用于產生具有可變占空比的輸出信號的電路和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于產生具有可變占空比的輸出信號的電路和方法。此外，本發明涉及一種數字開關調節器以及一種具有所述電路或所述數字開關調節器的機動車。
【背景技術】
[0002]信號、例如時鐘信號或PWM(經脈寬調制的)信號具有占空比，所述占空比也稱作占空率。占空比限定信號的脈沖持續時間、即激活的信號部分與周期持續時間的比例。
[0003]具有占空比50%的時鐘信號或由基時鐘例如通過雙穩態觸發級(Kippstufen)、例如觸發器產生的時鐘信號在數字技術中簡單地實現。因此，例如可以由基時鐘推導出具有一半的頻率和占空比25 %或75 %的時鐘信號。占空比越緊密地位于0 %或100 %邊界處，則基時鐘必須越高。此外，對于占空比僅僅可以調節離散的值。
[0004]然而經常需要以下時鐘:其占空比可以取任意值。相應高的基時鐘顯然通常不足夠地可供使用。
[0005]用于所述時鐘或時鐘信號的一種重要的應用情形是數字開關調節器，其中現今存在以下原理上的困難:將從數字部分計算出的占空比轉換成用于控制開關調節器的末級的模擬信號。為此通常，或者將快得多的基時鐘用于數字部分或者將可以數字地解決的功能移動到模擬部分中。
[0006]在更快的基時鐘時，對數字部分提出高的要求。如果例如借助可精確調節到約1%的占空比實現1MHz的開關調節器頻率，則需要數字時鐘1MHz X27= 1 28MHz，這目前例如在車輛領域中幾乎不能實現。
[0007]在移動到模擬部分中的情況下，在信號轉換裝置、例如以快速D/A轉換器形式的信號轉換裝置以及比較器和具有精確振幅的鋸齒波發生器中產生高的耗費。
【發明內容】
[0008]根據本發明提供一種用于由具有第一占空比的輸入信號產生具有第二占空比的輸出信號的電路，所述電路具有第一電容器和第二電容器，它們分別與至少一個用于周期性地給所述電容器充電的充電電源連接，其中將已充電的第一電容器上的電壓定義為參考電壓，其中由第二電容器的直至達到所述參考電壓的充電持續時間來定義輸出信號的占空比。
[0009]根據本發明的電路具有以下優點:借助簡單的電路產生任意且精確的占空比。這甚至能夠借助小的基時鐘、即借助以下輸入信號或輸入時鐘信號實現:所述輸入信號的或輸入時鐘信號的頻率或時鐘位于輸出信號的或輸出時鐘信號的時鐘范圍內或者與輸出信號的或輸出時鐘信號的時鐘相同。在電路技術上可以簡單實現在已充電的狀態中預給定參考電壓的第一電容器與第二電容器之間的相互作用，所述第二電容器的直至達到在所述電容器上下降的參考電壓的充電持續時間預給定占空比。
[0010]術語“充電電源”在此包括源、例如可能具有附加布線的電流源、恒定電流源或電壓源，其適于在有限的時間內給電容器充電。
[0011]可能的是，所述輸入信號和所述輸出信號具有相同的頻率或時鐘。輸出信號由具有相同頻率的基時鐘的產生能夠通過兩個電容器的使用或布線實現并且能夠實現所述電路的廣泛應用。在時鐘或頻率相同時，輸入信號和輸出信號可以是時間錯位的。
[0012]進一步可能的是，輸出信號的脈沖持續時間等于第二電容器的充電時間。這能夠實現通過充電時間、即通過電容器、主要是電容并且通過充電電源、即通過充電電流直接調節占空比。同樣，所述脈沖持續時間可以等于第二電容器的充電時間加上輸入信號的一半的周期持續時間。
[0013]有利地，可以設置用于將參考電壓與第二電容器的電壓進行比較的比較器并且設置雙穩態觸發單元，所述雙穩態觸發單元的輸入端與所述比較器的輸出端并且與所述輸入信號通信并且借助所述雙穩態觸發單元的輸出端提供輸出信號。所述簡單構造能夠實現輸出信號的快速且精確的產生。可以設置，當電容器上的兩個電壓具有相同的值時，比較器輸出一個信號，同樣能夠實現與偏置的比較。輸出信號可以直接施加在雙穩態觸發單元或觸發器上或者通過另一布線提供。
[0014]開關控制裝置可以設置用于充電和/或放電第一電容器，并且所述輸入信號可以與所述雙穩態觸發單元的時鐘輸入端如此連接，使得輸出信號的占空比在0%與100%之間。時序(Taktung)在此理解為充電過程和/或放電過程。借助開關控制裝置可以與輸入信號的時鐘或占空比無關地充電或放電第一電容器，這能夠實現輸出信號的占空比在0%和100%之間或者在0%和50%之間以及在50%和100%之間的寬泛調節。
[0015]在所述雙穩態觸發單元的信號輸入端上可以如此施加輸入信號的脈沖份額并且在所述雙穩態觸發單元的復位輸入端上可以如此施加比較器的輸出信號，使得輸出信號的占空比在50%與100%之間。借助雙穩態觸發單元的簡單布線可以在50%和100%之間調節占空比。以第二電容器的充電持續時間延長輸入信號的占空比。
[0016]所述輸入信號和所述雙穩態觸發單元的輸出端可以與與門的輸入端連接并且在所述與門的輸出端上可以如此提供輸出信號，使得所述輸出信號的占空比在0%與50%之間。借助雙穩態觸發單元的簡單布線可以在0 %和50%之間調節占空比。在此，通過雙穩態觸發單元的復位可以將與門的輸出置成0并且因此與輸入信號的脈沖份額相比縮短輸出信號的脈沖份額。
[0017]根據本發明的用于由具有第一占空比的輸入信號產生具有第二占空比的輸出信號的方法基本上包括以下步驟:周期性地由充電電源給第一電容器充電直至參考電壓，周期性地由另一充電電源給第二電容器充電并且由所述第二電容器的直至達到所述參考電壓所需要的充電持續時間構成所述輸出信號的占空比。周期性充電為輸出信號的時鐘做準備，其中所述時鐘可以精確地與第一電容器的充電持續時間相關、即與以下時間相關:在所述時間中已放電的或限定地部分放電的電容器已完全充電。在此，充電持續時間可以直接相應于所述時鐘或者可以是所述時鐘的一部分或多倍。
[0018]所述輸出信號的脈沖持續時間可以等于所述第二電容器的充電時間。這能夠實現通過充電時間、即通過電容器、主要是電容并且通過充電電源、即通過充電電流直接調節占空比。也可能的是，所述脈沖持續時間相應于第一和第二電容器的充電時間。
[0019]有利地設置，并行地產生兩個(中間)輸出信號并且將所述兩個輸出信號和輸入信號異或關聯以便產生(最終的)輸出信號。所述方法或所述電路能夠借助簡單的組合邏輯電路實現頻率加倍。優選地，所述兩個(中間)輸出信號具有與占空比50 %互補的占空比、例如25% 和 75 %。
[0020]根據本發明的一個方面設置一種數字開關調節器，其具有用于產生具有占空比的控制信號的數字部分、具有借助所述控制信號控制的末級以及如先前所述的用于產生所述控制信號的電路。先前所述的優點和修改適用。數字部分計算以下占空比:末級應當以所述占空比運行(takten)。數字的占空比信息由根據本發明的電路轉換成以模擬HVM信號形式的控制信號，所述控制信號控制末級。在此不考慮數字開關調節器的其他元件、例如調節電壓的檢測裝置和可能的輸入電壓的檢測裝置。根據本發明，對于轉換成控制信號而言僅僅需要用于數字部分的小的時鐘。
[0021 ]據本發明的另一方面，設置一種機動車，其具有如先前所述的數字開關調節器，其中所述開關調節器與機動車的車載電網連接。根據本發明的開關調節器特別適于機動車輛領域中的特殊要求。先前描述的優點和修改適用。
[0022]根據本發明的另一方面設置一種機動車，其具有如先前所述的電路，其中所述電路與機動車的車載電網連接。根據本發明的電路特別適于機動車輛領域中的特殊要求。先前描述的優點和修改適用。
[0023]本發明在機動車輛領域是特別有利的，因為在此半導體技術例如與娛樂電子裝置的半導體技術相比倒退約十年。相應地，在此在100MHz范圍內的時鐘已經是非常大的挑戰。
[0024]本發明的有利擴展方案在從屬權利要求書中說明并且在說明書中描述。
【附圖說明】
[0025]根據附圖和下面的描述詳細闡述本發明的實施例。附圖示出:
[0026]圖1示出用于在0%和100%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0027]圖2示出圖1的控制電路的電路圖；
[0028]圖3示出具有圖1的電路的信號變化過程的曲線圖；
[0029]圖4示出用于在50%和100%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0030]圖5示出具有圖4的電路的信號變化過程的曲線圖；
[0031]圖6示出用于在0%和50%之間的固定占空比的電路的電路圖；
[0032]圖7示出具有圖6的電路的信號變化過程的曲線圖；
[0033]圖8示出用于在0%和100%之間的可變占空比的電路的電路圖；
[0034]圖9示出用于產生具有雙倍頻率的信號的電路的電路圖；
[0035]圖10示出數字開關調節器的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面描述電路，其由具有占空比50%的預給定的基時鐘生成具有相同頻率并且任意且精確的在0%和100 %之間的占空比的時鐘。所述任意的占空比可以或者固定地或者可變地調節。可變占空比例如可以通過數據字單獨地調節。
[0037]所述電路具有以下基本原理:兩個電容器循環地分別由例如以電流源形式的充電電源充電。由電容器的比例、即尤其其電容的比例并且由電流的比例得出不同的充電時間，以便將兩個電容器充電到限定的電壓上，所述電壓可以是相同的。不同的充電時間則可以用于生成具有任意且精確的占空比的時鐘信號，其方式是，將兩個時間中的一個用作參考，而另一個直接用作用于占空比的調節參數。所述一個電容器的參考例如可以是充電時間或其電壓，其然后用作用于第二電容器的參考值或比較值。
[0038]在圖1中示出用于產生在0%和100%之間的任意占空比的電路100。占空比可以是0%，即在輸出信號中不包含脈沖份額