CN100405740C - 数字差动放大控制装置 - Google Patents

Abstract

具有：差动放大控制用数字数据形成单元(202)；差动控制单元(204)，其将从该数据形成单元发送的由矩形波形成的A相信号和反转该A相信号而得到的B相信号分开发送；以及校正单元(214，216)，其对所述A相信号和B相信号中的至少一方进行校正，使得所述A相信号与B相信号之间没有交点。

Description

数字差动放大控制装置

技术领域

本发明涉及数字差动放大控制装置，特别涉及实施了用于解决能量损失问题的改进的数字驱动控制装置。该数字驱动控制装置可应用于PWM(pulse-width modulation，脉冲宽度调制)驱动装置、PWM显示装置、数字传输装置(DVI等)。

背景技术

差动放大(差动传输)是指驱动2根信号线而根据它们之间的电压(电位差)来确定“0”或“1”的传输方式，可实现抗噪性优良、且更高速的传输。作为其差动放大电路，例如有日本特开平5-298886号公报中所记载的差动放大电路。该现有技术由如下部分构成：第1差动放大电路，其通过第1导电型MOS晶体管的栅极接收互补的输入数据，并发送互补的内部数据；以及第2差动放大电路，其通过具有与第1导电型相反的导电型的第2导电型MOS晶体管的栅极接收所述互补的内部数据，并发送互补的输出数据。

另外，差动放大控制也被应用于负荷的驱动中。图10是对其进行表示的控制装置，标号200是由负荷的驱动控制信号(A相信号)202所驱动的负荷的驱动电路部。驱动控制信号202由矩形波构成。标号204是将反转A相信号而得到的B相信号输出给负荷驱动电路的反相器(差动驱动器)。该差动放大控制电路包括对负荷施加驱动电流时使用的开关晶体管TR1～TR4。

当前，作为A相信号202有“H”施加到电路上时，TR1截止，TR2导通，TR3导通，TR4截止，具有Ib流向的驱动电流施加到负荷的驱动器200上。

另一方面，作为A相信号有“L”施加到电路上时，TR1导通，TR2截止，TR3截止，TR4导通，具有与Ib相反的Ia流向的电流施加到负荷的驱动器上。图11表示此时的波形图，(1)是由A相信号和B相信号组成的差动控制波形，A相的矩形波信号a和B相的矩形波信号b交替地改变各自的模式。

发明内容

在数字差动放大中，有在正侧(A相信号)和负侧(B相信号)的切换点发生有源元件所导致的短路的问题。如图11(2)、(3)所示，在A相信号与B相信号之间的交点(涂成了黑色。：(3)的tL期间)，因能量电压损失VLpp而发生短路电流Ish所导致的损失。因此，在图10的电路中，设置了保护有源元件(开关晶体管)不受短路电流Ish损害的电路206。因该短路电流和损失电压而发生功率损失。如下所示地计算该功率损失。

Psh＝f*VLpp*Ish*(tL/2)          单位：W

对于这样的损失，在通信领域中，因要求数据传输的高速性而未予以特别考虑，并且，在使用PWM控制的驱动控制领域中，由于负荷功率容量大，所以设置了电流限制电路作为驱动元件保护。即，从提高能量效率的方面考虑，对相关损失的措施也不充分。

本发明的目的是提供数字差动放大控制装置，其通过降低相关损失来实现能量效率优良，并且无需有源元件的保护电路。

为了达到上述目的，本发明的特征是数字差动放大控制装置，所述数字差动控制装置具有：差动放大控制用数字数据形成单元；差动控制单元，其将从该数据发送单元发送的由矩形波形成的A相信号和反转该A相信号而得到的B相信号分开发送；以及校正单元，其对所述A相信号和B相信号中的至少一方进行校正，使得所述A相信号与B相信号之间没有交点。根据本发明，在差动控制波形中，屏蔽了多个信号的交点，所以可解决上述的损失问题。

在本发明的实施方式中，差动放大控制装置还具有负荷的驱动电路，所述校正单元构成为将A相信号和B相信号输出给相应的驱动电路。所述差动放大控制用数字数据形成单元形成所述负荷的驱动控制信号，将其作为数字数据输出给所述驱动电路。还具有差动接收单元，其接收所述A相信号和B相信号，从这两个信号复原为所述数字数据并输出。所述校正单元对所述A相信号和B相信号中的至少一方进行屏蔽，使得所述交点消失。所述校正单元构成为根据时钟信号来对所述A相信号和B相信号中的至少一方进行校正，使得所述交点消失。所述校正单元对所述A相信号和B相信号中的至少一方的上升沿和下降沿中的至少一侧进行屏蔽。

附图说明

图1示出了作为成为差动放大控制对象的负荷的电机的示意图和工作原理。

图2示出了延续图1的工作原理。

图3示出了延续图2的工作原理。

图4示出了延续图3的工作原理。

图5是表示电磁线圈的连接状态的等效电路图。

图6中的(1)是电机的立体图，(2)是转子的概略平面图，(3)是其侧视图，(4)是A相电磁线圈(第1磁性体)的侧视图，(5)是B相电磁线圈(第2磁性体)的侧视图。

图7是本发明的差动放大控制装置的控制方框图。

图8是其电路方框图。

图9是其控制波形图。

图10是现有的数字差动放大控制装置的方框图。

图11是其控制波形特性图。

具体实施方式

接着，说明本发明的实施方式。首先，使用图1～图4说明作为差动放大控制对象的负荷的具体示例。这些图示出了在本发明中成为负荷的电机的示意图和旋转原理的图。该电机具有如下结构：在第1磁性体(第1相线圈)10和第2磁性体(第2相线圈)12之间隔着第3磁性体14(永磁体)。

这些磁性体可以构成为环状(圆弧状、圆状)或直线状中的任意一种形状。在磁性体形成为环状的情况下，第3磁性体或第1/第2磁性体中的任意一个作为转子而工作，在磁性体形成为直线状的情况下，其中的任意一个成为滑块。

第1磁性体10具有如下结构：相隔预定间隔、最好为均匀间隔依次排列了可交替地励磁为不同极性的线圈16。在图5中示出了该第1磁性体的等效电路图。根据图1～图4，如后面所述，在2相励磁线圈中，在始动旋转(2π)中总是按照上述的极性励磁所有线圈。因此，能够以高转矩来旋转/驱动转子或滑块等的被驱动手段。

如图5(1)所示，多个电磁线圈16(磁性单位)按照等间隔串联连接。标号18A是向该磁线圈施加频率脉冲信号的励磁电路(负荷的驱动电路)的模块。预先设定各线圈励磁为：在从该励磁电路向电磁线圈16输出用于励磁的励磁信号时，在相邻的线圈之间交替改变磁极的方向。如图5(2)所示，也可以并联连接电磁线圈16。

当从该励磁电路18A向第1磁性体10的电磁线圈16和第2磁性体12的励磁线圈18施加具有用于按预定周期交替切换所提供的励磁电流的极性方向的频率的信号时，如图1～图4所示那样，第3磁性体14侧的极性形成交替变化为N极→S极→N极的磁模式。当频率脉冲信号成为相反极性时，第1磁性体的第3磁性体侧的极性产生交替变化为S极→N极→S极的磁模式。其结果是，第1磁性体10所呈现的励磁模式周期性地变化。

第2磁性体12的结构与第1磁性体10相同，但不同点是第2磁性体的电磁线圈18在位置上相对于第1磁性体的电磁线圈16错开布置。即，设定成，第1磁性体的线圈的布置间距与第2磁性体的线圈的布置间距具有预定的间距差(角度差)。该间距差优选为永久磁铁(第3磁性体)14相对于线圈16、18、对应于励磁电流频率的1个周期(2π)而移动的距离，即作为一对N极和S极之间的总距离的1/4的π/2所对应的距离。

接着，说明第3磁性体14。如图1～图4所示，该第3磁性体14设置在第1磁性体和第2磁性体之间，交替地具有相反极性的多个永久磁铁20(涂成了黑色)相隔预定间隔、优选为均匀间隔而排列成线状(直线或圆弧状)。所谓圆弧状除了完整的圆、椭圆等闭合环形之外，还包含不特定环状结构或半圆、扇形。

第1磁性体10和第2磁性体12相隔等距离，例如平行地设置，在第1磁性体和第2磁性体之间的中心位置上设置第3磁性体14。在第3磁性体中，各个永久磁铁的布置间距与第1磁性体10和第2磁性体12中的磁线圈的布置间距大体相同。

接着，利用图1～图4说明在第1磁性体10与第2磁性体12之间设置了上述的第3磁性体14的磁体结构的动作。通过上述的励磁电路(图5中的18A)，在某个瞬间，在第1磁性体和第2磁性体的电磁线圈16、18中产生图1的(1)所示的励磁模式。

此时，在第1磁性体10的面向第3磁性体14侧的表面上的各线圈16中，按照→S→N→S→N→S→的模式产生磁极，在第2磁性体12的面向第3磁性体14侧的表面上的线圈18中，按照→N→S→N→S→N→的模式产生磁极。这里，图中实线所示的箭头表示引力，点划线所示的箭头表示斥力。

在下一个瞬间，如(2)所示，当通过驱动电路18A(图5)向第1磁性体施加的脉冲波的极性反转时，在(1)的第1磁性体10的线圈16中产生的磁极与第3磁性体14的表面上的永久磁铁20的磁极之间产生斥力，另一方面，在第2磁性体12的线圈18中产生的磁极与第3磁性体14的永久磁铁的表面上的磁极之间产生引力，所以如(1)～(5)所示，第3磁性体依次向图示的右方向移动。

向第2磁性体12的线圈18施加相位与第1磁性体的励磁电流错开的脉冲波，如(6)～(8)所示，第2磁性体12的线圈18的磁极与第3磁性体14的永久磁铁20的表面磁极相斥，使第3磁性体14进一步向右方向移动。(1)～(8)表示永久磁铁移动了与π对应的距离的情况，(9)～(16)表示移动了与剩余的π对应的距离的情况，即在(1)～(16)中第3磁性体相对于第1/第2磁性体相对移动了与提供给电磁线圈16、18的频率信号的1个周期(2π)相当的距离。

这样，通过分别向第1磁性体(A相)和第2磁性体(B相)提供相位互异的频率信号，可以使第3磁性体14线性滑动，或者可以使第3磁性体14作为转子而旋转。

在将第1磁性体、第2磁性体以及第3磁性体形成为圆弧状时，图1所示的磁结构构成旋转电机，在将这些磁性体形成为直线状时，该磁结构构成直线电机。即，可以通过这些磁性体的结构，实现电机等的旋转驱动体。

根据该磁结构，由于第3磁性体能够从第1磁性体和第2磁性体受到磁力而移动，所以移动第3磁性体时的转矩变大，成为转矩/重量平衡优良的结构，因而可提供能够以高转矩来驱动的小型电机。

图6是将上述的磁性体结构实施为同步电机的图，(1)是该电机的立体图，(2)是转子(第3磁性体)的概略平面图，(3)是其侧视图，(4)表示A相电磁线圈(第1磁性体)，(5)表示B相电磁线圈(第2磁性体)。在图6中所标的标号是与上述图中的对应构成部分相同的部分。

该电机具有相当于定子的一对第1相磁性体10和第2相磁性体12，并且具有构成转子的上述的第3磁性体14，在第1相磁性体与第2相磁性体之间，转子14设置成能够以轴37为中心自由旋转。旋转轴37被压入到位于转子中心的旋转轴用开口孔中，使得转子与旋转轴一体旋转。如图6中的(2)、(4)、(5)所示，在转子上有6个永久磁铁20均匀地设置在圆周方向上，并且永久磁铁的磁极为交替相反，在定子上有6个电磁线圈均匀地设置在圆周方向上。

上述的驱动电路分别被设置在第1相线圈和第2相线圈中，向各驱动电路提供2相的A相信号和B相信号。图7是本发明的差动放大控制装置的控制方框图，图8是其驱动器200的电路图，图9是控制波形图。与现有结构的不同点在于：设置了对两相信号进行校正的A相信号校正部214和B相信号校正部216，以便消除A相信号与B相信号的交点；具有相关的校正用时钟信号生成部212。T1是校正前的A相控制信号，T1′是校正后的A相控制信号，T2是校正前的B相控制信号，T2′是校正后的B相控制信号。200A是负荷，是上述电机的第1相线圈或第2相线圈。向各相线圈的驱动控制电路200提供上述的A、B两相的控制信号。

在图9中，(1)是校正用时钟信号的输出波形图，(2)是校正前的A相信号输出波形，(3)是校正前的B相信号输出波形。校正前的输出波形在差动放大控制信号形成部202中形成并输出。上述的校正部214、216基于校正用时钟信号来校正各相信号。

(4)是表示校正后的A相信号的图，通过与校正前信号相比较可知，A相信号校正部214将校正前A相信号的上升沿屏蔽掉了与校正时钟的2个脉冲相应的部分。B相信号校正控制部216也是同样的。(5)是校正后的B相信号波形模式。

如(6)所示，在校正后的A相/B相的极性切换时，由于各相信号的交点被屏蔽，所以没有发生电压损失，也没有发生电流损失(7)。因此，在图8中，可以省略短路电流保护电路。

在以上的说明中，图7中的差动放大控制信号形成部202相当于权利要求书中的差动放大控制用数字数据形成单元，反相器(差动驱动器)204相当于差动放大单元，214、216相当于校正单元。

如以上所说明，本发明将差动放大控制用于负荷的驱动中，但在将负荷作为数据传输部中的阻抗时，本发明也可以应用于数据传输。

如以上所说明，根据本发明，能够提供通过降低相关损失而实现低耗电化和优良的能量效率、且无需有源元件的保护电路的数字差动控制装置。而且，如便携设备或环保车那样，可通过消除能量浪费来降低辐射噪声，提高蓄电池的消耗效率。

Claims (6)

1.一种数字差动放大控制装置，具有：

差动放大控制用数字数据形成单元；

差动控制单元，其将从该数据形成单元发送的由矩形波形成的A相信号和反转该A相信号而得到的B相信号分开发送；以及

校正单元，其基于校正用时钟信号形成所述A相信号和B相信号中的至少一方的校正波形，使得所述A相信号与B相信号之间没有交点。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，构成为具有负荷的驱动电路，所述校正单元将A相信号和B相信号输出给相应的驱动电路。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述差动放大控制用数字数据形成单元形成所述负荷的驱动控制信号，将其作为数字数据输出给所述驱动电路。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，还具有差动接收单元，其接收所述A相信号和B相信号，由这两个信号复原所述数字数据并输出。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的装置，其中，所述校正单元构成为对所述A相信号和B相信号中的至少一方进行屏蔽，使得没有所述交点。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述校正单元对所述A相信号和B相信号中的至少一方的上升沿和下降沿中的至少一侧进行屏蔽。

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