一种保持恒定斜坡补偿量的电路的制作方法
【专利摘要】一种保持恒定斜坡补偿量的电路，一个振荡器电路，调整振荡电压独立于变化频率，使得电压以统一的方式振荡。斜坡补偿是由振荡电压引起。调整是通过利用一个窗口比较器以建立振荡电压的工作范围。当振荡电压超过工作范围的时候，窗口比较器指示一个计数器电路，以计数或者倒数，这取决于振荡电压的范围值。这个计数器然后被用于调整电流为电容充电的量。因此，当峰值电压太低的时候，电流量向上调整。当峰值电压太高的时候，电流量向下调整。在这种方式中，振荡电压保持在一个基本统一的值，而频率被同步到一个外部时钟信号上。
【专利说明】一种保持恒定斜坡补偿量的电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一个开关稳压器电路。更特别地，本发明涉及一种不考虑稳压器的开关频率，在开关稳压器中保持恒定的斜坡补偿的电路和方法。
【背景技术】
[0002]电压稳压器的目的是通过一个电压源为负载提供一个预定的和基本恒定的输出电压，该电压源可能指定为不良的或者波动的。有两种稳压器通常被使用，以提供这个功能，线性稳压器和开关稳压器。在典型的线性稳压器中，输出电压的调节是由电流控制，该电流通过一个通过元件从电压源流向负载。
[0003]在开关电压稳压器中，从电压源流向负载的电流不稳定，但是可以形成离散的电流脉冲。为了创建离散的电流脉冲，开关稳压器通常采用一个开关(如，一个功率晶体管)串联或者并联耦合到负载上。电流脉冲通过一个电感储能元件转换成一个稳定的负载电流。
[0004]通过控制开关的占空比，S卩，开关打开的时间与整个开关周期的百分比，该开关电压稳压器可以调节负载电压。在开关电压稳压器的电流模式，即，一个开关稳压器被稳压器中的电流驱动信号所控制，当占空比超过50%的时候，将有一个内在的不稳定，即，当开关打开的时间超过给定开关周期的50%。在这种电流模式的开关稳压器中，调节电流驱动信号以保持稳定性，该电流驱动信号用于控制具有斜坡补偿信号的稳压器，该斜坡补偿信号以补偿在高占空比下的不稳定性。
[0005]产生这种斜坡补偿信号的一种方法是利用振荡信号的一部分作为补偿信号。振荡信号可能是，例如，一个斜坡信号，被用于产生一个时钟信号，以控制稳压器的开关。斜坡补偿信号可以通过将斜坡信号增加到电流驱动信号，或者从控制信号中减去它。从斜坡补偿信号产生一个信号，该信号振荡稳压器的开关，斜坡补偿信号对稳压器开关的同步很有利。
[0006]图1所示的是一个振荡器电路100，其被用于设置开关频率和产生斜坡补偿。
[0007]图2所示的是一个时序图，其显示了图1中电路的工作。图2表明振荡器控制开关稳压器的开关频率，控制如下:振荡器通过用可控电流源120对电容110充电至参考电压，以控制开关稳压器的频率。电容110的电压如图2的线I中结点A的电压所示。
[0008]电容110上的电压为电路100提供动态的占空比。例如，当电压为O伏的时候，电路100处于占空比的开始，当电容上的电压达到
Vref的时候，电路loo接近占空比的结尾。斜坡补偿很重要，因为占空比信息提供适当的斜
坡补偿的量非常关键。因此，电容110上的电压可以用于控制斜坡补偿的量。
[0009]当电容电压上升至Vref的时候，结点A上的电压导致比较器130跳闸。比较器130
的输出，提供输出信号给开关稳压器的控制逻辑，如图2中线3中的结点A所示。当比较器130跳闸的时候，开关稳压器占空比打开的部分开始。当锁存器140改变其输出，导致开关150关闭，电容110快速放电。图2中的线2，由图1和2中的φΑ表明，显示出锁存器140
的正极输出。当结点A上的电压降到Vr2的时候，比较器160跳闸。这使得锁存器140和开
关150被重置为关闭。在这个时刻，电容110开始充电，周期重复。
[0010]图3是电路300，其利用电容110的电压以产生斜坡补偿电流。在确定的斜坡补偿变化率内，电阻串310,320,330和340设置占空比中不同的点。
[0011]图4显示的电阻串310-340获得不同的斜坡补偿的三个转折点。第一个转折点通常设置在占空比为40%的时候(最好小于占空比的50%)。在第一个转折点的时候，晶体管350通常打开。在第二个转折点的时候，晶体管360通常打开，且为斜坡补偿信号增加更多的电流。在第三个转折点的时候，晶体管370通常打开，且增加更多的电流。电阻372，374和376被电路要求工作。
[0012]在具体实现中，如通信电路，利用一个外部时钟，以同步稳压器的工作至一个更高的频率是有利的。迫使稳压器工作至一个更高的频率的另一种方法是迫使振荡电容过早的放电。然而，这样做的话，电路将丢失关键的占空比信息。没有适当的占空比信息，可能导致不足的斜坡补偿。
[0013]对于这个问题的一个可能解决的方案是增加一个电路，以检测外部时钟的存在。一旦外部时钟被检测到，斜坡补偿由于一个固定的因素增加到最大同步频率。这种方法的一个问题在于，如果稳压器被同步到稍微高于正常工作频率，将导致过补偿。这种补偿将使得过补偿的量减小最大输出电流。
[0014]同步的另一种方法不需要减小斜坡补偿的效率，在芯片上，与稳压器一起，利用一个锁相环(PLL)。PLL使得振荡器电容的电压在外部时钟的采样范围内(B卩，这个范围内，PLL可以跟踪频率)总是达到跳闸电压。因此，振荡器电容的占空比信息被保留。然而，这种方法需要在芯片上有一个额外的引脚，因为芯片上的PLL环滤波元件通常过大而实现。
[0015]因此，需要提供一个电路，当稳压器的工作和外部时钟频率同步的时候，该电路保持斜坡补偿。
[0016]它还需要提供一个电路，以保持斜坡补偿基本超过稳压器的整个工作范围。
[0017]它还需要提供一个集成电路，以保持外部电路的斜坡补偿最小。
【发明内容】
[0018]本发明的第一个目的是提供一个电路，当稳压器的工作和外部时钟频率同步的时候，该电路保持斜坡补偿。
[0019]本发明的第二个目的是提供一个电路，以保持斜坡补偿基本超过稳压器的整个工作范围。
[0020]本发明的第三个目的是提供一个集成电路，以保持外部电路的斜坡补偿最小。
[0021]本发明的技术解决方案是:
本发明的这些和其他的目的是通过提供一个振荡电路而完成，该振荡电路包括一个电容，以提供第一电压，一个窗口比较器电路I禹合到电容上，基于第一电压，以提供第一输出信号和第二输出信号，一个计数器电路，基于第一输出信号和第二输出信号，以提供一个控制信号，可控电流源，基于控制信号，以控制第一电压。
[0022]根据本发明，将振荡电容与外部时钟频率同步的一个较好的方法是，电容在外部时钟频率充电和放电的时候，保持一个基本恒定的峰值电压，将这个峰值与第一参考电压相比较，以提供第一输出信号，将这个峰值与第二参考电压相比较，以提供第二输出信号，以产生一个控制信号，该循环包括:1)向上，2)向下,3)基于第一和第二输出信号,保持相同；基于控制信号，以调整峰值电压。
[0023]对比专利文献:CN201947170U 开关电源同步电路201020612429.3，CN202435271U 斜坡补偿电路 201220027722.2
【专利附图】
【附图说明】:
本发明的上述以及其他目的和优点在接下来有详细的描述，并结合相关图示，其中参考特性指的是全篇的元器件，其中:
图1所示的是应用于开关稳压器的开关中的一个振荡电路先前技术的原理图。
[0024]图2所示的是图1中电路的各个输出的图解说明。
[0025]图3所示的是提供不同的斜坡补偿的常规电路的电路图。
[0026]图4所示的是图3中电路工作的图解说明。
[0027]图5所示的是根据本发明的一个斜坡补偿同步电路的框图。
[0028]图6所示的是根据本发明，图5中电路工作的时序图。
[0029]图7所示的是根据本发明，图5中电路工作的另一个时序图。
[0030]【具体实施方式】:
图5所示的是，根据本发明的电路500的一个框图，其最好包括PLL的属性，但不像PLL一样，需要外部离散电路和外部引脚。在电路500中，结点A的电压基本保持相同的峰值电压，而不考虑开关频率，只要这个频率在电路指定的范围内，如下所述。
[0031]电路500的操作保持振荡电容110的电压水平独立于开关频率。从广义上讲，电路的工作如下。当电路同步到外部时钟，电路500在几个时钟周期内，将峰值电压返回到一个预设的范围内，电路500通过调整充电电容110上的电流以完成这些，其通过利用一个计数器电路510调整。该计数器电路从窗口比较器接收调整信息，该窗口比较器包括比较器560 和 570。
[0032]在每个第一计数周期，向上/向下计数器510向上或者向下计数，这取决于外部时钟是比当前工作频率快(向上同步)还是慢(向下同步)。每个电流源520都为结点A提供了部分电流。电流源520最好选择多元加权，以提供一个递增的调整电流源，即，电流源在已知的离散量范围内被调整向上或者向下。这个电流影响结点A的电压。当计数器向上或者向下计数时，电流源520被添加或者去除，直到结点A被充电到预定电压范围的峰值电压。一旦电压在预定的范围内，来自向上/向下计数器510的控制信号(可能被当作计数器信号)不向上或者向下计数，但是，仍然保持相同。在这个时刻，电路与外部时钟频率同步。
[0033]值得注意的是，向上/向下计数器510的时钟最好由锁存器140的输出设置。这个输出，最好同时设置电容110的放电时间。[0034]当电路使用比较器将％与参考电压VrEF:和Vref2作比较，使得输出修改时间。因
此，计数最好发生在电容110在峰值电压的时候。这使得比较发生在最大电容电压的时候。在另一个实施例中，计数器510在整个时钟周期可能实施计数功能，而不是仅仅在电容110的峰值时刻。
[0035]下面将详细解释电路500的工作。电路500工作在三种不同的模式:自由运行模式，向上同步和向下同步。这些模式由电路中的不同时钟信号区分。在自由运行模式下，没有外部信号作用在同步端子上。当时钟信号的频率高于检测到的当前工作信号频率时，向上同步模式开始。在向下同步模式下，时钟信号的频率低于检测到的当前工作信号频率。
[0036]使用时钟检测电路530以确定同步端子上是否有一个外部时钟信号或者一次性状态变化。当同步端子承担多重功能的时候，这个判断就很重要。同步端子的三种模式功能的一个例子是:该端子上的低电压导致芯片完成特定的功能，高电压导致芯片完成另一个特定的功能，该端子上的时钟信号，表明需要同步。在一个实施例中，当外部时钟作用时，时钟检测电路530输出一个逻辑高电平，当没有外部时钟作用时，输出一个逻辑低电平。
[0037]当外部时钟作用时，如，在向上同步，向下模式或者锁存模式下，即，电路的这些模式已经被同步到外部信号，单触发电路540接收外部时钟信号，以产生窄脉冲的输出，其与外部时钟信号的周期基本相同。当没有外部信号时钟的时候，单触发540的输出时逻辑高电平或者逻辑低电平，这依赖于同步端子的状态。
[0038]在自由运行模式，振荡器的频率由一个信号回路管理，其包括结点A的电压和UR，FRCLK和RS信号。在这个模式下，电路500的工作与图1所示的振荡电路100基本相同。ExtClkDet信号(外部时钟检测)在自由运行模式下，最好保持逻辑低电平，导致向上/向下计数器510的负载到达计数器510的输入负载的预定的值。这个值使用连接线515-519，可能使得一个或者多个电流源520打开，以增加电流给电流源550。总电流给振荡电容110提供充电电流，以定义电容110的充电率，从而设定自由运行频率。
[0039]当时钟信号的频率高于当前工作信号频率时，向上同步模式开始。当外部时钟信号作用时，上述提到的回路被ExtClkDet信号变高所打破。锁存器140工作信号的控制由逻辑元件502，504，506和508来完成。在这个时刻，振荡电容的放电由单触发电路540的输出通过信号OS来控制。同时，时钟检测电路530中断向上/向下计数器510，以加载一个预设的值。此外，单触发电路540与外部时钟最好工作在相同的频率。
[0040]在向上同步的开始几个周期内，结点A上的电压将被提前终止，因此，将不会引起
比较器560和570的参考电压Vref:和Vref2形成的电压窗的上升。在这个时刻，结点B的
信号，显示Va >VREF2,最好为低电平的时候，导致向上/向下计数器510向上计数。每向上计数一次，计数器510最好打开电流源520的一个或者多个外部电流源，以为振荡电容Iio快速的充电。因此,很显然，比较器560和570利用参考电压VREFjBVREF2形成一个窗口比较器，以构建一个振荡电容110的特定工作范围。此外，逻辑电路580用于增加比较器560和570的输出，从比较器到向上/向下计数器510提供信息。
[0041]每个时钟周期都重复这个过程，直到结点A上的电压达到参考电压Vref:和vREF2
所设定的电压范围。当这种情况发生的时候，结点C，表明Vrefi <VA CVref2 ,变为低电
平的时候，停止计数器510计数。电路500开始与外部时钟频率同步。
[0042]如上所述，向上/向下计数器的时钟最好由锁存器140的操作控制。它也受计数器510的部分所控制，如溢出(溢出防止计数器“寻线”一即，寻找一个合适的电压电平一当输入频率高于采样范围的时候)，结点C的输出和逻辑元件507和509。
[0043]图6显示了电路500从一个很低的频率，与外部时钟信号向上同步的示意图。线I显示了外部时钟的输入。线2显示了单触发信号，OS。单触发信号是一个窄脉冲，最好与外部时钟信号有相同的周期。线3显示了结点A出的电压。在更高频率开始的几个周期脉冲内，可以看出，结点A的电压在达到电路正常运行所需的足够的水平和足够的斜坡补偿之前，有一个下降。在开始的几个脉冲之后，尽管频率不同，但可以看出，峰值电压已经恢复到原来的状态。
[0044]线4显示了结点B处的电压，对应于Va > Vref2。当电压变低时，计数器510提
供的向上同步开始。结点B电 压下降的同时，为外部时钟输入。因为OS信号立即控制电容110的放电，导致其与外部时钟输入有相同的频率。
[0045]线5显不了 ξ!ξι结点C，显不了反向的顺序2 +> Vj^ > Vref:，变低，电路500与
外部时钟信号完全同步。这种状态锁存计数器510在当前的位置。这种状态的时候，电路500可以为电容110充电至其正确的值，在较高的频率下，以保持足够的斜坡补偿。
[0046]图7显示了电路500在向下同步模式下的工作。向下同步的工作类似于向上同步，但是一些信号为相反的状态。线I显示了，当外部频率下降的时候，外部时钟的输入。线2显示了单触发信号，OS，与外部时钟输入基本相同。
[0047]线3显示了结点A的电压。当外部时钟频率下降的时候，电压充电至一个更高的电压，在频率下降之前一直充电。这个更高的电压导致结点B的电压变高。当结点B的电压变高的时候，计时器510向下计数，在每个时钟周期内关闭电流源520的一个电流源。一旦结点A处的电压下降到由比较器560和570的参考电压构成的电压范围的时候，计数器510接收不到向下计数信号。相反，计数器510收到一个保持相同的信号。此后，计数器510为电容110生成固定的充电电流。
[0048]线4和5显示了结点B和C。当电路同步的时候，每个结点的电压都变为低电平。
[0049]应当指出的是，比较器的每个高电平和每个低电平的参考并不限制本发明比较器的其他输出电压和输入电压。相反。如图5所示，对于相应部分的描述，只是为了说明本发明的操作不受本发明的高的或者低的输出配置所限制。
[0050]人们对技术的认识逐渐深入，本发明也可以应用于以上没有被描述的领域，所以，本发明的应用领域并不受限制，它只受以上的权利要求的限制。
【权利要求】
1.一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:一个振荡器电路包括:一个电容，提供第一振荡电压；一个窗口比较器电路I禹合到电容上，以提供基于第一振荡电压的第一输出信号和第二输出信号；一个计数器电路，以提供一个基于第一输出信号和第二输出信号的计数信号；一个可控电流源，基于控制信号以控制第一电压。
2.根据权利要求1所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:该振荡器电路的可控电流源，基于控制信号，以控制第一电压的振幅；第一电压，即具有基本恒定峰值振幅的振荡电压；第一电压是振荡电压；第一电压的振荡周期可调整；窗口比较器电路包括一个具有第一参考电压的第一比较器，和一个具有第二参考电压的第二比较器，窗口比较器提供第一电压的峰值工作范围在第一参考电压和第二参考电压之间；可控电流源是递增可控。
3.根据权利要求1所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:振荡器电路还包括:一个逻辑电路，以接收第一输出信号和第二输出信号，指示计数器电路执行向上或者向下的一个循环，基于第一输出信号和第二输出信号，基本保持相同。
4.根据权利要求1所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:振荡器电路包括:一个电容，提供一个振荡电压，其有一个峰值电压和不同的周期；一个窗口比较器电路，为峰值电压提供一个工作的目标范围，在第一参考电压和第二参考电压之间，基于这个峰值，提供第一输出信号和第二输出信号；计数器电路接收第一输出信号和第二输出信号，基于第一输出信号和第二输出信号，以提供一个控制信号；一个可调电流源，基于独立于不同周期的信号，以设置振荡电压的峰值电压。
5.根据权利要求4所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:振荡器电路包括:窗口比较器包括第一比较器，以提供第一输出电压，第二比较器，以提供第二输出电压；可控电流源是递增可控的；一个逻辑电路，以接收第一输出信号和第二输出信号，指示计数器电路执行向上或者向下的一个循环，基于第一输出信号和第二输出信号，基本保持相同；振荡器电路保持峰值电压为一个基本恒定的电压。
6.根据权利要求1所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:当振荡电容的峰值电压基本上保持在一个恒定的值的时候，一种将振荡电容与外部的时钟频率同步的方法，这种方法包括:在外部时钟频率，电容充电或者放电；峰值到达第一参考电压的时候，以提供第一输出信号；峰值到达第二参考电压的时候，以提供第二输出信号；由一个循环产生一个控制信号，该循环包括:1)向上，2)向下,3)基于第一和第二输出信号,保持相同；基于控制信号，以调整峰值电压。
7.根据权利要求6所述的一种保持恒定斜坡补偿量的电路，其特征是:该调整还包括:保持峰值电压在第一参考电压和第二参考电压之间；为电容充电的电流量，使得峰值保持在第一参考电压和第二参考电压之间；调整为递增调整峰值；峰值到达第一参考电压的时候，以提供第一输出信号；峰值到达第二参考电压的时候，以提供第二输出信号；利用一个窗口比较器提供第一输出信号和第二输出信号。
【文档编号】H02M3/156GK103516214SQ201310494055
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】不公告发明人 申请人:苏州贝克微电子有限公司