一种滤波电路和一种控制系统的制作方法

本揭示文件有关一种滤波电路和控制系统，尤指能对脉冲宽度调变(pwm)信号进行滤波的一种滤波电路和控制系统。

背景技术：

传统的电压比较电路是以输入信号的电压大小是否超过电压门槛值，来决定其输出信号。例如，当有一高电压为5v且低电压为0v的脉冲宽度调变(pwm)信号，输入一电压门槛值为3v的传统电压比较电路时，传统的电压比较电路可对应输出高电压为5v且低电压为0v的pwm信号。而当有一高电压为2v且低电压为0v的pwm信号输入传统的电压比较电路时，传统的电压比较电路会将输出信号维持于0v的低电位，而不会输出pwm信号。

然而，传统的电压比较电路无法侦测pwm信号的负载比改变，进而改变其输出信号。例如，无论前述高电压为2v且低电压为0v的pwm信号的负载比如何改变，前述传统的电压比较电路的输出信号皆会维持于低电位。因此，传统的电压比较电路限制了pwm信号的应用弹性。

技术实现要素：

有鉴于此，如何提供可依据pwm信号的负载比改变输出信号的滤波电路以及相关的控制系统，实为业界有待解决的问题。

本揭示文件的一实施例有关一种滤波电路，用于过滤一脉冲宽度调变(pwm)信号。该滤波电路包含：一阻容电路、一比较电路和一输出控制电路。阻容电路用于依据该pwm信号产生一涟波电压信号。比较电路耦接于该阻容电路，用于比较该涟波电压信号和一第一参考电压，并用于依据一比较结果输出一开关信号。输出控制电路耦接于该比较电路和该阻容电路，用于依据该开关信号和该pwm信号产生一输出信号。其中，当该pwm信号的一负载比大于一预设门槛值时，该输出信号的波形对应于该pwm信号，当该pwm信号的一负载比小于该预设门槛值时，该输出信号的波形不对应于该pwm信号。

在某些实施例中，该阻容电路包含：一第一电阻、一第二电阻和一电容。该第一电阻具有一第一端用于接收该pwm信号，以及具有一第二端。该第二电阻具有一第一端耦接于该第一电阻的该第二端，以及具有一第二端用于接收一第二参考电压。该电容具有一第一端耦接于该第一电阻的该第二端和该比较电路，以及具有一第二端用于接收该第二参考电压。

在某些实施例中，该输出控制电路包含：一输出开关和一第三电阻。该输出开关具有一第一端、一第二端以及一控制端，该第一端用于接收该pwm信号，该第二端用于产生该输出信号，该控制端用于接收该开关信号。该第三电阻具有一第一端耦接于该输出开关的该第二端，以及具有一第二端用于接收该第二参考电压。

在某些实施例中，该比较电路的一正向输入端用于接收该涟波电压信号，该比较电路的一反相输入端用于接收该第一参考电压，当该涟波电压信号大于该第一参考电压时，该输出开关切换至导通状态。

在某些实施例中，该比较电路的一正向输入端用于接收该第一参考电压，该比较电路的一反相输入端用于接收该涟波电压信号，当该涟波电压信号大于该第一参考电压时，该输出开关切换至导通状态。

在某些实施例中，该滤波电路另包含一参考电压产生电路。该参考电压产生电路耦接于该比较电路的该反相输入端，该参考电压产生电路根据该pwm信号和该第二参考电压产生该第一参考电压。

在某些实施例中，该滤波电路另包含一分压电路。该分压电路用于对该pwm信号进行降压，以产生降压后的该pwm信号，并将该降压后的该pwm信号输出至该输出控制电路。其中，该输出控制电路用于依据该开关信号和该降压后的该pwm信号产生该输出信号。

在某些实施例中，该比较电路具有一正工作电源输入端耦接于该分压电路，用于接收该降压后的该pwm信号，具有一负工作电源输入端，用于接收一第二参考电压。

本揭示文件的另一实施例有关一种控制系统。该控制系统包含：一控制装置、多个滤波电路和多个输出装置。控制装置用于产生一脉冲宽度调变(pwm)信号。多个滤波电路皆耦接于该控制装置，分别用于接收且过滤该pwm信号。多个输出装置分别对应耦接于所述多个滤波电路，用于依据该pwm信号进行运作。其中，每一所述滤波电路具有各自所依据的一预设门槛值，当该pwm信号的一负载比大于所依据的该预设门槛值，该滤波电路输出该pwm信号至所对应耦接的该输出装置，当该pwm信号的一负载比小于所依据的该预设门槛值，该滤波电路不输出该pwm信号至所对应耦接的该输出装置。

在某些实施例中，每个滤波电路包含：一阻容电路、一比较电路和一输出控制电路。该阻容电路用于依据该pwm信号产生一涟波电压信号。该比较电路耦接于该阻容电路，用于比较该涟波电压信号和一第一参考电压，并用于依据一比较结果输出一开关信号。该输出控制电路耦接于该比较电路和该分压电路，用于依据该开关信号和该pwm信号产生一输出信号。其中，当该pwm信号的负载比大于所依据的预设门槛值时，该输出信号的波形对应于该pwm信号，当该pwm信号的负载比小于所依据的该预设门槛值时，该输出信号的波形不对应于该pwm信号。

上述的滤波电路和控制系统的优点之一，是无需使用额外的控制芯片，以简单的电路便能依据pwm信号的负载比对pwm信号进行滤波。

附图说明

为让揭示文件的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为根据本揭示文件一实施例的滤波电路简化后的功能方块图；

图2为进一步绘示图1的滤波电路的电路架构的功能方块图；

图3为用于说明图1的滤波电路的运作的时序变化图；

图4为用于说明图1的滤波电路的运作的另一时序变化图；

图5为依据本揭示文件另一实施例的滤波电路简化后的功能方块图；

图6为用于说明图5的滤波电路的运作的时序变化图；

图7为用于说明图5的滤波电路的运作的另一时序变化图；

图8为依据本揭示文件又一实施例的滤波电路简化后的功能方块图；

图9为用于说明图8的滤波电路的运作的时序变化图；

图10为用于说明图8的滤波电路的运作的另一时序变化图；

图11为依据本揭示文件一实施例的控制系统简化后的功能方块图。

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。

图1为根据本揭示文件一实施例的滤波电路100简化后的功能方块图。滤波电路100包含一阻容电路(rccircuit)110、一比较电路120、一输出控制电路130和一参考电压产生电路140。比较电路120的正向输入端耦接于阻容电路110，反相输入端耦接于参考电压产生电路140，输出端耦接于输出控制电路130。

阻容电路110用于将峰值与谷值差异较大的pwm信号，转换为峰值与谷值差异较小的一涟波电压信号v1。参考电压产生电路140用于依据pwm信号产生一第一参考电压vref1。比较电路120用于比较涟波电压信号v1和第一参考电压vref1，并依据比较结果输出一开关信号vsw。输出控制电路130则依据开关信号vsw和pwm信号输出一输出信号vout。其中，滤波电路100可依据pwm信号的负载比，对pwm信号进行滤波。

详细而言，当pwm信号的负载比大于一预设门槛值时，涟波电压信号v1的电压大小会大于第一参考电压vref1。此时，比较电路120输出的开关信号vsw，会对应于比较电路120的一正电源端122接收的电源电压vdd，使得输出控制电路130输出的输出信号vout对应于pwm信号(例如，输出信号vout和pwm信号具有相同的负载比)。

另一方面，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，涟波电压信号v1的电压大小会小于第一参考电压vref1。此时，比较电路120输出的开关信号vsw，会对应于比较电路120的一负电源端124接收的一第二参考电压vref2，使得输出控制电路130输出的输出信号vout不对应于pwm信号。其中，于实作上，第二参考电压vref2可为接地电压。

图2为进一步绘示图1的滤波电路100的电路架构的功能方块图。如图2所示，阻容电路110包含一第一电阻112、一第二电阻114和一电容116。第一电阻112具有一第一端用于接收pwm信号，并具有一第二端耦接于第二电阻114的第一端。第二电阻114具有一第二端用于接收第二参考电压vref2。电容116具有一第一端耦接于第一电阻112的第二端和比较电路120的正向输入端，并具有一第二端用于接收第二参考电压vref2。

阻容电路110中的电容数量并不以此实施例为限。在某些需要较大电容值的实施例中，可使用多个电容并联的电容阵列来取代电容116。

输出控制电路130包含一输出开关132和一第三电阻134。输出开关132具有一第一端用于接收pwm信号，具有一第二端用于产生输出信号vout，具有一控制端用于接收开关信号vsw。第三电阻134具有一第一端耦接于输出开关132的第二端，并具有一第二端用于接收第二参考电压vref2。

参考电压产生电路140具有一第四电阻142和一第五电阻144。第四电阻142具有一第一端用于接收pwm信号，并具有一第二端耦接于比较电路120的反相输入端。第五电阻144具有一第一端耦接于第四电阻142的第二端，并具有一第二端用于接收第二参考电压vref2。

请同时参照图2和图3，第四电阻142和第五电阻144用于对pwm信号和第二参考电压vref2的电压差进行分压，以在第四电阻142和第五电阻144之间产生前述的第一参考电压vref1。因此，如图3所示，第一参考电压vref1的电压大小变化会对应于pwm信号。

当pwm信号的负载比大于前述的预设门槛值时(例如，大于40％)，pwm信号处于高电位的时间较长。因此，阻容电路110会将电容116充电较长时间，使得电容116的第一端的电压(亦即，涟波电压信号v1)被抬升至高于第一参考电压vref1。

另一方面，pwm信号处于低电位的时间较短，且第一电阻112和第二电阻114会减缓电容116的第一端的放电速度。因此，当pwm信号处于低电位，涟波电压信号v1也不会低于已随pwm信号降低的第一参考电压vref1。

换言之，当pwm信号的负载比大于预设门槛值时，涟波电压信号v1便会大于第一参考电压vref1。一旦涟波电压信号v1大于第一参考电压vref1，比较电路120会输出对应于电源电压vdd的开关信号vsw至输出开关132的控制端，使得输出开关132导通。因此，pwm信号会由输出开关132的第一端传递至第二端，使得输出控制电路130输出的控制信号vout对应于pwm信号。

请同时参照图2和图4，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，pwm信号处于高电位的时间较短。因此，阻容电路110会将电容116充电较短时间，使得电容116的第一端的电压(亦即，涟波电压信号v1)维持于低于第一参考电压vref1。

换言之，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，涟波电压信号v1便会小于第一参考电压vref1。一旦涟波电压信号v1小于第一参考电压vref1，比较电路120会输出对应于第二参考电压vref2的开关信号vsw至输出开关132的控制端，使得输出开关132关断。因此，pwm信号无法传递至输出开关132第二端，但第二参考电压vref2会传递至第三电阻134的第一端，使得输出控制电路130输出的控制信号vout对应于第二参考电压vref2。

于实作上，可通过调整滤波电路100中的第一电阻112和第二电阻114的电阻值，或是调整电容116的电容值，来决定前述的预设门槛值。

由上述可知，滤波电路100可依据pwm信号的负载比来对pwm信号进行滤波。因此，若有一后端电路(未绘示于图中)用于依据滤波电路100的输出信号vout进行运作，便可利用调变pwm信号的负载比，来控制该后端电路的运作状态。

例如，在某一实施例中，该后端电路可为一灯泡，滤波电路100的预设门槛值为40％。当pwm信号的负载比小于40％时，滤波电路100会输出对应于第二参考电压vref2的输出信号vout至该灯泡，使得该灯泡处于未点亮状态。当pwm信号的负载比为50％时，滤波电路100会输出对具有50％负载比的输出信号vout至该灯泡，使得该灯泡具有一般亮度。当pwm信号的负载比为80％时，滤波电路100会输出具有80％负载比的输出信号vout至该灯泡，使得该灯泡具有高亮度。

图5为依据本揭示文件另一实施例的滤波电路500简化后的功能方块图。滤波电路500相似于滤波电路100，差异在于滤波电路500另包含一分压电路550。分压电路550包含一第六电阻552和一npn型电晶体554。第六电阻552具有一第一端用于接收pwm信号。npn型电晶体554具有一集极用于接收pwm信号，具有一射极耦接于输出控制电路130，以及具有一基极耦接于第六电阻552的一第二端。其中，npn型电晶体554用于依据pwm信号产生一降压后的pwm信号vcc，并将降压后的pwm信号vcc自射极输出至比较电路120的正电源输入端122、第四电阻142的第一端和输出开关132的第一端。第四电阻142和第五电阻144用于对降压后的pwm信号vcc和第二参考电压vref2的电压差进行分压，以在第四电阻142和第五电阻144之间产生第一参考电压vref1。因此，如图6所示，第一参考电压vref1的电压大小变化会对应于降压后的pwm信号vcc。

滤波电路500无需使用图2中的电源电压vdd。因此，相较于滤波电路100，使用滤波电路500的系统电路(未绘示于图中)可以省略产生电源电压vdd的电路，进而降低整体系统电路所需面积。

滤波电路500的运作与滤波电路100的运作相似。亦即，当pwm信号的负载比大于预设门槛值时，如图6所示，涟波电压信号v1会大于第一参考电压vref1，使得比较电路120输出的开关信号vsw对应于降压后的pwm信号vcc。其中，降压后的pwm信号vcc会随着pwm信号高低振荡，所以当pwm信号的负载比大于预设门槛值时，滤波电路500的输出开关132会对应于降压后的pwm信号vcc而间歇性地导通或关断。

具体而言，当降压后的pwm信号vcc处于高电位时，输出开关132会导通，而使输出信号vout对应于降压后的pwm信号vcc的高电位。当降压后的pwm信号vcc处于低电位时，输出开关132会关断，而使输出信号vout对应于具有较低电位的第二参考电压vref2。其中，若将第二参考电压vref2的大小设置为等于降压后的pwm信号vcc的低电位，便能使输出信号vout的波型相同于降压后的pwm信号vcc。

另一方面，如图7所示，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，涟波电压信号v1会小于第一参考电压vref1，使得比较电路120输出的开关信号vsw对应于第二参考电压vref2。因此，输出开关132会处于关断状态，使得输出信号vout对应于第二参考电压vref2。

图8为依据本揭示文件又一实施例的滤波电路800简化后的功能方块图。滤波电路800相似于滤波电路500，差异在于滤波电路800的比较电路820是以正向输入端耦接于参考电压产生电路140，以反相输入端耦接于阻容电路110，并以正电源端822和负电源端824分别接收降压后的pwm信号vcc和第二参考电压vref2。另外，输出控制电路830的输出开关832被设置为当输出开关832的控制端接收到低电压时开启，当输出开关832的控制端接收到高电压时关闭。

具体而言，如图9所示，当pwm信号的负载比大于预设门槛值，使得涟波电压信号v1大于第一参考电压vref1时，比较电路820会输出对应于第二参考电压vref2的开关信号vsw。因此，输出开关832会导通，使得输出控制电路830输出对应于降压后的pwm信号vcc的输出信号vout。

另一方面，如图10所示，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，比较电路820会输出对应于降压后的pwm信号vcc的开关信号vsw，使得输出开关832间歇性地导通或关断。具体而言，当降压后的pwm信号vcc处于高电位时，输出开关832会处于关断状态，使得输出信号vout对应于具有较低电位的第二参考电压vref2。当降压后的pwm信号vcc处于低电位时，输出开关832会处于导通状态，使得输出信号vout对应于降压后的pwm信号vcc的低电位。

因此，当pwm信号的负载比小于预设门槛值时，就算输出开关832间歇性地导通或关断，输出信号vout仍会维持于低电位，而不会随着pwm信号产生高低变化。

图11为依据本揭示文件一实施例的控制系统1100简化后的功能方块图。控制系统1100是一种一对多控制系统，运用前述的pwm信号滤波电路100、500或800，即可实现单一控制及多组控制输出的系统。控制系统1100具有一控制装置1110、多个滤波电路1120a、1120b～1120n，和多个输出装置1130a、1130b～1130n。滤波电路1120a、1120b～1120n共同耦接于控制装置1110，输出装置1130a、1130b～1130n分别对应耦接于滤波电路1120a、1120b～1120n。其中，滤波电路1120a、1120b～1120n各自可以是前述的滤波电路100、500或800。

请注意，本揭示文件和附图使用的元件标号中的小写英文索引a～n，只是为了方便指称个别的元件，并非有意将前述元件的数量局限在特定数目。

控制装置1110用于产生pwm信号，以及调变pwm信号的负载比。多个滤波电路1120a、1120b～1120n用于接收并过滤pwm信号。输出装置1130a、1130b～1130n则依据接收到的pwm信号进行运作。

具体而言，滤波电路1120a、1120b～1120n各自具有一预设门槛值，当滤波电路1120a、1120b～1120n中的一滤波电路1120接收到的pwm信号的负载比大于其预设门槛值时，滤波电路1120会将pwm信号输出至所对应耦接的输出装置1130。当滤波电路1120接收到的pwm信号的负载比小于其预设门槛值时，滤波电路1120则不会将pwm信号输出至所对应耦接的输出装置1130。因此，控制系统1100可以通过调变pwm信号的负载比，来控制输出装置1130a、1130b～1130n的运作状态。

例如，在某一实施例中，输出装置1130a可为一第一台灯，输出装置1130b可为一直流马达、输出装置1130n可为一第二台灯。滤波电路1120a、1120b和1120n分别可为滤波电路100、500和800。滤波电路100耦接于第一台灯1130a，滤波电路500耦接于直流马达1130b，滤波电路800耦接于第二台灯1120n，且滤波电路100、500和800的预设门槛值分别为20％、40％和60％。当控制装置1110输出的pwm信号的负载比为30％时，第一台灯1130a具有些微亮度，直流马达1130b处于非运作状态且第二台灯1130n处于未点亮状态。接着，当控制装置1110输出的pwm信号的负载比为50％时，第一台灯1130a具有一般亮度，直流马达1130b处于运作状态，第二台灯1130n则处于非点亮状态。而当控制装置1110输出的pwm信号的负载比为70％时，第一台灯1130a和第二台灯1130n具有高亮度，直流马达1130b处于高速运作状态。

由上述可知，滤波电路100、500和800以及控制系统1100无需使用控制芯片，以简单的电路便能依据pwm信号的负载比对pwm信号进行滤波。

另外，滤波电路100、500和800以及控制系统1100解决了传统滤波电路无法分辨不同负载比的pwm信号的问题，增加了pwm信号的使用弹性。

在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。