[發(fā)明專利]占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410287535.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104038029A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹何金生;趙晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)（杭州）有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源，尤其涉及一種占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)

在開(kāi)關(guān)電源中，控制電路的第一部分將輸出電壓或輸出電流與鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生具有占空比的PWM(脈寬調(diào)變，Pulse-Width?Modulation)信號(hào)或PFM(脈波頻率調(diào)變，Pulse?Frequency?Modulation)信號(hào)。控制電路的第二部分接收PWM信號(hào)或PFM信號(hào)作為輸入信號(hào)，然后產(chǎn)生控制信號(hào)，用于切換功率級(jí)電路中的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或斷開(kāi)。可以將控制電路的第二部分和功率級(jí)電路一起看作是占空比轉(zhuǎn)換電路。該占空比轉(zhuǎn)換電路將PWM信號(hào)或PFM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，即開(kāi)關(guān)電源的直流輸出電壓或直流輸出電源。占空比轉(zhuǎn)換電路廣泛地用于各種模擬量測(cè)量?jī)x表或負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置。在模擬量測(cè)量?jī)x表中，例如需要將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中，例如需要根據(jù)外部輸入的PWM信號(hào)調(diào)節(jié)通過(guò)負(fù)載的電壓或電流。作為負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，占空比轉(zhuǎn)換電路可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管(LED)的模擬調(diào)光、散熱風(fēng)扇的模擬調(diào)速、或者放大器的功率調(diào)節(jié)等。

如圖1a所示，傳統(tǒng)的將占空比轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)方法一般是利用濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即，PWM信號(hào)通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的輸出。具體的，請(qǐng)參考圖1b，圖1b為現(xiàn)有技術(shù)采用濾波網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路10包括充電控制開(kāi)關(guān)S1、S2以及由電容C和電阻R構(gòu)成的濾波電路(如圖方框內(nèi)所示)，充電控制開(kāi)關(guān)S1的一端接一參考電壓信號(hào)V_ref，另一端與電阻R相連，轉(zhuǎn)移控制開(kāi)關(guān)S2的一端與充電控制開(kāi)關(guān)S1和電阻R相連處相連，轉(zhuǎn)移控制開(kāi)關(guān)S2的另一端接地，PWM信號(hào)作為該轉(zhuǎn)換電路10的輸入信號(hào)。當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，充電控制開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通，轉(zhuǎn)移控制開(kāi)關(guān)S2關(guān)斷，參考電壓信號(hào)V_ref通過(guò)充電控制開(kāi)關(guān)S1、電阻R對(duì)電容C進(jìn)行充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)，電容C通過(guò)電阻R、轉(zhuǎn)移控制開(kāi)關(guān)S2對(duì)地放電，從而實(shí)現(xiàn)了將占空比為D的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)V_out輸出，其中V_out＝V_ref×D。

然而，類似現(xiàn)有技術(shù)這種通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的占空比—模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換電路均存在一個(gè)問(wèn)題，即轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度和輸出紋波的問(wèn)題無(wú)法同時(shí)解決。原因在于，只有在電阻R和電容C的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于PWM信號(hào)的頻率時(shí)，才能保證輸出的模擬信號(hào)近似為直流信號(hào)，即解決了輸出紋波大的問(wèn)題，然而卻由于電阻R和電容C的時(shí)間常數(shù)非常大，又會(huì)引起轉(zhuǎn)換電路的響應(yīng)速度慢的問(wèn)題，兩者無(wú)法兼顧，并且大容值的電容還會(huì)增加轉(zhuǎn)換電路的體積和制造成本，同時(shí)還會(huì)降低轉(zhuǎn)換電路的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法，以使PWM信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換具有非常快的響應(yīng)速度，并且轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持特性，能夠解決紋波問(wèn)題大的問(wèn)題。

第一方面，本發(fā)明提出了一種占空比轉(zhuǎn)換電路，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述占空比轉(zhuǎn)換電路包括充電電路、充電電容、轉(zhuǎn)移電路、輸出電容和放電電路；

在所述PWM信號(hào)的各周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電路輸出一充電電流對(duì)所述充電電容充電；

當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述充電電流停止對(duì)所述充電電容充電，并在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，使所述充電電容上的電壓通過(guò)所述轉(zhuǎn)移電路輸出至所述輸出電容上，在放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容通過(guò)所述放電電路放電，以將所述充電電容上的電壓降低至初始電壓；

所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段與所述放電時(shí)間段均為所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的時(shí)間段，且所述放電時(shí)間段在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段之后發(fā)生；

所述輸出電容上的電壓為所述占空比轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬信號(hào)。

進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電電路包括一受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源向所述充電電容輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無(wú)充電電流輸出。

進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電電路包括一電流源和充電控制開(kāi)關(guān)，所述電流源的輸出電流為所述充放電電流，所述充電控制開(kāi)關(guān)連接在所述電流源和所述充電電容之間，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電流通過(guò)所述充電控制開(kāi)關(guān)對(duì)所述充電電容充電。

進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述電流源為受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無(wú)電流輸出。