多功能數字脈沖寬度調變控制器的制造方法

多功能數字脈沖寬度調變控制器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種多功能數字脈沖寬度調變控制器，包括脈沖寬度調變控制器、選擇單元、比較單元以及信號轉換單元，且選擇單元包括至少一選擇器，比較單元包括至少一比較器，而信號轉換單元包括至少一數字至模擬轉換器，其中數字至模擬轉換器產生參考電壓及/或電流，比較器接收參考電壓及/或電流，并依據回授信號，進行比較而產生比較信號，選擇器選取其中某一比較信號輸入至脈沖寬度調變控制器，而脈沖寬度調變控制器可同時接收由使用者或系統設定的其它參數，以控制數字脈沖寬度調變信號的特性，藉以改善負載電路的整體電氣操作特性。
【專利說明】多功能數字脈沖寬度調變控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多功能數字脈沖寬度調變控制器，尤其是依據先前脈沖寬度調變信號的工作區的改變狀態而動態改變目前脈沖寬度調變信號的工作區的分辨率。
【背景技術】
[0002]在現有技術中，脈沖寬度調變((Pulse Width Modulation, PWM)技術主要對具有特定頻率的脈沖信號依據特定條件藉改變脈沖寬度以達到信號調變的目的，并以脈沖寬度調變信號驅動電氣裝置或負載電路，比如發光二極管、馬達、電源轉換器的切換組件。一般，脈沖寬度的最小可調變單位稱為分辨率，比如頻率為IOOKHz的脈沖信號，具有1/100K秒的
分辨率。
[0003]對用于驅動二切換組件的應用，脈沖寬度調變技術產生二相對應脈沖信號，且脈沖寬度是相互切齊，亦即某一脈沖信號的脈沖為高/低位準時，另一脈沖信號的脈沖為高/低位準，可避免同時導通負載電路的二切換組件造成很大的電流導通而發生短路，導致永久性損壞。
[0004]為達成上述功能，傳統的作法可包括模擬電路方式及數字電路方式。在模擬電路方式中，PWM頻率由內建振蕩器(oscillator)產生，因此無法依據實際應用狀態而任意改變，尤其是無法更改回授控制中的內部放大器的補償。此外，對于輸出電壓、負載范圍也都是預先設定而不易更改。
[0005]對于目前具數字電源功能的數字電路方式，主要是需要利用非常快速的模擬至數字(ADC)取樣以產生所需的模擬回授訊號，再經由數字信號處理器引擎(DSP engine)進行信號控制，比如比例-積分-微分(PID)控制。但是，要達到愈高的PWM分辨率，就需要愈快的操作頻率，同時ADC取樣率也要非常高，因而導致成本過高，在實際應用上不易達成。
[0006]此外，現有技術無法提供動態改變二脈沖信號同時為低位準的時間區段以改善負載的電氣特性，比如平均耗電大小。因此，需要一種多功能數字脈沖寬度調變控制器，能動態改變目前脈沖寬度調變信號的工作區的分辨率，藉以解決上述現有技術的問題。

【發明內容】

[0007]本發明的主要目的在于提供一種多功能數字脈沖寬度調變控制器，包括脈沖寬度調變控制器、選擇單元、比較單元以及信號轉換單元，其中脈沖寬度調變控制器產生二數字脈沖寬度調變信號以驅動負載電路，且該二數字脈沖寬度調變信號可不具有或具有盲帶區，而盲帶區是指該二數字脈沖寬度調變信號同時為低位準時的時間區段。
[0008]選擇單元包括至少一選擇器，比較單元包括至少一比較器，而信號轉換單元包括至少一數字至模擬轉換器。每個數字至模擬轉換器接收具有某一靜態位準或是變動的參考信號，并轉換成相對應的參考電壓及/或參考電流。每個比較器接收參考電壓及/或參考電流，且接收來自負載電路的特定回授信號，并進行比較處理以產生相對應的比較信號，具有低位準或高位準的數字信號。每個選擇器接收上述的比較信號，并選取其中某一比較信號以當作數入信號而輸入至脈沖寬度調變控制器。脈沖寬度調變控制器可同時接收由使用者或系統設定的其它參數，用以控制數字脈沖寬度調變信號的特性，可改善負載電路的整體電氣操作特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1顯示本發明多功能數字脈沖寬度調變控制器的示意圖；
[0010]圖2顯示本發明中PWM輸出的波形圖；以及
[0011]圖3顯示本發明中另一 PWM輸出的波形圖。
[0012]其中，附圖標記說明如下:
[0013]10 PWM 控制器
[0014]20選擇單元
[0015]30比較單元
[0016]40信號轉換單元
[0017]50負載電路
[0018]CP1、CP2、CP3、CP4 比較器
[0019]DAC1、DAC2數字至模擬轉換器(DAC)
[0020]DPWM、nDPWM 數字 PWM 信號
[0021]IFB1、IFB2電流回授信號
[0022]IREFU IREF2電流參考信號
[0023]R1、R2負載信號
[0024]SEL1、SEL2 選擇器
[0025]T_Duty 工作區
[0026]T_DEAD 盲帶區
[0027]T_PWM PWM 周期
[0028]VFBU VFB2電壓回授信號
[0029]VREFU VREF2電壓參考信號
【具體實施方式】
[0030]以下配合圖式及組件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0031]參見圖1，圖1為本發明多功能數字脈沖寬度調變控制器的示意圖。如圖1所示，本發明的多功能數字脈沖寬度調變控制器包括脈沖寬度調變(PWM)控制器10、選擇單元20、比較單元30以及信號轉換單元40，其中PWM控制器10產生至少二數字PWM信號，比如DPWM及nDPWM，用以驅動負載電路50，而負載電路50包括二功率晶體管，比如金氧半場效晶體管(MOSFET)，用以接收數字PWM信號DPWM及nDPWM，藉以達成單端輸出模式(Single-EndedOutput Mode)或推拉輸出模式(Push-Pull Output Mode),且單端輸出模式的二數字PWM信號DPWM及nDPWM不具有盲帶區(Dead Time Interval)，而推拉輸出模式的二數字PWM信號DPWM及nDPWM具有盲帶區。要注意的是，本發明的盲帶區是指二數字PWM信號DPWM及nDPWM同時為低位準時的時間區段。[0032]PWM控制器10可由微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)或多個電電子組件構成的電子電路而實現，并以數字方式操作。
[0033]選擇單元20包括至少一選擇器，比如SELl及SEL2，比較單元30包括至少一比較器，比如CP1、CP2、CP3及CP4，而信號轉換單元40包括至少一數字至模擬轉換器(DAC)，比如 DACl 及 DAC2。
[0034]信號轉換單元40的數字至模擬轉換器DACl及DAC2分別接收不同的二參考信號Rl及R2，并分別轉換成相對應的參考電壓VREFl及/或參考電流IREF1、參考電壓VREF2及/或參考電流IREF2，其中參考信號Rl及R2可為具有某一靜態位準的信號，比如低位準(邏輯O)或高位準(邏輯I)，或是變動的信號，比如方波或正弦波。
[0035]比較單元30的比較器CPl、CP2、CP3及CP4分別接收來自信號轉換單元40的參考電壓VREFl、參考電流IREFl、參考電壓VREF2、參考電流IREF2，且分別接收來自負載電路50的特定回授信號，比如電壓回授信號VFB1、電流回授信號IFB1、電壓回授信號VFB2及電流回授信號IFB2的至少其中之一，并進行比較處理以產生相對應的比較信號，而每個比較信號是具有低位準或高位準的數字信號。
[0036]選擇器SELl及SEL2接收來自比較單元30的比較信號，并依據選擇信號(圖中未顯示)選取其中一比較信號當作輸入信號而輸入至PWM控制器10，其中選擇信號可由使用者設定或直接由系統決定。
[0037]此外，PWM控制器10同時接收由使用者或系統設定的其它參數，用以控制數字PWM信號DPWM及nDPWM的特性，如圖2及圖3中所示的PWM周期(T_PWM)、工作區(T_Duty)、盲帶區(T_DEAD)，或圖中未顯示的PWM輸出模式(Output Mode)、軟啟動時間(SoftStart Period)、運作 / 停止(Run/Stop)、過電流保護(Over Current Protection)、關閉(Shutdown)。
[0038]以上述盲帶區(T_DEAD)的設定為例，主要是由PWM控制器10藉改變數字PWM信號DPWM及nDPWM的分辨率數目而達成，亦即加大分辨率而增加工作區大小或降低分辨率而降低工作區大小，其中分辨率是指工作區的最小可變化量單位，而改變分辨率數目的具體作法是由PWM控制器10依據以下四種判斷規則而實施。
[0039]第一種判斷規則包括:如果比較單元30在前一PWM周期內產生的比較信號為連續NI個低位準的邏輯0，則PWM控制器10在本周期對數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區增加N2個分辨率，其中參數NI及N2為任意正整數，且可由使用者或系統設定；以及如果比較信號在前一 PWM周期內為連續NI個高位準的邏輯I，則PWM控制器10在本PWM周期對數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區減少N2個分辨率。
[0040]第二種判斷規則包括:如果在前一 PWM周期內比較信號的高位準次數減去低位準次數是大于參數NI，則在本個周期對數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區減少N2個分辨率；以及如果在前一 PWM周期內比較信號的低位準次數減去高位準次數是大于參數NI，則在本PWM個周期對數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區增加N2個分辨率。
[0041]第三種判斷規則包括:如果前二PWM周期為增加工作區、前一PWM周期為增加工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區，則本PWM周期中數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區變為增加(N2)*2，亦即加倍增加；以及如果前二 PWM周期為減少工作區、前一 PWM周期為減少工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區，則本周期中數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區變為減少(N2) *2，亦即加倍減少。
[0042]第四種判斷規則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區、前一 PWM周期減少工作區N2個分辨率且本P麗周期被判定為增加工作區，則本PWM周期中數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區變為增加(N2)/2，亦即減半增加；以及如果前二 PWM周期為減少工作區、前一 PWM周期為增加工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區，則本PWM周期中數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區變為減少(N2)/2，亦即減半減少。
[0043]綜上所述，本發明的特點在于可依據先前PWM周期中PWM信號的工作區是否為增加或減少而動態改變本周期中工作區的分辨率數目，藉以產生具最佳化盲帶區的PWM信號，用以驅動負載電路，改善負載電路的整體電氣操作特性。
[0044]以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，并非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的范疇。
【權利要求】
1.一種多功能數字脈沖寬度調變控制器，用以產生至少二數字脈沖寬度調變信號以驅動一負載電路，其特征在于，該多功能數字脈沖寬度調變控制器包括: 一信號轉換單元，包括至少一數字至模擬轉換器，每個數字至模擬轉換器接收不同的參考信號并產生相對應的參考電壓及/或參考電流； 一比較單元，包括至少一比較器，每個比較器接收來自該信號轉換單元中相對應數字至模擬轉換器的參考電壓及/或參考電流，并依據來自該負載電路的一回授信號，進行比較處理而產生具有低位準或高位準的比較信號； 一選擇單元，包括至少一選擇器，接收一選擇信號以及來自該比較單元的比較信號，且每個選擇器依據該選擇信號以選取其中一比較信號當作一輸入信號；以及 一脈沖寬度調變(PWM)控制器，接收來自該選擇單元的輸入信號及/或由使用者或系統設定的參數，并依據至少一判斷規則以控制所述數字脈沖寬度調變信號的工作區的分辨率的數目，進而改變所述數字脈沖寬度調變信號的盲帶區，其中該分辨率為該工作區的最小可變化量單位，而該盲帶區為所述數字脈沖寬度調變信號同時為低位準時的時間區段。
2.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該參考信號為具有某一靜態位準的信號，或是變動的信號，而該靜態位準包括低位準(邏輯O)或高位準(邏輯I)，該變動的信號包括方波或正弦波。
3.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該負載電路的回授信號包括電壓回授信號、電流回授信號、電壓回授信號及電流回授信的至少其中之一。
4.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該選擇信號是由使用者設定或直接由系統決定。·
5.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該脈沖寬度調變控制器是由微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)或多個電電子組件構成的電子電路而實現。
6.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該判斷規則包括: 如果該比較單元在前一 PWM周期內產生的比較信號為連續NI個低位準的邏輯O，則該PWM控制器在本周期對所述數字PWM信號的工作區增加N2個分辨率；以及 如果該比較信號在前一 PWM周期內為連續NI個高位準的邏輯1，則該PWM控制器在本個周期對數字PWM信號的工作區減少N2個分辨率，且所述參數NI及N2為任意正整數，并由使用者或系統設定。
7.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該判斷規則包括: 如果在前一 PWM周期內該比較信號的高位準的次數減去低位準的次數是大于參數NI，則在本個周期對所述數字PWM信號的工作區減少N2個分辨率；以及 如果在前一 PWM周期內該比較信號的低位準的次數減去高位準的次數是大于參數NI，則在本個周期對所述數字PWM信號的工作區增加N2個分辨率，且所述參數NI及N2為任意正整數，并由使用者或系統設定。
8.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該判斷規則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區、前一 PWM周期為增加工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區，則本PWM周期中所述數字PWM信號的工作區變為增加(N2)*2 ;以及 如果前二 PWM周期為減少工作區、前一 PWM周期為減少工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區，則本PWM周期中所述數字PWM信號DPWM及nDPWM的工作區變為減少(N2)*2，且所述參數NI及N2為任意正整數，并由使用者或系統設定。
9.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該判斷規則包括:如果前二 PWM周期為增加工作區、前一 PWM周期減少工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為增加工作區，則本PWM周期中呆等數字PWM信號的工作區變為增加(N2)/2 ;以及如果前二 PWM周期為減少工作區、前一 PWM周期為增加工作區N2個分辨率且本PWM周期被判定為減少工作區，則本PWM周期中所述數字PWM信號的工作區變為減少(N2) /2，且所述參數NI及N2為任意正整數，并由使用者或系統設定。
10.如權利要求1所述的多功能數字脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該PWM控制器進一步接收由使用者或系統設定的參數，用以控制所述數字PWM信號的PWM周期、PWM輸出模式、軟啟動時間、運作/停止、過電流保護或關閉，而該PWM輸出模式包括該二數字PWM信號不具有盲帶區的單端輸出模式及 該二數字PWM信號具有盲帶區的推拉輸出模式。
【文檔編號】H02M1/08GK103855928SQ201210514295
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2012年12月5日
【發明者】林志峰, 林樹嘉, 謝文岳, 林敬淵, 曾定欽, 陳宜斌 申請人:產晶積體電路股份有限公司