CN101882909B - 一种实现自带死区的压控振荡器的电路及谐振型电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现自带死区的压控振荡器的电路及谐振型电源，所述包括压控振荡器模块以及与压控振荡器模块相连的第一振荡器电阻、充放电电容和吸电流可控电流源，压控振荡器模块由PWM控制输出驱动脉冲，第一振荡器电阻的另一端连接充放电电容的第一端，充放电电容的第二端接地，吸电流可控电流源的电流流入端连接压控振荡器模块，吸电流可控电流源的电流流出端接地。本发明构成的VCO可以很方便地实现VCO的输出频率随控制电压而变化，同时可以输出带死区的1～4路驱动脉冲。与现有技术相比，降低了实际应用中的难度。

Description

一种实现自带死区的压控振荡器的电路及谐振型电源

【技术领域】

本发明涉及一种谐振型电源，尤其涉及该谐振型电源中实现自带死区的压控振荡器的电路。

【背景技术】

压控振荡器(VCO)广泛使用谐振型电源控制中。在谐振型电源中，常常采用调频方式。被控制量和被控量的反馈经调节器调节后输出作为VCO输入，VCO控制输出开关频率变化。VCO的输出频率随输入电压变化的线性度，输出频率精度和频率变化范围对谐振型电源控制的稳定性和控制精度有很大的影响。以VCO为核心的控制电路实现的难易程度，实现成本对谐振型电源开发有关键的影响。目前有一种实现谐振电源控制中VCO功能的方法是利用三极管或者MOS管与SG3525组合实现VCO功能，具体电路如图1所示。电阻R_D是VCO的振荡器电阻，电容C_T是VCO的充放电电容。由3525频率计算公式：

$f\≈\frac{1}{C_T*(0.7*R_T+{3R}_D)}---\left(1\right)$

由公式(1)可知，如果改变R_T值，则3525输出频率按照公式(1)也随之改变。目前变频方法如图2所示，在图中选用小信号三极管(MOS管)Q来代替固定电阻R_T。如果合适的控制电压Vc使得Q工作在放大态(即可变电阻区)，则随着控制电压Vc的变化，3525的6脚从IC往外看去的等效电阻也在变化，使得3525输出频率也跟着变化，上述过程最终表现为3525输出脉冲频率随着Vc的变化而变化。

采用图2所示的变频方法的优点是：电路简单，精度高，直接出2路带有死区，占空比可调的驱动脉冲。但采用该变频方法必须小心的选择控制电压Vc，使得Q工作在放大区，才能实现输出频率随控制电压Vc变化。否则Q工作在饱和区或者截止区，无法实现频率变化，这增加了VCO电路使用难度，并且VCO控制电压输入范围很窄。另外，在批量生成时，由于很难保证Q管的特性一致，所以很难保证VCO的特性一致，批量生产时一致性差。

【发明内容】

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种实现自带死区的压控振荡器，不受三极管线性放大区的约束，并且可实现压控振荡器的输出频率变化，本发明还同时提供一种使用该电路的谐振型电源。

根据本发明的一方面，提供一种实现自带死区的压控振荡器的电路，包括用于实现自带死区的压控振荡器模块以及与所述压控振荡器模块相连的第一振荡器电阻、充放电电容和吸电流可控电流源，所述压控振荡器模块由PWM控制输出驱动脉冲，所述第一振荡器电阻的另一端连接所述充放电电容的第一端，所述充放电电容的第二端接地，所述吸电流可控电流源的电流流入端连接压控振荡器模块，所述吸电流可控电流源的电流流出端接地，所述吸电流可控电流源的控制端用于输入控制量，所述吸电流可控电流源根据所述控制量的大小从所述压控振荡器模块汲取电流。

根据本发明的另一方面，提供一种实现自带死区的压控振荡器的电路，包括用于实现自带死区的压控振荡器模块以及与所述压控振荡器模块相连的第二振荡器电阻、充放电电容和吸电流可控电流源，所述压控振荡器模块由PWM控制输出驱动脉冲，所述第二振荡器电阻的另一端连接所述充放电电容的第二端，所述充放电电容的第二端接地，所述吸电流可控电流源的电流流入端连接压控振荡器模块，所述吸电流可控电流源的电流流出端连接所述充放电电容的第一端，所述吸电流可控电流源的控制端用于输入控制量，所述吸电流可控电流源根据所述控制量的大小从所述压控振荡器模块汲取电流。

根据本发明的又一方面，提供一种谐振型电源，包括上述任一所述的电路。

本发明用一个吸电流可控电流源代替由三极管来构成可变电阻实现压控振荡器的输出频率调节，因吸电流可控电流源不需要考虑是否工作在线性放大区，因此对控制量没有限制，可根据需要来选择控制量，从而可以很方便地实现VCO的输出频率随控制量而变化，与现有技术相比，降低了实际应用中的难度，既能保留现有技术中采用三极管组合构成VCO的优点，又能克服利用三极管作可变电阻带来的缺点。

【附图说明】

图1为SG3525定频工作方式原理图；

图2为现有技术中SG3525变频工作方式原理图；

图3为本发明一种实施例的压控振荡器变频工作方式原理图；

图4为本发明一种实施例中压控振荡器变频工作方式的电路图；

图5为本发明另一种实施例的压控振荡器变频工作方式原理图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图3，在一种实施例中，实现自带死区的压控振荡器的电路包括：可实现自带死区的压控振荡器模块VCO、与压控振荡器模块相连的第一振荡器电阻R_D和充放电电容C_T，还包括吸电流可控电流源G_VC，第一振荡器电阻R_D的另一端连接所述充放电电容C_T的第一端，所述充放电电容C_T的第二端接地，所述吸电流可控电流源G_VC的电流流入端连接压控振荡器模块VCO，所述吸电流可控电流源G_VC的电流流出端接充放电电容C_T的第二端并与充放电电容C_T的第二端一起接地。

压控振荡器模块VCO是由PWM控制输出驱动脉冲的压控振荡器，其作用是产生1～4路频率可变、互锁、自带死区的驱动脉冲，驱动脉冲可以直接驱动MOS管。充放电电容C_T是振荡器的充放电电容，利用C_T电容的充放电作定时电容。第一振荡器电阻R_D是振荡器电阻，其作用是作为充放电电容的放电电阻，产生两路驱动脉冲之间的死区，调节R_D，可以调节两路驱动脉冲死区大小。

压控振荡器模块VCO可以通过是硬件组成的电路，也可以是PWM控制的IC(集成电路)，下面以压控振荡器模块VCO采用SG3525来说明如何变频。

吸电流可控电流源G_VC是从外部源汲取电流的一种可控电流源，这种可控电流源从外部源汲取的电流大小受控于可控电流源输入的控制量的大小，控制量可以是电压或者电流。根据控制量的变化，可改变两路频率可变、互锁、自带死区的驱动脉冲的频率。如图3所示，吸电流可控电流源G_VC从SG3535第6脚吸电流的大小取决于可控电流源的控制电压V_C。这样从SG3525第6脚看出来，吸电流可控电流源G_VC等效为一个可变电阻。如果调节控制量(例如控制电压V_C)，则从SG3525的第6脚往外看的等效电阻随着控制量V_C的变化在不断变化，这样，等效为图1中R_T在不断变化，则SG3525输出频率也在不断变化，实现压控振荡器(VCO)的功能。在调节VCO的输出频率时，由于不需要考虑吸电流可控电流源是否工作在线性放大区，所以控制吸电流大小的控制量可根据需要来选择，可以很方便地实现VCO的输出频率随控制量而变化。同时吸电流可控电流源在设计时一致性好，因此批量生产的VCO电路的一致性也比较好。

请参考图4，在一种具体的实施例中，吸电流可控电流源G_VC包括放大器A、三极管Q1和电阻R1，所述三极管Q1串联在压控振荡器模块VCO和所述电阻R1的第一端之间，所述电阻R1的第二端连接充放电电容C_T第二端并与放电电容C_T第二端一起接地，所述三极管Q1的控制极连接所述放大器的输出端，所述放大器的输入端输入控制电压V_C。

三极管Q1可以是双极型三极管，例如PNP型三极管或NPN型三极管。三极管Q1也可以是单极型三极管，也称为场效应管，例如MOSFET(即MOS管，金属氧化物半导体场效应管)。

放大器A可以为运算放大器，也可以是其它形式的放大电路。

电阻R1可以是固定电阻。

下面以放大器A为运算放大器、三极管Q1是小信号的MOS管为例进行说明。MOS管的漏极耦合到压控振荡器模块，所述MOS管的源极耦合到所述电阻R1的第一端，所述MOS管的栅极耦合到所述运算放大器的输出端，所述放大器的同相输入端输入控制电压，所述放大器的反相输入端输入反馈电压。可控电流源G_VC工作时，当输入控制量V_C变化时，由于运算放大器处于放大态，满足“虚短”条件，则运算放大器反相输入端电压也为V_C，即接地电阻R1上端电压为V_C，流过R1上的电流由欧姆定理为V_C/R1，又由运算放大器“虚断”，流到运算放大器反相输入端的电流为0，由基尔霍夫电流定律，流经MOS管的源极电流为V_C/R1，而MOS管源极电流即为漏极电流，也就是从压控振荡器的6脚汲取电流。这样该电路工作时实现了汲取电流等于输入电压V_C除以电阻R1这样一个功能。随输入电压V_C的变化，汲取电流也随之线性变化，实现可控吸电流源的功能。

利用吸电流的可控电流源与SG 3525结合实现VCO功能带来以下优点：

1.和由三极管(MOS管)来构成可变电阻调节频率相比，利用吸电流的可控电流源与SG3525结合实现VCO功能能够大大拓宽变频范围，使得该VCO电路更能适应以MOS管作开关器件的谐振电路的高频开关要求。

2.利用吸电流的可控电流源与SG3525结合实现VCO功能能够大大拓宽VCO电路控制电压范围，使得该VCO电路更能适应误差放大器输出电压调整要求。

3.由于可控电流源设计时一致性高，批量生产时VCO电路一致性好。

根据公式(1)，可以通过改变R_T的值来实现压控振荡器模块输出频率的变化，同理也可以通过改变电阻R_D的值来实现压控振荡器模块输出频率的变化。

在另一实施例中，通过改变电阻R_D的值来实现压控振荡器模块输出频率的变化，其电路如图5所示，包括可实现自带死区的压控振荡器模块VCO以及与所述压控振荡器模块VCO相连的第二振荡器电阻R_T、充放电电容C_T和吸电流可控电流源G_VC，所述第二振荡器电阻R_T的另一端连接所述充放电电容C_T的第二端，所述充放电电容C_T的第二端接地，所述吸电流可控电流源G_VC的电流流入端连接压控振荡器模块VCO，所述吸电流可控电流源G_VC的电流流出端连接所述充放电电容C_T的第一端。

通过吸电流可控电流源实现压控振荡器模块输出频率变化的原理同图3所示的实施例。本实施例中，吸电流可控电流源的具体实现方案也可与上述实施例中相同。

上述实现自带死区的压控振荡器的电路可应用在各种谐振型电源中，实现电源输出的变频。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现自带死区的压控振荡器的电路,包括用于实现自带死区的压控振荡器模块以及与所述压控振荡器模块相连的第一振荡器电阻和充放电电容，所述压控振荡器模块由PWM控制输出驱动脉冲，所述第一振荡器电阻的另一端连接所述充放电电容的第一端，所述充放电电容的第二端接地，其特征在于，所述电路还包括吸电流可控电流源，所述吸电流可控电流源的电流流入端连接压控振荡器模块，所述吸电流可控电流源的电流流出端接地，所述吸电流可控电流源的控制端用于输入控制量，所述吸电流可控电流源根据所述控制量的大小从所述压控振荡器模块汲取电流；所述吸电流可控电流源包括放大器、三极管和电阻，所述三极管为金属氧化物半导体场效应管MOSFET，所述MOSFET的漏极耦合到压控振荡器模块，所述MOSFET的源极耦合到所述电阻的第一端，所述电阻的第二端接地，所述MOSFET的栅极耦合到所述放大器的输出端，所述放大器的同相输入端输入控制电压，所述放大器的反相输入端耦合到所述电阻的第一端，输入反馈电压。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放大器为运算放大器。

3.如权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述压控振荡器模块为PWM控制的压控振荡IC。

4.一种谐振型电源，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一项所述的电路。