專利名稱：溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器及應用其的開關電源的制作方法
技術領域：
溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器及應用其的開關電源技術領域[0001]本實用新型涉及一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器及應用該振蕩器的開關 電源。
背景技術：
[0002]廣泛應用于消費類電子產品上的開關電源轉換器通常包括兩種形式交流轉直流 (AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。傳統(tǒng)開關模電源轉換器多工作于固定頻率，不隨負載變化， 常常在輕載和待機時無法通過國際能源標準規(guī)范。[0003]為提高開關電源轉換器在輕載和待機時候的效率，達到國際能源標準要求，近期 出現了采用線性壓控振蕩器降頻技術，當負載降低時線性降低開關頻率直至十幾千赫茲。 此方法能夠解決上述問題，但帶來了一種無法回避的可見噪聲干擾，讓人無法忍受。傳統(tǒng)線 性壓振蕩器降頻開關電源如圖1所示，圖1描繪了一種基于傳統(tǒng)頻率調變技術的電源轉換 器10。一控制電路20藕接于一回授單兀15,以產生一開關信號VSW,該開關信號調節(jié)電源 轉換器10的輸出信號V0，該回授單元15藕接于電源轉換器10的輸出，以產生一回授信號 VCTRL。其中該開關信號VSW是依照回授信號VCTRL而變化。一變壓器TRl的一開關電流 IS經由撿流電阻器RS被轉換成電壓信號VS。該信號VS被控制電路20接受且據此產生開 關信號VSW。開關信號VSW依據控制電路20內部電路進行頻率調變，負載變小時開關頻率 降低提高電源轉換器10的輕載及待機效率。圖中，控制電路20包括一線性壓控振蕩器、一 脈寬調制器。該線性壓控振蕩器響應控制端CRTL的電壓信號VCTRL，用以產生一頻率調變 的脈沖信號PLSl。該脈沖寬度調制器藕接至該線性壓控振蕩器，響應該脈沖信號PLS2、回 授信號VCTRL及信號VS產生一頻率調變的開關信號VSW，因此當負載降低時VCTRL降低，線 性降低了脈沖信號PLS1，提高了電源轉換器10的效率，從而在輕載或者待機時比較容易通 過國際能源標準。但是從上述分析我們了解到通過線性降頻技術，當極輕負載或者待機時 頻率降低到十幾千赫茲，導致電源轉換器10出現客戶難以接受的可見噪聲，因此，這種缺 欠往往使應用此技術的優(yōu)越性大打折扣。發(fā)明內容[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路，可應用 于開關電源等，通過非線性頻率調制來提高開關電源轉換器的輕載和待機效率，同時具備 無可見噪聲以及較低溫度敏感度的優(yōu)越性。[0005]本實用新型的目的是這樣實現的一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特 征在于一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于包括非線性壓控振蕩器和 低溫漂參考電壓電流產生器；所述的非線性壓控振蕩器通過第一、二、三、四參考電壓輸入 端以及第一參考電流輸出端與該低溫漂參考電壓電流發(fā)生器相連接；所述的非線性壓控振 蕩器由一第五電壓控制端的電壓信號控制；所述的非線性壓控振蕩器輸出周期性脈沖邏輯 控制信號。[0006]在本實用新型一實施例中，所述的非線性壓控振蕩器包括第一開關管、第二開關管、第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、充放電電容器、第一比較器、第二比較器、RS觸發(fā)器、與非門、第三比較器以及壓流轉換器；所述的壓流轉換器把第五電壓控制端的電壓信號轉換成電流信號，并經第一、二、三電流鏡去控制充放電電容器所需的充放電電流大??；所述的第一、二開關管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經RS觸發(fā)器和與非門輸出邏輯信號，該輸出邏輯信號又控制著第一、二開關管的導通與關斷；所述第五電壓控制端的電壓信號經第三比較器和與非門控制著該輸出邏輯信號；所述的第三比較器為滯回比較器。在本實用新型一實施例中，所述的壓 流轉換器包括一對輸入匹配晶體管以及依次連接的一對匹配電阻器。在本實用新型一實施例中，所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器集成于一集成塊中。本實用新型另一目的是提供一種應用上述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器的開關電源，該電源能較好的提高開關電源輕載及待機的效率并且無可見噪聲和低溫度敏感性。該目的采用以下方案實現一種應用上述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的開關電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于所述控制電路藕接一設于變壓器輸出端的回授單元，以產生一開關信號調節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器與脈寬調制器藕接組成。在本實用新型一實施例中，所述的控制電路是一由所述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器與脈寬調制器藕接組成的集成電路。本實用新型采用溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路實現了提高輕載及待機效率、無可見噪聲和低溫度敏度性，在功效不變前提下，大大降低電路面積，電路簡單，而且可設計成集成電路，成本低，具有較好的市場價值。

圖1是基于傳統(tǒng)線性壓控振蕩器技術的電源轉換器。圖2是本實用新型溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的電路連接示意圖。圖3是圖2中溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的振蕩頻率曲線圖。圖4是基于溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的電源轉換器的電路原理示意框圖。主要組件符號說明20、300:控制電路Ql:晶體管TRl :變壓器Dl :二極管P1、N2:開關ΑΓΑ3 比較器[0024]Ml M4a:晶體管[0025]15、104:回授單元[0026]Rs、R4、R4a :電阻器[0027]C1、CT :電容器[0028]1000 :溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路[0029]2000 :脈沖寬度調制器[0030]CTRL:回授端[0031]PLSUCLK :脈沖信號[0032]VCC :供電電壓輸入端[0033]Vcc:供電電壓[0034]VCT:周期電壓三角波[0035]Sff :切換輸出端[0036]Vcm :回授電壓[0037]VIN:輸入電壓[0038]Vrefl Vref4 :參考閾值電壓[0039]V。輸出電壓[0040]Vs :檢流電壓[0041]13:切換電流[0042]Ich:充電電流[0043]Idis:放電電流[0044]16、17、18:電流[0045]Vsw:開關信號[0046]fSaving :待機頻率[0047]fTYp:典型頻率[0048]fvco:壓控振蕩器頻率[0049]Vb:降頻截止電壓[0050]V。降頻起始電壓[0051]Nonlinear VC0:非線性壓控振蕩器。
具體實施方式
[0052]
以下結合附圖及實施例子對本實用新型做進一步描述。[0053]本實用新型提供一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路，其特征在于由非 線性壓控振蕩器和低溫漂參考電壓電流產生器依次電性連接組成。具體的，參見圖2，圖2 是本實施例子的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的電路連接示意圖，圖中，所述的 非線性壓控振蕩器通過第一、二、三、四參考電壓輸入端以及第一參考電流輸出端與低溫漂 參考電壓電流發(fā)生器相連接；所述的非線性壓控振蕩器由第五電壓控制端的電壓信號控 制；所述的非線性壓控振蕩器輸出周期性脈沖邏輯控制信號；所述的非線性壓控振蕩器包 括第一開關管、第二開關管、第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、充放電電容器、第一比 較器、第二比較器、RS觸發(fā)器、與非門、第三比較器以及壓流轉換器；所述的壓流轉換器包括一對輸入匹配晶體管以及依次連接的一對匹配電阻器；所述的壓流轉換器把第五電壓控制端的電壓信號轉換成電流信號，并經第一、二、三電流鏡去控制充放電電容器所需的充放電電流大??；所述的第一、二開關管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經RS觸發(fā)器和與非門輸出邏輯信號，該輸出邏輯信號又控制著第一、二開關管的導通與關斷；所述第五電壓控制端的電壓信號經第三比較器和與非門控制著該輸出邏輯信號；所述的第三比較器為滯回比較器。本實用新型所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路可集成于一集成塊中，可大大減小電路的體積及成本。為了讓一般技術人員更好的理解本實用新型，下面我們結合電路對本實用新型的工作原理做進一步的描述請繼續(xù)參見圖2，溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路1000由非線性壓控振蕩器(Nonlinear VC0)和低溫漂參考電壓電流產生器組成。非線性壓控振蕩器由第一電流鏡(皿1』1&』113)、第二電流鏡(厘2、1^、1^)、第三電流鏡(厘3、1^)、壓流轉換器(厘4、1^、1 4、1^)、比較器Af A3 (A3為滯回比較器)、開關Pl和N2、電容器CT、觸發(fā)器及與非門器構成，其中Ich和Idis為CT的充放電電流。工作時，低溫漂參考電壓電流發(fā)生器產生低溫漂的第一至四參考電壓Vref廣Vref4以及參考電流IMfl供非線性壓控振蕩器使用。來自一第五電壓控制端CTRL的電壓信號Vcm控制非線性壓控振蕩器輸出周期脈沖邏輯輸出信號CLK。該溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器(Nonlinear VC0)電路詳細工作工作原理如下Vref廣 Vref4 為參考電壓且 Ve>Vrefl> Vb>Vref2, Vref3>Vref4>0o 比較器 A3 的滯回電壓值為ΛΑ3，Iai和Idis為充放電電流源，CLK為周期脈沖邏輯信號。參考電流Irefl流經預設比例為Ii1 :1和η2 :1的第一電流鏡及壓流轉換器，因此，電流I8=I6+I7=a *ni*IMfl+ n2*IMfl，其中O彡α彡I由電壓V·控制。I8流經預設比例為113 :1和114 :1的第二、三電流鏡(η廣η4為常數)，因此，Ich=I8Ai3= (a*ni*Irefl+ n2*Irefl)/ n3, Idis= ( a *ni*Irefl+ n2*Irefl)/ n4。當UUAa3時對CLK進行一個信號周期工作過程分析①初始時CT電容電壓為“0”，比較器Α2的相位端輸入信號為VA2_=VMf4>0，“+”相位端輸入信號vA2+=vCT=0，由于VA2+=VCT〈 VA2_=VMf4，故比較器的輸出信號為“0”，導致送到RS觸發(fā)器R端信號R= “0”，因此，Q= “0”，導致CLK= “O”。那么，開關Pl閉合，N2斷開，Ich給CT充電；此時,對于比較器Al來說,相位端輸入信號為VA1_=VCT，“ + ”相位端輸入信號VA1+=VMf3，VA1_=VCT<VA1+= Vref3,比較器Al的輸出信號為“1”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號S= “I”, RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。②在振蕩器電容充電過程中，隨著Vct上升，VA2+=VCT> VA2_= Vref4,比較器A2的輸出信號為“1”，導致送到RS觸發(fā)器R端信號R= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于S端信號。當VA1-=VcT>VA1+=Vref3時，比較器Al的輸出信號為“0”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號S= “0”，因此，Q= “1”，導致CLK= “I”。那么，開關Pl斷開，N2閉合，Idis給CT放電；③在振蕩器電容放電過程中，隨著Vct下降，VA1_=VCT<VA1+=Vref3,比較器Al的輸出信號為“1”，導致送到RS觸發(fā)器S端信號R= “1”，RS觸發(fā)器輸出取決于R端信號。當VA2+=VCT< VA2_=Vref4時，比較器A2輸出信號翻 轉為“0”，因此，Q= “0”，導致CLK= “O”。那么，開關Pl閉合，N2斷開，Iai給CT充電；[0061]④之后工作過程重復②和③動作,在電容CT上產生鋸齒波電壓信號VCT，同時輸出周期性的脈沖邏輯信號CLK。[0062]此外，V·通過壓流轉換器和第一、二、三電流鏡來控制振蕩器電容器的充放電電流I 和IDIS，同時也通過滯回比較器控制振蕩器的輸出脈沖邏輯信號CLK。在Vem從高到 O變化過程中，當Vcm〈VMf2后，滯回比較器Al輸出為“O”通過與非門后CLK為“1”，振蕩器停止震蕩fv =0 ;在Vctel從O到高變化過程中，當V·彡Vref2+ Δ A3后，滯回比較器Al輸出為“I”，與非門輸出CLK取決于觸發(fā)器輸出，振蕩器開始震蕩工作fVCM彡fSavingο振蕩器頻率 fvco隨壓控信號Vem的變換關系如圖3所示。[0063]圖3顯示了溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路輸出信號CLK的震蕩頻率曲線。圖中V·為壓控信號，fva)為輸出信號CLK的頻率。頻率fva)在從O到fTYP，再到fSaving 之間變化。其中，fTYP為典型頻率，fSaving為省功頻率，fTYP> fSaving>20千赫茲。壓控信號 Vctel 從高到低變化過程中，當 V· ^ Vc 時，fVCQ=fTYP ;當 Vb<VCTEL<VG 時，fVQ)=fτγρ- η * Vctel (其中 0〈 η〈I);當 Vref2 彡 V·彡 Vb 時，
權利要求1.一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于包括非線性壓控振蕩器和低溫漂參考電壓電流產生器；所述的非線性壓控振蕩器通過第一、二、三、四參考電壓輸入端以及第一參考電流輸出端與該低溫漂參考電壓電流發(fā)生器相連接；所述的非線性壓控振蕩器由一第五電壓控制端的電壓信號控制；所述的非線性壓控振蕩器輸出周期性脈沖邏輯控制信號。
2.根據權利要求1所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于所述的非線性壓控振蕩器包括第一開關管、第二開關管、第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡、充放電電容器、第一比較器、第二比較器、RS觸發(fā)器、與非門、第三比較器以及壓流轉換器；所述的壓流轉換器把第五電壓控制端的電壓信號轉換成電流信號，并經第一、二、三電流鏡去控制充放電電容器所需的充放電電流大小；所述的第一、二開關管控制該充放電電容器的充放電，所述充放電電容器的輸出端連接有第二比較器和第三比較器，所述的第二比較器和第三比較器的輸出信號經RS觸發(fā)器和與非門輸出邏輯信號，該輸出邏輯信號又控制著第一、二開關管的導通與關斷；所述第五電壓控制端的電壓信號經第三比較器和與非門控制著該輸出邏輯信號；所述的第三比較器為滯回比較器。
3.根據權利要求2所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于所述的壓流轉換器包括一對輸入匹配晶體管以及依次連接的一對匹配電阻器。
4.根據權利要求1至3任一項所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于 所述的溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器集成于一集成塊中。
5.一種應用權利I所述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器的開關電源，包括變壓器和一控制電路，其特征在于所述控制電路藕接一設于變壓器輸出端的回授單元，以產生一開關信號調節(jié)所述變壓器的脈沖寬度，所述的控制電路由所述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器與脈寬調制器藕接組成。
6.根據權利要求5所述的開關電源，其特征在于所述的控制電路是一由所述溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器與脈寬調制器藕接組成的集成電路。
專利摘要本實用新型涉及一種溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器，其特征在于由非線性壓控振蕩器和低溫漂參考電壓電流產生器依次電性連接組成；本實用新型另提供應用該溫度敏感度低的非線性壓控振蕩器電路的開關電源。本實用新型能實現對開關頻率的控制，應用于開關電源能有效提高開關電源效率，并且能有效降低該開關電源溫度敏感度，降低應用的地域性限制，電路設計成本低，具有較好的使用價值。
文檔編號H03K3/011GK202841078SQ20122024619
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者高耿輝, 王利, 李鐸 申請人:大連連順電子有限公司, 友順科技股份有限公司, 福建福順微電子有限公司