专利名称：调整pwm信号的频率与工作循环的pwm缓冲电路的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种应用于脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号的缓冲电路，尤其关于一种用以调整PWM信号的频率与工作循环(Duty Cycle)的PWM缓冲电路。
背景技术：
近年来，散热风扇马达的速度的控制方式主要是利用脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号加以达成。图1显示使用现有｀PWM控制方法的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。参照图1，PWM信号产生单元10输出一PWM信号S1至驱动电路11。基于PWM信号S1，驱动电路11输出一驱动信号A至风扇马达12，以此控制风扇马达12的速度。具体而言，PWM信号S1的一信号特征为所谓的「工作循环」，也即PWM信号S1的脉冲宽度与周期的比率。兹假设在图1中PWM信号S1的工作循环由符号D1所表示。在前述现有｀的PWM控制方法中，当PWM信号S1的工作循环D1为相对大时，从驱动电路11所输出的驱动信号A可使风扇马达12以相对高的速度运转；而当PWM信号S1的工作循环D1为相对小时，从驱动电路11所输出的驱动信号A可使风扇马达12以相对低的速度运转。
现有｀的PWM控制方法具有至少两项缺点。第一项缺点是所利用的PWM信号S1的频率必须为相对高，例如高于10kHz。当PWM信号S1的频率低于10kHz时，风扇马达12的操作会受到由开关噪声(Switching Noise)所造成的不良影响。第二项缺点是所利用的PWM信号S1的工作循环D1必须限制在30％至85％的范围间，以确保驱动电路11与风扇马达12可由PWM信号S1适当地控制。
发明内容
有鉴于前述问题，本发明的一目的在于提供一种PWM缓冲电路，设置在风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大身为控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围。
本发明的一目的在于提供一种PWM缓冲电路，设置在风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大身为控制信号的PWM信号的可应用的工作循环的范围。
依据本发明的一方面，提供一种PWM缓冲电路，包含一工作循环转换电路与一固定频率PWM信号产生电路。工作循环转换电路是用以接收一第一PWM信号，然后基于该第一PWM信号的一第一工作循环而产生一工作循环参考电压。工作循环参考电压为第一工作循环的一对一映像函数。固定频率PWM信号产生电路是用以接收工作循环参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二PWM信号。第二PWM信号的一第二工作循环是基于工作循环参考电压而决定，并且第二工作循环为工作循环参考电压的一对一映像函数。
依据本发明的另一方面，提供一种风扇马达的速度控制电路，包含一PWM信号产生单元、一PWM缓冲电路、一驱动电路、以及一风扇马达。PWM信号产生单元是用以产生具有一第一工作循环的一第一PWM信号。PWM缓冲电路是连接到PWM信号产生单元，用以将第一PWM信号转换成具有一固定频率与一第二工作循环的一第二PWM信号。驱动电路是连接到PWM缓冲电路，用以基于第二PWM信号而输出一驱动信号。风扇马达是连接到驱动电路，其速度由驱动信号所控制。
在本发明的一较佳实施例中，可使第一PWM信号的频率大于30Hz且第一工作循环位于5％至95％的范围之内。因此，依据本发明的PWM缓冲电路可设置在风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围，并且扩大控制信号的PWM信号的可应用的工作循环的范围。
图1显示使用现有｀PWM控制方法的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。
图2显示设置有依据本发明的PWM缓冲电路的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。
图3显示依据本发明的PWM缓冲电路的详细电路区块图。
图4(a)显示工作循环参考电压V1为PWM信号S1的工作循环D1的一对一映像函数。
图4(b)显示PWM信号S2的工作循环D2为工作循环参考电压V1的一对一映像函数。
图5显示依据本发明的PWM缓冲电路的具体电路组态的一例子。
具体实施例方式
下文中的说明与附图将使本发明的前述与其它目的、特征、与优点更明显。兹将参照图示详细说明依据本发明的较佳实施例。
图2显示设置有依据本发明的PWM缓冲电路20的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。参照图2，本发明不同于图1所示的现有技术之处在于本发明设置一PWM缓冲电路20在PWM信号产生单元10与驱动电路11间，使得从PWM信号产生单元10所输出的PWM信号S1经由PWM缓冲电路20转换成PWM信号S2之后才输入至驱动电路11。随后，基于PWM信号S2，驱动电路11输出一驱动信号B至风扇马达12。
具体地说，PWM缓冲电路20使具有工作循环D1与频率F1的PWM信号S1转换成具有工作循环D2与频率F2的PWM信号S2。在本发明中，PWM信号S2的工作循环D2与频率F2是设计成位于可在不造成开关噪声的情况下确保风扇马达的速度受到适当的控制的数值范围内。因而，借着此种组态，即使PWM信号S1的工作循环D1与频率F1并非位于可使风扇马达执行适当操作的应用范围内，由于驱动电路11是接收经过PWM缓冲电路20转换的PWM信号S2，故仍可在不造成开关噪声的情况下确保风扇马达12的速度受到适当的控制。换言之，依据本发明的PWM缓冲电路20设置在风扇马达的速度控制电路中，达成扩大控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围，并且扩大控制信号的PWM信号的可应用的工作循环的范围。
在图1所示的现有技术的PWM控制方法中，PWM信号S1的频率必须高于10kHz且工作循环D1必须限制在30％至85％的范围之内。在本发明的一实施例中，PWM缓冲电路20可使具有频率大于30Hz且工作循环在5％至95％范围之间的PWM信号S1转换成具有频率F2大于10kHz的PWM信号S2。因此，借着依据本发明的PWM缓冲电路20，PWM信号S1的可应用的频率的范围扩大成大于30Hz且可应用的工作循环的范围扩大成5％至95％范围之间。
图3显示依据本发明的PWM缓冲电路20的详细电路区块图。参照图3，PWM缓冲电路20包括一工作循环转换电路21与一固定频率PWM信号产生电路22。具体地说，工作循环转换电路21接收PWM信号S1，然后基于PWM信号S1的工作循环D1而产生一工作循环参考电压V1。换言之，工作循环参考电压V1为PWM信号S1的工作循环D1的一对一映像函数(one-to-one mapping function)，如图4(a)所示。固定频率PWM信号产生电路22接收工作循环参考电压V1，然后基于工作循环参考电压V1而决定PWM信号S2的工作循环D2。换言之，PWM信号S2的工作循环D2为工作循环参考电压V1的一对一映像函数，如图4(b)所示。综上所述，为了将工作循环D1转换成工作循环D2，PWM缓冲电路20在第一阶段时先利用工作循环转换电路21将工作循环D1转换成工作循环参考电压V1，随后在第二阶段时利用固定频率PWM信号产生电路22将工作循环参考电压V1转换成工作循环D2。
此外，不论工作循环参考电压V1的大小，固定频率PWM信号产生电路22仅产生具有一固定频率的PWM信号S2。因此可将固定频率PWM信号产生电路22设计成输出具有频率F2的PWM信号S2，其中频率F2是足够大以避免开关噪声的产生。
在本发明的一实施例中，固定频率PWM信号产生电路22得由一微芯片控制单元(Microchip Control Unit)加以实施，其中该微芯片控制单元是经由软件程序的设定而执行前述依据本发明的功能。在本发明的另一实施例中，固定频率PWM信号产生电路22包括有一频率控制器23与一PWM信号产生器24，如图3所示。具体地说，频率控制器23提供一频率控制信号FC，用以决定PWM信号产生器24所产生的PWM信号S2的频率。基于从工作循环转换电路21而来的工作循环参考电压V1以及从频率控制器23而来的频率控制信号FC，PWM信号产生器24产生具有工作循环D2与频率F2的PWM信号S2。
图5显示依据本发明的PWM缓冲电路20的具体电路组态的一例子。参照图5，工作循环转换电路21包括一晶体管Q1、复数个电阻R1至R5、一个二极管Dd1、一电容C1、以及一操作放大器OA1。频率控制器23包括复数个电阻R6至R8、一电容C2、以及一操作放大器OA2。PWM信号产生器24包括一操作放大器OA3以及一电阻R9。
具体地说，晶体管Q1之栅极用以接收PWM信号S1、其漏极经由电阻R1而连接至一电压源VDD、且其源极接地。二极管Dd1的P极电连接到晶体管Q1的漏极，且其N极电连接到操作放大器OA1的非反相(Non-inverting)输入端。电阻R2与电容C1都电连接到二极管Dd1的N极与地面间。电阻R3电连接到操作放大器OA1的反相(Inverting)输入端与地面间。电阻R4电连接到操作放大器OA1的输出端与地面间。操作放大器OA1的输出端经由电阻R5而输出工作循环参考电压V1至操作放大器OA3的非反相输入端。
电阻R6电连接到操作放大器OA2的非反相输入端与地面间。电阻R7电连接到操作放大器OA2的非反相输入端与输出端间。电容C2电连接到操作放大器OA2的反相输入端与地面间。电阻R8电连接到操作放大器OA2的反相输入端与输出端间。通过此组态，操作放大器OA2的输出端经由电阻R8而输出频率控制信号FC至操作放大器OA3的反相输入端。在图5所示的例子中，频率控制信号FC为具有频率f的三角波连续信号，其中f=12R8C2ln(1+2R6R7).]]>响应于在操作放大器OA3的非反相输入端所接收的工作循环参考电压V1以及在操作放大器OA3的反相输入端所接收的频率控制信号FC，操作放大器OA3的输出端经由电阻R9输出PWM信号S2。具体地说，操作放大器OA3作用如同一电压比较器，使得当工作循环参考电压V1大于频率控制信号FC的电压电平时，操作放大器OA3输出PWM信号S2的高电平状态，而当工作循环参考电压V1小于频率控制信号FC的电压电平时，操作放大器OA3输出PWM信号S2的低电平状态。借着此种方式，PWM信号产生器24将工作循环参考电压V1转换成工作循环D2。此外，PWM信号产生器24所产生的PWM信号S2的频率F2等于频率控制信号FC的频率f。
虽然本发明业已通过较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于熟悉此项技术的人士而言是明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利权利要求的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。
权利要求
1.一种脉宽调制缓冲电路，其特征在于所述电路包含一工作循环转换电路，用以接收一第一脉宽调制信号，然后基于该第一脉宽调制信号的一第一工作循环而产生一工作循环参考电压，其中该工作循环参考电压为该第一工作循环的一对一映像函数，以及一固定频率脉宽调制信号产生电路，连接到工作循环转换电路，该用以接收该工作循环参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二脉宽调制信号，其中该第二脉宽调制信号的一第二工作循环是基于该工作循环参考电压而决定，并且该第二工作循环为该工作循环参考电压的一对一映像函数。
2.如权利要求1所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该工作循环转换电路包括一晶体管，其栅极用以接收该第一脉宽调制信号且其源极接地；一第一电阻，连接到该晶体管的漏极与一电压源VDD间；一个二极管，其P极电连接到该晶体管的该漏极；一第二电阻，连接到该二极管的N极与地面间；一第一电容，连接到该二极管的N极与地面间；一第一操作放大器，其非反相输入端连接到该二极管的N极；一第三电阻，连接到该第一操作放大器的反相输入端与地面间；一电四电阻，连接到该第一操作放大器的反相输入端与该第一操作放大器的输出端间；以及一第五电阻，连接到该第一操作放大器的该输出端与该固定频率脉宽调制信号产生电路间。
3.如权利要求1所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该固定频率脉宽调制信号产生电路是由一微芯片控制单元经由软件程序的设定而加以实施。
4.如权利要求1所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该固定频率脉宽调制信号产生电路包括一频率控制器，提供一频率控制信号，用以决定该第二脉宽调制信号的该固定频率，以及一脉宽调制信号产生器，连接到该工作循环转换电路与该频率控制器，响应于该工作循环参考电压与该频率控制信号而产生该第二脉宽调制信号。
5.如权利要求4所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该频率控制器包括一第二操作放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端、与一输出端；一第六电阻，连接到该第二操作放大器的该非反相输入端与地面间；一第七电阻，连接到该第二操作放大器的该非反相输入端与该输出端间；一第二电容，连接到该第二操作放大器的该反相输入端与地面间；以及一第八电阻，连接到该第二操作放大器的该非反相输入端与该输出端间。
6.如权利要求4所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该脉宽调制信号产生器包括一第三操作放大器，其非反相输入端连接到该工作循环转换电路以接收该工作循环参考电压，且其反相输入端连接到该频率控制器以接收该频率控制信号，以及一第九电阻，其一端连接到该第三操作放大器的输出端使得该第二脉宽调制信号经由该第九电阻的另一端而输出。
7.如权利要求4所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该频率控制信号是一个三角波连续信号。
8.如权利要求1所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该第一脉宽调制信号的频率是大于30Hz且该第一工作循环是位于5％至95％的范围间。
9.如权利要求1所述的脉宽调制缓冲电路，其特征在于该第二脉宽调制信号的该固定频率是大于10kHz。
10.一种风扇马达的速度控制电路，其特征在于所述电路包含一脉宽调制信号产生单元，用以产生一第一脉宽调制信号，该第一脉宽调制信号具有一第一工作循环；一脉宽调制缓冲电路，连接到该脉宽调制信号产生单元，用以将该第一脉宽调制信号转换成一第二脉宽调制信号，该第二脉宽调制信号具有一固定频率与一第二工作循环；以及一驱动电路，连接到该脉宽调制缓冲电路，用以基于该第二脉宽调制信号而输出一驱动信号至一风扇马达，以此控制该风扇马达的速度。
11.如权利要求10所述的风扇马达的速度控制电路，其特征在于该脉宽调制缓冲电路包括一工作循环转换电路，用以接收该第一脉宽调制信号，然后基于该第一脉宽调制信号的该第一工作循环而产生一工作循环参考电压，其中该工作循环参考电压为该第一工作循环的一对一映像函数，以及一固定频率脉宽调制信号产生电路，连接到工作循环转换电路，用以接收该工作循环参考电压，然后输出该第二脉宽调制信号，其中该第二脉宽调制信号的该第二工作循环是基于该工作循环参考电压而决定，并且该第二工作循环为该工作循环参考电压的一对一映像函数。
12.如权利要求10所述的风扇马达的速度控制电路，其特征在于该固定频率脉宽调制信号产生电路包括一频率控制器，提供一频率控制信号，用以决定该第二脉宽调制信号的该固定频率，以及一脉宽调制信号产生器，连接到该工作循环转换电路与该频率控制器，响应该工作循环参考电压与该频率控制信号而产生该第二脉宽调制信号。
全文摘要
一种PWM缓冲电路，包含一工作循环转换电路与一固定频率PWM信号产生电路。工作循环转换电路是用以接收一第一PWM信号，然后基于该第一PWM信号的一第一工作循环而产生一工作循环参考电压。工作循环参考电压为第一工作循环的一对一映像函数。固定频率PWM信号产生电路是用以接收该工作循环参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二PWM信号。第二PWM信号的一第二工作循环是基于工作循环参考电压而决定。此外，第二工作循环为工作循环参考电压的一对一映像函数。
文档编号H02P7/00GK1567721SQ03137360
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月19日 优先权日2003年6月19日
发明者邱俊隆, 黄文喜 申请人:台达电子工业股份有限公司