具有可調轉角頻率的pwm佔空比合成器和方法

2023-05-02 09:05:06

具有可調轉角頻率的pwm佔空比合成器和方法
【專利摘要】一種用於生成具有輸出頻率(fPWM)的PWM輸出信號(PWMOUT)以響應具有輸入頻率(fPWNIN)的PWM輸入信號(PWMIN)的PWM電路，其包括：代數求和電路(3)，其用於比較PWM輸出信號和PWM輸入信號，並且當PWM輸入信號的值超過PWM輸出信號的對應值時產生增量信號(INC)，以及當PWM輸入信號的值小於PWM輸出信號的對應值時產生減量信號(DEC)；積分器(5)，其通過響應代數求和電路產生的每個增量信號增加佔空比信號的值，並且通過響應每個減量信號減小佔空比信號的值，從而產生一個表示PWM輸入信號的佔空比的佔空比信號(Duty[7:0])；以及PWM發生器電路(9)，其產生PWM輸出信號來響應佔空比信號，從而使PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，而不損失佔空比解析度。
【專利說明】具有可調轉角頻率的PWM佔空比合成器和方法

【技術領域】
[0001] 本發明整體涉及PWM(脈衝寬度調製）電路，其生成PWM輸出信號來響應PWM輸入 信號，並且更具體地，涉及生成具有固定的頻率和與PWM輸入信號的佔空比相同的佔空比 的PWM輸出信號的此類PWM電路。

【背景技術】
[0002] PWM電路被廣泛用作控制電路，尤其在電動機驅動應用中。PWM輸出信號通常借 助數字電路和關聯的系統時鐘信號生成，或藉助模擬比較器電路生成。對於典型的無刷 DC (直流）（BLDC)電機控制器，系統時鐘fsys大約在1MHz到10MHz的範圍內，並且期望的輸 出PWM頻率f PWM大約在20kHz到200kHz的範圍內，取決於具體的應用。
[0003] 現有技術的一種PWM電機驅動電路包括專門設計的PWM發生器、輸出復用器（MUX) 和插值器來增加佔空比解析度。（術語"佔空比解析度"指的是系統內的佔空比的最小允許 增量或變化。例如，如果數字系統能夠計算或提供4%或5%的輸出佔空比，但不能計算或 提供4%到5%之間的任何分數的佔空比解析度，則系統內的佔空比解析度為1% )。現有 技術的另一種用於增加佔空比解析度的技術是利用RC濾波器將來自PWM的佔空比轉換成 DC值，利用ADC (模擬到數字轉換器）將佔空比的DC值轉換成數字表示，並且之後數位化地 生成具有完全相同的佔空比和完全相同的期望頻率的PWM輸出信號。而另一種公知的方法 是利用計數器確定正向佔空比持續時間，並將其除以總佔空比來確定佔空比，並且利用此 信息生成PWM輸出信號。
[0004] 電機驅動器電路的一些使用者可能更喜歡提供相對低的PWM輸入信號頻率，在大 約2千赫茲到高至大約100kHz或更高的範圍內。使用者提供的PWM輸入信號通常被直接 施加到電機驅動器電路中。電機驅動器集成電路可要求電機驅動PWM頻率是特定的固定頻 率，但在一些情況下，可能不適合使用者。相反，使用者可能希望電機驅動PWM頻率獨立於 使用者提供的PWM輸入信號的頻率。一些以前的PWM電路能夠滿足該要求。例如，可利用 計數器確定PWM輸入信號的正向脈衝寬度和總脈衝寬度，並且可以利用除法器確定佔空比 信號，其之後被PWM發生器電路用於生成PWM輸出信號。
[0005] 在典型的電機系統中，周期之間的PWM脈衝寬度變化可以通過物理轉子的動量被 過濾掉，物理轉子可以視作低通濾波器系統。然而，在許多情況下，使用者想用低頻率的PWM 輸入信號來控制電機驅動器電路，但遺憾的是，低頻率的PWM信號通常不適用於驅動電動 機。相反，許多使用者想用相應的基本上更高頻率的PWM輸出信號來驅動電機。如果PWM 輸入信號具有相對低的頻率，則PWM輸出信號的基本較高的頻率通常是利用上面提到的計 數器和除法器技術實現的。一些傳統的電路要求輸入PWM頻率在某個範圍之內，並且一些 傳統電路使用如上面提到的計數器和除法器轉換器。通常優選的是PWM電機驅動信號的頻 率獨立於使用者供應的PWM控制信號頻率。
[0006] 在許多情況下，不希望由電機驅動器集成電路控制的電機轉速過快增加或過快減 小。當佔空比急劇增大時，電機通常在應用全功率下加速。這可以導致要從電源汲取大量 的電流，並且這可以導致電源電壓突然大的不可接受的降低。相反地，當佔空比急劇減小 時，通過強烈地"制動"轉子，電機通常減速。這種強烈的制動將轉子的機械能轉換成電能， 電能被迅速地"傾倒"返回電源中。太多能量被傾倒返回電源可導致電源電壓中大的尖峰 (例如，從5伏到10伏），這會損壞系統內的其它電路/設備。
[0007] 因此，存在對於這樣的PWM電路的未滿足需求：其能夠生成具有獨立於使用者供 應的PWM輸入信號頻率的輸出頻率的PWM輸出信號，其中PWM輸出信號的佔空比與PWM輸 入信號的佔空比完全相等。
[0008] 還存在對這樣的於PWM電路的未滿足需求：其能夠獨立於使用者的PWM控制信號 頻率，生成相對高頻率的PWM輸出信號來響應相對低頻率的PWM輸入信號，其中高頻率的 PWM輸出信號的佔空比與低頻率的PWM輸入信號的佔空比完全相等。
[0009] 還存在對於這樣的PWM電路的未滿足需求：其能夠獨立於使用者的PWM控制信號 頻率生成相對高頻率的PWM輸出信號，以響應相對低頻率的PWM輸入信號，其中高頻率PWM 輸出信號的佔空比是可編程的，其與低頻率PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且具有至 少與低頻率PWM輸入信號的佔空比一樣的解析度。
[0010] 也存在對於這樣的PWM佔空比合成器電路的未滿足的需求：其能夠避免引起由於 PWM輸入信號與響應於該PWM輸入信號生成的PWM輸出信號的佔空比之間的佔空比差造成 的能量在電源和PWM控制的電動機之間突然轉移。
[0011] 還存在對於這樣的PWM佔空比合成器電路的未滿足需求：其能夠阻止由於PWM輸 入信號和PWM輸出信號之間的佔空比失配而導致的電機迅速加速或減速旋轉。
[0012] 還存在對於這樣的PWM電路的未滿足需求：其能夠獨立於使用者供應的PWM控制 信號頻率生成具有第一頻率的PWM輸出信號，以響應具有第二頻率的PWM輸入信號，其中 PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且其中針對佔空比的階躍變 化的PWM電路響應時間是可編程的。
[0013] 還存在對於這樣的PWM電路的未滿足需求：其能夠獨立於使用者供應的PWM控制 信號頻率生成具有第一頻率的PWM輸出信號，以響應具有第二頻率的PWM輸入信號，其中 PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且其中PWM電路能夠在比最接 近的現有技術基本上小的集成電路晶片區域內實現。


【發明內容】

[0014] 本發明的一個目的是提供一種能夠生成PWM輸出信號的PWM電路，其中PWM輸出 信號具有獨立於使用者供應的PWM輸入信號頻率的輸出頻率，其中PWM輸出信號的佔空比 與PWM輸入信號的佔空比完全相等。
[0015] 本發明的另一個目的是提供一種PWM電路，其能夠獨立於使用者的PWM控制信號 頻率生成相對高頻率的PWM輸出信號，來響應相對低的頻率的PWM輸入信號，其中高頻率的 PWM輸出信號的佔空比保持與低頻率PWM輸入信號的佔空比完全相等。
[0016] 本發明的另一個目的是提供一種PWM電路，其能夠獨立於使用者供應的PWM控制 信號頻率生成相對高的頻率的PWM輸出信號，來響應相對低頻率的PWM輸入信號，其中高頻 率的PWM輸出信號的佔空比是可編程的，與低頻率的PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且 具有與低頻率PWM輸入信號的佔空比相同的解析度。
[0017] 本發明的另一個目的是提供一種PWM佔空比合成器電路，其能夠避免引起由於 PWM輸入信號與響應於該PWM輸入信號生成的PWM輸出信號的佔空比之間的佔空比差造成 的能量在電源和PWM控制的電動機之間突然轉移。
[0018] 本發明的一個目的是提供一種PWM佔空比合成器電路，其還能夠阻止由於PWM輸 入信號和PWM輸出信號之間的佔空比失配而導致的電機迅速加速或減速旋轉。
[0019] 本發明的另一個目的是提供一種PWM電路，其能夠獨立於使用者供應的PWM控制 信號頻率生成具有第一頻率的PWM輸出信號，以響應具有第二頻率的PWM輸入信號，其中 PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且其中針對佔空比的階躍變 化的PWM電路響應時間是可編程的。
[0020] 本發明的另一個目的是提供一種PWM電路，其能夠獨立於使用者供應的PWM控制 信號頻率生成具有第一頻率的PWM輸出信號，以響應具有第二頻率的PWM輸入信號，其中 PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，並且其中PWM電路能夠在比最接 近的現有技術基本上更小的集成電路晶片區域內實現。
[0021] 通過簡要地描述並且根據一個實施例，本發明提供一種用於生成具有輸出頻率 (fPWM)的PWM輸出信號（PWM QUT)來響應具有輸入頻率（fp_)的PWM輸入信號（PWMIN)的 PWM電路，其包括：代數求和電路（3)，其用於比較PWM輸出信號和PWM輸入信號，並且當 PWM輸入信號的值超過PWM輸出信號的對應值時產生增量信號（INC)，以及當PWM輸入信 號的值小於PWM輸出信號的對應值時產生減量信號（DEC);積分器（5)，其通過響應代數求 和電路產生的每個增量信號產生佔空比信號（Duty[7:0])的值的增加，並且通過響應每個 減量信號產生佔空比信號的值的減小，來產生一個表示PWM輸入信號的佔空比的佔空比信 號（Duty[7:0]);以及PWM發生器電路（9)，其產生PWM輸出信號來響應佔空比信號，從而使 PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等，而不損失佔空比解析度。
[0022] 在一個實施例中，本發明提供一種PWM(脈衝寬度調製）電路（1A)，其用於生成 具有輸出頻率（f PWM)的PWM輸出信號（PW1W)來響應具有輸入頻率（fP_)的PWM輸入信 號（PWM IN)，從而使PWM輸出信號的佔空比與PWM輸入信號的佔空比完全相等。代數求和電 路⑶在PWM輸入信號（PWM IN)的值超過PWM輸出信號（PW1U)的對應值時產生增量信號 (INC)，並且在PWM輸入信號（PWM IN)的值小於PWM輸出信號（PWMQUT)的對應值時產生減量 信號（DEC)。積分電路（5)通過響應代數求和電路（3)產生的每個增量信號（INC)來產生 第一佔空比信號（Duty[7:0])的值的增加，並且通過響應代數求和電路（3)產生的每個減 量信號（DEC)產生第一佔空比信號（Duty [7:0])的值的減小，產生一個表示PWM輸入信號 (PWMIN)的佔空比的第一佔空比信號（Duty[7:0])。PWM發生器電路（9)生成PWM輸出信號 (PWM QUT)來響應第一佔空比信號（Duty[7:0])。PWM電路（9)運行以使PWM輸出信號（PWM0UT) 的佔空比接近或變成與第一 PWM輸入信號（PWMIN)的佔空比基本上相等。
[0023] 代數求和電路（3)、積分電路（5)和PWM發生器電路（9)形成一個數字反饋迴路， 其運行以使PWM輸出信號（PWU的佔空比與PWM輸入信號（PWM IN)的佔空比相等，而不損 失佔空比解析度。
[0024] 在一個實施例中，輸出頻率（fPJ基本上大於輸入頻率（fPWNIN)。在一個實施例中， 積分電路（5)是數字電路，其包括向上/向下計數器（5)，所述向上/向下計數器具有耦合 以接收增量信號（INC)的第一輸入端和耦合以接收減量信號（DEC)的第二輸入端。如果 PWM輸出信號（PWMQUT)的佔空比等於PWM輸入信號（PWMIN)的佔空比，則代數求和電路（3) 既不產生增量信號（INC)也不產生減量信號（DEC)。
[0025] 在一個實施例中，代數求和電路（3)是數字電路，其包括：第一反相電路（22)，其 具有耦合以接收PWM輸出信號（PWM^)的輸入端；第一邏輯與電路（25)，其具有耦合以接收 PWM輸出信號（PWMOTT)的第一輸入端；第二反相電路（24)，其具有耦合以接收PWM輸入信號 (PWM IN)的輸入端；第二邏輯與電路（23)，其具有耦合以接收PWM輸入信號（PWMIN)的第一 輸入端。第一邏輯與電路（25)的第二輸入端f禹合於第二反相電路（24)的輸出端，並且第 二邏輯與電路（23)的第二輸入端被f禹合以接收第一反相電路（22)的輸出。第一（25)和 第二（23)邏輯與電路分別產生增量信號（INC)和減量信號（DEC)。
[0026] 在一個實施例中，PWM發生器電路（9)包括斜坡發生器電路（33)和比較器（37)， 其中，斜坡發生器電路（33)用於生成斜坡信號（V#。來響應系統時鐘信號（f sys)，比較器 (37)用於比較斜坡信號（V^p)和第一佔空比信號（Duty [7:0]或GenDuty [5:0])，並因此產 生PWM輸出信號（PWMTOT)。在一個實施例中，斜坡發生器電路（33)生成斜坡信號以_>)的 數字表示，並且比較器（37)是數字比較器。
[0027] 在一個實施例中，PWM電路包括插值電路（7)，用於生成第二佔空比信號 (GenDuty [5:0])，即第一佔空比信號（Duty [7:0])的插值表示。在一個實施例中，PWM發生 器電路（9A)產生多個頻率相同但佔空比不同的PWM信號（18)，並且插值電路（7A)根據要 求的PWM佔空比選擇多個PWM信號的預定模式，以便提供平均佔空比，並且插值電路（7A) 藉助輸出復用器（20)選擇多個PWM信號的預定模式。
[0028] 在一個實施例中，本發明提供一種用於生成具有輸出頻率（fPWM)的PWM輸出信號 (PWM 0UT)來響應具有輸入頻率（fPWNIN)的PWM輸入信號（PWMIN)的方法，該方法包括：當PWM 輸入信號（PWMIN)的值超過PWM輸出信號（PWMQUT)的對應值時產生增量信號（INC)，並且當 PWM輸入信號（PWMIN)的值小於PWM輸出信號（PW1U)的對應值時產生減量信號（DEC);通 過響應每個增量信號（INC)產生第一佔空比信號（Duty [7:0])的值的增加，並且通過響應 每個減量信號（DEC)產生第一佔空比信號（Duty [7:0])的值的減小，而產生一個表示PWM 輸入信號（PWMIN)的佔空比的第一佔空比信號（Duty[7:0]);以及藉助PWM發生器電路（5) 生成PWM輸出信號（PWM OTT)來響應第一佔空比信號（Duty[7:0])。
[0029] 在一個實施例中，該方法包括藉助數字代數求和電路（3)比較PWM輸出信號 (PWM 0UT)和 PWM 輸入信號（PWMIN)。
[0030] 在一個實施例中，該方法包括通過操作向上/向下計數器來生成第一佔空比信號 (Duty[7:0])，以響應增量信號（INC)和減量信號（DEC)。
[0031] 在一個實施例中，該方法包括生成第二佔空比信號（GenDuty [5:0])，即第一佔空 比信號（Duty [7:0])的插值表示，其中步驟（c)包括藉助PWM發生器電路（5)生成PWM輸 出信號（PWMQUT)，來響應第二佔空比信號（GenDuty[5:0])。
[0032] 在一個實施例中，本發明提供一種PWM電路，其用於生成具有輸出頻率（fPWM)的 PWM輸出信號（PWMOTT)來響應具有輸入頻率（fP_)的PWM輸入信號（PWM IN)，包括：用於比較 PWM輸出信號（PWMOTT)和PWM輸入信號（PWMIN)，並且當PWM輸入信號（PWM IN)的值超過PWM 輸出信號（PWMQUT)的對應值時產生增量信號（INC)，當PWM輸入信號（PWMIN)的值小於PWM 輸出信號（PW1W)的對應值時產生減量信號（DEC)的裝置（3);用於通過響應代數求和電路 (3)產生的每個增量信號（INC)產生佔空比信號（Duty[7:0])的值的增加，並且通過響應代 數求和電路（3)產生的每個減量信號（DEC)產生佔空比信號（Duty[7:0])的值的減小，來 產生一個表示PWM輸入信號（PWM IN)的佔空比的佔空比信號（Duty [7:0])的裝置（5);以及 用於藉助PWM發生器電路（5)生成PWM輸出信號（PWM^)來響應佔空比信號（Duty [7:0]) 的裝置（9)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是PWM電路的框圖，其中PWM電路生成具有輸出頻率的PWM輸出信號，所述輸 出頻率獨立於PWM輸入信號的輸入頻率，並且具有與PWM輸入信號相同的佔空比。
[0034] 圖2示出圖1中PWM^、PWMIN和積分器輸出信號的波形。
[0035] 圖3示出圖1的PW1U佔空比、PWMIN佔空比和Duty[7:0]佔空比控制信號的波形。
[0036] 圖4A是可以分別用在圖1的塊3和5中的已知信號比較電路和已知積分器電路 的框圖。
[0037] 圖4B示出圖4A中的塊5的優選數字實現方式。
[0038] 圖5是已知PWM發生器電路的框圖，其包括插值器和輸出復用器，其可用在圖1的 塊15中。
[0039] 圖6是替代的生成PWM輸出信號的常規方式的框圖。
[0040] 圖7是可以用在圖1的塊9中的常規PWM發生器的框圖。

【具體實施方式】
[0041] 本發明提供一種PWM控制電路，其包括佔空比合成器電路，佔空比合成器電路控 制PWM輸出信號（例如驅動電動機的PWM信號）的頻率，PWM輸出信號的頻率獨立於使用 者供應的PWM輸入信號的頻率。PWM輸入信號和PWM輸出信號之間的任意佔空比差實際上 都被充分過濾或平滑，以阻止電機內的過快加速或減速，從而避免電源和PWM控制電路所 控制的電機之間發生任何大的、快速的能量交換。
[0042] 圖1示出PWM控制電路1的框圖，其能夠產生具有頻率fPWM的PWM輸出信號PWM tot， 其中所述輸出信號PWMott基本上獨立於具有頻率fPWNIN的使用者供應的PWM輸入信號PWM in。 PWM控制電路1包括數字佔空比合成器電路1A，其包括信號比較電路或"德爾塔（delta) " 電路3、積分器6、插值器7和PWM發生器電路9。（使用術語"德爾塔"是因為優選使用西 格瑪-德爾塔（sigma-delta)型拓撲電路）。德爾塔電路3具有接收PWM IN的（+)輸入端 和接收作為反饋信號的PWMOTT的（_)輸入端。如果PWMIN大於PWM OTT，則德爾塔電路3在導 線4A上產生"增量"或"+1"信號INC，並且如果PWMIN小於PWM TOT，則德爾塔電路3在導線 4B上產生"減量"或"-1"信號DEC。如果PWMIN等於PWM OT，則德爾塔電路3既不產生增量 信號也不產生減量信號。下面的真值表說明該操作。
[0043] PWMm PWMqut 增量 減量 0 0 ο ο 110 ο 10 1 1 0 10 1
[0044] 增量導線4Α和減量導線4Β連接於數字積分器5的對應輸入端，其中數字積分器 5可以實現為傳統的向上/向下計數器。
[0045] 在圖1的例子中，積分器5可以是22位的向上/向下積分器。其最高有效的8位 作為積分器輸出信號Duty [7:0]。積分器5的輸出信號Duty [7:0]是在總線6上產生的，總 線6連接於"插值和PWM發生器電路" 15的輸入端，其中"插值和PWM發生器電路" 15包括 具有耦合以接收Duty [7:0]的輸入端的可選數字插值電路7。插值和PWM發生器電路15可 以被認為是單個電路，其將具有要求的佔空比的PWM輸入信號PWM IN轉換成具有與PWMIN不 同的頻率但完全相同的佔空比的PWM輸出信號PWMOTT。
[0046] 插值電路7在數字總線8上生成5位的數字輸出信號GenDuty[5:0]。插值和PWM 發生器電路15還包括常規的PWM發生器9,其具有連接到數字總線8以接收插值佔空比信 號GenDuty[5:0]的輸入端。作為響應，PWM發生器9在數字總線10上生成PWM^，並且將 PWMOTT反饋到德爾塔電路3的（-)輸入端，從而形成負數字反饋迴路，其實際具有可調的時 間常數或轉角頻率。在本例中，總線8上的信號GenDuty[5 :0]比總線6上的佔空比解析度 信號Duty[7:0]少2個位，並且額外的2位被用於插值來實現增加的佔空比解析度。數字 總線10還連接於常規的電機驅動電路11的輸入端，電路11的輸出端控制電動機12。應當 注意，根據在其中利用PWM控制電路1的系統的要求，輸出頻率被設計成一個固定的點，並 且PWM輸入頻率可以小於也可以大於PWM輸出頻率，但維持輸出佔空比與輸入佔空比完全 相等。
[0047] 信號Duty [7:0]是在任何特定的時間點從向上/向下計數器5的22位輸出提取 的並表示PWMIN的佔空比，並且信號GenDuty [5:0]表示並控制此時間點的PWMTOT的佔空比。 PWMTOT和PWMIN之間的佔空比差由德爾塔電路3確定，並被轉換成上面提到的增量信號INC 或減量信號DEC，如果實際上存在佔空比差的話。（PWMTOT和PWMIN之間的差按照由概率論確 定的方式與該兩者之間的佔空比差相關。基本思路是，在由德爾塔電路3的輸出表不的佔 空比差被隨機採樣的情況下，" 1"被採樣的機率與pwmin的佔空比相同。如果兩個無關聯的 信號被隨機採樣，則概率差與佔空比差相同，基於兩個信號的連續隨機採樣。）
[0048] 因此，在PWM輸入佔空比大於PWM輸出佔空比的任何時間間隔期間，增量（+1)信 號的數量超過減量（-1)信號的的數量，並且因此積分器（向上/向下計數器）5的輸出持 續增大。相反地，在PWM輸入佔空比小於PWM輸出佔空比的任何間隔期間，增量信號的數量 將小於減量信號的數量，並且因此向上/向下積分計數器5的輸出將持續減小。在PWM IN的 佔空比等於PWM^的佔空比的任何間隔期間，增量信號的數量將等於減量信號的數量，因此 積分器5的輸出將保持不變。如果？麗_和？￥1"在適當長的時間間隔內具有相同的佔空 比但不同的頻率，則增量脈衝的數量和減量脈衝的數量將在該時間間隔內相等，並且PWM qut 和PWMin的佔空比被認為是"平衡的"。
[0049] 一旦反饋迴路已經建立後，即當輸入PWM和輸出PWM信號之間不存在佔空比差時， 由向上/向下計數器5產生的"提取的"輸出值Duty[7:0]表示PWM輸入信號的佔空比。信 號Duty[7:0]也是用於PWM發生器9的控制信號，其將插值的輸出信號GenDuty[5:0]轉換 成PWMcm信號。由於輸入和輸出PWM信號具有相同的佔空比和8位佔空比信號Duty [7:0] 控制輸出佔空比，因此Duty [7:0]表示PWM控制電路1的要求的輸入佔空比和輸出佔空比 兩者。反饋迴路運行以保持的佔空比接近平衡。也就是說，當反饋迴路"飽 和"時，已經實現PWM IN和PWMTOT的佔空比之間的期望的平衡或均衡。
[0050] 應當理解，不總是需要圖1中的插值電路7,但可以用它增加 PWMTOT的佔空比分辨 率。在一些情況下，向上/向下計數器5的輸出可以被直接送入PWM發生器9的輸入端（並 且負反饋迴路的過濾仍將是有益的）。
[0051] PWMQUT的佔空比的傳遞函數可以被示出為
[0052]

【權利要求】
1. 一種PWM電路，即脈衝寬度調製電路，其用於生成具有輸出頻率的PWM輸出信號來響 應具有輸入頻率的PWM輸入信號，使得所述PWM輸出信號的佔空比與所述PWM輸入信號的 佔空比完全相等，其包括： (a) 代數求和電路，其用於當所述PWM輸入信號的值超過所述PWM輸出信號的對應值時 產生增量信號，並且當所述PWM輸入信號的所述值小於所述PWM輸出信號的所述對應值時 產生減量信號； (b) 積分電路，其用於生成表示所述PWM輸入信號的所述佔空比的第一佔空比信號，所 述積分電路產生所述第一佔空比信號的值的增加來響應所述代數求和電路產生的每個增 量信號，並且產生所述第一佔空比信號的值的減小來響應所述代數求和電路產生的每個減 量信號； (c) PWM發生器電路，其用於生成所述PWM輸出信號來響應所述第一佔空比信號；以及 (d) 其中所述PWM電路運行以使所述PWM輸出信號的所述佔空比接近並且變成基本上 等於所述第一 PWM信號的所述佔空比。
2. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中所述輸出頻率基本上大於所述輸入頻率。
3. 根據權利要求2所述的PWM電路，其中所述輸出頻率在約20kHz (千赫茲）至約 200kHz的範圍內，並且所述輸入頻率在約2kHz至約100kHz的範圍內。
4. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中所述積分電路是包括向上/向下計數器的數 字電路，所述向上/向下計數器具有耦合以所述增量信號的第一輸入端和耦合以接收所述 減量信號的第二輸入端。
5. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中如果所述PWM輸出信號的所述佔空比等於 所述PWM輸入信號的所述佔空比，則所述代數求和電路既不產生增量信號也不產生減量信 號。
6. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中所述代數求和電路是數字電路，其包括：第一 反相電路，其具有耦合以接收所述PWM輸出信號的輸入端；第一邏輯與電路，其具有耦合以 接收所述PWM輸出信號的第一輸入端；第二反相電路，其具有耦合以接收所述PWM輸入信號 的輸入端；第二邏輯與電路，其具有稱合以接收所述PWM輸入信號的第一輸入端；所述第一 邏輯與電路的第二輸入端耦合於所述第二反相電路的輸出端，所述第二邏輯與電路的第二 輸入端被耦合以接收所述第一反相電路的輸出，所述第一和第二邏輯與電路分別產生所述 減量信號和所述增量信號。
7. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中所述PWM發生器電路包括斜坡發生器電路和 比較器，其中，所述斜坡發生器電路用於生成斜坡信號來響應所述PWM輸出信號，所述比較 器用於比較所述斜坡信號和所述第一佔空比信號並且使所述PWM輸出信號具有由所述第 一佔空比?目號確定的佔空比。
8. 根據權利要求7所述的PWM電路，其中所述斜坡發生器電路生成所述斜坡信號的數 字表示，並且所述比較器是數字比較器。
9. 根據權利要求1所述的PWM電路，其中所述代數求和電路、所述積分電路和所述PWM 發生器電路形成一個數字反饋迴路，其運行以使所述PWM輸出信號的所述佔空比與所述 PWM輸入信號的所述佔空比相等，而不損失佔空比解析度。
10. 根據權利要求1所述的PWM電路，其包括插值電路，用於生成第二佔空比信號，該第 二佔空比信號是所述第一佔空比信號的插值表示。
11. 根據權利要求10所述的PWM電路，其中所述PWM發生器電路產生頻率相同但佔空 比不同的多個PWM信號，並且所述插值電路根據要求的PWM佔空比選擇所述多個PWM信號 的預定模式，以提供平均佔空比。
12. 根據權利要求11所述的PWM電路，其中所述插值電路藉助輸出復用器選擇所述多 個PWM信號的所述預定模式。
13. 根據權利要求1所述的PWM電路，其包括電機驅動電路，所述電機驅動電路具有耦 合以接收所述PWM輸出信號的輸入端和f禹合以驅動電動機的輸出端。
14. 一種用於生成具有輸出頻率的PWM輸出信號來響應具有輸入頻率的PWM輸入信號 的方法，所述方法包括： (a) 當所述PWM輸入信號的值超過所述PWM輸出信號的對應值時產生增量信號，並且當 所述PWM輸入信號的所述值小於所述PWM輸出信號的所述對應值時產生減量信號； (b) 通過響應每個增量信號產生所述第一佔空比信號的值的增加，並且通過響應每個 減量信號產生所述第一佔空比信號的值的減小，生成一個表示所述PWM輸入信號的佔空比 的第一佔空比信號；以及 (c) 藉助PWM發生器電路生成所述PWM輸出信號，以響應所述第一佔空比信號。
15. 根據權利要求14所述的方法，其包括重複步驟（a)到步驟（d)。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中步驟（a)包括藉助數字代數求和電路比較所述 PWM輸出信號和所述PWM輸入信號。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中步驟（b)包括通過操作向上/向下計數器來生 成所述第一佔空比信號，以響應所述增量信號和減量信號。
18. 根據權利要求14所述的方法，其包括生成第二佔空比信號，所述第二佔空比信號 是所述第一佔空比信號的插值表示，其中步驟（c)包括藉助所述PWM發生器電路生成所述 PWM輸出信號，以響應所述第二佔空比信號。
19. 一種PWM電路，用於生成具有輸出頻率的PWM輸出信號來響應具有輸入頻率的PWM 輸入信號，其包括： (a) 用於比較所述PWM輸出信號和所述PWM輸入信號，並且當所述PWM輸入信號的值超 過所述PWM輸出信號的對應值時產生增量信號，當所述PWM輸入信號的值小於所述PWM輸 出信號的對應值時產生減量信號的裝置； (b) 用於生成表示所述PWM輸入信號的佔空比的佔空比信號的裝置，其通過響應所述 代數求和電路產生的每個增量信號產生所述佔空比信號的值的增加並且通過響應每個減 量信號產生所述佔空比信號的值的減小來生成所述佔空比信號；以及 (c) 用於藉助PWM發生器電路生成所述PWM輸出信號來響應所述佔空比信號的裝置。
【文檔編號】H03K7/00GK104254974SQ201280071588
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2012年3月20日 優先權日:2012年3月20日
【發明者】R·張, Y·盧, P·G·譚 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司