脉宽调制系统的制作方法

本申请涉及电路领域，尤其涉及一种脉宽调制系统。

背景技术：

1、在消费类电子产品应用领域，有很多应用场景是在输入电压不固定的情况下，要求输出固定的电压，以达到恒定的带载需求，比如电子烟系统，其供电一般为电池或者充电设备，随着电池的消耗，电压不断降低，但是输出需要固定的应用电压，这样才能使电子烟保持一致的加热效果。传统做法是采用闭环控制系统，该系统对输出电压进行采样并通过环路调节，实现对输出电压的精准控制，但这种系统往往较复杂，且需要搭配较多的外部器件，不太适用小外围尺寸的系统。

技术实现思路

1、根据本公开的实施例，提供了一种脉宽调制系统，包括：直流电源、由所述直流电源供电的负载、用于控制所述负载上的电压的p型金属氧化物半导体场效应晶体管p-mosfet开关管m0、以及用于控制所述p-mosfet开关管m0的关断与开启的开关控制单元，其中，所述开关控制单元连接到所述p-mosfet开关管m0的栅极并且用于产生用于控制所述p-mosfet开关管m0的关断与开启的脉宽调制pwm信号以在所述负载上产生恒定的目标设定电压。

2、在一个实施例中，所述开关控制单元包括跟随器、斜波信号生成器、振荡器、参考信号生成器以及比较器，其中，所述跟随器的输入端连接到所述直流电源的正极并且输出端连接到所述斜波信号生成器的第一输入端，所述振荡器的输出端连接到所述斜波信号生成器的第二输入端，所述斜波信号生成器的输出端连接到所述比较器的正极输入端，所述参考信号生成器的输出端连接到所述比较器的负极输入端，所述比较器的输出端连接到所述p-mosfet开关管m0的栅极，其中，所述振荡器用于生成周期为t的时钟信号并且在每个时钟的上升沿产生同周期的斜波信号重置脉冲信号，所述斜波信号生成器用于在所述斜波信号重置脉冲信号为低电平时输出斜波信号，所述比较器用于通过比较所述斜波信号和由所述参考信号生成器产生的基准参考信号来生成所述pwm信号。

3、在一个实施例中，在每个时钟周期t开始时，所述斜波信号生成器由于所述斜波信号重置脉冲信号是高电平而将输出降为0，此时所述pwm信号翻转为低电平并且所述p-mosfet开关管m0开启；当所述斜波信号重置脉冲信号变为低电平时，所述斜波信号生成器生成所述斜波信号，在所述斜波信号等于所述基准参考信号时，所述pwm信号翻转为高电平并且所述p-mosfet开关管m0关断。

4、在一个实施例中，所述跟随器包括运算放大器、电阻r1、由输入p-mosfet晶体管m1和输出p-mosfet晶体管m2形成的p-mosfet电流镜的所述输入p-mosfet晶体管m1、n型金属氧化物半导体场效应晶体管n-mosfet跟随器m3，其中，所述运算放大器的正极输入端连接到所述直流电源并且负极输入端连接到所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端接地，所述n-mosfet跟随器m3的栅极连接到所述运算放大器的输出端、源极连接到所述电阻r1的所述第一端、漏极连接到所述p-mosfet电流镜的所述输入p-mosfet晶体管m1；所述斜波信号生成器包括所述电流镜的输出p-mosfet晶体管m2、第一电容c1，其中，所述第一电容c1的第一端连接到所述输出p-mosfet晶体管m2并且所述第一电容c1的第二端接地，所述斜波信号生成器生成的所述斜波信号为所述的第一电容c1上的电压，所述第一电容c1与斜波信号重置脉冲开关并联连接，当所述斜波信号重置脉冲信号为高电平时，所述斜波信号重置脉冲开关闭合以使得所述第一电容c1被放电，当所述斜波信号重置脉冲信号为低电平时，所述斜波信号重置脉冲开关断开，通过所述电流镜给所述第一c1充电。

5、在一个实施例中，所述参考信号生成器生成的所述基准参考信号是固定电压。

6、在一个实施例中，所述参考信号生成器生成的所述基准参考信号不是固定电压。

7、在一个实施例中，所述参考信号生成器的电路通过复用所述斜波信号生成器的电路来周期性地刷新所述基准参考电压。

8、在一个实施例中，所述基准参考信号的刷新周期是(1+n)t。

9、在一个实施例中，所述参考信号生成器包括第二电容c2、第一选通器ph1以及参考信号重置脉冲开关，所述第二电容c2的第一端通过所述第一选通器ph1连接到所述电流镜的输出p-mosfet晶体管m2且第二端接地，并且所述第二电容c与参考信号重置脉冲开关并联连接以通过由参考信号重置脉冲信号控制所述参考信号重置脉冲开关的断开与闭合来实现对所述第二电容c的充放电；并且其中，所述斜波信号生成器还包括第二选通器ph2，所述斜波信号生成器的所述第一电容c1通过所述第二选通器ph2连接到所述电流镜的输出p-mosfet晶体管m2；并且其中，针对所述负载的所述目标设定电压通过所述第一选通器ph1输入到所述跟随器的运算放大器的正极输入端，而所述直流电源通过所述第二选通器ph2输入到所述跟随器的运算放大器的正极输入端。

10、在一个实施例中，所述参考信号重置脉冲信号的周期是(1+n)t，其中n是正整数。

11、在一个实施例中，在第一时钟周期t开始时，所述参考信号重置脉冲信号为高电平，此时所述参考信号重置脉冲开关闭合以对所述第二电容c2放电；在所述参考信号重置脉冲信号变为低电平时，所述第一选通器ph1闭合以选通所述目标设定电压，此时通过所述跟随器在所述电阻r1上产生第一电流i1，所述电流镜将所述第一电流i1送入所述第二电容c2以对其进行充电，当所述第一时钟周期t结束时断开所述第一选通器ph1，此时产生保持在所述第二电容c2上的第一参考电压；在第二时钟周期开始时，所述第一选通器ph1断开并且第二选通器ph2闭合以选通所述直流电源的电压，然后通过所述跟随器在所述电阻r1上产生第二电流i2，所述电流镜将所述第二电流i2送入所述第一电容c1以对其进行充电，所述斜波信号生成器将根据所述第一电容c1上的电压生成的斜波信号送入所述比较器以与所述第一参考电压进行比较，进而产生所述pwm信号，当所述第二时钟周期结束时，所述斜波信号重置脉冲信号变为高电平，此时所述斜波信号重置脉冲开关闭合以对所述电容c1放电，而后所述第二选通器ph2保持闭合n个时钟周期t以继续n个时钟周期的对电容c1的充放电；在第n+1个时钟周期开始时断开所述第二选通器ph2同时闭合所述第一选通器ph1以将所述第一参考电压刷新为第二参考电压，并重复上述过程。

12、在一个实施例中，所述供电电源是电池。

13、在一个实施例中，所述脉冲调制系统用于电子烟系统的放电电路。

14、根据本申请提供的上述实施例，提供了一种结构简单且能很好控制输出精度的开环脉宽调整电路，它不需要复杂的反馈环路和外围器件，极大简化了整个应用结构。

技术特征：

1.一种脉宽调制系统，包括：直流电源、由所述直流电源供电的负载、用于控制所述负载上的电压的p型金属氧化物半导体场效应晶体管p-mosfet开关管m0、以及用于控制所述p-mosfet开关管m0的关断与开启的开关控制单元，

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关控制单元包括跟随器、斜波信号生成器、振荡器、参考信号生成器以及比较器，其中，所述跟随器的输入端连接到所述直流电源的正极并且输出端连接到所述斜波信号生成器的第一输入端，所述振荡器的输出端连接到所述斜波信号生成器的第二输入端，所述斜波信号生成器的输出端连接到所述比较器的正极输入端，所述参考信号生成器的输出端连接到所述比较器的负极输入端，所述比较器的输出端连接到所述p-mosfet开关管m0的栅极，

3.根据权利要求2所述的系统，其中，在每个时钟周期t开始时，所述斜波信号生成器由于所述斜波信号重置脉冲信号是高电平而将输出降为0，此时所述pwm信号翻转为低电平并且所述p-mosfet开关管m0开启；当所述斜波信号重置脉冲信号变为低电平时，所述斜波信号生成器生成所述斜波信号，在所述斜波信号等于所述基准参考信号时，所述pwm信号翻转为高电平并且所述p-mosfet开关管m0关断。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述跟随器包括运算放大器、电阻r1、由输入p-mosfet晶体管m1和输出p-mosfet晶体管m2形成的p-mosfet电流镜的所述输入p-mosfet晶体管m1、n型金属氧化物半导体场效应晶体管n-mosfet跟随器m3，其中，所述运算放大器的正极输入端连接到所述直流电源并且负极输入端连接到所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端接地，所述n-mosfet跟随器m3的栅极连接到所述运算放大器的输出端、源极连接到所述电阻r1的所述第一端、漏极连接到所述p-mosfet电流镜的输入p-mosfet晶体管m1；

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述参考信号生成器生成的所述基准参考信号是固定电压。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述参考信号生成器生成的所述基准参考信号不是固定电压。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述参考信号生成器的电路通过复用所述斜波信号生成器的电路来周期性地刷新所述基准参考电压。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述基准参考信号的刷新周期是(1+n)t。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述参考信号生成器包括第二电容c2、第一选通器ph1以及参考信号重置脉冲开关，所述第二电容c2的第一端通过所述第一选通器ph1连接到所述电流镜的输出p-mosfet晶体管m2且第二端接地，并且所述第二电容c与参考信号重置脉冲开关并联连接以通过由参考信号重置脉冲信号控制所述参考信号重置脉冲开关的断开与闭合来实现对所述第二电容c的充放电；并且

10.根据权利要求9所述系统，其中，所述参考信号重置脉冲信号的周期是(1+n)t，其中n是正整数。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，在第一时钟周期t开始时，所述参考信号重置脉冲信号为高电平，此时所述参考信号重置脉冲开关闭合以对所述第二电容c2放电；在所述参考信号重置脉冲信号变为低电平时，所述第一选通器ph1闭合以选通所述目标设定电压，此时通过所述跟随器在所述电阻r1上产生第一电流i1，所述电流镜将所述第一电流i1送入所述第二电容c2以对其进行充电，当所述第一时钟周期t结束时断开所述第一选通器ph1，此时产生保持在所述第二电容c2上的第一参考电压；

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供电电源是电池。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲调制系统用于电子烟系统的放电电路。

技术总结
本申请公开了一种脉宽调制系统，包括：直流电源、由直流电源供电的负载、用于控制负载上的电压的P型金属氧化物半导体场效应晶体管P‑MOSFET开关管M0、以及用于控制P‑MOSFET开关管M0的关断与开启的开关控制单元，其中，开关控制单元连接到P‑MOSFET开关管M0的栅极并且用于产生用于控制P‑MOSFET开关管M0的关断与开启的脉宽调制PWM信号以在负载上产生恒定的目标设定电压。

技术研发人员：赵志琴,罗强
受保护的技术使用者：昂宝电子（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14