[发明专利]一种应用于开关电源的频率可调的振荡器电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，尤其是一种频率可调的振荡器电路。

背景技术

随着便携式电子产品的普及，开关电源越来越重要，现代电子设备使用的电源大致分为线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源的调整管工作在放大区，它的优势在于不会引入额外的干扰，可靠性好，成本低，但是它有体积较大，变换效率低的缺点；开关电源与线性稳压电源相比，可以升压与降压，供电效率高，功耗小等特点。

开关电源是根据电感和电容能够储存能量的特性，并利用开关动作不断将能量从输入端传到输出端，为负载提供能量。电源系统根据不同的负载情况进行自动调整，时钟信号CLK 产生电路是开关电源中十分重要的模块，时钟信号的周期决定了开关频率，并为后续的其他模块比如分频电路等提供参考。时钟信号的稳定性对电路的信号处理性能有很大的影响，通常要求时钟信号在温度、电源电压和工艺等变化的条件下能保证频率的稳定。

在集成电路设计中常用到的振荡器有三种：RC振荡器，环形振荡器和晶体振荡器。RC振荡器是应用最为普遍的一种振荡器电路，它的结构简单，成本较低，另外该电路功耗也较低。但是这种电路的工作电压极大地影响它的频率，精度较差。环形振荡器的振荡频率范围很宽，稳定度较高，但是对电源噪声很敏感，布局尺寸面积较大。晶体振荡器频率很准，而且工作稳定，其精度只与所选择的晶体器件的固有频率有关，但是它的功耗较大，不易集成在芯片内部。

开关电源需要振荡器具有一定的精度、稳定性并且能够内部集成。因此大多是环形振荡器。如图1所示是一般的开关电源中用于产生时钟信号CLK的环形振荡器。这种振荡器的工作原理如下：

起始状态，电容C1上电荷为0，斜坡信号SLOPE为0，比较器输出为0,MN1管关闭，开始对充电电容C1充电；当充电电压SLOPE大于VREF时，比较器输出变为由0翻转为1，此时MN1管打开，电容C1开始向地放电，因为MN1管的栅压为高电位1，流过电流远远大于电流源对C1的充电电流，因此SLOPE信号在很短的时间内下降为0；当斜坡信号SLOPE下降至略小于VREF时，比较器输出由1变为0，MN1又关闭，开始充电，一个震荡周期完成。

图1中的振荡器，内部设定固定，只能产生固定频率的振荡信号，这就导致后级电路的工作频率收到限制。对于开关电源来说，不同的外部条件和工作模式可能需要不同的开关频率。由于开关电源的开关频率与外接电感和电容密切相关，固定的时钟频率限制了开关电源的开关频率，使得外部器件的适用范围受到限制，并且不利于通过调整时钟频率实现内部环路稳定。同时，随着集成系统的应用，集成系统提供的时钟信号更为精准，用在开关电源中更为稳定，而传统的振荡器只使用自己产生的低精度时钟信号，缺乏可继承性和灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于开关电源的频率可调的振荡器电路，能够通过外接电阻，产生相应频率的时钟信号，从而满足不同的应用要求。

一种应用于开关电源的频率可调的振荡器电路，其特征在于包括以下模块：斜坡产生模块，斜坡比较模块，同步模块。斜坡产生模块可以通过外接电阻产生相应频率的斜坡信号；斜坡比较模块将斜坡信号与电阻分压网络产生的电压作比较，产生相应频率的脉冲信号；同步模块的外接同步时钟接地时，输出内部产生的脉冲信号，当外接一定频率的时钟时，同步功能打开，将开关电源的频率同步。

本发明专利的创造性在于可用较简单的结构，通过外接电阻的变化，使得开关电源的频率从100kHz到1MHz变化，也可利用外接同步引脚将频率同步至一个外部时钟。通过外接电阻调整频率时，根据外接电阻的阻值计算充电电流，并将充电电流转化为电压输出给内部振荡器，内部振荡器根据输入电压产生频率与所述的充电电流值对应的时钟信号和斜坡信号；外部时钟同步时，同步模块接收到外部时钟使能信号后启动，实时接收外部时钟信号和内部振荡器反馈的时钟信号，根据外部时钟信号和时钟信号实时产生同步控制信号输出给充电电流控制电路。充电电流控制电路根据外部时钟信号控制对充电电容的充放电以此产生相应的斜坡信号。

因此，本专利具有如下优点：(1)结构简单，有效的降低了开关损耗；(2)可通过外接电阻改变时钟频率，开关频率的范围在100kHz到1MHz；(3)可通过外接时钟信号将开关频率同步。

附图说明

图1为传统环形振荡器电路结构的示意图；

图2为斜坡产生电路结构的示意图；

图3为斜坡比较电路结构的示意图；

图4为同步时钟电路结构的示意图；