多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，包括脈沖寬度調(diào)變控制器、選擇單元、比較單元以及信號轉(zhuǎn)換單元，且選擇單元包括至少一選擇器，比較單元包括至少一比較器，而信號轉(zhuǎn)換單元包括至少一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，其中數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生參考電壓及/或電流，比較器接收參考電壓及/或電流，并依據(jù)回授信號，進行比較而產(chǎn)生比較信號，選擇器選取其中某一比較信號輸入至脈沖寬度調(diào)變控制器，而脈沖寬度調(diào)變控制器可同時接收由使用者或系統(tǒng)設(shè)定的其它參數(shù)，以控制數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號的特性，藉以改善負載電路的整體電氣操作特性。
【專利說明】多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，尤其是依據(jù)先前脈沖寬度調(diào)變信號的工作區(qū)的改變狀態(tài)而動態(tài)改變目前脈沖寬度調(diào)變信號的工作區(qū)的分辨率。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，脈沖寬度調(diào)變((Pulse Width Modulation, PWM)技術(shù)主要對具有特定頻率的脈沖信號依據(jù)特定條件藉改變脈沖寬度以達到信號調(diào)變的目的，并以脈沖寬度調(diào)變信號驅(qū)動電氣裝置或負載電路，比如發(fā)光二極管、馬達、電源轉(zhuǎn)換器的切換組件。一般，脈沖寬度的最小可調(diào)變單位稱為分辨率，比如頻率為IOOKHz的脈沖信號，具有1/100K秒的
分辨率。
[0003]對用于驅(qū)動二切換組件的應(yīng)用，脈沖寬度調(diào)變技術(shù)產(chǎn)生二相對應(yīng)脈沖信號，且脈沖寬度是相互切齊，亦即某一脈沖信號的脈沖為高/低位準時，另一脈沖信號的脈沖為高/低位準，可避免同時導(dǎo)通負載電路的二切換組件造成很大的電流導(dǎo)通而發(fā)生短路，導(dǎo)致永久性損壞。
[0004]為達成上述功能，傳統(tǒng)的作法可包括模擬電路方式及數(shù)字電路方式。在模擬電路方式中，PWM頻率由內(nèi)建振蕩器(oscillator)產(chǎn)生，因此無法依據(jù)實際應(yīng)用狀態(tài)而任意改變，尤其是無法更改回授控制中的內(nèi)部放大器的補償。此外，對于輸出電壓、負載范圍也都是預(yù)先設(shè)定而不易更改。
[0005]對于目前具數(shù)字電源功能的數(shù)字電路方式，主要是需要利用非?？焖俚哪M至數(shù)字(ADC)取樣以產(chǎn)生所需的模擬回授訊號，再經(jīng)由數(shù)字信號處理器引擎(DSP engine)進行信號控制，比如比例-積分-微分(PID)控制。但是，要達到愈高的PWM分辨率，就需要愈快的操作頻率，同時ADC取樣率也要非常高，因而導(dǎo)致成本過高，在實際應(yīng)用上不易達成。
[0006]此外，現(xiàn)有技術(shù)無法提供動態(tài)改變二脈沖信號同時為低位準的時間區(qū)段以改善負載的電氣特性，比如平均耗電大小。因此，需要一種多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，能動態(tài)改變目前脈沖寬度調(diào)變信號的工作區(qū)的分辨率，藉以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，包括脈沖寬度調(diào)變控制器、選擇單元、比較單元以及信號轉(zhuǎn)換單元，其中脈沖寬度調(diào)變控制器產(chǎn)生二數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號以驅(qū)動負載電路，且該二數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號可不具有或具有盲帶區(qū)，而盲帶區(qū)是指該二數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號同時為低位準時的時間區(qū)段。
[0008]選擇單元包括至少一選擇器，比較單元包括至少一比較器，而信號轉(zhuǎn)換單元包括至少一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器。每個數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器接收具有某一靜態(tài)位準或是變動的參考信號，并轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的參考電壓及/或參考電流。每個比較器接收參考電壓及/或參考電流，且接收來自負載電路的特定回授信號，并進行比較處理以產(chǎn)生相對應(yīng)的比較信號，具有低位準或高位準的數(shù)字信號。每個選擇器接收上述的比較信號，并選取其中某一比較信號以當作數(shù)入信號而輸入至脈沖寬度調(diào)變控制器。脈沖寬度調(diào)變控制器可同時接收由使用者或系統(tǒng)設(shè)定的其它參數(shù)，用以控制數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號的特性，可改善負載電路的整體電氣操作特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1顯示本發(fā)明多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器的示意圖；
[0010]圖2顯示本發(fā)明中PWM輸出的波形圖；以及
[0011]圖3顯示本發(fā)明中另一 PWM輸出的波形圖。
[0012]其中，附圖標記說明如下:
[0013]10 PWM 控制器
[0014]20選擇單元
[0015]30比較單元
[0016]40信號轉(zhuǎn)換單元
[0017]50負載電路
[0018]CP1、CP2、CP3、CP4 比較器
[0019]DAC1、DAC2數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)
[0020]DPWM、nDPWM 數(shù)字 PWM 信號
[0021]IFB1、IFB2電流回授信號
[0022]IREFU IREF2電流參考信號
[0023]R1、R2負載信號
[0024]SEL1、SEL2 選擇器
[0025]T_Duty 工作區(qū)
[0026]T_DEAD 盲帶區(qū)
[0027]T_PWM PWM 周期
[0028]VFBU VFB2電壓回授信號
[0029]VREFU VREF2電壓參考信號
【具體實施方式】
[0030]以下配合圖式及組件符號對本發(fā)明的實施方式做更詳細的說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0031]參見圖1，圖1為本發(fā)明多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器包括脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制器10、選擇單元20、比較單元30以及信號轉(zhuǎn)換單元40，其中PWM控制器10產(chǎn)生至少二數(shù)字PWM信號，比如DPWM及nDPWM，用以驅(qū)動負載電路50，而負載電路50包括二功率晶體管，比如金氧半場效晶體管(MOSFET)，用以接收數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM，藉以達成單端輸出模式(Single-EndedOutput Mode)或推拉輸出模式(Push-Pull Output Mode),且單端輸出模式的二數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM不具有盲帶區(qū)(Dead Time Interval)，而推拉輸出模式的二數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM具有盲帶區(qū)。要注意的是，本發(fā)明的盲帶區(qū)是指二數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM同時為低位準時的時間區(qū)段。[0032]PWM控制器10可由微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)或多個電電子組件構(gòu)成的電子電路而實現(xiàn)，并以數(shù)字方式操作。
[0033]選擇單元20包括至少一選擇器，比如SELl及SEL2，比較單元30包括至少一比較器，比如CP1、CP2、CP3及CP4，而信號轉(zhuǎn)換單元40包括至少一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，比如 DACl 及 DAC2。
[0034]信號轉(zhuǎn)換單元40的數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DACl及DAC2分別接收不同的二參考信號Rl及R2，并分別轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的參考電壓VREFl及/或參考電流IREF1、參考電壓VREF2及/或參考電流IREF2，其中參考信號Rl及R2可為具有某一靜態(tài)位準的信號，比如低位準(邏輯O)或高位準(邏輯I)，或是變動的信號，比如方波或正弦波。
[0035]比較單元30的比較器CPl、CP2、CP3及CP4分別接收來自信號轉(zhuǎn)換單元40的參考電壓VREFl、參考電流IREFl、參考電壓VREF2、參考電流IREF2，且分別接收來自負載電路50的特定回授信號，比如電壓回授信號VFB1、電流回授信號IFB1、電壓回授信號VFB2及電流回授信號IFB2的至少其中之一，并進行比較處理以產(chǎn)生相對應(yīng)的比較信號，而每個比較信號是具有低位準或高位準的數(shù)字信號。
[0036]選擇器SELl及SEL2接收來自比較單元30的比較信號，并依據(jù)選擇信號(圖中未顯示)選取其中一比較信號當作輸入信號而輸入至PWM控制器10，其中選擇信號可由使用者設(shè)定或直接由系統(tǒng)決定。
[0037]此外，PWM控制器10同時接收由使用者或系統(tǒng)設(shè)定的其它參數(shù)，用以控制數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的特性，如圖2及圖3中所示的PWM周期(T_PWM)、工作區(qū)(T_Duty)、盲帶區(qū)(T_DEAD)，或圖中未顯示的PWM輸出模式(Output Mode)、軟啟動時間(SoftStart Period)、運作 / 停止(Run/Stop)、過電流保護(Over Current Protection)、關(guān)閉(Shutdown)。
[0038]以上述盲帶區(qū)(T_DEAD)的設(shè)定為例，主要是由PWM控制器10藉改變數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的分辨率數(shù)目而達成，亦即加大分辨率而增加工作區(qū)大小或降低分辨率而降低工作區(qū)大小，其中分辨率是指工作區(qū)的最小可變化量單位，而改變分辨率數(shù)目的具體作法是由PWM控制器10依據(jù)以下四種判斷規(guī)則而實施。
[0039]第一種判斷規(guī)則包括:如果比較單元30在前一PWM周期內(nèi)產(chǎn)生的比較信號為連續(xù)NI個低位準的邏輯0，則PWM控制器10在本周期對數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)增加N2個分辨率，其中參數(shù)NI及N2為任意正整數(shù)，且可由使用者或系統(tǒng)設(shè)定；以及如果比較信號在前一 PWM周期內(nèi)為連續(xù)NI個高位準的邏輯I，則PWM控制器10在本PWM周期對數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)減少N2個分辨率。
[0040]第二種判斷規(guī)則包括:如果在前一 PWM周期內(nèi)比較信號的高位準次數(shù)減去低位準次數(shù)是大于參數(shù)NI，則在本個周期對數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)減少N2個分辨率；以及如果在前一 PWM周期內(nèi)比較信號的低位準次數(shù)減去高位準次數(shù)是大于參數(shù)NI，則在本PWM個周期對數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)增加N2個分辨率。
[0041]第三種判斷規(guī)則包括:如果前二PWM周期為增加工作區(qū)、前一PWM周期為增加工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區(qū)，則本PWM周期中數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)變?yōu)樵黾?N2)*2，亦即加倍增加；以及如果前二 PWM周期為減少工作區(qū)、前一 PWM周期為減少工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區(qū)，則本周期中數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)變?yōu)闇p少(N2) *2，亦即加倍減少。
[0042]第四種判斷規(guī)則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區(qū)、前一 PWM周期減少工作區(qū)N2個分辨率且本P麗周期被判定為增加工作區(qū)，則本PWM周期中數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)變?yōu)樵黾?N2)/2，亦即減半增加；以及如果前二 PWM周期為減少工作區(qū)、前一 PWM周期為增加工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區(qū)，則本PWM周期中數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)變?yōu)闇p少(N2)/2，亦即減半減少。
[0043]綜上所述，本發(fā)明的特點在于可依據(jù)先前PWM周期中PWM信號的工作區(qū)是否為增加或減少而動態(tài)改變本周期中工作區(qū)的分辨率數(shù)目，藉以產(chǎn)生具最佳化盲帶區(qū)的PWM信號，用以驅(qū)動負載電路，改善負載電路的整體電氣操作特性。
[0044]以上所述者僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的發(fā)明精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明意圖保護的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，用以產(chǎn)生至少二數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號以驅(qū)動一負載電路，其特征在于，該多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器包括: 一信號轉(zhuǎn)換單元，包括至少一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，每個數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器接收不同的參考信號并產(chǎn)生相對應(yīng)的參考電壓及/或參考電流； 一比較單元，包括至少一比較器，每個比較器接收來自該信號轉(zhuǎn)換單元中相對應(yīng)數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的參考電壓及/或參考電流，并依據(jù)來自該負載電路的一回授信號，進行比較處理而產(chǎn)生具有低位準或高位準的比較信號； 一選擇單元，包括至少一選擇器，接收一選擇信號以及來自該比較單元的比較信號，且每個選擇器依據(jù)該選擇信號以選取其中一比較信號當作一輸入信號；以及 一脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制器，接收來自該選擇單元的輸入信號及/或由使用者或系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)，并依據(jù)至少一判斷規(guī)則以控制所述數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號的工作區(qū)的分辨率的數(shù)目，進而改變所述數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號的盲帶區(qū)，其中該分辨率為該工作區(qū)的最小可變化量單位，而該盲帶區(qū)為所述數(shù)字脈沖寬度調(diào)變信號同時為低位準時的時間區(qū)段。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該參考信號為具有某一靜態(tài)位準的信號，或是變動的信號，而該靜態(tài)位準包括低位準(邏輯O)或高位準(邏輯I)，該變動的信號包括方波或正弦波。
3.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該負載電路的回授信號包括電壓回授信號、電流回授信號、電壓回授信號及電流回授信的至少其中之一。
4.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該選擇信號是由使用者設(shè)定或直接由系統(tǒng)決定?！?br> 5.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該脈沖寬度調(diào)變控制器是由微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)或多個電電子組件構(gòu)成的電子電路而實現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該判斷規(guī)則包括: 如果該比較單元在前一 PWM周期內(nèi)產(chǎn)生的比較信號為連續(xù)NI個低位準的邏輯O，則該PWM控制器在本周期對所述數(shù)字PWM信號的工作區(qū)增加N2個分辨率；以及 如果該比較信號在前一 PWM周期內(nèi)為連續(xù)NI個高位準的邏輯1，則該PWM控制器在本個周期對數(shù)字PWM信號的工作區(qū)減少N2個分辨率，且所述參數(shù)NI及N2為任意正整數(shù)，并由使用者或系統(tǒng)設(shè)定。
7.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該判斷規(guī)則包括: 如果在前一 PWM周期內(nèi)該比較信號的高位準的次數(shù)減去低位準的次數(shù)是大于參數(shù)NI，則在本個周期對所述數(shù)字PWM信號的工作區(qū)減少N2個分辨率；以及 如果在前一 PWM周期內(nèi)該比較信號的低位準的次數(shù)減去高位準的次數(shù)是大于參數(shù)NI，則在本個周期對所述數(shù)字PWM信號的工作區(qū)增加N2個分辨率，且所述參數(shù)NI及N2為任意正整數(shù)，并由使用者或系統(tǒng)設(shè)定。
8.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該判斷規(guī)則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區(qū)、前一 PWM周期為增加工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區(qū)，則本PWM周期中所述數(shù)字PWM信號的工作區(qū)變?yōu)樵黾?N2)*2 ;以及 如果前二 PWM周期為減少工作區(qū)、前一 PWM周期為減少工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區(qū)，則本PWM周期中所述數(shù)字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區(qū)變?yōu)闇p少(N2)*2，且所述參數(shù)NI及N2為任意正整數(shù)，并由使用者或系統(tǒng)設(shè)定。
9.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該判斷規(guī)則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區(qū)、前一 PWM周期減少工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區(qū)，則本PWM周期中呆等數(shù)字PWM信號的工作區(qū)變?yōu)樵黾?N2)/2 ;以及如果前二 PWM周期為減少工作區(qū)、前一 PWM周期為增加工作區(qū)N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區(qū)，則本PWM周期中所述數(shù)字PWM信號的工作區(qū)變?yōu)闇p少(N2) /2，且所述參數(shù)NI及N2為任意正整數(shù)，并由使用者或系統(tǒng)設(shè)定。
10.如權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)字脈沖寬度調(diào)變控制器，其特征在于，該PWM控制器進一步接收由使用者或系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)，用以控制所述數(shù)字PWM信號的PWM周期、PWM輸出模式、軟啟動時間、運作/停止、過電流保護或關(guān)閉，而該PWM輸出模式包括該二數(shù)字PWM信號不具有盲帶區(qū)的單端輸出模式及 該二數(shù)字PWM信號具有盲帶區(qū)的推拉輸出模式。
【文檔編號】H02M1/08GK103855928SQ201210514295
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】林志峰, 林樹嘉, 謝文岳, 林敬淵, 曾定欽, 陳宜斌 申請人:產(chǎn)晶積體電路股份有限公司