一種實現開關電源脈沖頻率調制的電路結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電子產品領域，尤其涉及一種實現開關電源脈沖頻率調制的電路 結構。
【背景技術】
[0002] 在現代開關電源系統中，常用的控制方式有脈沖寬度調制（PWM)和脈沖頻率調制 (PFM)。而脈沖頻率調制開關電源因為其在低負載狀態下具有優秀的功耗表現而廣受現代 便攜式電子產品的充電管理系統的青睞。
[0003] 現有的PFM系統對開關頻率的變化主要是通過壓控振蕩器的方式來實現的，其原 理如圖1所示。其中，EA_0UT為誤差放大器的輸出，其為輸出電壓的分壓值與基準電壓比 較放大后得到的電壓信號；VC0為壓控振蕩器，根據不同的EA_0UT的值，壓控振蕩器模塊會 輸出不同振蕩頻率的脈沖信號〇SC_OUT，這個可控頻率的脈沖信號再作為邏輯控制電路的 控制信號，決定開關信號的頻率值。因此，決定脈沖頻率大小的關鍵模塊即為壓控振蕩模塊 VC0,其產生的效果即為使開關頻率正比于輸出負載值，達到根據負載的不同調制開關頻率 的效果。
[0004] 現有技術中，無論使用何種結構的壓控振蕩器來實現開關頻率的控制，其原理都 是將輸出電壓的變化轉變為電流的變化，再對某一電容充電，產生對應頻率的振蕩信號。我 們知道，振蕩頻率正比于充放電電流的大小，反比于電容的大小。因此，若要實現低負載時 的低開關頻率，則要求有很大的電容，這在集成電路設計中直接提高了成本；另外，大容量 電容就意味著占用的空間較大，電容的容量與其體積成正比，這點必然影響到集成電路向 小型化發展的要求，同時，大電容量產生的熱量也將成為影響電子產品壽命的因素之一。
【發明內容】
[0005] 本發明目的是提供一種實現開關電源脈沖頻率調制的電路結構，通過使用該電路 結構及方法，避免使用大電容，可降低生產成本，減小產品體積，穩定產品性能，延長使用壽 命。
[0006] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種實現開關電源脈沖頻率調制的 電路結構，包括固定振蕩頻率產生電路，一電荷泵電路及一比較電路，所述電荷泵電路包括 串聯的第一級充放電電路與第二級充放電電路，其中，第二級充放電電路中的電容值遠大 于第一級充放電電路中的電容值，所述固定振蕩頻率產生電路的輸出信號與高電平經或非 門后作為所述電荷泵電路中第一、第二級充放電電路的開關信號DISCHG，所述電荷泵電路 的輸出信號與所述比較電路的正極連接，所述比較電路的負極與開關電源的輸出信號連 接，所述比較電路輸出翻轉后產生控制信號CTL。
[0007] 在其中一實施例中，所述電荷泵電路中，所述第一級充放電電路由第一級開關管 及第一級電容C1構成，所述第二級充放電電路由第二級開關管及并聯的第二級RC網絡構 成，所述第二級RC網絡中的電容由C2、C3并聯構成，所述第二級充放電電路上設置復位電 路及基準電壓VREF2,所述電荷泵電路的輸入基準電壓VREF1小于所述基準電壓VREF2。
[0008] 更進一步地，所述第一級開關管與第二級開關管分別由M0S晶體管Ml和M0S晶體 管M2構成，所述固定振蕩頻率產生電路的輸出信號與高電平經或非門后獲得的開關信號 DISCHG接入所述第一級開關管的控制極G上，所述輸入基準電壓VREF1與第一級開關管的 漏極相連，其源極并聯第一級電容C1;所述開關信號DISCHG的非信號CHG接入所述第二級 開關管的控制極G上，所述第二級開關管的漏極與第一級開關管輸出端連接，其源極并聯 所述第二級RC網絡上。
[0009] 在其中一實施例中，所述開關電源的輸出信號為米樣到的誤差放大器的輸出電壓 信號EA_0UT，該誤差放大器的輸出電壓信號的輸入線路上設有一M0S晶體管M3,其控制極 G與采樣信號連接。
[0010] 更進一步地，還包括一分頻電路，所述分頻電路串接于所述固定振蕩頻率產生電 路的輸出信號上。
[0011] 在其中一實施例中，所述固定振蕩頻率廣生電路的振蕩方波彳目號的占空比50%。
[0012] 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
[0013] 1.本發明采用電荷泵電路，只需要調節電荷泵電路的兩級充放電電路中的電容 C1與C2+C3的比例，即可控制每個振蕩周期所抬升的階梯電壓，延長開關周期，降低開關損 耗提高輸出效率，而不用單獨增大某個電容來實現開關頻率的調節，從而減小了模塊的面 積，節省了成本；
[0014] 2.電荷泵電路配合振蕩信號，實現隨振蕩頻率逐周期抬升比較器C0MP的正極 (" + "端）電壓，同時與采樣到的誤差放大器的輸出電壓EA_0UT比較，實現開關頻率與輸出 負載大小自適應的脈沖頻率調制開關電源的控制；
[0015] 3.在振蕩電路中加入分頻電路，以實現隨時間的推移而使振蕩頻率變低，這樣雖 然每個周期抬升的階梯電壓相同，但振蕩周期變長了，因此進一步延長了開關周期的目的， 降低開關頻率，提高輸出效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明【背景技術】電路結構框圖；
[0017] 圖2是本發明實施例一中電路結構框圖；
[0018] 圖3是本發明實施例一的電路結構示意圖；
[0019] 圖4是本發明實施例一的仿真結果示意圖；
[0020] 圖5是本發明實施例二的電路結構框圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：
[0022] 實施例一：參見圖2~4所示，一種實現開關電源脈沖頻率調制的電路結構，包括 固定振蕩頻率產生電路（即振蕩器電路），一電荷泵電路及一比較電路，所述電荷泵電路包 括串聯的第一級充放電電路與第二級充放電電路，其中，第二級充放電電路中的電容值遠 大于第一級充放電電路中的電容值，所述固定振蕩頻率產生電路的輸出信號與高電平經或 非門后作為所述電荷泵電路中第一、第二級充放電電路的開關信號DISCHG，所述電荷泵電 路的輸出信號與所述比較電路的正極連接，所述比較電路的負極與開關電源的輸出信號連 接，所述比較電路輸出翻轉后產生控制信號CTL。
[0023] 如圖3所示，所述電荷泵電路中，所述第一級充放電電路由第一級開關管及第一 級電容C1構成，所述第二級充放電電路由第二級開關管及并聯的第二級RC網絡構成，所述 第二級RC網絡中的電容由C2、C3并聯構成，所述第二級充放電電路上設置復位電路及基準 電壓VREF2,所述電荷泵電路的輸入基準電壓VREF1小于所述基準電壓VREF2。
[0024] 在本實施例中，所述第一級開關管與第二級開關管分別由M0S晶體管Ml和M0S晶 體管M2構成，所述固定振蕩頻率產生電路的輸出信號與高電平經或非門后獲得的開關信 號DISCHG接入所述第一級開關管的控制極G上，所述輸入基準電壓VREF1與第一級開關管 的漏極相連，其源極并聯第一級電容C1;所述開關信號DISCHG的非信號CHG接入所述第二 級開關管的控制極G上，所述第二級開關管的漏極與第一級開關管輸出端連接，其源極并 聯所述第二級RC網絡上。
[0025] 所述開關電源的輸出信號為采樣到的誤差放大器的輸出電壓信號EA_0UT，該誤差 放大器的輸出電壓信號的輸入線路上設有一M0