用于產(chǎn)生具有可變占空比的輸出信號(hào)的電路和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生具有可變占空比的輸出信號(hào)的電路和方法。此外，本發(fā)明涉及一種數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器以及一種具有所述電路或所述數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器的機(jī)動(dòng)車。
【背景技術(shù)】
[0002]信號(hào)、例如時(shí)鐘信號(hào)或PWM(經(jīng)脈寬調(diào)制的)信號(hào)具有占空比，所述占空比也稱作占空率。占空比限定信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間、即激活的信號(hào)部分與周期持續(xù)時(shí)間的比例。
[0003]具有占空比50%的時(shí)鐘信號(hào)或由基時(shí)鐘例如通過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)級(jí)(Kippstufen)、例如觸發(fā)器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)在數(shù)字技術(shù)中簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。因此，例如可以由基時(shí)鐘推導(dǎo)出具有一半的頻率和占空比25 %或75 %的時(shí)鐘信號(hào)。占空比越緊密地位于0 %或100 %邊界處，則基時(shí)鐘必須越高。此外，對(duì)于占空比僅僅可以調(diào)節(jié)離散的值。
[0004]然而經(jīng)常需要以下時(shí)鐘:其占空比可以取任意值。相應(yīng)高的基時(shí)鐘顯然通常不足夠地可供使用。
[0005]用于所述時(shí)鐘或時(shí)鐘信號(hào)的一種重要的應(yīng)用情形是數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中現(xiàn)今存在以下原理上的困難:將從數(shù)字部分計(jì)算出的占空比轉(zhuǎn)換成用于控制開關(guān)調(diào)節(jié)器的末級(jí)的模擬信號(hào)。為此通常，或者將快得多的基時(shí)鐘用于數(shù)字部分或者將可以數(shù)字地解決的功能移動(dòng)到模擬部分中。
[0006]在更快的基時(shí)鐘時(shí)，對(duì)數(shù)字部分提出高的要求。如果例如借助可精確調(diào)節(jié)到約1%的占空比實(shí)現(xiàn)1MHz的開關(guān)調(diào)節(jié)器頻率，則需要數(shù)字時(shí)鐘1MHz X27= 1 28MHz，這目前例如在車輛領(lǐng)域中幾乎不能實(shí)現(xiàn)。
[0007]在移動(dòng)到模擬部分中的情況下，在信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、例如以快速D/A轉(zhuǎn)換器形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置以及比較器和具有精確振幅的鋸齒波發(fā)生器中產(chǎn)生高的耗費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明提供一種用于由具有第一占空比的輸入信號(hào)產(chǎn)生具有第二占空比的輸出信號(hào)的電路，所述電路具有第一電容器和第二電容器，它們分別與至少一個(gè)用于周期性地給所述電容器充電的充電電源連接，其中將已充電的第一電容器上的電壓定義為參考電壓，其中由第二電容器的直至達(dá)到所述參考電壓的充電持續(xù)時(shí)間來定義輸出信號(hào)的占空比。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的電路具有以下優(yōu)點(diǎn):借助簡(jiǎn)單的電路產(chǎn)生任意且精確的占空比。這甚至能夠借助小的基時(shí)鐘、即借助以下輸入信號(hào)或輸入時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn):所述輸入信號(hào)的或輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率或時(shí)鐘位于輸出信號(hào)的或輸出時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘范圍內(nèi)或者與輸出信號(hào)的或輸出時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘相同。在電路技術(shù)上可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)在已充電的狀態(tài)中預(yù)給定參考電壓的第一電容器與第二電容器之間的相互作用，所述第二電容器的直至達(dá)到在所述電容器上下降的參考電壓的充電持續(xù)時(shí)間預(yù)給定占空比。
[0010]術(shù)語“充電電源”在此包括源、例如可能具有附加布線的電流源、恒定電流源或電壓源，其適于在有限的時(shí)間內(nèi)給電容器充電。
[0011]可能的是，所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào)具有相同的頻率或時(shí)鐘。輸出信號(hào)由具有相同頻率的基時(shí)鐘的產(chǎn)生能夠通過兩個(gè)電容器的使用或布線實(shí)現(xiàn)并且能夠?qū)崿F(xiàn)所述電路的廣泛應(yīng)用。在時(shí)鐘或頻率相同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)可以是時(shí)間錯(cuò)位的。
[0012]進(jìn)一步可能的是，輸出信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間等于第二電容器的充電時(shí)間。這能夠?qū)崿F(xiàn)通過充電時(shí)間、即通過電容器、主要是電容并且通過充電電源、即通過充電電流直接調(diào)節(jié)占空比。同樣，所述脈沖持續(xù)時(shí)間可以等于第二電容器的充電時(shí)間加上輸入信號(hào)的一半的周期持續(xù)時(shí)間。
[0013]有利地，可以設(shè)置用于將參考電壓與第二電容器的電壓進(jìn)行比較的比較器并且設(shè)置雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元，所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的輸入端與所述比較器的輸出端并且與所述輸入信號(hào)通信并且借助所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的輸出端提供輸出信號(hào)。所述簡(jiǎn)單構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)輸出信號(hào)的快速且精確的產(chǎn)生?？梢栽O(shè)置，當(dāng)電容器上的兩個(gè)電壓具有相同的值時(shí)，比較器輸出一個(gè)信號(hào)，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)與偏置的比較。輸出信號(hào)可以直接施加在雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元或觸發(fā)器上或者通過另一布線提供。
[0014]開關(guān)控制裝置可以設(shè)置用于充電和/或放電第一電容器，并且所述輸入信號(hào)可以與所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的時(shí)鐘輸入端如此連接，使得輸出信號(hào)的占空比在0%與100%之間。時(shí)序(Taktung)在此理解為充電過程和/或放電過程。借助開關(guān)控制裝置可以與輸入信號(hào)的時(shí)鐘或占空比無關(guān)地充電或放電第一電容器，這能夠?qū)崿F(xiàn)輸出信號(hào)的占空比在0%和100%之間或者在0%和50%之間以及在50%和100%之間的寬泛調(diào)節(jié)。
[0015]在所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的信號(hào)輸入端上可以如此施加輸入信號(hào)的脈沖份額并且在所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的復(fù)位輸入端上可以如此施加比較器的輸出信號(hào)，使得輸出信號(hào)的占空比在50%與100%之間。借助雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的簡(jiǎn)單布線可以在50%和100%之間調(diào)節(jié)占空比。以第二電容器的充電持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)輸入信號(hào)的占空比。
[0016]所述輸入信號(hào)和所述雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的輸出端可以與與門的輸入端連接并且在所述與門的輸出端上可以如此提供輸出信號(hào)，使得所述輸出信號(hào)的占空比在0%與50%之間。借助雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的簡(jiǎn)單布線可以在0 %和50%之間調(diào)節(jié)占空比。在此，通過雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)單元的復(fù)位可以將與門的輸出置成0并且因此與輸入信號(hào)的脈沖份額相比縮短輸出信號(hào)的脈沖份額。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的用于由具有第一占空比的輸入信號(hào)產(chǎn)生具有第二占空比的輸出信號(hào)的方法基本上包括以下步驟:周期性地由充電電源給第一電容器充電直至參考電壓，周期性地由另一充電電源給第二電容器充電并且由所述第二電容器的直至達(dá)到所述參考電壓所需要的充電持續(xù)時(shí)間構(gòu)成所述輸出信號(hào)的占空比。周期性充電為輸出信號(hào)的時(shí)鐘做準(zhǔn)備，其中所述時(shí)鐘可以精確地與第一電容器的充電持續(xù)時(shí)間相關(guān)、即與以下時(shí)間相關(guān):在所述時(shí)間中已放電的或限定地部分放電的電容器已完全充電。在此，充電持續(xù)時(shí)間可以直接相應(yīng)于所述時(shí)鐘或者可以是所述時(shí)鐘的一部分或多倍。
[0018]所述輸出信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間可以等于所述第二電容器的充電時(shí)間。這能夠?qū)崿F(xiàn)通過充電時(shí)間、即通過電容器、主要是電容并且通過充電電源、即通過充電電流直接調(diào)節(jié)占空比。也可能的是，所述脈沖持續(xù)時(shí)間相應(yīng)于第一和第二電容器的充電時(shí)間。
[0019]有利地設(shè)置，并行地產(chǎn)生兩個(gè)(中間)輸出信號(hào)并且將所述兩個(gè)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)異或關(guān)聯(lián)以便產(chǎn)生(最終的)輸出信號(hào)。所述方法或所述電路能夠借助簡(jiǎn)單的組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)頻率加倍。優(yōu)選地，所述兩個(gè)(中間)輸出信號(hào)具有與占空比50 %互補(bǔ)的占空比、例如25% 和 75 %。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面設(shè)置一種數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器，其具有用于產(chǎn)生具有占空比的控制信號(hào)的數(shù)字部分、具有借助所述控制信號(hào)控制的末級(jí)以及如先前所述的用于產(chǎn)生所述控制信號(hào)的電路。先前所述的優(yōu)點(diǎn)和修改適用。數(shù)字部分計(jì)算以下占空比:末級(jí)應(yīng)當(dāng)以所述占空比運(yùn)行(takten)。數(shù)字的占空比信息由根據(jù)本發(fā)明的電路轉(zhuǎn)換成以模擬HVM信號(hào)形式的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)控制末級(jí)。在此不考慮數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器的其他元件、例如調(diào)節(jié)電壓的檢測(cè)裝置和可能的輸入電壓的檢測(cè)裝置。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)而言僅僅需要用于數(shù)字部分的小的時(shí)鐘。
[0021 ]據(jù)本發(fā)明的另一方面，設(shè)置一種機(jī)動(dòng)車，其具有如先前所述的數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器，其中所述開關(guān)調(diào)節(jié)器與機(jī)動(dòng)車的車載電網(wǎng)連接。根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)調(diào)節(jié)器特別適于機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域中的特殊要求。先前描述的優(yōu)點(diǎn)和修改適用。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面設(shè)置一種機(jī)動(dòng)車，其具有如先前所述的電路，其中所述電路與機(jī)動(dòng)車的車載電網(wǎng)連接。根據(jù)本發(fā)明的電路特別適于機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域中的特殊要求。先前描述的優(yōu)點(diǎn)和修改適用。
[0023]本發(fā)明在機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域是特別有利的，因?yàn)樵诖税雽?dǎo)體技術(shù)例如與娛樂電子裝置的半導(dǎo)體技術(shù)相比倒退約十年。相應(yīng)地，在此在100MHz范圍內(nèi)的時(shí)鐘已經(jīng)是非常大的挑戰(zhàn)。
[0024]本發(fā)明的有利擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求書中說明并且在說明書中描述。
【附圖說明】
[0025]根據(jù)附圖和下面的描述詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出:
[0026]圖1示出用于在0%和100%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0027]圖2示出圖1的控制電路的電路圖；
[0028]圖3示出具有圖1的電路的信號(hào)變化過程的曲線圖；
[0029]圖4示出用于在50%和100%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0030]圖5示出具有圖4的電路的信號(hào)變化過程的曲線圖；
[0031]圖6示出用于在0%和50%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0032]圖7示出具有圖6的電路的信號(hào)變化過程的曲線圖；
[0033]圖8示出用于在0%和100%之間的可變占空比的電路的電路圖；
[0034]圖9示出用于產(chǎn)生具有雙倍頻率的信號(hào)的電路的電路圖；
[0035]圖10示出數(shù)字開關(guān)調(diào)節(jié)器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面描述電路，其由具有占空比50%的預(yù)給定的基時(shí)鐘生成具有相同頻率并且任意且精確的在0%和100 %之間的占空比的時(shí)鐘。所述任意的占空比可以或者固定地或者可變地調(diào)節(jié)?？勺冋伎毡壤缈梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)字單獨(dú)地調(diào)節(jié)。
[0037]所述電路具有以下基本原理:兩個(gè)電容器循環(huán)地分別由例如以電流源形式的充電電源充電。由電容器的比例、即尤其其電容的比例并且由電流的比例得出不同的充電時(shí)間，以便將兩個(gè)電容器充電到限定的電壓上，所述電壓可以是相同的。不同的充電時(shí)間則可以用于生成具有任意且精確的占空比的時(shí)鐘信號(hào)，其方式是，將兩個(gè)時(shí)間中的一個(gè)用作參考，而另一個(gè)直接用作用于占空比的調(diào)節(jié)參數(shù)。所述一個(gè)電容器的參考例如可以是充電時(shí)間或其電壓，其然后用作用于第二電容器的參考值或比較值。
[0038]在圖1中示出用于產(chǎn)生在0%和100%之間的任意占空比的電路100。占空比可以是0%，即在輸出信號(hào)中不包含脈沖份額