磁干擾特別管理頻率內，進而傳送控制訊號至電容組13，以控制第一開關134、第二開關135、以及第三開關136開啟或關閉，以調整電容組3之阻抗。
請參閱「第9圖」，第9圖為本發明之實施例(六)，如圖所示，在另一實施例中，其與實施例(二)差異在於，偵測單元11包含一個電壓偵測電路11a和一個電流偵測電路11b，偵測單元11之一端電性連接場效電晶體2之汲極D，另一端則電性連接場效電晶體2之閘極G；以及，電壓偵測電路11a與電容組13的第一電容131、第二電容132、以及第三電容133之各一端電性連接場效電晶體2之汲極D，而電流偵測電路11b電性連接場效電晶體2之閘極G。
請參閱「第10圖」，第10圖為本發明之實施方法流程圖，如圖所示，本發明電磁干擾調整器之調控方法，其步驟如下： 偵測電壓/電流S1：一偵測單元11擷取一場效電晶體2或一電容組13的一偵測訊號，並傳送至一微處理單元12。
在一實施例中，偵測單元11擷取場效電晶體2之一汲極D、一源極S、以及一閘級G之中，任兩端之間的一電壓VDS、一電壓VDG、或一電壓VGS；在另一實施例中，偵測單元11擷取電容組13的一電容電壓VC(如感應電壓)和一電容電流IC(如感應電流)。
判斷場效電晶體是否處於預設狀態步驟S2：微處理單元12根據偵測訊號，判斷場效電晶體2是否處於一預設狀態，亦即是，判斷場效電晶體2是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內；若否(即處於一倍頻狀態)，微處理單元12傳送一控制訊號至電容組13；若是(即處於預設狀態)，偵測單元11持續擷取新的偵測訊號。
在一實施例中，微處理單元12根據電壓VDS波形的週期，計算場效電晶體2的一工作頻率，並判斷場效電晶體2是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內；在另一實施例中，微處理單元12根據電容組13的電容電壓VC和電容電流IC，計算出場效電晶體2的工作頻率，並判斷場效電晶體2是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內。
根據控制訊號調整電容組S3：一第一開關134、一第二開關135、或一第三開關136根據控制訊號開啟或關閉，以透過一第一電容131、一第二電容132、或一第三電容133的電容參數調整阻抗，進而調整場效電晶體2的工作頻率；如此，電磁干擾調整器可協助應用場效電晶體的產品在各種負載下，保持優異的電磁干擾調節能力。
在一實施例中，當場效電晶體2的工作頻率為50kHz~60kH時，微處理單元12發出控制第一開關134的控制訊號，以使第一電容131與場效電晶體2並聯；當場效 電晶體2的工作頻率為60kHz~70kH時，微處理單元12發出控制第一開關134和第二開關135的控制訊號，以使第一電容131和第二電容132與場效電晶體2並聯；以及，當場效電晶體2的工作頻率為70kHz~80kH時，微處理單元12發出控制第一開關134、第二開關135、以及第三開關136的控制訊號，以使第一電容131、第二電容132、以及第三電容133與場效電晶體2並聯。
由上所述可知，本發明主要透過偵測單元擷取場效電晶體的電壓、或電容組的感應電壓和感應電流，依此來推斷場效電晶體的工作頻率是否處於預設的電磁干擾特別管理頻率內，而當基頻與倍頻關係超過限制時，可以調節電容組的多個電容和多個開關，透過各個電容的電容參數調整阻抗，進而調整場效電晶體的工作頻率；如此，本發明據以實施後，確實可達到提供一種協助應用場效電晶體的產品在各種負載下，保持優異的電磁干擾調節能力，進而優化電磁干擾特性之電磁干擾調整器的目的。
唯，以上所述者，僅為本發明之較佳之實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
綜上所述，本發明係具有「產業利用性」、「新穎 性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起發明專利之申請。
1:電磁干擾調整器
11:偵測單元
12:微處理單元
13:電容組
2:場效電晶體
3:二極體
D:汲極
G:閘極
S:源極

Claims (9)

  1. 一種電磁干擾調整器，與一場效電晶體呈電性連接，包含：一偵測單元，用以擷取一偵測訊號，且與一微處理單元和一電容組呈電性連接；該微處理單元用以根據該偵測訊號，計算出該場效電晶體的一工作頻率，且判斷該工作頻率是否處於一預設狀態，並根據判斷結果傳送一控制訊號，該判斷結果若為一倍頻狀態，該微處理單元傳送該控制訊號，而該判斷結果若為該預設狀態，該偵測單元持續擷取新的該偵測訊號；以及該電容組用以根據該控制訊號調整該場效電晶體的該工作頻率。
  2. 如請求項1所述之電磁干擾調整器，其中，該偵測訊號為該場效電晶體之任兩端點的一電壓波形週期。
  3. 如請求項2所述之電磁干擾調整器，其中，該偵測單元包含一直流電壓源、一比較器、一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、以及一第四電阻，該比較器包含一反向輸入端、一非反向輸入端、以及一輸出端，該反向輸入端通過該第一電阻電性連接該直流電壓源，且通過該第二電阻電性連接至接地，該非反向輸入端通過該第三電阻電性連接 至接地，且通過該第四電阻連接該輸出端和該微處理單元；以及該輸出端電性連接該微處理單元。
  4. 如請求項1所述之電磁干擾調整器，其中，該偵測訊號為該電容組的一電容電壓或一電容電流之其中一種或其組合。
  5. 如請求項4所述之電磁干擾調整器，其中，該偵測單元包含一直流電壓源、一直流電流源、一第一比較器、一第二比較器、一第一電阻、一第二電阻、一第三電阻、一第四電阻、一第五電阻、以及一第六電阻；該第一比較器包含一第一反向輸入端、一第一非反向輸入端、以及一第一輸出端，該第二比較器包含一第二反向輸入端、一第二非反向輸入端、以及一第二輸出端；該第一反向輸入端通過該第一電阻電性連接該直流電壓源，且通過該第二電阻電性連接至接地，該第一非反向輸入端通過該第三電阻電性連接至接地，且通過該第四電阻連接該第一輸出端和該微處理單元，以及該第一輸出端電性連接該微處理單元；以及該第二反向輸入端電性連接該直流電流源，該第二非反向輸入端通過該第五電阻電性連接至接地，且通過該第六電阻電性連接該第二輸出端和該微處理單元，以及該第二輸出端電性連接該微處理單元。
  6. 如請求項1所述之電磁干擾調整器，其中，該電容組包含一第一電容、一第二電容、一第三電容、一第一開關、一第二開關、以及一第三開關；該場效電晶體之一第一端電性連接各該第一電容、該第二電容、該第三電容、以及該偵測單元之一端，該第一電容之另一端通過該第一開關電性連接該場效電晶體之一第二端和該偵測單元，該第二電容之另一端通過該第二開關電性連接該場效電晶體之該第二端和該偵測單元，以及該第三電容之另一端通過該第三開關電性連接該場效電晶體之該第二端和該偵測單元。
  7. 一種電磁干擾調整器之調控方法，包含：一偵測單元擷取一偵測訊號，並傳送至一微處理單元；該微處理單元根據該偵測訊號，計算出一場效電晶體的一工作頻率，且判斷該工作頻率是否處於一預設狀態，並根據一判斷結果傳送一控制訊號，該判斷結果若為一倍頻狀態，該微處理單元傳送該控制訊號，而該判斷結果若為該預設狀態，該偵測單元持續擷取新的該偵測訊號；以及一電容組根據該控制訊號調整該場效電晶體的該工作頻率。
  8. 如請求項7所述之電磁干擾調整器之調控方法，其中，該偵測訊號為該場效電晶體之任兩端點的一電壓波形週期。
  9. 如請求項7所述之電磁干擾調整器之調控方法，其中，該偵測訊號為該電容組的一電容電壓或一電容電流之其中一種或其組合。
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