一種用於改變開關電源頻率的控制電路的製作方法

2024-03-07 22:20:15 2

專利名稱：一種用於改變開關電源頻率的控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種穩壓電源控制電路，尤其是指可改變開關電源的內部時鐘 頻率的外部控制電路。
背景技術：
由成本合理的穩壓電源為各種產品提供乾淨和穩定的電源是非常重要的。穩壓 電源是對不穩定的電源進行穩壓處理。開關電源的開關頻率是由內部的振蕩器電路決定 的，通常具有一個固定頻率。當開關電源的開關頻率提高時，會使得開關電路中的濾波電感的感量，以及輸 出電容的容量下降。對一個一定的電感值，較高的電源開關頻率可以減少輸出電壓的紋 波。對一定的輸出電壓紋波值，較高的開關頻率可以減小電感的數值和體積。因此， 提高開關電源的開關頻率對開關電源的小型化是有好處的，開關電源可以設計的體積更 小，效率更高。但是，伴隨開關頻率的提高，同時也會增加開關電源的損耗；因為當電 源的開關頻率提高時，電源的帶寬也隨之提高，電源的瞬間反應速度也會加快。隨著以電池為電源的電子產品(比如手機，MP3和MP4等)越來越流行，對具 有高效率，小體積電源的需求越來越增加。但是在保證高效率、小體積的前提下，如何 使得該開關電源的損耗降低到最低，是目前仍有待改善的。目前傳統所使用的產生開關電源的開關頻率的電路一般包括振蕩電路和為該振 蕩電路提供參考電流的參考電流生成電路。如圖1所示，為現有技術所廣泛應用的參考 電流生成電路。其包含運算放大器1』，NMOS源極跟蹤器2』和定值電阻3』。該運 算放大器1』的正相輸入端連接參考電壓Vref，其反相輸入端與NMOS源極跟蹤器2』的 源極端連接，其輸出端與NMOS源極跟蹤器2』的柵極端連接；該定值電阻3』連接在 NMOS源極跟蹤器2』的源極端和接地端之間。由於該電路圖中運算放大器1』的正相輸入端和反相輸入端的電壓值是相同的， 所以施加在定值電阻3』上的電壓也是Vref，由此可得，通過定值電阻3』的參考電流 為Iref = Vref/R ；其中，R為定值電阻3』的電阻值。由該參考電流生成電路生成的參考電流Iref向振蕩電路提供工作電流，並生成相 應的振蕩頻率，也就是開關電路的開關頻率。由上述可知，因參考電流Iref是固定不變 的，所以開關電路的開關頻率也是固定不變的。有鑑於此，本實用新型提供了一種簡單易行的，可以從外部改變開關電源的內 部頻率的控制電路，從而讓製造商可以有針對性的更優化的設計電源，節省成本。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種可改變開關電源頻率的控制電路，其通過增加外部電路有限的電子元器件和連接線路，實現對開關電源的頻率可調，能有針對性的優化 電源設計，降低成本，並實現在保證高效率、小體積的前提下，使得該開關電源的損耗 有效降低，延長其使用壽命。為了實現上述目的，本實用新型提供一種可改變開關電源頻率的控制電路，其 包含為開關電源提供時鐘頻率信號的振蕩電路和為該振蕩電路提供參考電流的參考電 流生成電路；所述的參考電流生成電路包含運算放大器，NMOS源極跟蹤器和外部可變電 阻；其中，該運算放大器的正相輸入端連接參考電壓，其反相輸入端與NMOS源極跟蹤 器的源極端連接，其輸出端與NMOS源極跟蹤器的柵極端連接；該外部可變電阻連接在 NMOS源極跟蹤器的源極端和接地端之間。進一步，所述的參考電流生成電路還包含一個內部定值電阻，其與外部可變電 阻並聯連接。所述的振蕩電路包含通過電路連接的振蕩充放電電路和閾值電壓選擇電路。其中，所述的振蕩充放電電路包含由電流鏡充電電流源和充電控制開關串聯 後再與振蕩電容串聯構成的振蕩充電電路，其中該振蕩電容的另一端接地；由電流鏡放 電電流源和放電控制開關串聯後再與振蕩電容並聯構成的振蕩放電電路。所述的閾值電壓選擇電路包含閾值電壓邏輯選擇器和閾值電壓比較器；其中， 該閾值電壓比較器的一個輸入端連接閾值電壓邏輯選擇器的輸出端；該閾值電壓比較器 的另一輸入端連接振蕩電容的非接地端；該閾值電壓比較器的輸出端分別反饋連接充電 控制開關、放電控制開關和閾值電壓邏輯選擇器。本實用新型與現有技術相比，其優點在於通過增加外部電路有限的電子元器 件和連接線路，有針對性的優化電源設計，降低成本，並且廣泛適用於高效率和小體積 電源。通過實際調整開關電源的頻率，可以實現在保證高效率、小體積的前提下，使得 該開關電源的損耗有效降低，延長其使用壽命。

圖1是現有技術中參考電流生成電路的電路圖；圖2是本實用新型中參考電流生成電路的一種實施例的電路圖；圖3是本實用新型中參考電流生成電路的另一種實施例的電路圖；圖4是本實用新型中振蕩電路的電路圖。
具體實施方式
以下結合圖2至圖4，詳細說明本實用新型優選的實施例。本實用新型提供一種可改變開關電源頻率的控制電路，其包含振蕩電路和為 該振蕩電路提供參考電流的參考電流生成電路。如圖2所示，為本實用新型中的參考電流生成電路101的電路圖，其包含運算放 大器1，NMOS源極跟蹤器2和外部可變電阻3。該運算放大器的正相輸入端連接參考電 壓Vref，其反相輸入端與NMOS源極跟蹤器2的源極端連接，其輸出端與NMOS源極跟 蹤器2的柵極端連接；該外部可變電阻3連接在NMOS源極跟蹤器2的源極端和接地端之間。由於該電路圖中運算放大器1的正相輸入端和反相輸入端的電壓值是相同的， 所以施加在外部可變電阻3上的電壓也是Vref,由此可得，通過可變電阻3的參考電流 為Iref = Vref/Rext ；其中，Rext為可變電阻3的當前電阻值。因此，在本實用新型中，當調節外部可變電阻3的阻值Rext時，所生成的參考電 流Iref的值也會相應改變。本實用新型的優選實施例還提供另外一種參考電流生成電路102，其具體電路圖 請參見圖3。該參考電流生成電路102與前述參考電流生成電路101相比，唯一不同點 在於，該參考電流生成電路102還包含一個內部定值電阻4，其與外部可變電阻3並聯連 接。由此可得，該電路所生成的參考電流為Iref= Vref/R 並；R並=RextZVRmt;其中，Rmt為內部定值電阻4的電阻值；為外部可變電阻3與內部定值電阻4 並聯後的電阻值。因此，在本實用新型中，當調節外部可變電阻3的阻值Rext時，所生成的參考電 流Iref的值也會相應改變。當該參考電流生成電路12沒有連接外部可變電阻3時，內部 定值電阻4的阻值即決定了最低參考電流Iref。而當通過調節增大外部可變電阻3的當前 阻值，使得其和內部定值電阻4並聯時，因並聯後的總電阻值會較Rmt減小，則參考 電流Iref也會隨之增加。如圖4所示，為本實用新型中振蕩電路的示意圖，該振蕩電路為開關電源提供 時鐘頻率信號。其包含通過電路連接的振蕩充放電電路和閾值電壓選擇電路。其中，所述的振蕩充放電電路包含由電流鏡充電電流源5和充電控制開關8串 聯後再與振蕩電容7串聯構成的振蕩充電電路，其中該振蕩電容7的另一端接地；由電流 鏡放電電流源6和放電控制開關9串聯後再與振蕩電容7並聯構成的振蕩放電電路。所述的閾值電壓選擇電路包含閾值電壓邏輯選擇器10(本實施例中，可採用一 個邏輯選擇開關來實現)和閾值電壓比較器11 ；該閾值電壓邏輯選擇器10具有2個預先 設定的閾值電壓值Vreilmg和Vb。tt。m，其輸出端連接閾值電壓比較器11的其中一個輸入端； 該閾值電壓比較器11的另一輸入端連接振蕩電容7的非接地端，該該閾值電壓比較器11 的輸出端分別反饋連接充電控制開關8、放電控制開關9和閾值電壓邏輯選擇器10。由前述的參考電流生成電路生成的參考電流Iref通過電流鏡(currentmirror)的方 法，分別由電流鏡充電電流源5和電流鏡放電電流源6產生電流Iup和Id_。此處所述的電 流鏡是一種常用的、由參考電流產生和參考電流具有一定比例關係電流的方法，因此， Iup和U 是會根據參考電流Iref的改變而改變的。其中，電流Iup是用來給振蕩電容7充 電的，而電流是用來給振蕩電容7放電的。當充電控制開關8閉合時，由電流鏡充電電流源5根據參考電流Iref生成的電流 Iup給振蕩電容7充電，從而使得施加在該振蕩電容7兩端的電壓升高。當放電控制開關 9閉合時，由電流鏡放電電流源6根據參考電流Iref生成的電流Idmvn給振蕩電容7放電，從而使得施加在該振蕩電容7兩端的電壓降低。Id_/Iup之間的比例決定了開關電源的時 鍾佔空比。閾值電壓比較器11用來確定振蕩電容7上的實際電壓和閾值電壓的交叉值。 閾值電壓比較器11有兩個閾值電壓Vralmg和Vb。ttom。閾值電壓邏輯選擇器10用來為閾 值電壓比較器11選擇閾值電壓。當充電控制開關8閉合給振蕩電容7充電時，閾值電壓邏輯選擇器10選擇Veeilmg 作為電壓比較器11的閾值，此時該振蕩電容7兩端的電壓將增加，當該電壓值超過Vralmg 時，電壓比較器11的反饋輸出端將控制充電控制開關8打開，並閉合放電控制開關9，由 此結束充電過程，並開始放電過程；與此同時，該電壓比較器11的反饋輸出端還將控制 閾值電壓邏輯選擇器10選擇Vb。tt。m作為放電過程中的電壓比較器11的閾值。在放電過 程中，振蕩電容7兩端的電壓將降低，直至其電壓值小於Vb。tt。m時，電壓比較器11的反 饋輸出端將控制放電控制開關9打開，並閉合充電控制開關8，由此結束放電過程，並再 次循環開始充電過程。由此，開關電源的時鐘充電時間為T。n = CoscX (Vceilmg-Vbottom)/Iup ；而開關電 源的時鐘放電時間為Τ。
ff Cosc X (Vceiiing Vbottom) down
其中，C。s。為振蕩電容7的電容 值。從而可得，該開關電源的時鐘周期是由Tra^PTtjfr相加所得，相應的，該開關電源的 開關頻率為l/T^+Ti。所以，如果相應的調節電流Iup和Id。wn，那麼開關電源的開關頻率 也會隨之改變。從上述的描述中不難發現，由於在參考電流生成電路中設置了外部可變電阻3， 通過調節其阻值，可以改變參考電流Iref的值。又因為通過電流鏡生成的充電和放電電流 Iup和Id_是與參考電流Iref成比例改變的，最終，將使得開關電源的時鐘充電和放電時間 隨之改變，從而使得開關電源的開關頻率實現可調。具體地，當增加外部可變電阻3的 阻值時，參考電流Iref將增加，與此同時，充電和放電電流Iup和Id_也將成比例增加， 從而使得開關電源的時鐘充電和放電時間1； 和Ttjfr降低，並最終提高開關電源的開關頻 率。反之，當減小外部可變電阻3的阻值時，同理可以降低開關電源的開關頻率。綜上所述，本實用新型提供了一種可從外部改變開關電源頻率的控制電路，通 過增加有限的電子元器件和連接線路，有針對性的優化電源設計，降低成本，並且廣泛 適用於高效率和小體積電源。通過實際調整開關電源的頻率，可以實現在保證高效率、 小體積的前提下，使得該開關電源的損耗有效降低，延長其使用壽命。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到 上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後， 對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應 由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種用於改變開關電源頻率的控制電路，包含為開關電源提供時鐘頻率信號的 振蕩電路和為該振蕩電路提供參考電流的參考電流生成電路；其特徵在於，所述的參考電流生成電路包含運算放大器(1)，NMOS源極跟蹤器(2)和外部可變電 阻(3)；其中，該運算放大器(1)的正相輸入端連接參考電壓，其反相輸入端與NMOS源極跟蹤器 (2)的源極端連接，其輸出端與NMOS源極跟蹤器(2)的柵極端連接；該外部可變電阻(3)連接在NMOS源極跟蹤器(2)的源極端和接地端之間。
2.如權利要求1所述的用於改變開關電源頻率的控制電路，其特徵在於，所述的參考 電流生成電路還包含一個內部定值電阻(4)，其與外部可變電阻(3)並聯連接。
3.如權利要求1或2所述的用於改變開關電源頻率的控制電路，其特徵在於，所述的 振蕩電路包含通過電路連接的振蕩充放電電路和閾值電壓選擇電路。
4.如權利要求3所述的用於改變開關電源頻率的控制電路，其特徵在於，所述的振蕩 充放電電路包含由電流鏡充電電流源(5)和充電控制開關⑶串聯後再與振蕩電容(7)串聯構成的振 蕩充電電路，其中該振蕩電容(7)的另一端接地；由電流鏡放電電流源(6)和放電控制開關(9)串聯後再與振蕩電容(7)並聯構成的振 蕩放電電路。
5.如權利要求4所述的用於改變開關電源頻率的控制電路，其特徵在於，所述的閾值 電壓選擇電路包含閾值電壓邏輯選擇器(10)和閾值電壓比較器(11)；其中，該閾值電壓比較器(11)的一個輸入端連接閾值電壓邏輯選擇器(10)的輸出端；該閾值電壓比較器(11)的另一輸入端連接振蕩電容(7)的非接地端；該閾值電壓比較器(11)的輸出端分別反饋連接充電控制開關(8)、放電控制開關(9) 和閾值電壓邏輯選擇器(10)。
專利摘要本實用新型提供一種可改變開關電源頻率的控制電路，其包含為開關電源提供時鐘頻率信號的振蕩電路和為該振蕩電路提供參考電流的參考電流生成電路；所述的參考電流生成電路包含運算放大器，NMOS源極跟蹤器和外部可變電阻；其中，該外部可變電阻連接在NMOS源極跟蹤器的源極端和接地端之間。本實用新型通過增加外部電路有限的電子元器件和連接線路，實現對開關電源的頻率可調，能有針對性的優化電源設計，降低成本，並實現在保證高效率、小體積的前提下，使得該開關電源的損耗有效降低，延長其使用壽命。
文檔編號H02M1/08GK201805351SQ20102028896
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者張洪, 楊清, 範仁永 申請人:美凌微電子(上海)有限公司