CN106374839B - 一种基于负载的频率可调振荡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于负载的频率可调振荡电路，包括：电流偏置电路10、振荡电路20。电流偏置电路10为振荡电路20供电。本发明的实例应用在开关电源芯片中。在开关电源芯片工作后，检测到轻载时，希望能将开关频率降低，而重载时，开关频率提高。电流偏置电路中，NM2的漏电流为Iref，通过负载大小调节BJT2的基极电流可以改变其发射极电流，进而改变BJT1所在支路上的电流，最终改变了电容C的充电电流。电容上充电电流的改变，可以改变振荡器的频率。振荡器频率的改变可以让芯片效率高，节约电能，减小芯片消耗。

Description

一种基于负载的频率可调振荡电路
技术领域
本发明可应用到集成电路中的读出电路和开关电源技术等领域，尤其是频率可调的开关电源技术领域。
背景技术
如今，可移动电子设备已广泛应用到生活和工业领域之中，开关电源芯片作为电子设备技术发展的前提已成为整个集成电路研究的热点。大多数可移动电子设备采用电池对设备进行供电，由于某些可移动电子设备所消耗的功耗不同，需要开关芯片频率可调已达到节约能量的目的。
移动设备从便携性角度考虑，需要电源的体积和质量相对较小。但移动设备又需要较好的续航性，这需要电池的能量利用效率高，因此，电源的管理芯片就尤为关键。在开关电源芯片中，如果能够根据负载不同，而改变开关电源芯片的频率，从而可以改变外部MOS管的开关损耗。
在集成电路还应用到的振荡器如环形振荡器，这种振荡器尽管结构和原理都较为简单，但频率难以调节，不适用在频率可调的开关控制电路中。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于负载的频率可调振荡电路，使得芯片工作更高效，功耗更低。
本发明公开的技术方案包括：
提供了一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，
一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，包括：电流偏置电路(10)，所述电流偏置电路(10)包括参考电流Iref、BJT1电流支路和BJT2电流支路、负载调节模块。振荡电路(20)，所述振荡电路(20)包括比较器comp和电容充放电电路；负载调节模块通过调节双极性晶体管BJT2的基极电流，来分配双极性晶体管BJT1和BJT2所在支路中的电流大小，从而改变电容上的充电电流，最终使振荡电路的频率发生改变。
本发明的一个实例中，所述电流偏置电路(10)包括第一场效应管NM1、第二场效应管NM2、第三场效应管PM1、第一双极性晶体管BJT1、第一双极性晶体管BJT1，其中：第一场效应管NM1的漏极连接到参考输入电流Iref，第一场效应管NM1的栅极和其漏极连接成二极管形式，第一场效应管NM1的源极接地；第二场效应管NM2的栅极连接到第一场效应管NM1的栅极，第二场效应管NM2的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第二场效应管NM2的漏极接地；第一双极性晶体管BJT1的发射集和第二场效应管NM2的漏极相连，第一双极性晶体管BJT1的集电极和第三场效应管PM1的漏极连接，第一双极性晶体管BJT1的基极外接偏置电流b1；第二双极性晶体管BJT2的发射集和第二场效应管NM2的漏极相连，第二双极性晶体管BJT2的集电极和供电电压VDD相连，第二双极性晶体管BJT2的基极外接偏置电流Ib2；第三场效应管PM1的栅极连接到第四场效应管PM2的栅极，第三场效应管PM1的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第三场效应管PM1的漏极接供电电源VDD；
本发明的一个实例中，振荡电路(20)包括第四场效应管PM2、电容C、第五场效应管NM3、比较器comp，其中：第四场效应管PM2的源极连接到所述供电电源VDD，第四场效应管PM2的栅极连接到第三场效应管PM1的栅极，第四场效应管PM2的漏极连接到电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端。第五场效应管PM3的漏极连接到第四场效应管PM2的漏极和电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端，第五场效应管PM3的栅极连接到开关SW，第五场效应管PM3的源极接地。电容C的另一端接地。比较器comp的同相输入端接参考电位Vref。
本发明的实例中，开关电源芯片会根据负载的不同，来调节双极性晶体管BJT2的集电极电流，来改变双极性晶体管BJT1的电流，从而改变振荡电路中电容的充电电流，最终振荡器的频率也会发生改变。芯片能在不同负载下，实现开关频率的而切换，使芯片工作时静态电流更小，节约电能，大大的减小芯片的消耗。
附图说明
图1是本发明一种基于负载的频率可调振荡电路示意图。
图2是本发明的运算放大器电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的实施例的一种基于负载的频率可调振荡电路。
图1为本发明一个实施例的一种基于负载的频率可调振荡电路。
如图1所示，本发明一些实施例中，一种基于负载的频率可调振荡电路包括运算偏置电路10、振荡电路20。
本发明的一个实例中，所述电流偏置电路(10)包括第一场效应管NM1、第二场效应管NM2、第三场效应管PM1、第一双极性晶体管BJT1、第一双极性晶体管BJT1，其中：第一场效应管NM1的漏极连接到参考输入电流Iref，第一场效应管NM1的栅极和其漏极连接成二极管形式，第一场效应管NM1的源极接地；第二场效应管NM2的栅极连接到第一场效应管NM1的栅极，第二场效应管NM2的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第二场效应管NM2的漏极接地；第一双极性晶体管BJT1的发射集和第二场效应管NM2的漏极相连，第一双极性晶体管BJT1的集电极和第三场效应管PM1的漏极连接，第一双极性晶体管BJT1的基极外接偏置电流Ib1；第二双极性晶体管BJT2的发射集和第二场效应管NM2的漏极相连，第二双极性晶体管BJT2的集电极和供电电压VDD相连，第二双极性晶体管BJT2的基极外接偏置电流Ib2；第三场效应管PM1的栅极连接到第四场效应管PM2的栅极，第三场效应管PM1的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第三场效应管PM1的漏极接供电电源VDD；
本发明的一个实例中，振荡电路(20)包括第四场效应管PM2、电容C、第五场效应管NM3、比较器comp，其中：第四场效应管PM2的源极连接到所述供电电源VDD，第四场效应管PM2的栅极连接到第三场效应管PM1的栅极，第四场效应管PM2的漏极连接到电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端。第五场效应管PM3的漏极连接到第四场效应管PM2的漏极和电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端，第五场效应管PM3的栅极连接到开关SW，第五场效应管PM3的源极接地。电容C的另一端接地。比较器comp的同相输入端接参考电位Vref。
如图2所示的是本发明一个实施例的运算放大器电路的结构示意图。运算放大器电路10包括第六场效应管NM4、第七场效应管NM5、第八场效应管PM3、第九场效应管PM4、第十场效应管PM5，其中：所述第六场效应管NM4的栅极和第七场效应管NM4的栅极连接在一起，所述第六场效应管NM4的源极接到地电位，所述第六场效应管PM4的漏极接到第八场效应管PM3的漏极；所述的第七场效应管NM5的源极接到地电位，所述的第七场效应管NM5的漏极接到第九场效应管PM4的漏极，并且连接到所述比较器电路comp的输出端。所述的第八场效应管PM3的栅极接比较器电路comp的同相输入端inp，第八场效应管PM3的源极接第十场效应管PM5的漏极和第九场效应管PM4的源极；第九场效应管PM4的栅极接比较器电路comp的反相输入端inn，第九场效应管PM4的源极接第八场效应管PM3的源极和第十场效应管PM5的漏极；第十场效应管PM5的栅极外接偏置电压pbias,第十场效应管PM5的源极接电源电位VDD。
本发明的实例中，开关电源芯片会根据负载的不同，来调节双极性晶体管BJT2的集电极电流，来改变双极性晶体管BJT1的电流，从而改变振荡电路中电容的充电电流，最终振荡器的频率也会发生改变。芯片能在不同负载下，实现开关频率的而切换，使芯片工作时静态电流更小，节约电能，大大的减小芯片的消耗。
下面简要说明本发明实施例的电路的工作原理。
例如，图1所示的实施例中，当芯片开始工作时，参考电流Iref流经第一场效应管NM1，第二场效应管NM2的漏电流1:1镜像第一场效应管NM1的电流，第一双极性晶体管BJT1的电流I1和第二双极性晶体管BJT2的电流I2之和参考电流Iref。即：
I1+I2＝Iref (1)
第三场效应管PM1的漏电流与第一双极性晶体管BJT1的集电流相等，第四场效应管PM2的漏电流1:1镜像第三场效应管PM2的漏电流，电容I上的充电电流Icharge与第四场效应管PM2的漏电流相等,即：
Icharge＝Iref-I2 (2)
在第五场效应管NM5关断时，充电电流对电容充电，直到电容上的电压达到参考电压Vref时，比较器comp输出电平改变。充电时间为：
在比较器COMP输出电平改变时，在第五场效应管NM5打开很短一段时，使电容上的电荷量迅速释放为零，然后在第五场效应管NM5再次关闭，充电电流再次对电容充电，周而复始的重复此过程。由于放电时间很短，可以将其忽略故振荡器的周期为T1，振荡器频率为：
可见本发明的实施例通过负载来调节振荡器的振荡周期，这会让开关电源芯片工作更高效，静态电流更小，节约电能，大大的减小芯片的消耗。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (4)

1.一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，包括：
电流偏置电路（10），所述电流偏置电路（10）包括参考电流Iref、BJT1电流支路和BJT2电流支路，负载调节模块；
振荡电路（20），所述振荡电路（20）包括比较器comp和电容充放电电路；
所述电流偏置电路（10）包括第一场效应管NM1、第二场效应管NM2、第三场效应管PM1、第一双极性晶体管BJT1、第二双极性晶体管BJT2、负载调节模块，其中：
所述第一场效应管NM1的漏极连接到参考输入电流Iref，第一场效应管NM1的栅极和其漏极连接成二极管形式，第一场效应管NM1的源极接地；
所述第二场效应管NM2的栅极连接到第一场效应管NM1的栅极，第二场效应管NM2的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第二场效应管NM2的漏极接地；
所述第一双极性晶体管BJT1的发射极和第二场效应管NM2的漏极相连，第一双极性晶体管BJT1的集电极和第三场效应管PM1的漏极连接，第一双极性晶体管BJT1的基极外接偏置电流Ib1；
所述第二双极性晶体管BJT2的发射极和第二场效应管NM2的漏极相连，第二双极性晶体管BJT2的集电极和供电电压VDD相连，第二双极性晶体管BJT2的基极与负载调节模块连接；
所述第三场效应管PM1的栅极连接到第四场效应管PM2的栅极，第三场效应管PM1的漏极连到第一双极性晶体管BJT1的发射极，第三场效应管PM1的漏极接供电电源VDD。
2.根据权利要求1所述的一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，负载调节模块与晶体管BJT2的基极电流Ib2相连，负载调节模块控制晶体管BJT2的基极电流Ib2，通过改变晶体管BJT2的基极电流Ib2的电流而改变晶体管BJT2所在支路的电流，进而改变晶体管BJT1所在支路的电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，所述振荡电路（20）包括第四场效应管PM2、电容C、第五场效应管NM3、比较器comp，其中：
所述第四场效应管PM2的源极连接到供电电源VDD，第四场效应管PM2的栅极连接到第三场效应管PM1的栅极，第四场效应管PM2的漏极连接到电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端；
所述第五场效应管NM3的漏极连接到第四场效应管PM2的漏极和电容C的一端和第五场效应管NM3的漏极以及比较器comp的反相输入端，第五场效应管NM3的栅极连接到开关SW，第五场效应管NM3的源极接地；
所述电容C的另一端接地；
所述比较器comp的同相输入端接参考电位Vref。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于负载的频率可调振荡电路，其特征在于，电容C的充电电流受控于晶体管BJT1所在支路的电流，第一双极性晶体管BJT1所在的支路电流受控于第二双极性晶体管BJT2的基极电流，负载调节模块控制晶体管BJT2的基极电流，最终负载调节模块控制了电容C的充电电流。
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