占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法，當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一充電電流給充電電容充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)停止充電，并將充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移至輸出電容上轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，然后將充電電容上的電量恢復(fù)至初始電壓，依次循環(huán)，可以使每個(gè)周期的PWM信號(hào)在該周期結(jié)束之前轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，具有響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持等特性，不存在現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)換電路由于濾波深度不夠而造成紋波較大的問題，且本發(fā)明除去了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電路中的大容量儲(chǔ)能元件，有利于實(shí)現(xiàn)芯片的集成，減小電子裝置的體積和降低制造成本，同時(shí)還能提高使用壽命。
【專利說明】占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及開關(guān)電源，尤其涉及一種占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在開關(guān)電源中，控制電路的第一部分將輸出電壓或輸出電流與鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生具有占空比的PWM(脈寬調(diào)變，Pulse-Width Modulat1n)信號(hào)或PFM(脈波頻率調(diào)變，Pulse Frequency Modulat1n)信號(hào)?？刂齐娐返牡诙糠纸邮誔WM信號(hào)或PFM信號(hào)作為輸入信號(hào)，然后產(chǎn)生控制信號(hào)，用于切換功率級(jí)電路中的開關(guān)導(dǎo)通或斷開?？梢詫⒖刂齐娐返牡诙糠趾凸β始?jí)電路一起看作是占空比轉(zhuǎn)換電路。該占空比轉(zhuǎn)換電路將PWM信號(hào)或PFM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，即開關(guān)電源的直流輸出電壓或直流輸出電源。占空比轉(zhuǎn)換電路廣泛地用于各種模擬量測(cè)量儀表或負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置。在模擬量測(cè)量儀表中，例如需要將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)。在負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置中，例如需要根據(jù)外部輸入的PWM信號(hào)調(diào)節(jié)通過負(fù)載的電壓或電流。作為負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置，占空比轉(zhuǎn)換電路可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管(LED)的模擬調(diào)光、散熱風(fēng)扇的模擬調(diào)速、或者放大器的功率調(diào)節(jié)等。
[0003]如圖1a所示，傳統(tǒng)的將占空比轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)方法一般是利用濾波網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的，即，PWM信號(hào)通過濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的輸出。具體的，請(qǐng)參考圖lb，圖1b為現(xiàn)有技術(shù)采用濾波網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)占空比轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路10包括充電控制開關(guān)S1、S2以及由電容C和電阻R構(gòu)成的濾波電路(如圖方框內(nèi)所示)，充電控制開關(guān)SI的一端接一參考電壓信號(hào)VMf,另一端與電阻R相連,轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2的一端與充電控制開關(guān)SI和電阻R相連處相連，轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2的另一端接地，PWM信號(hào)作為該轉(zhuǎn)換電路10的輸入信號(hào)。當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，充電控制開關(guān)SI導(dǎo)通，轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2關(guān)斷，參考電壓信號(hào)通過充電控制開關(guān)S1、電阻R對(duì)電容C進(jìn)行充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)，電容C通過電阻R、轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2對(duì)地放電，從而實(shí)現(xiàn)了將占空比為D的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)Vtjut輸出，其中Vtjut = VrefXD0
[0004]然而，類似現(xiàn)有技術(shù)這種通過濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的占空比一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換電路均存在一個(gè)問題，即轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度和輸出紋波的問題無法同時(shí)解決。原因在于，只有在電阻R和電容C的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于PWM信號(hào)的頻率時(shí)，才能保證輸出的模擬信號(hào)近似為直流信號(hào)，SP解決了輸出紋波大的問題，然而卻由于電阻R和電容C的時(shí)間常數(shù)非常大，又會(huì)引起轉(zhuǎn)換電路的響應(yīng)速度慢的問題，兩者無法兼顧，并且大容值的電容還會(huì)增加轉(zhuǎn)換電路的體積和制造成本，同時(shí)還會(huì)降低轉(zhuǎn)換電路的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法，以使PWM信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換具有非?？斓捻憫?yīng)速度，并且轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持特性，能夠解決紋波問題大的問題。
[0006]第一方面，本發(fā)明提出了一種占空比轉(zhuǎn)換電路，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述占空比轉(zhuǎn)換電路包括充電電路、充電電容、轉(zhuǎn)移電路、輸出電容和放電電路；
[0007]在所述PWM信號(hào)的各周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電路輸出一充電電流對(duì)所述充電電容充電；
[0008]當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述充電電流停止對(duì)所述充電電容充電，并在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，使所述充電電容上的電壓通過所述轉(zhuǎn)移電路輸出至所述輸出電容上，在放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容通過所述放電電路放電，以將所述充電電容上的電壓降低至初始電壓；
[0009]所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段與所述放電時(shí)間段均為所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的時(shí)間段，且所述放電時(shí)間段在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段之后發(fā)生；
[0010]所述輸出電容上的電壓為所述占空比轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電電路包括一受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源向所述充電電容輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無充電電流輸出。
[0012]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電電路包括一電流源和充電控制開關(guān)，所述電流源的輸出電流為所述充放電電流，所述充電控制開關(guān)連接在所述電流源和所述充電電容之間，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電流通過所述充電控制開關(guān)對(duì)所述充電電容充電。
[0013]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述電流源為受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無電流輸出。
[0014]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述轉(zhuǎn)移電路包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容上的電壓通過所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上。
[0015]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述放電電路包括放電控制開關(guān)，所述放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容通過所述放電控制開關(guān)放電，使所述充電電容上的電壓降為初始電壓。
[0016]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電控制開關(guān)包括第一充電控制開關(guān)和第二充電控制開關(guān)，所述充電電容包括第一充電電容和第二充電電容，所述轉(zhuǎn)移電路包括第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)和第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，所述放電控制電路包括第一放電控制開關(guān)和第二放電控制開關(guān)；
[0017]在所述PWM信號(hào)相鄰的兩個(gè)周期中，前一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第一放電時(shí)間段，后一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第二放電時(shí)間段；
[0018]在前一個(gè)周期中，所述充電電流通過所述第一充電控制開關(guān)對(duì)所述第一充電電容充電，且在所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電電容上的電壓通過所述第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上，在第一放電時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電電容上的電壓通過所述第一放電開關(guān)放電，以將所述第一充電電容上的電壓降低至初始電壓；
[0019]在后一個(gè)周期中，所述充電電流通過所述第二充電控制開關(guān)對(duì)所述第二充電電容充電，且在所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容上的電壓通過所述第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上，在第二放電時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容上的電壓通過所述第二放電開關(guān)放電，以將所述第二充電電容上的電壓降低至初始電壓。
[0020]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述轉(zhuǎn)移電路還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器位于所述充電電容和輸出電容之間，使在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述輸出電容上的電壓等于所述充電電容上的電壓。
[0021]進(jìn)一步的，在所述的占空比轉(zhuǎn)換電路中，所述充電電流為一恒流。
[0022]第二方面，本發(fā)明提出了一種占空比轉(zhuǎn)換方法，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述方法包括步驟:
[0023]在所述PWM信號(hào)的各周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一電流給充電電容充電；
[0024]當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，停止對(duì)所述充電電容充電；
[0025]在所述PWM信號(hào)為低電平之后，將所述充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移輸出到輸出電容上，所述輸出電容上的電壓為所述模擬信號(hào)；
[0026]當(dāng)完成所述充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移輸出到所述輸出電容之后，將所述充電電容上的電壓恢復(fù)為初始電壓。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一充電電流給充電電容充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)停止充電，并將充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移至輸出電容上轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，然后將充電電容上的電量恢復(fù)至初始電壓，依次循環(huán)，可以使每個(gè)周期的PWM信號(hào)在該周期結(jié)束之前轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持特性，不存在現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)換電路由于濾波深度不夠而造成紋波較大的問題，且本發(fā)明除去了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電路中的大容量儲(chǔ)能元件，有利于實(shí)現(xiàn)芯片的集成，減小電子裝置的體積和降低制造成本，同時(shí)還能提高使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)中將占空比信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的方框圖；
[0029]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)中將占空比信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中占空比轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0031]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中占空比轉(zhuǎn)換電路的電路示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例三中占空比轉(zhuǎn)換電路的電路示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明實(shí)施例四中占空比轉(zhuǎn)換電路的電路示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實(shí)施例二、三和四中占空比轉(zhuǎn)換電路工作波形圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實(shí)施例五中占空比轉(zhuǎn)換電路的電路示意圖；
[0036]圖8為本發(fā)明實(shí)施例五中占空比轉(zhuǎn)換電路工作波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0038]為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0039]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0040]實(shí)施例一
[0041 ] 請(qǐng)參考圖2，在本實(shí)施例中，提出了一種占空比轉(zhuǎn)換電路100，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)。具體的，所述占空比轉(zhuǎn)換電路100包括充電電路01、充電電容02、轉(zhuǎn)移電路
03、輸出電容04和放電電路05。
[0042]在各個(gè)PWM信號(hào)的周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電路OI輸出一充電電流對(duì)所述充電電容02充電；
[0043]當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)所述充電電流停止對(duì)所述充電電容02充電，并在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，使所述充電電容02上的電壓通過所述轉(zhuǎn)移電路03輸出至所述輸出電容04上；在放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容02通過所述放電電路05放電，以將所述充電電容02上的電壓降低至初始電壓。這里的初始電壓是指在進(jìn)行占空比轉(zhuǎn)換前，充電電容02上的初始電壓，若充電電容02接地，則其初始電壓為零，若充電電容02上在進(jìn)行占空比轉(zhuǎn)換之前已存在一電壓，則該電壓即為初始電壓。
[0044]所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段與所述放電時(shí)間段均為所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的時(shí)間段，且所述放電時(shí)間段在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段之后發(fā)生。也就是說在充電電流停止給充電電容02充電后到PWM信號(hào)變成高電平信號(hào)之前的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，所述轉(zhuǎn)移電路會(huì)導(dǎo)通，使充電電容02上的電壓通過轉(zhuǎn)移電路03轉(zhuǎn)移輸出至所述輸出電容04上，這個(gè)時(shí)間就為所述的轉(zhuǎn)移時(shí)間段，所述轉(zhuǎn)移電路03在其它時(shí)間段內(nèi)斷開；在充電電容02上的電壓通過轉(zhuǎn)移電路03轉(zhuǎn)移輸出至所述輸出電容04上后，也就是轉(zhuǎn)移時(shí)間段完成后到PWM信號(hào)變成高電平信號(hào)之前的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，所述放電電路05會(huì)導(dǎo)通，使所述充電電容02上的電壓降低為其初始電壓，這個(gè)時(shí)間段就是所述的放電時(shí)間段。在每一個(gè)周期中的PWM信號(hào)為低電平期間，所述放電時(shí)間段在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段之后發(fā)生。
[0045]通過上述轉(zhuǎn)換過程使所述輸出電容04上所獲得的電壓即為所述占空比轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬信號(hào)，也就是將所述的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換而成的模擬信號(hào)。
[0046]如本發(fā)明實(shí)施例一所述的占空比轉(zhuǎn)換電路100可以實(shí)現(xiàn):當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一充電電流給充電電容充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)停止充電，并將充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移至輸出電容上轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，然后將充電電容上的電量恢復(fù)至初始電壓，依次循環(huán)，可以使每個(gè)周期的PWM信號(hào)在該周期結(jié)束之前轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，可見，在下一個(gè)PWM高電平信號(hào)到來之前，本發(fā)明提出的占空比轉(zhuǎn)換電路100已經(jīng)實(shí)現(xiàn)充電、轉(zhuǎn)移及放電等功能，因此，其具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，并且輸出電容04的電壓與充電電容02的電壓基本一致，因此使轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持特性，不存在現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)換電路由于濾波深度不夠而造成紋波較大的問題，且本發(fā)明只需一個(gè)電流源、兩個(gè)電容及若干開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，因此除去了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電路中的大容量儲(chǔ)能元件，有利于實(shí)現(xiàn)芯片的集成，減小電子裝置的體積和降低制造成本，同時(shí)還能提高使用壽命。
[0047]實(shí)施例二
[0048]請(qǐng)參考圖3，在本實(shí)施例中，提出了一種實(shí)施例一的優(yōu)化占空比轉(zhuǎn)換電路200。具體的，所述充電電路01包括受控電流源A，具體的受控電流源A為一由PWM信號(hào)控制的壓控電流源，當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，使一個(gè)電壓Vpwm控制所述受控電流源A向所述充電電容02輸出一充電電流I1，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，無電壓Vpwm控制受控電流源A，則所述受控電流源A無充電電流I1輸出。
[0049]為了能確保充電過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，本實(shí)施例的充電電路還包括充電控制開關(guān)，所述充電控制開關(guān)與所述受控電流源A串聯(lián)連接。具體的，在本實(shí)施例中所述的充電控制開關(guān)包括充電控制開關(guān)SI，充電控制開關(guān)SI的導(dǎo)通和關(guān)斷由需要被轉(zhuǎn)換的PWM信號(hào)控制，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，SI導(dǎo)通，所述充電電流I1通過所述充電控制開關(guān)對(duì)所述充電電容02充電，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，SI關(guān)斷，使所述充電電流I1停止對(duì)所述充電電容02充電。在其它實(shí)施例中，充電電容02可以僅包括上述所述的受控電流源，即無需設(shè)置充電控制開關(guān)。
[0050]在本實(shí)施例中，所述充電電容02包括電容Cl，電容Cl的一端與所述充電電容02的電流輸出端相連，在本實(shí)施例中為與充電控制開關(guān)SI的一端相連，電容Cl的另一端接地，即電容Cl在進(jìn)行占空比轉(zhuǎn)換前的初始電壓為零。
[0051 ] 所述轉(zhuǎn)移電路03可以但不局限于包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，在本實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)移電路包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2，轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2的一端與電容Cl的非接地端相連，另一端與輸出電容04 (即圖中電容C2)相連。轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2在所述的轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，即在充電電流I1停止為電容Cl充電后到PWM信號(hào)變?yōu)楦唠娖街暗囊粋€(gè)時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，使電容Cl上的電壓通過轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容04上。
[0052]所述輸出電容04包括電容C2，電容C2的一端與轉(zhuǎn)移電路03的輸出端相連，在本實(shí)施例中為與轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2的一端相連，電容C2的另一端接地。
[0053]所述放電電路05可以但不局限于包括放電控制開關(guān)，在本實(shí)施例中，所述放電電路包括放電控制開關(guān)，所述放電控制開關(guān)包括放電控制開關(guān)S3，放電控制開關(guān)S3的一端與充電電容02的非接地端相連，另一端接地，在所述放電時(shí)間段內(nèi)，即在轉(zhuǎn)移時(shí)間斷結(jié)束到PWM信號(hào)變?yōu)楦唠娖街暗臅r(shí)間段內(nèi)，放電控制開關(guān)S3導(dǎo)通，充電電容02通過放電控制開關(guān)放電，使充電電容02上的電壓降為零。
[0054]在本實(shí)施例中，最佳的，使輸出電容04的容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電電容02的容值，則充電電容02和輸出電容04并聯(lián)后的電壓與并聯(lián)前充電電容02上的電壓接近，即輸出電容04的電壓在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)幾乎等于并聯(lián)前一刻充電電容02上的電壓，從而實(shí)現(xiàn)了將充電電容02上的電壓轉(zhuǎn)移輸出到輸出電容04上。
[0055]貝Ij所述輸出電容04上的電壓即為由所述的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)，Vc2(k)為經(jīng)過k個(gè)PWM信號(hào)周期轉(zhuǎn)換時(shí)輸出電容04上的電壓，即由第k-Ι個(gè)周期的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號(hào)，其大小可以由下列式子得到:
[0056]Vc2 (k) = DkA * Vmu *Sm *TpwM ;
[0057]其中，Dlri為所述PWM信號(hào)的第k-Ι個(gè)周期的占空比，即第k-Ι個(gè)高電平信號(hào)所持續(xù)的時(shí)間，Vpwm為受控電流源的受控電壓，gm為壓控電流源A的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)，Vpwi^Pgm的乘積為壓控電流源A的輸出電流值，TpwmS PWM信號(hào)的周期，C為電容的容值。
[0058]實(shí)施例三
[0059]在本實(shí)施例中，提出了另一種實(shí)施例一的優(yōu)化占空比轉(zhuǎn)換電路300，具體的，請(qǐng)參考圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例二不同的僅為充電電路01的組成不同，其它部分均與實(shí)施例二的相同，在此不再重復(fù)說明。在本實(shí)施例中，所述充電電路OI包括電流源和充電控制開關(guān)，具體的電流源可以為一恒流電流源或其它任意形式的電流源，在本實(shí)施例中，所述的電流源為恒流源A，用于輸出恒定的充電電流I1，充電控制開關(guān)包括充電控制開關(guān)SI，充電控制開關(guān)SI的一端與恒流源A相連，另一端與充電電容02相連，充電控制開關(guān)SI的導(dǎo)通和關(guān)斷由所述的PWM信號(hào)控制。當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，充電控制開關(guān)SI導(dǎo)通，恒流源A輸出的充電電流I1通過充電控制開關(guān)對(duì)充電電容02充電，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，充電控制開關(guān)SI關(guān)斷，使恒流源A輸出的充電電流I1停止對(duì)充電電容02充電。在本實(shí)施例中，由第k-Ι個(gè)周期的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號(hào)ν?θθ的大小可以有下列式子得出:
[0060]Vci (k) = Dk^.[' *T丨丨;

C
[0061]其中，Dlrl為PWM信號(hào)的第k-Ι個(gè)周期的占空比，即第k-Ι個(gè)高電平信號(hào)所持續(xù)的時(shí)間，I1為恒流電流源輸出的充電電流，Tpwm為PWM信號(hào)的周期，C為充電電容的容值。
[0062]實(shí)施例四
[0063]在本實(shí)施例 中，提出了又一種實(shí)施例一的優(yōu)化占空比轉(zhuǎn)換電路400，具體的，請(qǐng)參考圖5，本實(shí)施與實(shí)施例二不同的是僅為轉(zhuǎn)移電路03的組成不同，其它部分均與實(shí)施例二的相同，在此不再重復(fù)說明。
[0064]在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移電路03除了包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)外還包括電壓跟隨器，具體的，在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移控制開關(guān)包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-1和轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-2，其中轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-1的一端與充電電容02的非接地端相連，另一端與電壓跟隨器的輸入端相連，電壓跟隨器的輸出端與轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-2的一端相連,轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-2的另一端與輸出電容04的非接地端相連，從而使所述電壓跟隨器位于充電電容02和輸出電容04之間，即位于充電電容02和輸出電容04之間。在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)導(dǎo)通，即轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-1和轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2-2均導(dǎo)通，在電壓跟隨器的作用下，使所述輸出電容04上的電壓等于所述充電電容02上的電壓，從而實(shí)現(xiàn)了充電電容02上的電壓轉(zhuǎn)移到輸出電容04上，使得輸出電容04上的電壓即為所述PWM信號(hào)所轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)。
[0065]在本實(shí)施例中，由于在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容02上的電壓為所述電壓跟隨器的輸入端電壓，所述電壓跟隨器的輸出端電壓為所述輸出電容04上的電壓，因此，不管輸出電容的容值與充電電容的容值之間的關(guān)系如何，所述輸出電容04上的電壓均等于所述充電電容02上的電壓，從而使所述的PWM信號(hào)可以更加精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。
[0066]實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四所提出的占空比轉(zhuǎn)換電路的工作波形圖均如圖6所述，其中，充電控制開關(guān)的控制信號(hào)波形圖與所述PWM信號(hào)的波形圖一樣，即充電控制開關(guān)SI的導(dǎo)通和關(guān)斷可由所述的PWM信號(hào)控制，轉(zhuǎn)移控制開關(guān)和放電控制開關(guān)分別在轉(zhuǎn)移時(shí)間段和放電時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，在其它時(shí)間段內(nèi)關(guān)斷，二者的控制信號(hào)均可以通過根據(jù)所述PWM信號(hào)產(chǎn)生，例如，所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)的控制信號(hào)在所述PWM信號(hào)為低電平后經(jīng)過一個(gè)延時(shí)時(shí)為高電平，使所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)導(dǎo)通，即轉(zhuǎn)移時(shí)間段開始發(fā)生，當(dāng)所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段結(jié)束后，所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)的控制信號(hào)為低電平，使所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)關(guān)斷；所述放電控制開關(guān)的控制信號(hào)在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段結(jié)束后經(jīng)過一個(gè)延時(shí)時(shí)為高電平，使所述放電控制開關(guān)導(dǎo)通，即放電時(shí)間段開始發(fā)生，當(dāng)所述放電時(shí)間段結(jié)束后，所述放電控制開關(guān)的控制信號(hào)為低電平，所述放電控制開關(guān)關(guān)斷。
[0067]實(shí)施例五
[0068]在本實(shí)施例中，提出了又一種實(shí)施例一的優(yōu)化占空比轉(zhuǎn)換電路500，具體的，請(qǐng)參考圖7，在本實(shí)施例中提出的占空比轉(zhuǎn)換電路500中，其工作方式和原理基本與實(shí)施例二或三相同，不同之處在于，充電控制開關(guān)包括第一充電控制充電控制充電控制開關(guān)SI和第二充電控制開關(guān)S4,所述充電電容包括第一充電電容Cl和第二充電電容C3，所述轉(zhuǎn)移電路包括第一轉(zhuǎn)移控制轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2和第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S5，所述放電電路包括第一放電控制放電控制開關(guān)S3和第二放電控制開關(guān)S6 ;即包括兩個(gè)充電電路、兩個(gè)充電電容、兩個(gè)轉(zhuǎn)移電路和兩個(gè)放電電路；
[0069]所述第一充電控制開關(guān)SI的一端和第二充電控制開關(guān)S4的一端均與受控電流源A相連，所述第一充電控制開關(guān)SI的另一端與第一充電電容Cl的一端相連，所述第一充電電容Cl的另一端接地，所述第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2的一端與第一充電電容Cl的非接地端相連，另一端與輸出電容C2的一端相連,輸出電容C2的另一端接地,第一放電控制開關(guān)S3的一端與所述第一充電電容Cl的非接地端相連，另一端接地；所述第二充電控制開關(guān)S4的另一端與第二充電電容C3的一端相連,所述第二充電電容C3的另一端接地,所述第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S5的一端與第二充電電容C3的非接地端相連，另一端與輸出電容C2的一端相連，第二放電控制開關(guān)S6的一端與所述第二充電電容C3的非接地端相連，另一端接地。在所述PWM信號(hào)相鄰的兩個(gè)周期中，前一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第一放電時(shí)間段，后一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第二放電時(shí)間段；
[0070]在前一個(gè)周期中，所述充電電流I1通過所述第一充電控制SI對(duì)所述第一充電電容Cl充電,且在所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電電容Cl上的電壓通過所述第一轉(zhuǎn)移控制轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2輸出至所述輸出輸出電容C2上,在第一放電時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電充電電容Cl上的電壓通過所述第一放電放電控制開關(guān)S3放電，以將所述第一充電輸出電容C2上的電壓降低至初始電壓，這里的初始電壓為零；
[0071]在后一個(gè)周期中，所述充電電流I1通過所述第二充電控制開關(guān)S4對(duì)所述第二充電電容C3充電，且在所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容C3上的電壓通過所述第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S5輸出到所述輸出輸出電容C2上，在第二放電時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容C3上的電壓通過所述第二放電開關(guān)S6放電，以將所述第二充電電容C3上的電壓降低至初始電壓，這里的初始電壓為零。
[0072]本實(shí)施例中所提出的占空比轉(zhuǎn)換電路500的工作波形圖如圖6所示，在相鄰的兩個(gè)PWM信號(hào)周期中，只有當(dāng)前一個(gè)周期中的PWM信號(hào)為高電平期間，所述第一充電控制開關(guān)SI的控制信號(hào)為高電平，控制所述第一充電控制開關(guān)SI導(dǎo)通，使所述充電電流I1通過第一充電控制開關(guān)SI對(duì)第一充電電容Cl充電；只有當(dāng)后一個(gè)周期中的PWM信號(hào)為高電平期間，所述第二充電控制開關(guān)S3的控制信號(hào)為高電平，控制所述第二充電控制開關(guān)S3導(dǎo)通，使所述充電電流I1通過第二充電控制開關(guān)S3對(duì)第二充電電容C3充電；所述第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S2，在所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段為前一個(gè)周期中所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的一個(gè)時(shí)間段，所述第一放電時(shí)間段內(nèi)，所述第一放電控制開關(guān)S3導(dǎo)通，所述第一放電時(shí)間段為所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段結(jié)束到后一個(gè)周期中的PWM信號(hào)為高電平前期間的一個(gè)時(shí)間段；所述第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)S5，在所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)導(dǎo)通，所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段為后一個(gè)周期中所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的一個(gè)時(shí)間段，所述第二放電時(shí)間段內(nèi)，所述第二放電控制開關(guān)S6導(dǎo)通，所述第二放電時(shí)間段為所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段結(jié)束到下一個(gè)周期中的PWM信號(hào)為高電平前期間的一個(gè)時(shí)間段。
[0073]本實(shí)施例中，通過第一充電電容Cl與第二充電電容C3交替工作進(jìn)行充電，然后轉(zhuǎn)移，再放電，可以放寬延時(shí)時(shí)間，使得該轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換更高頻率的PWM信號(hào)。
[0074]此外，在本實(shí)施例中，受控電流源A同樣也可以為恒流源，第一轉(zhuǎn)移電路和第二轉(zhuǎn)移電路，也可使用如實(shí)施例三中包括電壓跟隨器的轉(zhuǎn)移電路。
[0075]綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的占空比轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換方法中，當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一充電電流給充電電容充電，當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)停止充電，并將充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移至輸出電容上轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)，然后將充電電容上的電量恢復(fù)至初始電壓，依次循環(huán)，可以使每個(gè)周期的PWM信號(hào)在該周期結(jié)束之前轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，具有響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)換形成的模擬信號(hào)具有零階保持等特性，不存在現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)換電路由于濾波深度不夠而造成紋波較大的問題，且本發(fā)明除去了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換電路中的大容量儲(chǔ)能元件，有利于實(shí)現(xiàn)芯片的集成，減小電子裝置的體積和降低制造成本，同時(shí)還能提高使用壽命。
[0076]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種占空比轉(zhuǎn)換電路，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述占空比轉(zhuǎn)換電路包括充電電路、充電電容、轉(zhuǎn)移電路、輸出電容和放電電路； 在所述PWM信號(hào)的各周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電路輸出一充電電流對(duì)所述充電電容充電； 當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述充電電流停止對(duì)所述充電電容充電，并在轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，使所述充電電容上的電壓通過所述轉(zhuǎn)移電路輸出至所述輸出電容上，在放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容通過所述放電電路放電，以將所述充電電容上的電壓降低至初始電壓； 所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段與所述放電時(shí)間段均為所述PWM信號(hào)為低電平期間內(nèi)的時(shí)間段，且所述放電時(shí)間段在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段之后發(fā)生； 所述輸出電容上的電壓為所述占空比轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述充電電路包括一受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源向所述充電電容輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無充電電流輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述充電電路包括一電流源和充電控制開關(guān)，所述電流源的輸出電流為所述充放電電流，所述充電控制開關(guān)連接在所述電流源和所述充電電容之間，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述充電電流通過所述充電控制開關(guān)對(duì)所述充電電容充電。
4.如權(quán)利要求3所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述電流源為受控電流源，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，所述受控電流源輸出所述充電電流，當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，所述受控電流源無電流輸出。
5.如權(quán)利要求3所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移電路包括轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容上的電壓通過所述轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上。
6.如權(quán)利要求5所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述放電電路包括放電控制開關(guān)，所述放電時(shí)間段內(nèi)，所述充電電容通過所述放電控制開關(guān)放電，使所述充電電容上的電壓降為初始電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述充電控制開關(guān)包括第一充電控制開關(guān)和第二充電控制開關(guān)，所述充電電容包括第一充電電容和第二充電電容，所述轉(zhuǎn)移電路包括第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)和第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)，所述放電控制電路包括第一放電控制開關(guān)和第二放電控制開關(guān)； 在所述PWM信號(hào)相鄰的兩個(gè)周期中，前一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第一放電時(shí)間段，后一個(gè)周期內(nèi)的所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段和所述放電時(shí)間段分別為第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段和第二放電時(shí)間段； 在前一個(gè)周期中，所述充電電流通過所述第一充電控制開關(guān)對(duì)所述第一充電電容充電，且在所述第一轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電電容上的電壓通過所述第一轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上，在第一放電時(shí)間段內(nèi)，所述第一充電電容上的電壓通過所述第一放電開關(guān)放電，以將所述第一充電電容上的電壓降低至初始電壓； 在后一個(gè)周期中，所述充電電流通過所述第二充電控制開關(guān)對(duì)所述第二充電電容充電，且在所述第二轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容上的電壓通過所述第二轉(zhuǎn)移控制開關(guān)輸出到所述輸出電容上，在第二放電時(shí)間段內(nèi)，所述第二充電電容上的電壓通過所述第二放電開關(guān)放電，以將所述第二充電電容上的電壓降低至初始電壓。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移電路還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器位于所述充電電容和輸出電容之間，使在所述轉(zhuǎn)移時(shí)間段內(nèi)，所述輸出電容上的電壓等于所述充電電容上的電壓。
9.如權(quán)利要求1至7中任意一所述的占空比轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述充電電流為一恒流。
10.一種占空比轉(zhuǎn)換方法，用于將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，所述方法包括步驟: 在所述PWM信號(hào)的各周期中，當(dāng)所述PWM信號(hào)為高電平時(shí)，用一電流給充電電容充電； 當(dāng)所述PWM信號(hào)為低電平時(shí)，停止對(duì)所述充電電容充電； 在所述PWM信號(hào)為低電平之后，將所述充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移輸出到輸出電容上，所述輸出電容上的電壓為所述模擬信號(hào)； 當(dāng)完成所述充電電容上的電壓轉(zhuǎn)移輸出到所述輸出電容之后，將所述充電電容上的電壓恢復(fù)為初始電壓。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK104038029SQ201410287535
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】曹何金生, 趙晨 申請(qǐng)人:矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)(杭州)有限公司