專利名稱：最小占空比可調(diào)的pwm控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及PWM控制器，更具體地說，涉及能調(diào)整最小占空比的PWM控制電路。
背景技術(shù)：
在PWM控制電路中，往往需要對PWM控制電路輸出脈沖占空比的最小值進(jìn)行設(shè)置，以使PWM控制電路輸出脈沖占空比大于某一設(shè)定值。定義這種PWM控制電路為帶最小占空比設(shè)置的PWM控制電路。如一種帶最小占控比設(shè)置的PWM控制器如圖1所示。
該電路由三角波電路102、最小占空比設(shè)置電路104及脈沖輸出電路106三個部分組成，當(dāng)控制端C上電壓小于最小占空比設(shè)置端VMIN的電壓時，輸出脈沖的占空比由控制端C上電壓決定，當(dāng)控制端C上的電壓大于最小占空比設(shè)置端VMIN上的電壓時，輸出脈沖的占空比由最小占空比設(shè)置端VMIN的電壓決定，該占空比為PWM電路能輸出方波的最小占空比。
該電路三角波的幅度(即三角波的頂點高度)為
V = VCC((R17+R18)/(R16+R17+R18) - R17/(R16+R17))。
最小占空比設(shè)置電壓為
Vset = VCC*(R11/(R10+R11))。
最小占空比為
Duty= (V-Vset)/V=1- R11/((R17+R18)/(R16+R17+R18)-R17/(R16+R17))*(R10+R11)
這說明，最小占空比的大小與電源電壓無關(guān)，只與三角波及最小占空比設(shè)置電阻值有關(guān)，無論電源電壓高低，該PWM控制器能夠輸出的最小脈沖寬度均為定值，這種電路稱為帶固定最小占空比設(shè)置的PWM電路。
在PWM控制系統(tǒng)中，設(shè)置最小占空比的目的是無論控制端處于何種狀態(tài)，系統(tǒng)至少能有一最小的輸出，如在一些風(fēng)扇速度控制中，控制端C的電壓隨溫度變化而變化，溫度高時，風(fēng)扇速度快，溫度低時，風(fēng)扇速度慢，但只要開機(jī)，無論溫度多低，風(fēng)扇都應(yīng)運轉(zhuǎn)，以保證冷卻對象的安全。然而，固定最小占空比設(shè)置的PWM電路在一定條件下并不能滿足最小占空比設(shè)置的目的，如在電機(jī)速度控制應(yīng)用中，電機(jī)在較高電源電壓下，較小的占空比即可使電機(jī)運轉(zhuǎn)，而在較低電壓下，維持電機(jī)運轉(zhuǎn)則需要較大的占空比。因此帶固定最小占空比設(shè)置的PWM電路，在較低電壓下，往往會出現(xiàn)啟動困難，或最小轉(zhuǎn)速太低的問題。
解決這一 問題的方法有兩種
(1) 增加最小占控比的比值，使系統(tǒng)在高電壓和低電壓下均能運轉(zhuǎn)，這一方法的缺點是,高電壓時耗能較多，不利于節(jié)能。
(2) 采用可變的最小占控比設(shè)置的PWM電路，即在高電壓時，最小占控比比值較小，而在電源電壓較低時最小占控比比值較大，這樣在低電壓下能較好的起動運轉(zhuǎn)，同時在高電壓時較好的節(jié)能、降噪。
改變PWM控制器的占空比，常用的方法是在三角波的高低電平不變的條件下，改變與三角波比較的比較電壓的電壓值，這種方法常用于僅有一個控制端的PWM控制器，對具有多個控制端的PWM控制器，采用該方法來改變占空比，由于需要對多個電壓的電壓值作相同的改變，該方法不僅過于繁瑣，而且不易保持各控制端的電壓關(guān)系。

實用新型內(nèi)容
本實用新型，采用保持控制端電壓不變，而改變?nèi)遣ǖ母叩碗娖絹砀淖働WM控制器最小占空比輸出。
本實用新型的實施例提供一種最小占空比可調(diào)的PWM控制電路，包
括
電源電壓檢測及控制電路，檢測與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，并將所檢測到的電壓值與參考電壓值比較，判斷電源電壓與 一規(guī)定值的大小關(guān)系，并發(fā)出信號通知電源電壓與規(guī)定值的大小關(guān)系；
三角波發(fā)生電路，產(chǎn)生三角波，其中，該三角波發(fā)生電路根據(jù)電源電
6壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整三角波的幅值；
最小占空比設(shè)置電路，設(shè)置PWM控制電路的最小占空比，并且根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整該最小占空比；
脈沖輸出電路，輸出脈沖，其中，該脈沖輸出電路根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整所輸出的脈沖。
根據(jù)一實施例，最小占空比設(shè)置電路接收到電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號，電源電壓小于規(guī)定值時，調(diào)高最小占空比，電源電壓大于規(guī)定值時，調(diào)低最小占空比。
根據(jù)一實施例，最小占空比設(shè)置電路和三角波發(fā)生電路接收到電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號，保持最小占空比設(shè)置端的電壓不變，改變?nèi)遣òl(fā)生電路輸出的三角波的幅度以改變最小占空比。
根據(jù)一實施例，該電源電壓檢測及控制電路還產(chǎn)生恒定電流，并產(chǎn)生遲滯電壓。
根據(jù)一實施例，該電源電壓檢測及控制電路包括電阻R2、以及電阻R3,串聯(lián)在電源與地之間，電阻R2與電阻R3之間的電壓為所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值；晶體管Q3、晶體管Q4以及晶體管Q5組成比較電路，其中晶體管Q4和晶體管Q5組成差分對；晶體管Q3的基極接偏置電壓，集電極接晶體管Q4和晶體管Q5的發(fā)射極為晶體管Q4和晶體管Q5提供偏置電流；晶體管Q4的基極接參考電壓Vref,集電極接地，晶體管Q5的基極接所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，當(dāng)所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值小于Vref時，晶體管Q5的集電極輸出恒定電流11,晶體管Q6輸出恒定電流I2;電流I1流過電阻R3，產(chǎn)生ITR3的電壓遲滯。
根據(jù)一實施例，該三角波發(fā)生電路包括用于確定輸出的三角波幅度的分壓電阻，電阻R6、電阻R7以及電阻R8，所述的電阻R6、電阻R7以及電阻R8串聯(lián)于電源與地之間；電阻R6與電阻R7的連接點與比較器CP1的負(fù)端及電源電壓檢測及控制電路的輸出相連，比較器CP1的正端與電容C0的正端及二極管DO的負(fù)端相連；比較器CP1的輸出與晶體管Q15、晶體管Q16的基極相連；晶體管Q15的集電極與電阻R7與電阻R8的連接點相連；晶體管Q16的集電極與二極管D0的正極、作為恒流源的晶體管Q10的集電極相連；作為恒流源的晶體管Q11的集電極與晶體管Q12、晶體管Q9的基極及晶體管Q12的集電極并聯(lián)；晶體管Q9的集電極與電容C0的正極，二極管D0的負(fù)積并聯(lián)。
根據(jù)一實施例，該最小占空比設(shè)置電路包括電阻R0、電阻R1，所述電阻R0和電阻R1串聯(lián)于電源與地之間，最小占空比設(shè)置電壓與電源電壓的關(guān)系為Vset=Vcc*R1/( R0+R1 );其中Vset為最小占空比設(shè)置電壓，而Vcc為輸入電壓。
根據(jù)一實施例，該脈沖輸出電路包括三端的比較器CP2,比較器CP2的正端與所述三角波發(fā)生電路的輸出相連，比較器CP2的一個負(fù)端與所述最小占空比設(shè)置電路相連，比較器CP2的另一個負(fù)端為所述PWM控制電路的控制端。
本實用新型的占空比可調(diào)的PWM控制電路的控制電路簡單，同時又能保持各控制端電壓的相對關(guān)系不變的特性。


本實用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過
以下結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中
圖1揭示了現(xiàn)有技術(shù)中固定最小占空比PWM控制電路的原理圖；圖2揭示了根據(jù)本實用新型的實施例的PWM控制電路的原理圖；圖3揭示了本實用新型的三角波發(fā)生電路中比較器CP1的原理圖；圖4揭示了本實用新型的脈沖輸出電路中比較器CP2的原理圖。
具體實施方式
參考圖2所示，本實用新型的最小占空比可調(diào)的PWM控制電路包括電源電壓檢測及控制電路202,檢測與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，并將所檢測到的電壓值與參考電壓值比較，判斷電源電壓與 一規(guī)定值的大小關(guān)系，并發(fā)出信號通知電源電壓與規(guī)定值的大小關(guān)系。在一個實施例中，該電源電壓檢測及控制電路202還產(chǎn)生恒定電流，并產(chǎn)生遲滯電壓。三角波發(fā)生電路204,產(chǎn)生三角波，其中，該三角波發(fā)生電路根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整三角波的幅值。
最小占空比設(shè)置電路206,設(shè)置PWM控制電路的最小占空比，并且根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整該最小占空比。根據(jù)一 實施例，最小占空比設(shè)置電路接收到電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號，電源電壓小于規(guī)定值時，調(diào)高最小占空比，電源電壓大于規(guī)定值時，調(diào)低最小占空比。更進(jìn)一步的，在一個實施例中，保持最小占空比設(shè)置端的電壓不變，改變?nèi)遣òl(fā)生電路輸出的三角波的幅度以改變最小占空比。
脈沖輸出電路208,輸出脈沖，其中，該脈沖輸出電路根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整所輸出的脈沖。
繼續(xù)參考圖2,該電源電壓檢測及控制電路202包括
電阻R2、以及電阻R3，串聯(lián)在電源與地之間，電阻R2與電阻R3之間的電壓為上述的與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，該電壓的值為V=VCC*R2/(R3+R2)。
晶體管Q3、晶體管Q4以及晶體管Q5組成比較電路，其中晶體管Q4和晶體管Q5組成差分對；晶體管Q3的基極接偏置電壓，集電極接晶體管Q4和晶體管Q5的發(fā)射極為晶體管Q4和晶體管Q5提供偏置電流；晶體管Q4的基極接參考電壓Vref，集電極接地，晶體管Q5的基極接所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，當(dāng)所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值小于Vref時，晶體管Q5的集電極輸出恒定電流l1，晶體管Q6輸出恒定電流12。
電流11流過電阻R3,產(chǎn)生I1*R3的電壓遲滯。更具體地說，產(chǎn)生該電壓遲滯的過程如下
由晶體管Q1、晶體管Q2、晶體管Q6、晶體管Q7、晶體管Q8,電阻R4、電阻R3、電阻R5組成了恒流源電路及電壓遲滯電路。晶體管Q6、晶體管Q7、晶體管Q8提供基極電流鏡，晶體管Q7基極與集電極短接，并與晶體管Q5的集電極連接。當(dāng)檢測到電源電壓低于規(guī)定電壓值時，晶體管Q5的集電極流過恒定電流M，此時，晶體管Q6集電極產(chǎn)生恒定電流，經(jīng)晶體管Q2和晶體管Q1,在晶體管Q1集電極輸出電流l2，同時晶體管Q8集電極輸出電流I8，該電流流經(jīng)電阻R3，產(chǎn)生遲滯電壓?；氐綀D2，該三角波發(fā)生電路204包括
用于確定輸出的三角波幅度的分壓電阻，電阻R6、電阻R7以及電阻R8,所述的電阻R6、電阻R7以及電阻R8串聯(lián)于電源與地之間；電阻R6與電阻R7的連接點與比較器CP 1的負(fù)端及電源電壓檢測及控制電路的輸出相連，比較器CP1的正端與電容CO的正端及二極管DO的負(fù)端相連；比較器CP1的輸出與晶體管Q15、晶體管Q16的基極相連；晶體管Q15的集電極與電阻R7與電阻R8的連接點相連；晶體管Q16的集電極與二極管DO的正極、作為恒流源的晶體管Q10的集電極相連；作為恒流源的晶體管Q11的集電極與晶體管Q12、晶體管Q9的基極及晶體管Q12的集電極并聯(lián)；晶體管Q9的集電極與電容C0的正極，二極管DO的負(fù)積并聯(lián)。
上述三角波發(fā)生器電路包括電阻R6、電阻R7、電阻R8,比較器CP1，晶體管Q15、晶體管Q9、晶體管Q10、晶體管Q11、晶體管Q12、晶體管Q16,電容CO， 二極管D0。其中，三角波發(fā)生器電路中的比較器CP1的結(jié)構(gòu)可以參考圖3所示。
電阻R6、電阻R7和電阻R8串聯(lián)在電源與地之間。比較器CP1負(fù)極接在電阻R6和R7之間，并與晶體管Q1的集電極并聯(lián)。比較器CP1負(fù)極接在電容CO與二極管D0之間，晶體管Q10、晶體管Q11組成恒流源，晶體管Q10集電極的電流110通過二極管DO對電容CO充電。晶體管Q11的電流通過晶體管Q12、晶體管Q9對電容C0放電。流過晶體管Q9集電極的電流I9與電流110的比例為1:2。當(dāng)比較器CP1的正端電壓高于負(fù)端電壓時，比較器CP1輸出高電平，晶體管Q16、晶體管Q15導(dǎo)通，二極管DO關(guān)斷，電容CO開始放電。當(dāng)比較器CP1正端電壓低于負(fù)端電壓時，比較器CP1輸出低電平，晶體管Q16和晶體管Q15關(guān)閉，電流I10通過二極管DO對電容CO充電。在電源電壓較高時，三角波的上電平為
Vup = VCC(R7+R8)/(R6+R7+R8)，
下電平為
VL = VCC*R7/(R6+R7)。
10當(dāng)電源電壓低于規(guī)定值時，晶體管Q1產(chǎn)生的恒定電流12，流經(jīng)電阻
R7和電阻R8，此時三角波的上下電平變?yōu)?br> Vup = 12(R7+R8)+VCC(R7+R8)/(R6+R7+R8)，VL = I2*R7+VCC*R7/ (R6+R7)。
該最小占空比設(shè)置電路206包括電阻R0、電阻R1，電阻R0和電阻R1串聯(lián)于電源與地之間，最小占空比設(shè)置電壓與電源電壓的關(guān)系為Vset=Vcc*R1/( R0+R1);其中Vset為最小占空比設(shè)置電壓，而Vcc為輸入電壓。
該脈沖輸出電路208包括三端的比較器CP2，比較器CP2的正端與三角波發(fā)生電路的輸出相連，比較器CP2的一個負(fù)端與最小占空比設(shè)置電路相連，比較器CP2的另一個負(fù)端為PWM控制電路的控制端。該脈沖輸出電路中比較器CP2的結(jié)構(gòu)可以參考圖4所示。
電阻R0和電阻R1串聯(lián)在電源與地之間，比較器CP2的正端與三角波發(fā)生器電路的輸出端相聯(lián)，比較器CP2的一個負(fù)端與電阻R0、電阻R1的連接點相連，這就是最小占空比設(shè)置端，命名為VMIN端。比較器CP2的另一個負(fù)端外接控制電壓，命名為C端，當(dāng)C端控制電壓低于VMIN端電壓，高于三角波的低電平時，輸出脈沖的占空比由C端電壓與三角波電壓的比值決定，C端電壓越低，輸出脈沖的高電平越高，當(dāng)C端電壓低于三角波的低電平時，輸出脈沖全是高電平，輸出脈沖的占空比為100%當(dāng)C端電壓高于VMIN端電壓時，輸出脈沖的占空比由VMIN的電壓與三角波電壓幅度的比值決定，此時輸出的占空比即為該系統(tǒng)能夠輸出的最小占空比，假設(shè)VMIN端的電壓為Vset，電源電壓較高時，系統(tǒng)能夠輸出的最小占空比為
Duty = (V-Vset)/V
=1 - R1/((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1)。當(dāng)電源電壓低于規(guī)定電壓時，能夠輸出的脈沖的最小占空比變?yōu)镈uty=1-R1*VCC/(l2*R8+VCC*((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1)) =1-R1/(I2*R8/VCC+((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1))。
可見，在電源電壓較低時，I2*R8/VCC可使系統(tǒng)的最小占空比增大。這將有利于系統(tǒng)在低電壓時的啟動及提高低電平時的最小運轉(zhuǎn)速度。
本實用新型的最小占空比可調(diào)的PWM控制電路的控制電路簡單，同時又能保持各控制端電壓的相對關(guān)系不變的特性。
上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本實用新型的實用新型思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護(hù)范圍并不被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求1. 一種最小占空比可調(diào)的PWM控制電路，其特征在于，包括電源電壓檢測及控制電路，檢測與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，并將所檢測到的電壓值與參考電壓值比較，判斷電源電壓與一規(guī)定值的大小關(guān)系，并發(fā)出信號通知電源電壓與規(guī)定值的大小關(guān)系；三角波發(fā)生電路，產(chǎn)生三角波，其中，該三角波發(fā)生電路根據(jù)所述電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整三角波的幅值；最小占空比設(shè)置電路，設(shè)置所述PWM控制電路的最小占空比，并且根據(jù)所述電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整該最小占空比；脈沖輸出電路，輸出脈沖，其中，該脈沖輸出電路根據(jù)所述電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整所輸出的脈沖。
2. 如權(quán)利要求1所述的PWM控制電路，其特征在于，所述最小占空 比設(shè)置電路接收到所述電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號，電源電壓小 于規(guī)定值時，調(diào)高最小占空比，電源電壓大于規(guī)定值時，調(diào)低最小占空比。
3. 如權(quán)利要求2所述的PWM控制電路，其特征在于，所述最小占空 比設(shè)置電路和三角波發(fā)生電路接收到所述電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的 信號，保持最小占空比設(shè)置端的電壓不變，改變?nèi)遣òl(fā)生電路輸出的三 角波的幅度以改變最小占空比。
4. 如權(quán)利要求1所述的PWM控制電路，其特征在于，該電源電壓檢 測及控制電路還產(chǎn)生恒定電流，并產(chǎn)生遲滯電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述的PWM控制電路，其特征在于，電源電壓檢測 及控制電路包括電阻R2、以及電阻R3,串聯(lián)在電源與地之間，電阻R2與電阻R3 之間的電壓為所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值；晶體管Q3、晶體管Q4以及晶體管Q5組成比較電路，其中晶體管 Q4和晶體管Q5組成差分對；晶體管Q3的基極接偏置電壓，集電極接晶 體管Q4和晶體管Q5的發(fā)射極為晶體管Q4和晶體管Q5提供偏置電流； 晶體管Q4的基極接參考電壓Vref,集電極接地，晶體管Q5的基極接所 述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，當(dāng)所述與電源電壓線性相關(guān)的電壓值小 于Vref時，晶體管Q5的集電極輸出恒定電流11，晶體管Q6輸出恒定電 流12;電流11流過電阻R3，產(chǎn)生I1*R3的電壓遲滯。
6. 如權(quán)利要求1所述的PWM控制電路，其特征在于，所述三角波發(fā) 生電路包括用于確定輸出的三角波幅度的分壓電阻，電阻R6、電阻R7以及電阻 R8,所述的電阻R6、電阻R7以及電阻R8串聯(lián)于電源與地之間；電阻 R6與電阻R7的連接點與比較器CP1的負(fù)端及電源電壓檢測及控制電路 的輸出相連，比較器CP1的正端與電容C0的正端及二極管D0的負(fù)端相 連；比較器CP1的輸出與晶體管Q15、晶體管Q16的基極相連；晶體管 Q15的集電極與電阻R7與電阻R8的連接點相連；晶體管Q16的集電極 與二極管D0的正極、作為恒流源的晶體管Q10的集電極相連；作為恒流 源的晶體管Q11的集電極與晶體管Q12、晶體管Q9的基極及晶體管Q12 的集電極并聯(lián)；晶體管Q9的集電極與電容C0的正極，二極管DO的負(fù)積 并聯(lián)。
7. 如權(quán)利要求1所迷的PWM控制電路，其特征在于，所述最小占空 比設(shè)置電路包括電阻RO、電阻R1，所述電阻R0和電阻R1串聯(lián)于電源與地之間，最 小占空比設(shè)置電壓與電源電壓的關(guān)系為Vset=Vcc*R1/( R0+R1 );其中 Vset為最小占空比設(shè)置電壓，而Vcc為輸入電壓。
8. 如權(quán)利要求1所述的PWM控制電路，其特征在于，所述脈沖輸出3電路包括三端的比較器CP2，比較器CP2的正端與所述三角波發(fā)生電路的 輸出相連，比較器CP2的一個負(fù)端與所述最小占空比設(shè)置電路相連，比較 器CP2的另一個負(fù)端為所述PWM控制電路的控制端。
專利摘要本實用新型揭示了一種最小占空比可調(diào)的PWM控制電路，包括電源電壓檢測及控制電路，檢測與電源電壓線性相關(guān)的電壓值，并將所檢測到的電壓值與參考電壓值比較，判斷電源電壓與一規(guī)定值的大小關(guān)系，并發(fā)出信號通知電源電壓與規(guī)定值的大小關(guān)系；三角波發(fā)生電路，產(chǎn)生三角波，其中，該三角波發(fā)生電路根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整三角波的幅值；最小占空比設(shè)置電路，設(shè)置PWM控制電路的最小占空比，并且根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整該最小占空比；脈沖輸出電路，輸出脈沖，其中，該脈沖輸出電路根據(jù)電源電壓檢測及控制電路發(fā)出的信號調(diào)整所輸出的脈沖。
文檔編號G05B11/28GK201285505SQ200820177449
公開日2009年8月5日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者張志紅, 黃緒江 申請人:Bcd半導(dǎo)體制造有限公司