专利名称：用于驱动脉冲宽度调制器电路的调制器电路和方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲宽度调制器电路，其用于产生具有所期望占空比周期的参考信号，其还涉及一种用于驱动脉冲宽度调制器电路的方法，在脉冲宽度调制器电路中用所期望的占空比周期产生脉冲宽度控制信号。
本发明还可以应用于，例如，在电源领域用于驱动开关电源，或用于按照所期望值的函数对开关电源的输出电流进行闭环控制，其中测量开关电源的输出电流，并且依照所测量的输出电流和所期望的值，在用于在开关电源中驱动的开关装置的脉冲宽度调制器中设置参考或控制信号。
背景技术：
图1示出了一个这样的闭环控制的开关电源的现有技术示例。
在图1中示出的电源基本上包括输入整流器、电源开关和输出滤波器，该整流器还特别包括四个排列为桥接电路形式的整流器二极管10、12、14、16。经由仅单向载送电流的存储和平滑扼流圈18将该桥接电路的整流输出电压提供给经由该桥接整流器的输出而连接的可控制电子开关20。电子开关20可以是MOS-FET或IGBT或一些其他此类的晶体管开关。将整流晶体管开关20的斩波器输出电压的输出/续流二极管22指派给晶体管开关20。将用于对该输出电压进行存储和平滑的单极存储电容器24连接到该开关电源的输出端。将负载电阻器26连接到该输出端，横跨该负载电阻器26而产生输出电压U0。
在示出的示例中，对于该闭环回路的控制，经由分压器28、30以及由运算放大器32所形成的P元件，向脉冲宽度调制器模块34施加输出电压U0。该分压器28、30的参数使得当所期望的输出电压U0出现于电阻28和30之间的结合处时，在P元件32的输入端产生基本上与参考电压UREF相同的电压。因此P元件32产生P元件控制电压，该电压施加于脉冲宽度调制器模块34以驱动该开关电源以便获得所期望的输出电压。如图1所示，脉冲宽度调制器模块34与输入放大级36一起表示，其还包括至少一个存储寄存器和一个计数器形成调节单元(未示出)以设置该脉冲宽度调制器。
控制信号UT产生于该脉冲宽度调制器模块34的输出端，将该信号施加于晶体管开关20。
应该理解，本发明不只限于所说明的脉冲宽度调制器电路的应用。相反，其还可以应用于在闭环回路中需要参考信号，或者一般采用脉冲宽度调制器来产生控制信号或一些其他输出信号的任何情况。
在脉冲宽度调制器的实际应用中，脉冲宽度调制器会有以固定的、限定的分辨率进行工作的问题。例如，可以经由存储寄存器来设置脉冲宽度调制器的输出信号，该输出信号的宽度实际上由微型控制器的寄存器宽度来具体规定。在现有的技术中，此类寄存器的宽度为(例如)8、10、11或12比特。由固定寄存器宽度所规定的这个分辨率在特定的应用中未必足够。例如，当在能够产生0到50Amp范围内的输出电流的电源中采用具有10比特的寄存器宽度的脉冲宽度调制器时，该存储寄存器内1比特的变化引起大约50mA的电流跳动，在一些情况下，这个50mA的电流跳动可能太高。因为由微型控制器来规定寄存器的宽度，所以不能直接地增强脉冲宽度调制器的分辨率。
发明内容
所以，本发明的目的是定义一种脉冲宽度调制器电路和一种用于驱动脉冲宽度调制器电路的方法，该方法使得增强脉冲宽度调制器电路的分辨率成为可能，更具体地，从而产生能以较高分辨率来设置参考信号。
通过权利要求1所述的脉冲宽度调制器电路和权利要求6所述的方法来达到这个目的。
根据本发明的脉冲宽度调制器电路是用于产生以所期望占空比周期为特征的参考信号。基于这个目的而提供调节单元，其包括至少一个存储寄存器和一个计数器。该存储寄存器可以是通常在微型控制器内的存储寄存器，其用于存储至少近似对应于所期望的负载周期的值，并可以在工作周期期间在脉冲宽度调制器中进行设置以产生参考信号。根据本发明，在计数器中设置周期计数，其指示在该工作周期中为了设置脉冲宽度调制器的占空比周期从存储寄存器读出存储的第一值的频率。在工作周期期间可以改变存储在该存储寄存器中的值，以便在该工作周期期间，如果在计数器中设置的周期计数超时则可以将占空比周期设置为第二值。现在在该工作周期期间将脉冲宽度调制器电路的占空比周期设置为第一值和第二值，使得将该脉冲宽度调制器电路的占空比周期总体上设置为该第一与第二值之间的加权平均值成为可能，从而获得或最佳接近，所期望的占空比周期。
根据本发明，更具体地，可以提供一种加法器，其从存储寄存器接收存储的第一值并且在达到周期计数时改变该存储的第一值而产生第二值，该第二值是在达到周期计数时在工作周期的剩余期间被设置的。或者，当达到周期计数而存储第二值(该第二值是在达到周期计数时在工作周期的剩余期间被设置的)时，可以改变或以一些其他方式外部定义存储在存储寄存器中的第一值。
在本发明的一个方面，存储寄存器具有8比特的容量，而计数器具有3比特的容量。本领域的技术人员应该理解，这仅仅是示例，而存储寄存器与计数器可以具有更多或更少的比特容量。
本发明还提供了一种电源，其包括开关装置和上述类型的脉冲宽度调制器电路，该脉冲宽度调制器电路输出到具有所期望的占空比周期的开关装置。
本发明还提供一种用于驱动脉冲宽度调制器电路的方法，该方法包括以下步骤产生具有所期望占空比周期的脉冲宽度控制信号，定义至少大约对应于所期望的占空比周期的第一值和第二值，并且在工作周期期间输出以产生脉冲宽度控制信号总共A次，其中A是预定的整数。根据本发明的方法还提供设置周期计数Y，该周期计数Y规定在工作周期期间读取第一值的频率和读取第二值的频率，以在工作周期期间将所期望的占空比周期设置为第一和第二值输出的平均值的函数。更特别地，根据本发明，通过输出第一值Y次以及第二值(A-Y)次而获得加权平均值。在本发明的优选实施例中，第一值还是整数X，而第二值是整数X+1，从而可以将第一值存储到存储寄存器中，而通过将第一值增加1而产生第二值。
因此，尽管在现有技术中只能够以整数步幅来设置脉冲宽度调制器电路，现在根据本发明提供调节单元，其用于基本上更精细地设置脉冲宽度调制器电路。
更具体地，当A是工作周期的周期数量，Y是设置于计数器内的周期计数，X是第一值而X+1是第二值时，则根据本发明的脉冲宽度调制器电路的脉冲宽度信号的平均值可以由下面增量来设置[Y*X+(A-Y)*(X+1)]A=X+1-YA]]>该脉冲宽度调制器电路的分辨率是，如，8+3＝11比特。
更特别地，将本发明作为软件的计算机程序的形式来实施。
将参照附图通过对优选实施例的描述来详细说明本发明。
图1示出了合并了根据本发明的脉冲宽度调制器电路的现有技术电源的电路图；和图2示出了根据本发明用于驱动脉冲宽度调制器电路的方法的流程图。
具体实施例方式
如上所述，应该理解图1中以示例方式所示的电源只是根据本发明的脉冲宽度调制器的许多可能的应用之一。
现在将参照图2对根据本发明用于驱动脉冲宽度调制器的方法进行详细说明。
现在参考图2，说明可以实施为计算机程序的根据本发明的方法的流程图。在此图中，将存储在存储寄存器中的值指定为X，而Z识别计数器的瞬间计数，并且预定义的周期计数Y指示在工作周期期间使用值X的频率。如图2所示的流程图表示为在工作周期期间被调用A次的一种中断子程序。
该方法开始于块40，称为开始可以来表示中断子程序的开始。在块42中，首先提出请求，在该请求中确定存储于存储寄存器中的值X是否是最大可能值。若是，则该方法立即停止而且该中断子程序在结束块54处退出。在这种情况下，脉冲度调制器的控制或参考信号只是最大可能信号。
如果存储于存储寄存器中的值X不等于该最大值，例如，仅为0xFF。则该方法在块44中继续提出进一步的请求以测试计数Z是否已经达到预定义的周期计数Y。如果不是，则以存储于存储寄存器中的值X驱动脉冲宽度调制器，如果是，则以存储在存储寄存器中的值X+1控制脉冲宽度调制器。由块46和48对此进行说明。假如如图2所示的程序在工作周期期间运行A次，而存储在存储寄存器中的值X不等于最大值，则用值X来驱动计数0到Y-1的脉冲宽度调制器，而用值X+1来驱动计数Y到A的脉冲宽度调制器。从而由值X和X+1的加权平均值导出脉冲宽度调制器的占空比周期。
在块46或48中已确定用于脉冲宽度调制器的驱动值之后，增加计数器的计数，如50所示。为消除任何溢出，在52掩码计数器从而只进一步使用计数器的相应比特，如三个最低有效比特。基于此目的，可以将计数与，例如b00000111，进行AND逻辑操作。
随后，程序经由块54退出中断子程序。
应该理解，使用计算机程序来达到本发明的方法仅仅是为了举例来说明本发明。根据本发明，规定在工作周期期间将所说明的序列重复A次，从而将脉冲宽度调制器的占空比周期设置如下[Y*X+(A-Y)*(X+1)]A·Xmax=[X+1-YA]÷Xmax]]>其中，Xmax是在存储寄存器中可以保存的最高数字X。对于8比特的寄存器，Xmax＝28＝256。
根据本发明的方法现在使得基本上增强脉冲宽度调制器的分辨率而不改变该寄存器的尺寸成为可能。该脉冲宽度调制器的输出信号可以在所有需要参考信号以高分辨率进行设置的应用中投入使用。
应该理解，从上述说明、权利要求和附图中读出的特征，对于独立地实施本发明的各方面以及与其组合地实施本发明的各方面来说，都很重要。
参考符号清单10、12、14、16 整流器二极管18 平滑扼流圈20 晶体管开关22 输出/自由转轮二极管24 存储电容器26 负载电阻器28、30 分压器32 放大器，P元件34 脉冲宽度调制器模块36 输入放大器级40、42、44、46、48、54 方法步骤
权利要求
1.一种用于产生具有所期望占空比周期的参考信号的脉冲宽度调制器电路，其包括调节单元，其包括至少一个存储寄存器和一个计数器，将该存储寄存器配置成用于存储至少近似对应于所期望的占空比周期的值，并可以在工作周期期间在脉冲宽度调制器电路中对其设置以产生参考信号，而该计数器设置周期计数(Y)指示在工作周期(A)期间从存储寄存器读出存储的第一值(X)的频率，存储在该存储寄存器中的值在该工作周期中可以变化。
2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制器电路，还包括加法器，该加法器从存储寄存器计数接收存储的第一值，并且在达到周期计数(Y)时改变存储的第一值以产生第二值(X+1)，在达到周期计数(Y)后设置第二值以用于该工作周期的剩余部分。
3.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制器电路，其中一经达到周期计数(Y)，存储在存储寄存器中的第一值就可以变化以存储第二值(X+1)，在达到周期计数(Y)后设置第二值以用于该工作周期的剩余部分。
4.根据权利要求1、2和3之一所述的脉冲宽度调制器电路，其中存储寄存器具有8比特容量，而计数器具有3比特容量。
5.一种电源，其包括开关装置(20)；以及根据任何前面权利要求之一所述的脉冲宽度调制器电路(34)，其用于向开关装置(20)输出具有所期望占空比周期并且对应于参考信号的控制信号。
6.一种用于驱动脉冲宽度调制器电路的方法，其包括以下步骤产生具有所期望占空比周期的脉冲宽度控制信号；定义大约对应于所期望的占空比周期的至少一个第一值和一个第二值(46、48)，并且在工作周期期间输出以产生脉冲宽度控制信号总共A次，其中A是预定的整数；和设置(44)周期计数Y，该周期计数Y规定在工作周期期间读取第一值的频率和读取第二值的频率，以在工作周期期间将所期望的占空比周期设置为第一和第二值输出的平均值的函数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将第一值和第二值输出到脉冲宽度调制器(34)以产生脉冲宽度控制信号。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中输出第一值Y次而输出第二值(A-Y)次。
9.根据权利要求6到8之一所述的方法，其中第一值为整数X，而第二值是整数X+1。
10.根据权利要求9所述的方法，其中第一值存储于存储寄存器中，而通过向第一值增加1而产生第二值(X+1)。
11.根据权利要求6到10之一所述的方法，其中在计数器中设置周期计数Y，在每个计数时钟期间输出(46)第一值直到达到周期计数Y，而在达到周期计数后，在每个计数时钟期间输出(48)第二值，直到工作周期A结束。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在每个工作周期(52)结束时复位计数器。
13.一种用于驱动电源的方法，其中如权利要求6到12的任何一项所述来产生脉冲宽度控制信号，并且将该信号施加到用于产生输出电流的开关装置(20)。
14.一种包括实施了如权利要求6到13之一所述的方法的程序代码的计算机程序。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲宽度调制器电路，其用于产生具有所期望占空比因数的参考信号，该电路包括调节单元，该调节单元至少包括一个存储寄存器和一个计数器。将该存储寄存器配置用于存储至少近似地对应于所期望的占空比因数的值以产生参考信号。该计数器调节周期数量Y，其指示在工作周期A期间从存储寄存器读出所存储的第一值X的频率。在工作周期期间可以修改存储在存储寄存器中的值。
文档编号H03K7/08GK1717855SQ200480001525
公开日2006年1月4日 申请日期2004年1月8日 优先权日2003年1月22日
发明者马库斯·拉德马彻 申请人:美蓓亚株式会社