一种振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种振荡器，可产生与电源电压无关的振荡频率。在该振荡器中，由参考电压产生电路产生两个不同的参考电压，由减法器计算电压差后，通过电压到电流转换电路成比例地转换为基准电流。镜像电流源根据该基准电流产生具有比例关系的第一电流和第二电流。开关电路可控制该第一电流和该第二电流的导通和截止，以在一周期的第一时间向电容净充电电流，在第二时间内向电容提供净放电电流，从而在该充放电节点产生周期性的充放电波形。最终在波形转换电路将该周期性的充放电波形转换为周期性的方波信号。在本振荡器中，充放电波形的周期仅仅由充电电阻，电容以及放电与充电的电流比例决定，而与参考电压和电源电压大小无关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振荡器，更具体地说，是涉及开关电源电路中提供时钟信号和斜 坡参考电压的振荡器。
技术介绍
在开关电源电路中，常见的振荡器是由带隙基准电压源10、电压电流转换电路 20、电容CO、电压波形整形电路(施密特触发器)30、反相器30、以及开关管MN构成，如图1 所示。在该振荡器中，带隙基准电压源10产生的电压，经过电压电流转换电路20转换成电 流10。此电流IO对电容CO充电，当电容CO上充电到使施密特触发器30翻转的电压时，施 密特触发器输出电平为低电平，开关管MN被打开，电容CO放电。开关管MN尺寸很大，使放 电电流大于充电电流10，以完成放电的功能。相反，当电容电压低于施密特触发器的另一翻 转点电压时，施密特触发器翻转输出高电平，开关管MN关断，电容CO停止放电，同时开始充 电，电容电压开始上升。如此反复，便产生了一定频率的振荡波形。然而，这种RC振荡器的振荡频率受到许多因素的影响。举例来说，振荡频率随电 源电压、参考电压和外界环境的变化而偏差很大。原因是充电电流的大小会直接影响电流 充电的速度，进而影响振荡器的频率。而充电电流的精度依靠于参考电压的精度，所以需要 设计一个很精准的参考电压源与电流源，这需要很大的设计成本。又如，很大程度上受到工 艺和电源电压影响的施密特触发器的翻转阈值电压，也会导致电容充电和放电的电压发生 改变，从而严重影响振荡器产生的时钟频率。另外，由于开关电源系统的需要，需要振荡器产生一个用于开关电源的斜坡参考 电压。由于上述常用的振荡器所产生的斜坡参考电压的大小与斜率受外在因素的影响而变 化很大，常常不能满足系统的要求，这严重影响了开关电源的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种振荡器，它能够产生与电源电压无关的振 荡频率。而且为了满足开关电源系统的需要，振荡器可同时产生一种与电源电压大小成比 例的斜坡参考电压。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种振荡器，包括参考电压 产生电路、减法器、电压到电流转换电路、镜像电流源、电容、开关电路以及波形转换电路。 参考电压产生电路产生第一参考电压和第二参考电压，其中第一参考电压高于第二参考电 压，减法器计算第一参考电压和第二参考电压的电压差，电压到电流转换电路之后将该电 压差转换为与该电压差成比例的基准电流。镜像电流源根据该基准电流产生具有比例关系 的第一电流和第二电流。电容连接在一充放电节点与接地之间，其中该第一电流从一电源 电压流向该充放电节点，该第二电流从该充放电节点流向接地。开关电路根据一控制信号 控制该第一电流和该第二电流的至少其中之一在一周期内的第一时间内导通，以经该充放 电节点向该电容提供净充电电流，以及控制该第一电流和该第二电流的至少其中之一在一4周期内的第二时间内导通，以经该充放电节点向该电容提供净放电电流，从而在该充放电 节点产生周期性的充放电波形。波形转换电路，利用该周期性的充放电波形产生周期性的 方波信号，其中该方波信号作为该开关电路的控制信号。在本专利技术的一实施例中，该开关电路控制该第一电流在该第一时间内导通，以该 第一电流作为净充电电流，且控制该第二电流在该第二时间内导通，以该第二电流净放电 电流。在本专利技术的一实施例中，该开关电路控制该第一电流在该第一时间内导通，以该 第一电流作为净充电电流，且控制该第一电流和该第二电流在该第二时间内导通，以该第 二电流和该第一电流的差值作为净放电电流，其中该第二电流与该第一电流的比例大于1。在本专利技术的一实施例中，该开关电路控制该第一电流和该第二电流在该第一时间 内导通，以该第一电流和该第二电流的差值作为净充电电流，且控制该第二电流在该第二 时间内导通，以该第二电流净放电电流，其中该第一电流与该第二电流的比例大于1。在本专利技术的一实施例中，该电流镜电流包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体 管、第四晶体管和第五晶体管。第一晶体管的第一源极连接该电源电压，第一漏极连接该基 准电流，第一栅极连接到第一漏极。第二晶体管的第二源极连接该电源电压，第二栅极连接 到第一晶体管的第一漏极。第三晶体管的第三源极连接接地，第三漏极连接该第二晶体管 的第二漏极，第三栅极连接其第三漏极。第四晶体管的第四源极连接该电源电压，其第四栅 极连接到第二晶体管的第二栅极。第五晶体管第五源极连接接地，第五漏极连接第四晶体 管的第四漏极，第五栅极连接第三晶体管的第三栅极，其中自第四晶体管的源极到栅极流 过该第一电流，自第五晶体管的漏极到源极流过该第二电流。在本专利技术的一实施例中，该开关电路包括一第六晶体管，其第六源极连接接地，其 第六漏极连接该第三晶体管的漏极，其栅极连接该方波信号。在本专利技术的一实施例中，该波形转换电路是分别以该第一参考电压和第二参考电 压作为转换的基准。在本专利技术的一实施例中，该波形转换电路包括第一比较器、第二比较器和RS触发 器。第一比较器的负输入端连接该充放电波形，正输入端连接该第二参考电压。第二比较器 的正输入端连接该充放电波形，负输入端连接该第一参考电压。RS触发器的输入端R连接 该第一比较器的输出端，输入端S连接该第二比较器的输出端，输出端Q输出该方波信号。在本专利技术的一实施例中，上述的振荡器还包括一反相器，连接在该波形转换电路 的输出端与该开关电路的输入端之间。在本专利技术的一实施例中，该第一参考电压和该第二参考电压与该电源电压分别成 比例，且该比例均小于1。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点振荡器 电路不需要精准的基准电压，就可以为开关电源控制器提供稳定的时钟频率基准。同时利 用电容电压作为开关电源控制器的斜坡参考电压，由于此斜坡电压与电源电压成比例，还 能帮助开关电源转换器提高其系统性能。所以此振荡器架构既节省了设计成本，又提高了 系统性能。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具 体实施方式作详细说明，其中图1示出一种普通的RC环形振荡器。图2示出电容充电和放电电压波形图。图3示出根据本专利技术一实施例的振荡器结构框图。图4示出本专利技术一实施例的振荡器电路图。图5示出本专利技术另一实施例的开关电路图。图6示出本专利技术又一实施例的开关电路图。图7示出比较器输入电压波形。图8示出振荡器应用于实际电路的示意图。具体实施例方式在本专利技术的下述实施例中，提供一种振荡器，此振荡器可同时为开关电源电路提 供时钟频率和斜坡参考电压。该振荡器规避了常用振荡器的缺点，并实现以下期望的目标 的部分或全部能够产生与电源电压无关的振荡频率；当参考电压源和参考电流源因外在 环境产生变化时，振荡器仍可以输出稳定的频率，且不需设计一个精准的基准电压，也可以 达到输出频率稳定；振荡器的输出频率的占空比可以自由调节；电容充电和放电电压的大 小与斜率可以精确的设定。在描述本专利技术的具体实施例之前，将本专利技术基本构思的理论推导如下。图2示出 电容充电和放电电压波形图。图中\和V1分别代表电容充电和放电的峰值电压，时间T1是 电容电压从V1充电到Vh所需要的充电时间，T2为电容从Vh放电到V1所需要的放电时间。 这两个时间之和即为一个电容的充放电周期。由电容(C)，电压(V)和电荷(Q)的基本关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种振荡器，包括：参考电压产生电路，产生第一参考电压和第二参考电压，其中第一参考电压高于第二参考电压；减法器，计算第一参考电压和第二参考电压的电压差；电压到电流转换电路，将该电压差转换为与该电压差成比例的基准电流；镜像电流源，根据该基准电流产生具有比例关系的第一电流和第二电流；电容，连接在一充放电节点与接地之间，其中该第一电流从一电源电压流向该充放电节点，该第二电流从该充放电节点流向接地；开关电路，根据一控制信号控制该第一电流和该第二电流的至少其中之一在一周期内的第一时间内导通，以经该充放电节点向该电容提供净充电电流，以及控制该第一电流和该第二电流的至少其中之一在一周期内的第二时间内导通，以经该充放电节点向该电容提供净放电电流，从而在该充放电节点产生周期性的充放电波形；波形转换电路，利用该周期性的充放电波形产生周期性的方波信号，其中该方波信号作为该开关电路的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种振荡器，包括参考电压产生电路，产生第一参考电压和第二参考电压，其中第一参考电压高于第二 参考电压；减法器，计算第一参考电压和第二参考电压的电压差； 电压到电流转换电路，将该电压差转换为与该电压差成比例的基准电流； 镜像电流源，根据该基准电流产生具有比例关系的第一电流和第二电流； 电容，连接在一充放电节点与接地之间，其中该第一电流从一电源电压流向该充放电 节点，该第二电流从该充放电节点流向接地；开关电路，根据一控制信号控制该第一电流和该第二电流的至少其中之一在一周期内 的第一时间内导通，以经该充放电节点向该电容提供净充电电流，以及控制该第一电流和 该第二电流的至少其中之一在一周期内的第二时间内导通，以经该充放电节点向该电容提 供净放电电流，从而在该充放电节点产生周期性的充放电波形；波形转换电路，利用该周期性的充放电波形产生周期性的方波信号，其中该方波信号 作为该开关电路的控制信号。2.如权利要求1所述的振荡器，其特征在于，该开关电路控制该第一电流在该第一时 间内导通，以该第一电流作为净充电电流，且控制该第二电流在该第二时间内导通，以该第 二电流净放电电流。3.如权利要求1所述的振荡器，其特征在于，该开关电路控制该第一电流在该第一时 间内导通，以该第一电流作为净充电电流，且控制该第一电流和该第二电流在该第二时间 内导通，以该第二电流和该第一电流的差值作为净放电电流，其中该第二电流与该第一电 流的比例大于1。4 如权利要求1所述的振荡器，其特征在于，该开关电路控制该第一电流和该第二电 流在该第一时间内导通，以该第一电流和该第二电流的差值作为净充电电流，且控制该第 二电流在该第二时间内导通，以该第二电流净放电电流，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张睿君，
申请(专利权)人：联芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]