专利名称：具有前馈补偿的高精度振荡器系统及其方法
技术领域：
本发明涉及振荡器系统。更具体地，本发明提供了具有前馈补偿的高精度振荡器系统。仅仅作为示例，本发明已应用于冷阴极荧光灯(CCFL)背光驱动器系统。然而将认识到，本发明具有宽得多的应用范围。例如，本发明可以应用于CCFL背光驱动器系统以外的集成电路系统。在另一示例中，本发明可以应用于集成电路以外的设备。
背景技术：
振荡器系统在冷阴极荧光灯(CCFL)背光驱动器系统中通常用作用于脉宽调制 (PWM)的重要组件。例如，振荡器系统可以生成用于内部定时控制的高频时钟信号以及与误差信号相比较的高频斜坡(ramp)信号。
图1 (A)和图1⑶是示出传统PWM控制系统的简化示图。PWM控制系统100包括误差放大器110、振荡器120、PWM比较器130、电容器140以及驱动器150。振荡器120被配置为生成斜坡信号122和时钟信号124。另外，振荡器120被连接到电阻器192，电阻器 192可用来调节斜坡信号122和时钟信号124的频率。误差放大器110在“ + ”端子处接收参考电压V,ef并且在“_”端子处接收反馈电压 VFB。反馈电压指示流经CCFL 160的电流的大小。参考电压与反馈电压之间的差值被误差放大器110放大，误差放大器110的输出端子116连接到电容器140。电容器140用作用于系统回路稳定性的补偿网络。如图I(A)和图1⑶所示，电容器140与误差放大器110 —起向PWM比较器130 输出CMP信号142。PWM比较器130还从振荡器120接收斜坡信号122。由PWM比较器130 将斜坡信号122与CMP信号142相比较，PWM比较器130将PWM控制信号132发送给驱动器150。PWM控制信号132的占空比至少部分地取决于CMP信号142与斜坡信号122之间的比较。驱动器150接收PWM控制信号132并且将PWM驱动信号152输出给电源级(power stage) 165。电能从电源级165通过变压器190被传输给输出级。流经CCFL 160的电流被电阻器195转换为反馈电压。图2是示出如图1㈧和图1⑶所示的传统PWM控制系统100的波形的简化示图。 PWM比较器130在“ + ”端子处接收CMP信号142并且在“_”端子处接收斜坡信号(Ramp) 122。 如果CMP信号142的电压高于斜坡信号122的电压，则PWM信号132的电压为逻辑高电平。 如果CMP信号142的电压低于斜坡信号122的电压，则PWM信号132的电压为逻辑低电平。 因此，PWM信号132的占空比由CMP信号142和斜坡信号122的波形确定。另夕卜，PWM信号 132的频率与由振荡器120生成的斜坡信号122和时钟信号IM的频率相同。斜坡信号122 的频率独立于输入电压Vin，并且斜坡信号122的上升斜率(upward slope)独立于输入电压 VIN。图3是示出传统振荡器120的简化示图，并且图4是示出传统振荡器120的波形的简化示图。
如图3所示，振荡器120包括电压比较器305和310、电容器320以及开关325和 330。电压比较器305和310分别使用内部参考电压V1^P VJ乍为阈值电压。参考电压Vh被设置为高于参考电压\。对于电容器320，电流Ic用作充电电流，电流Id用作放电电流。具体地，在振荡器 120被激活之后，开关325闭合并且开关330断开。电流Ie随后对电容器320充电，电容器 320输出电压322。电压322是斜坡信号122。如果电压322变得高于参考电压VH，则开关 325断开并且开关330闭合。因此，电流Ie停止对电容器320充电，并且电流Id开始对电容器320放电。当电压322变得低于参考电压\时，开关325再次闭合并且开关330再次断开。 然后，电流k停止对电容器320放电，并且电流Ie开始对电容器320充电直到电压322变得再次高于参考电压Vh为止。如图3所示，电容器320在振荡器120所在的芯片内部。该芯片还可以包括用来提高振荡频率的精度和一致性的微调电路(trimming circuit)。在另一示例中，电流Ic和Id由电阻器192确定。如图4所示，针对电容器320的这种充电和放电处理通常是连续的。另外，每个充电时段用Tm表示，每个放电时段用Ttw表示。
m-FjxC0Ton =^h L! °
1C(ΙΑ)
—(K)XC0
τ 一.
1 OFF ““τ
1D(IB) 其中，C。表示电容器320的电容值。因此，
11IcxIDΛ = Ton + Toff = (Vh-V1)XC0xIUII(2)其中，fs表示斜坡信号122和时钟信号124的频率。此外，例如，斜坡信号122的占空比D为
Tqn τ τ
iON ^tiOFF(3 )如上所述的传统PWM控制系统通常具有一个或多个缺点。例如，如果输入电压Vin 改变，则流经CCFL的电流可能立即改变，但是反馈环具有相对较慢的响应。因此，对PWM控制系统的动态调节常常不够快。可以利用前馈补偿技术来改进传统的PWM控制系统。前馈补偿技术在一定程度上可以改进传统PWM控制系统的动态响应和可靠性。由于斜坡信号通常是由振荡器生成的， 因此，前馈技术已实现在传统的振荡器设计中。图5是示出具有前馈补偿的传统振荡器系统的简化示图，图6是示出利用如图5 所示的振荡器系统的PWM控制系统的定时关系的简化示图。如图5所示，电阻器502和电容器504在控制芯片510外部，并且用来调节振荡器系统的输出频率。另外，电阻器522和5M在控制芯片510内部并且用来确定补偿比率。振荡器系统的斜坡信号550在节点506处输出。首先，作为输入电压Vin经由电阻器502对电容器504充电的结果，斜坡信号550的电压电平增大。如果节点506处的电压电平变得高于参考电压Vh，则比较器532输出逻辑低电平的电压534。由于参考电压\低于参考电压VH，因此，相比之下比较器536输出逻辑高电平的电压538。输出电压534和538由逻辑门540、542和544进行处理。逻辑门 540和542形成RS触发器，并且逻辑门544是非(NOT)门。如果电压534为逻辑低电平并且电压538为逻辑高电平，则非门544将输出逻辑高电平的电压M6。因此，晶体管560导通并且电容器504被放电。当节点506处的斜坡信号的电压电平变得低于参考电压\时，电压546变为逻辑低电平，这使得晶体管560截止。 因此，输入电压Vin开始再次对电容器504充电。如图5和图6所示，参考电SVh随着输入电压Vin而改变。具体地，
权利要求
1.一种用于生成一个或多个斜坡信号的系统，该系统包括 振荡器，被配置为至少生成时钟信号；以及斜坡信号生成器，被配置为至少接收所述时钟信号并且生成第一斜坡信号，所述斜坡信号生成器被连接到包括第一端子和第二端子的第一电阻器；其中，所述第一电阻器被配置为在所述第一端子处接收输入电压并且在所述第二端子处被连接到所述斜坡信号生成器，所述第一电阻器与第一电阻值相关联； 其中所述时钟信号至少与设定频率相关联；如果所述输入电压从第一电压值改变为第二电压值，则所述设定频率不变，所述第一电压值不同于所述第二电压值；所述第一斜坡信号至少与所述设定频率以及第一斜率相关联，所述第一斜率与所述第一斜坡信号的增大有关；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述第一斜率改变。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电阻值是可调节的。
3.如权利要求2所述的系统，其中，如果所述第一电阻值改变并且所述输入电压不变， 则所述第一斜率改变。
4.如权利要求1所述的系统，其中 所述振荡器还被配置为生成第二斜坡信号；所述第二斜坡信号至少与所述设定频率以及第二斜率相关联，所述第二斜率与所述第二斜坡信号的增大有关；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述第二斜率的大小不变。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述振荡器被连接到第二电阻器，所述第二电阻器与第二电阻值相关联； 所述设定频率至少部分地取决于所述第二电阻值；以及所述设定频率在实际范围中独立于所述输入电压。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述斜坡信号生成器被配置为接收流经所述第一电阻器的第一电流。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述斜坡信号生成器包括电容器以及一个或多个电流镜；所述斜坡信号生成器还被配置为如果所述时钟信号为逻辑低电平，则至少基于与所述第一电流相关联的信息利用所述一个或多个电流镜来生成第二电流；以及所述斜坡信号生成器还被配置为如果所述时钟信号为逻辑低电平，则利用所述第二电流对所述电容器充电。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述第二电流与所述第一电流成比例。
9.如权利要求7所述的系统，其中 所述电容器包括第三端子和第四端子； 所述第三端子被偏置为设定电压；以及所述第四端子被配置为输出所述第一斜坡信号。
10.一种用于生成脉宽调制控制信号的系统，该系统包括 振荡器，被配置为至少生成时钟信号；斜坡信号生成器，被配置为至少接收所述时钟信号并且生成斜坡信号，所述斜坡信号生成器被连接到包括第一端子和第二端子的第一电阻器；误差放大器，被连接到电容器，所述误差放大器被配置为接收设定电压和反馈电压并且利用所述电容器生成经放大信号；比较器，被配置为接收所述经放大信号和所述斜坡信号，并且至少基于与所述经放大信号和所述斜坡信号相关联的信息来生成比较信号；非门，被配置为接收所述时钟信号并且生成经处理信号；以及与门，被配置为接收所述经处理信号和所述比较信号，并且生成用于脉宽调制的输出信号；其中，所述第一电阻器被配置为在所述第一端子处接收输入电压并且在所述第二端子处被连接到所述斜坡信号生成器，所述第一电阻器与第一电阻值相关联； 其中所述时钟信号至少与设定频率相关联；如果所述输入电压从第一电压值改变为第二电压值，则所述设定频率不变，所述第一电压值不同于所述第二电压值；所述输出信号至少与所述设定频率和占空比相关联；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述占空比改变。
11.如权利要求10所述的系统，还包括驱动器，被配置为接收所述输出信号并且输出驱动信号； 其中，所述驱动信号用来确定流经冷阴极荧光灯的电流。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述反馈电压与所述电流成比例。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述振荡器被连接到第二电阻器，所述第二电阻器与第二电阻值相关联； 所述设定频率至少部分地取决于所述第二电阻值；以及所述设定频率在实际范围中独立于所述输入电压。
14.如权利要求10所述的系统，其中，所述第一电阻值是可调节的。
15.一种用于生成一个或多个斜坡信号的方法，该方法包括 由振荡器至少生成时钟信号；由电阻器接收输入电压，所述电阻器与电阻值相关联； 生成流经所述电阻器的第一电流；由斜坡信号生成器至少接收所述第一电流以及所述时钟信号；以及至少基于与所述第一电流和所述时钟信号相关联的信息来生成第一斜坡信号； 其中所述时钟信号至少与设定频率相关联；如果所述输入电压从第一电压值改变为第二电压值，则所述设定频率不变，所述第一电压值不同于所述第二电压值；所述第一斜坡信号至少与所述设定频率以及第一斜率相关联，所述第一斜率与所述第一斜坡信号的增大有关；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述第一斜率改变。
16.如权利要求15所述的方法，其中，如果所述电阻值改变并且所述输入电压不变，则所述第一斜率改变。
17.如权利要求15所述的方法，还包括 由所述振荡器生成第二斜坡信号； 其中所述第二斜坡信号至少与所述设定频率以及第二斜率相关联，所述第二斜率与所述第二斜坡信号的增大有关；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述第二斜率的大小不变。
18.如权利要求15所述的方法，其中，用于生成第一斜坡信号的处理包括如果所述时钟信号为逻辑低电平，则由一个或多个电流镜至少基于与所述第一电流相关联的信息来生成第二电流；如果所述时钟信号为逻辑低电平，则利用所述第二电流对电容器充电；以及由所述电容器输出所述第一斜坡信号。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二电流与所述第一电流成比例。
20.一种用于生成脉宽调制控制信号的方法，该方法包括 由振荡器至少生成时钟信号；由电阻器接收输入电压，所述电阻器与电阻值相关联； 生成流经所述电阻器的第一电流；由斜坡信号生成器至少接收所述第一电流和所述时钟信号；至少基于与所述第一电流和所述时钟信号相关联的信息来生成斜坡信号；由误差放大器接收设定电压和反馈电压；至少基于与所述设定电压和所述反馈电压相关联的信息来生成经放大信号； 由比较器接收所述经放大信号和所述斜坡信号；至少基于与所述经放大信号和所述斜坡信号相关联的信息来生成比较信号； 由非门接收所述时钟信号；至少基于与所述时钟信号相关联的信息来生成经处理信号； 由与门接收所述经处理信号和所述比较信号；以及至少基于与所述经处理信号和所述比较信号相关联的信息来生成用于脉宽调制的输出信号； 其中所述时钟信号至少与设定频率相关联；如果所述输入电压从第一电压值改变为第二电压值，则所述设定频率不变，所述第一电压值不同于所述第二电压值；所述输出信号至少与所述设定频率和占空比相关联；以及如果所述输入电压从所述第一电压值改变为所述第二电压值，则所述占空比改变。
21.如权利要求20所述的方法，还包括由驱动器接收所述输出信号；以及输出驱动信号以确定流经冷阴极荧光灯的第二电流。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述反馈电压与所述第二电流成比例。
全文摘要
本发明公开了具有前馈补偿的高精度振荡器系统及其方法。提供了用于生成一个或多个斜坡信号的系统和方法。该系统包括一个用于生成时钟信号的振荡器以及一个斜坡信号生成器，该斜坡信号生成器能够接收时钟信号且产生与接收时钟信号同频率的斜坡信号。另外，斜坡信号生成器被连接到包括第一端子和第二端子的第一电阻器。第一电阻器的第一端子接收输入电压，其第二端子被连接到斜坡信号生成器。此外，第一电阻器与第一电阻值相关联。而且，时钟信号至少与设定频率相关联。如果输入电压从第一电压值改变为第二电压值，则设定频率不变。第一电压值不同于第二电压值。
文档编号H02M3/158GK102255506SQ20101018275
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者方烈义, 朱力强, 李淼 申请人:昂宝电子(上海)有限公司