專利名稱：用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈寬除法實現(xiàn)方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種新的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法用于功率變換器的各種脈寬控制方案的實施。
背景技術(shù)：
在已有使用脈寬除法電路的實現(xiàn)方案中(圖1)，它是首先將對應(yīng)的脈寬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后通過模擬除法電路來完成這兩個模擬量的除法計算而輸出相應(yīng)的模擬量商值。具體地說，它需要先將對應(yīng)的脈寬信號經(jīng)積分電路轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，采樣保持電路對該模擬電壓信號進行采樣保持處理；電壓電流轉(zhuǎn)換電路負責將接收到的模擬電壓信號換成相應(yīng)的模擬電流信號。兩種模擬電流信號(例如為圖2所述的導(dǎo)通時間ton和周期脈寬長度ts對應(yīng)的模擬電流信號)通過模擬除法電路計算得到輸出模擬量商值電流。電流電壓轉(zhuǎn)換電路再將上述模擬量商值電流再轉(zhuǎn)換成模擬量商值電壓信號。輸出的模擬量商 值電壓信號用于完成相應(yīng)的脈寬控制方案。由于脈寬的寬動態(tài)范圍對應(yīng)積分電路實現(xiàn)難度大，及對模擬采樣保持電路要求精度高，從而導(dǎo)致相應(yīng)的采樣保持電路占用面積大；另外模擬除法電路及各種電壓電流轉(zhuǎn)換電路受制于精度低、電路復(fù)雜、對生產(chǎn)エ藝要求高等限制，這些限制了脈寬除法電路的精度并大大增加該脈寬除法電路的實現(xiàn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，它使得用于功率變換器控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)電路簡單、精度高、成本低、適用于不同的生產(chǎn)エ藝；對于不同的功率變換器拓撲結(jié)構(gòu)可以對不同的時間量進行精確計算并輸出。本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法是由如下功能塊組成(如圖3所示)產(chǎn)生時鐘信號的時鐘產(chǎn)生模塊、計量脈寬的脈寬計量模塊、用于存儲脈寬計量結(jié)果的計量存儲模塊、以及將存儲的脈寬計量結(jié)果計算和轉(zhuǎn)化成模擬電壓輸出的除法模塊；所述脈寬計量模塊用于分別計量兩種脈寬信號。時鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)計量的脈寬及計量的精度要求產(chǎn)生固定的時鐘輸出，作為計量模塊的參考時鐘；根據(jù)不同功率變換器拓撲控制結(jié)構(gòu)，脈寬計量模塊分別對輸入的兩種脈寬信號進行計量并輸出；計量存儲模塊在被計量的脈寬每周期結(jié)束時存儲脈寬計量模塊的輸出，并保持到下一周期結(jié)束，該模塊起到采樣和保持的作用；除法模塊根據(jù)計量存儲模塊存儲的數(shù)字量進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化并同時進行除法運算；脈寬信號通過數(shù)字的方式進行計量，除法模塊中包括兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器(即，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊)，其中ー個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出作為另外ー個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考量來進行除法運算。作為本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法的改進脈寬信號包括導(dǎo)通時間(Ton)、關(guān)斷時間(Toff)、斷續(xù)時間(Tdis)和周期脈寬長度(Ts)。作為本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法的進ー步改進除法模塊包括運放A、場效應(yīng)管Q、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA、電流鏡Icouple和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB ;運放A與場效應(yīng)管Q和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA形成一個電流源，所述電流源的值是由參考電壓Vr除以權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA決定；該電流源的值經(jīng)電流鏡Icouple耦合輸出至權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB，產(chǎn)生對應(yīng)的模擬電壓。作為本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法的進一步改進權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA中包含存儲器控制的一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA電阻值以2進制權(quán)變化；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB中包含存儲器控制的另一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB電阻值以2進制權(quán)變化。本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，可用于不同的拓撲結(jié)構(gòu)的各種脈寬控制方案在各種應(yīng)用場合中使用，如發(fā)光二極管驅(qū)動應(yīng)用和電池充電應(yīng)用，交直流變換器等。本發(fā)明具有如下優(yōu)點I、本發(fā)明為數(shù)字模擬混合電路，它充分利用數(shù)字電路的特點，簡化了已有脈寬除法電路中的模擬電路結(jié)構(gòu)；又使用了模擬電路的方法，簡化了數(shù)字除法器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)；2、可實現(xiàn)寬動態(tài)范圍下的脈寬除法；3、本發(fā)明能實現(xiàn)高精度、低成本；4、通過對不同的脈寬計量時鐘頻率的選擇，可以有效的克服有限字長的誤差。


圖I是已有脈寬除法電路的方框示意圖；圖2是2種不同的脈沖序列圖；圖3是本發(fā)明的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法的方框示意圖；圖4對應(yīng)的是圖3中的時鐘產(chǎn)生模塊、脈寬計量模塊、計量存儲模塊的具體實施方式
示意圖；圖5對應(yīng)的是圖3中的除法模塊的具體實施方式
示意圖。
具體實施例方式實施例I、一種用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，如圖4和圖5所示，包括產(chǎn)生時鐘信號的時鐘產(chǎn)生電路、計量脈寬的計數(shù)器、用于存儲脈寬計量結(jié)果的存儲器，上述3者均可按照常規(guī)的數(shù)字電路設(shè)計方法進行設(shè)計。本發(fā)明的控制方法還包括將存儲的脈寬計量結(jié)果計算和轉(zhuǎn)化成模擬電壓輸出的除法模塊；其具體如圖5所示；包括運放A、場效應(yīng)管Q、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA、電流鏡Icouple、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB ;運放A與場效應(yīng)管Q和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA形成一個電流源，所述電流源的值是由參考電壓Vr除以權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA決定；該電流源的值經(jīng)電流鏡Icouple耦合輸出至權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB，產(chǎn)生對應(yīng)的模擬電壓。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA中包含一個存儲器控制的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA電阻值以2進制權(quán)變化；同理，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB中也包含一個存儲器控制的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB電阻值以2進制權(quán)變化。具體實施原理如下
I、例如要得到ts/toff的脈沖除法，如圖4所示；Ts代表周期脈寬長度，Toff代表關(guān)斷時間；高頻時鐘由時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生，被計量脈寬分別是Ts和Toff ；計數(shù)器根據(jù)高頻時鐘對Ts和Toff分別計數(shù),可分別得到對應(yīng)的Dts和Dtoff的數(shù)字量，并分別相應(yīng)的存儲在存儲器中2個不同的地址單元內(nèi)。因為采用相同的時鐘計量，所以ts/toff=Dts/Dtoff。如圖5所示,通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dtoff可以用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA得到一個相應(yīng)的電阻值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的結(jié)果，該電阻值可以用DtoffXR來表示。同理，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dts可以用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB得到一個相應(yīng)的電阻值，用DtsXR來表示。備注說明Dts表征對應(yīng)的周期脈寬數(shù)字量，Dtoff表征對應(yīng)的關(guān)斷時間脈寬數(shù)字量。一個固定的參考電壓Vr (外界提供)可以在DtoffXR電阻串上產(chǎn)生一個參考電流I :該參考電流I通過電流鏡Icouple產(chǎn)生相應(yīng)的參考電流I’，該參考電流I’作用在DtsXR電阻上得到一個電壓，如圖5所示I =Vr / (DtoffXR)
Vo= I，X (DtsXR)當I’ =I 時，Vo =VrX (DtsXR) / (DtoffXR)=VrX (Dts/Dtoff)Vr是任意給定的一個常量，Vo輸出就表示ts/toff的結(jié)果，與電阻R的大小無關(guān)，同時根據(jù)參考電壓得到一個除法結(jié)果的輸出電壓。由上述脈寬除法實現(xiàn)方法看，如果這兩個脈寬量(即ts、toff)的相對量始終相差很大，要避免有效字長的誤差而保證足夠的除法精度，可以改變對這兩個脈寬計量的對應(yīng)時鐘頻率，即對寬脈寬用標準計量時鐘進行計量，而對窄脈寬用高于標準計量時鐘K倍數(shù)的時鐘進行計量。此時，令I(lǐng)’ =K倍的I ;因此經(jīng)這除法得出的商經(jīng)相應(yīng)的乘或除相應(yīng)的倍數(shù)K即得到能避免有效字長誤差的精確除法商值。2、例如要得到Ton /Ts的脈沖除法，如圖4所示；Ts代表周期脈寬長度，Ton代表導(dǎo)通時間；高頻時鐘由時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生，被計量脈寬分別是Ts和Ton ；計數(shù)器根據(jù)高頻時鐘對Ts和Ton分別計數(shù)，可分別得到對應(yīng)的Dts和Dton的數(shù)字量，并分別相應(yīng)的存儲在存儲器中2個不同的地址單元內(nèi)。因為采用相同的時鐘計量，所以 Ton /Ts=Dton /Dts0通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dts可以用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA得到一個相應(yīng)的電阻值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的結(jié)果，該電阻值可以用DtsXR來表示。同理，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dton可以用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB得到一個相應(yīng)的電阻值，用Dton X R來表示。備注說明Dts表征對應(yīng)的周期脈寬數(shù)字量，Dton表征對應(yīng)的導(dǎo)通時間脈寬數(shù)字量。一個固定的參考電壓Vr(外界提供)可以在DtsXR電阻串上產(chǎn)生一個參考電流I :該參考電流I通過電流鏡Icouple產(chǎn)生相應(yīng)的參考電流I’，該參考電流I’作用在DtonXR電阻上得到一個電壓I =Vr / (DtsXR)Vo= I’ X (DtonXR)當I’ =I 時，
Vo =VrX (DtonXR) / (DtsXR)=VrX (Dton/Dts)Vr是任意給定的一個常量，Vo輸出就表示ton/ts的結(jié)果，與電阻R的大小無關(guān)，同時根據(jù)參考電壓得到一個除法結(jié)果的輸出電壓。由上述脈寬除法實現(xiàn)方法看，如果這兩個脈寬量(即ts、ton)的相對量始終相差很大，要避免有效字長的誤差而保證足夠的除法精度，可以改變對這兩個脈寬計量的對應(yīng)時鐘頻率，即對寬脈寬用標準計量時鐘進行計量，而對窄脈寬用高于標準計量時鐘K倍數(shù)的時鐘進行計量。此時，令I(lǐng)’ =K倍的I ;因此經(jīng)這除法得出的商經(jīng)相應(yīng)的乘或除相應(yīng)的倍數(shù)K即得到能避免有效字長誤差的精確除法商值。
3、例如要得到Toff /Ts脈沖除法、或者要得到Toff /Ton脈沖除法、或者要得到(Ton+Toff) /Ts脈沖除法，均可等同于上述步驟I和步驟2進行操作。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，其特征是 包括產(chǎn)生時鐘信號的時鐘產(chǎn)生模塊、計量脈寬的脈寬計量模塊、用于存儲脈寬計量結(jié)果的計量存儲模塊、以及將存儲的脈寬計量結(jié)果計算和轉(zhuǎn)化成模擬電壓輸出的除法模塊；脈寬計量模塊用于計量兩種脈寬信號； 時鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)計量的脈寬及計量的精度要求產(chǎn)生固定的時鐘輸出，作為脈寬計量模塊的參考時鐘；脈寬計量模塊分別對輸入的兩種脈寬信號進行計量并輸出；計量存儲模塊在被計量的脈寬每周期結(jié)束時存儲脈寬計量模塊的輸出，并保持到下一周期結(jié)束，所述計量存儲模塊起到采樣和保持的作用； 除法模塊根據(jù)計量存儲模塊存儲的數(shù)字量進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化并同時進行除法運算；除法模塊中包括兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出作為另外一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考量來進行除法運算。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，其特征是 脈寬信號包括導(dǎo)通時間(Ton)、關(guān)斷時間(Toff)、斷續(xù)時間(Tdis)和周期脈寬長度(Ts)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，其特征是 所述除法模塊包括運放A、場效應(yīng)管Q、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA、電流鏡Icouple和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB ;運放A與場效應(yīng)管Q和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA形成一個電流源，所述電流源的值是由參考電壓Vr除以權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA決定；該電流源的值經(jīng)電流鏡I coup I e耦合輸出至權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB，產(chǎn)生對應(yīng)的模擬電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，其特征是 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA中包含一個存儲器控制的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA電阻值以2進制權(quán)變化；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB中也包含一個存儲器控制的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB電阻值以2進制權(quán)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，其特征是 要得到ts/toff的脈沖除法，Ts代表周期脈寬長度，Toff代表關(guān)斷時間；高頻時鐘由時鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生，被計量脈寬分別是Ts和Toff ； 計數(shù)器根據(jù)高頻時鐘對Ts和TofT分別計數(shù)，分別得到對應(yīng)的Dts和DtofT的數(shù)字量，并分別相應(yīng)的存儲在存儲器中2個不同的地址單元內(nèi)；因為采用相同的時鐘計量，所以ts/toff=Dts/Dtoff ;通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dtoff用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RA得到一個相應(yīng)的電阻值作為數(shù)模轉(zhuǎn)換的結(jié)果，該電阻值用DtoffXR來表示；通過數(shù)模轉(zhuǎn)換塊Dts用來控制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)RB得到一個相應(yīng)的電阻值，該電阻值用用Dts X R來表示； 參考電壓Vr在DtoffXR電阻串上產(chǎn)生一個參考電流I ;該參考電流I通過電流鏡Icouple產(chǎn)生相應(yīng)的參考電流I’，該參考電流I’作用在DtsXR電阻上得到一個電壓I=Vr / (DtoffXR) Vo= I’ X (DtsXR)當I’ =I時，Vo =VrX (DtsXR) / (DtoffXR) =VrX (Dts/Dtoff)； 所述Vo輸出就表示ts/toff的結(jié)果，與電阻R的大小無關(guān)；根據(jù)參考電壓Vr得到一個除法結(jié)果的輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于功率變換器脈寬控制的高精度脈寬除法實現(xiàn)方法，包括產(chǎn)生時鐘信號的時鐘產(chǎn)生模塊、計量脈寬的脈寬計量模塊、用于存儲脈寬計量結(jié)果的計量存儲模塊、以及將存儲的脈寬計量結(jié)果計算和轉(zhuǎn)化成模擬電壓輸出的除法模塊；脈寬計量模塊用于計量兩種脈寬信號； 時鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)計量的脈寬及計量的精度要求產(chǎn)生固定的時鐘輸出，作為脈寬計量模塊的參考時鐘；脈寬計量模塊分別對輸入的兩種脈寬信號進行計量并輸出；計量存儲模塊在被計量的脈寬每周期結(jié)束時存儲脈寬計量模塊的輸出，并保持到下一周期結(jié)束，計量存儲模塊起到采樣和保持的作用；除法模塊根據(jù)計量存儲模塊存儲的數(shù)字量進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化并同時進行除法運算。
文檔編號H02M1/08GK102820763SQ20121029035
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者李宗兵, 翁大豐 申請人:魏其萃