適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其包括電流源模塊、閾值電壓模塊、儲(chǔ)能控制模塊和充放電模塊。電流源模塊的輸出端分別與閾值電壓模塊和充放電模塊連接。閾值電壓模塊的輸出端連接儲(chǔ)能控制模塊，儲(chǔ)能控制模塊的輸出端連接充放電模塊，閾值電壓模塊為儲(chǔ)能控制模塊提供參考電壓，儲(chǔ)能控制模塊控制充放電模塊的充放電狀態(tài)。鋸齒波信號(hào)輸出端口連接充放電模塊，其輸出的鋸齒波信號(hào)又作為反饋輸入到儲(chǔ)能控制模塊的輸入端。采用上述方案，本實(shí)用新型線性度良好，生產(chǎn)成本低，并且其輸出的鋸齒波電壓信號(hào)受輸入電壓變化和工作環(huán)境溫度變化的影響很小，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，特別適用于開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制電路。
【專利說(shuō)明】適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是，一種適用于脈 沖覽度調(diào)制系統(tǒng)的鍋齒波振湯電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕和效率高等優(yōu)越性，已廣泛應(yīng)用于電子電氣領(lǐng)域。目 前，開(kāi)關(guān)電源普遍采用脈沖寬度調(diào)制的控制方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。鋸齒波振蕩電路是開(kāi)關(guān)電 源脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的核心，其輸出的穩(wěn)定性直接決定開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制的效果。通 常，齊納二極管在鋸齒波振蕩電路的設(shè)計(jì)中需要被使用，但CMOS集成工藝條件下無(wú)法使用 齊納二極管。因此，在設(shè)計(jì)CMOS集成電路時(shí)，鋸齒波振蕩電路需要新的結(jié)構(gòu)，并且鋸齒波振 蕩電路的穩(wěn)定性應(yīng)具有更1?標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒 波振蕩電路。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路， 其包括電流源模塊、閾值電壓模塊、儲(chǔ)能控制模塊和充放電模塊；電流源模塊的輸出端連接 閾值電壓模塊的輸入端；閾值電壓模塊的輸出端連接儲(chǔ)能控制模塊的輸入端；儲(chǔ)能控制模 塊的輸出端連接充放電模塊的輸入端；充放電模塊的輸出端即為鋸齒波振蕩電路的輸出 端。
[0005] 鍋齒波振蕩電路中，電流源模塊包括1號(hào)M0S管、2號(hào)M0S管、3號(hào)M0S管、1號(hào)電 阻和誤差放大器。其中1號(hào)M0S管的柵極與2號(hào)M0S管的柵極連接，構(gòu)成鏡像電流源結(jié)構(gòu)。 1號(hào)M0S管的漏極與3號(hào)M0S管的漏極連接。3號(hào)M0S管的源極與1號(hào)電阻的上端連接，1 號(hào)電阻的下端接地。3號(hào)M0S管的源極與誤差放大器的負(fù)輸入端連接。誤差放大器的輸出 端與3號(hào)M0S管的柵極連接。3號(hào)M0S管、1號(hào)電阻和誤差放大器共同構(gòu)成電流源的反饋回 路。
[0006] 鍋齒波振蕩電路中，閾值電壓模塊包括1號(hào)M0S管、1號(hào)電阻和2號(hào)電阻。其中1 號(hào)M0S管的柵極連接電流源模塊的3號(hào)M0S管的漏極。1號(hào)M0S管的漏極連接1號(hào)電阻的 上端。1號(hào)電阻的下端連接2號(hào)電阻的上端，2號(hào)電阻的下端接地。
[0007] 鋸齒波振蕩電路中，儲(chǔ)能控制模塊包括1號(hào)比較器、1號(hào)與非門、2號(hào)比較器和2號(hào) 與非門。其中1號(hào)比較器的正輸入端連接閾值電壓模塊1號(hào)M0S管的漏極。1號(hào)比較器的 負(fù)輸入端連接充放電模塊的輸出端。1號(hào)比較器的輸出端連接1號(hào)與非門的上輸入端。1 號(hào)與非門的下輸入端連接2號(hào)與非門的輸出端。2號(hào)比較器的正輸入端連接充放電模塊的 輸出端。2號(hào)比較器的負(fù)輸入端連接充放電模塊2號(hào)電阻的上端。2號(hào)比較器的輸出端連 接2號(hào)與非門的下輸入端。2號(hào)與非門的上輸入端連接1號(hào)與非門的輸出端。
[0008] 鍋齒波振蕩電路中，充放電模塊包括1號(hào)M0S管、充放電電容、鍋齒波電壓信號(hào)輸 出端。其中1號(hào)MOS管的柵極連接儲(chǔ)能控制模塊1號(hào)與非門的輸出端。1號(hào)MOS管的源極 接地。1號(hào)M0S管的漏極連接充放電電容的上端。充放電電容的下端接地。鋸齒波電壓信 號(hào)輸出端連接充放電電容的上端。
[0009] 本實(shí)用新型在CMOS集成工藝條件下生產(chǎn)，并應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源的脈沖寬度調(diào)制系 統(tǒng)。其輸出的鋸齒波電壓信號(hào)受輸入電壓變化和工作環(huán)境溫度變化的影響很小，表現(xiàn)出良 好的穩(wěn)定性，有效提升了開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制電路的性能。本實(shí)用新型線性度良好，適用 范圍廣，生產(chǎn)成本低，特別適用于開(kāi)關(guān)電源脈沖寬度調(diào)制電路。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本實(shí)用新型的模塊結(jié)構(gòu)方框圖；
[0011] 圖2為本實(shí)用新型鋸齒波振蕩電路結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖3為本實(shí)用新型儲(chǔ)能控制模塊電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖4為本實(shí)用新型儲(chǔ)能控制模塊的比較器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖5A為本實(shí)用新型鋸齒波振蕩電路輸出電壓波形圖；
[0015] 圖5B為本實(shí)用新型儲(chǔ)能控制模塊輸出信號(hào)波形圖；

【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了便于理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳 細(xì)的說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)及其附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳的實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型可以 以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書(shū)所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的 目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0017] 需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一元件固定于另一個(gè)元件，包括將該元件直接固定于該另一 個(gè)元件，或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件固定于該另一個(gè)元件。當(dāng)一個(gè)元件連 接另一個(gè)元件，包括將該元件直接連接到該另一個(gè)元件，或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中 的其它元件連接到該另一個(gè)元件。
[0018] 如圖1所示，適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路包括四個(gè)模塊，其分別 為：電流源模塊、閾值電壓模塊、儲(chǔ)能控制模塊和充放電模塊。電流源模塊的輸出端分別與 閾值電壓模塊和充放電模塊連接，其輸出電流IS供給閾值電壓模塊產(chǎn)生閾值電壓VH和VL， 并為充放電模塊提供充電電流。閾值電壓模塊的輸出端連接儲(chǔ)能控制模塊，其輸出兩個(gè)閾 值電壓，一個(gè)為上限閾值電壓VH，另一個(gè)為下限閾值電壓VL。儲(chǔ)能控制模塊連接充放電模 塊，并將鋸齒波輸出信號(hào)Vs作為反饋輸入。儲(chǔ)能控制模塊的輸出信號(hào)Vc控制充放電模塊 的充放電狀態(tài)，當(dāng)鋸齒波反饋信號(hào)Vs小于下限閾值電壓VL時(shí)，控制信號(hào)Vc為低電平，充放 電模塊處于充電狀態(tài)，鋸齒波輸出信號(hào)Vs的值上升。當(dāng)鋸齒波反饋信號(hào)Vs大于上限閾值 電壓VH時(shí)，控制信號(hào)Vc為高電平，充放電模塊處于放電狀態(tài)，鍋齒波輸出信號(hào)Vs的值迅速 下降。通過(guò)不斷在充電狀態(tài)和放電狀態(tài)間裝換，充放電模塊產(chǎn)生并輸出鋸齒波信號(hào)Vs。
[0019] 如圖2所示，在鋸齒波振蕩電路中，MOS管M1、M2、M5、比較器A1和電阻R1共同構(gòu) 成電流源模塊電路。其中M0S管Ml的柵極與M0S管M2的柵極連接，M0S管Ml的源極與 M0S管M2的源極連接，并與電源Vcc連接。M0S管M5的漏極與M0S管Ml的漏極連接，M0S 管M5的源極與電阻R1的上端連接。電阻R1的下端接地。比較器A1的正輸入端與參考電 壓Vref連接，比較器A1的負(fù)輸入端與電阻R1的上端連接。比較器的輸出端與MOS管M5 的柵極連接。
[0020] M0S管M3、電阻R2和電阻R3構(gòu)成閾值電壓模塊。其中M0S管M3的柵極與M0S管 Ml的柵極連接并構(gòu)成鏡像電流源。M0S管M3的源極與電源Vcc連接，M0S管M3的漏極與 電阻R2的上端連接。電阻R2的下端與電阻R3連接，電阻R3的下端接地。電阻R2與電阻 R3串聯(lián)構(gòu)成分壓電路為儲(chǔ)能控制模塊提供閾值電壓。
[0021] M0S管M4、電容C1和端口 Vs構(gòu)成充放電模塊。其中M0S管M4的柵極與儲(chǔ)能控制 模塊的控制信號(hào)輸出端Vc連接。M0S管M4的漏極與電容C1的上端連接，M0S管M4的源極 接地。鋸齒波信號(hào)輸出端口 Vs與電容C1上端連接，電容C1的下端接地。
[0022] 當(dāng)控制信號(hào)Vc為低電平時(shí)，M0S管M4處于斷開(kāi)狀態(tài)，電流源模塊的輸出電流Is對(duì) 電容C1充電，鋸齒波信號(hào)輸出端Vs的電壓線性上升。當(dāng)控制信號(hào)Vc為高電平時(shí)，M0S管 M4處于導(dǎo)通狀態(tài)，電容C1通過(guò)M0S管M4放電，鋸齒波信號(hào)輸出端Vs的電壓快速下降。
[0023] 如圖3所示，比較器P1、與非門N1、比較器P2和與非門N2共同構(gòu)成儲(chǔ)能控制模 塊。其中比較器P1的正輸入端連接電阻R2的上端，并在此處獲得上限閾值電壓VH。比較 器P1的負(fù)輸入端連接鋸齒波信號(hào)輸出端Vs。比較器P1的輸出端連接與非門N1的上輸入 端。與非門N1的下輸入端連接與非門N2的輸出端，與非門N1的輸出端即為充放電信號(hào)輸 出端Vc。比較器P2的正輸入端連接鋸齒波信號(hào)輸出端Vs，比較器P2的負(fù)輸入端連接電阻 R3的上端，并在此處獲得下限閾值電壓VL。比較器P2的輸出端連接與非門N2的下輸入端。 與非門N2的上輸入端連接與非門N1的輸出端。
[0024] 當(dāng)鋸齒波電壓信號(hào)Vs小于下限閾值電壓VL時(shí)，比較器P1輸出高電平，比較器P2 輸出為低電平，充放電控制信號(hào)Vc為低電平。當(dāng)鍋齒波電壓信號(hào)Vs大于上限閾值電壓VH 時(shí)，比較器P1輸出低電平，比較器P2輸出為高電平，充放電控制信號(hào)Vc為高電平。
[0025] 如圖4所示，儲(chǔ)能控制模塊的比較器包括兩級(jí)放大電路和三級(jí)反相電路。其中M0S 管CM1、CM2、CM8和CM9組成一級(jí)放大電路。M0S管CM1的柵極為負(fù)輸入端，M0S管CM2的 柵極為正輸入端。M0S管CM1的源極連接M0S管CM2的源極，M0S管CM1的漏極連接M0S管 CM8的漏極，M0S管CM2的漏極連接M0S管CM9的漏極。M0S管CM8的源極與M0S管CM9的 源極分別接地。
[0026] M0S管CM3、CM4、CM10和CM11組成二級(jí)放大電路。其中M0S管CM3的柵極連接 M0S管CM4的柵極，M0S管CM3的源極連接M0S管CM4的源極。M0S管CM3的漏極連接M0S 管CM10的漏極，M0S管CM10的柵極連接M0S管CM9的柵極。M0S管CM4的漏極連接M0S管 CM11的漏極，M0S管CM11的柵極連接M0S管CM8的柵極。M0S管CM10的源極和M0S管CM11 的源極分別接地。
[0027] M0S管CM5和M0S管CM12組成一級(jí)反相電路，其中M0S管CM5的源極連接電源Vcc， M0S管CM5的柵極連接M0S管CM4的漏極。M0S管CM5的漏極連接M0S管CM12的漏極，M0S 管CM12的柵極連接M0S管CM11的漏極。M0S管CM12的源極接地。
[0028] M0S管CM6和M0S管CM13組成二級(jí)反相電路，其中M0S管CM6的源極連接電源Vcc， M0S管CM6的柵極連接M0S管CM5的漏極。M0S管CM6的漏極連接M0S管CM13的漏極，M0S 管CM13的柵極連接M0S管CM12的漏極。M0S管CM13的源極接地。
[0029] M0S管CM7和M0S管CM14組成三級(jí)反相電路，其中M0S管CM7的源極連接電源Vcc， MOS管CM7的柵極連接MOS管CM6的漏極。MOS管CM7的漏極連接MOS管CM14的漏極，MOS 管CM14的柵極連接M0S管CM13的漏極。M0S管CM14的源極接地。比較器的輸出端口 Vo 連接MOS管CM14的漏極。
[0030] 如圖5A、圖5B所示，當(dāng)電源Vcc電壓值為4V，電容C1選取55PF，工作環(huán)境穩(wěn)定為 27攝氏度時(shí)，鋸齒波振蕩電路的輸出波形Vs如圖5A所示。當(dāng)儲(chǔ)能控制模塊的上限閾值電 壓VH為1.8V，下限閾值電壓為0V時(shí)，充放電控制信號(hào)Vc的波形如圖5B所示。由圖5A和 圖5B可以看出，當(dāng)充放電控制信號(hào)Vc為低電平時(shí)，鋸齒波信號(hào)Vs的幅值線性上升。當(dāng)充 放電控制信號(hào)Vc為高電平時(shí)，鋸齒波信號(hào)Vs的幅值迅速下降。通過(guò)選取不同的電容C1的 值，能夠得到不同頻率的鋸齒波輸出信號(hào)Vs。
【權(quán)利要求】
1. 適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，其包括電流源模塊、閾值 電壓模塊、儲(chǔ)能控制模塊和充放電模塊； 電流源模塊的輸出端分別與閾值電壓模塊的輸入端和充放電模塊的輸入端連接； 閾值電壓模塊的輸出端連接儲(chǔ)能控制模塊的輸入端，儲(chǔ)能控制模塊的輸出端連接充放 電模塊輸入端； 鋸齒波信號(hào)輸出端口連接充放電模塊的輸出端，鋸齒波信號(hào)輸出端口輸出的鋸齒波信 號(hào)又作為反饋信號(hào)輸入到儲(chǔ)能控制模塊的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，電 流源模塊包括1號(hào)MOS管、2號(hào)MOS管、3號(hào)MOS管、1號(hào)電阻和誤差放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，電 流源模塊的1號(hào)MOS管的柵極與2號(hào)MOS管的柵極連接，構(gòu)成鏡像電流源結(jié)構(gòu)； 電流源模塊的1號(hào)MOS管的漏極與3號(hào)MOS管的漏極連接； 電流源模塊的3號(hào)MOS管的源極與1號(hào)電阻的上端連接，1號(hào)電阻的下端接地； 電流源模塊的3號(hào)MOS管的源極與誤差放大器的負(fù)輸入端連接；誤差放大器的輸出端 與3號(hào)MOS管的柵極連接； 電流源模塊的3號(hào)MOS管、1號(hào)電阻和誤差放大器共同構(gòu)成電流源的反饋回路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，閾 值電壓模塊包括1號(hào)MOS管、1號(hào)電阻和2號(hào)電阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，閾 值電壓模塊的1號(hào)MOS管的柵極連接電流源模塊的3號(hào)MOS管的漏極； 閾值電壓模塊的1號(hào)MOS管的漏極連接1號(hào)電阻的上端； 閾值電壓模塊的1號(hào)電阻的下端連接2號(hào)電阻的上端，2號(hào)電阻的下端接地。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，儲(chǔ) 能控制模塊包括1號(hào)比較器、1號(hào)與非門、2號(hào)比較器和2號(hào)與非門。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，儲(chǔ) 能控制模塊的1號(hào)比較器的正輸入端連接閾值電壓模塊1號(hào)MOS管的漏極，1號(hào)比較器的負(fù) 輸入端連接充放電模塊的輸出端，1號(hào)比較器的輸出端連接1號(hào)與非門的上輸入端； 儲(chǔ)能控制模塊的1號(hào)與非門的下輸入端連接2號(hào)與非門的輸出端，2號(hào)比較器的正輸入 端連接充放電模塊的輸出端； 儲(chǔ)能控制模塊的2號(hào)比較器的負(fù)輸入端連接充放電模塊2號(hào)電阻的上端，2號(hào)比較器的 輸出端連接2號(hào)與非門的下輸入端，2號(hào)與非門的上輸入端連接1號(hào)與非門的輸出端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，充 放電模塊包括1號(hào)MOS管、充放電電容、鍋齒波電壓信號(hào)輸出端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述適用于脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的鋸齒波振蕩電路，其特征在于，充 放電模塊的1號(hào)MOS管的柵極連接儲(chǔ)能控制模塊1號(hào)與非門的輸出端，1號(hào)MOS管的源極接 地； 充放電模塊的1號(hào)MOS管的漏極連接充放電電容的上端，充放電電容的下端接地，鋸齒 波電壓信號(hào)輸出端連接充放電電容的上端。
【文檔編號(hào)】H03K4/08GK203872143SQ201420300751
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】邵珠雷, 張?jiān)? 王紅玲 申請(qǐng)人:許昌學(xué)院