CN102723857A - 一种输出多路高精度驱动信号的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输出多路高精度驱动信号的电路，包括：数字控制器，用于输出预设N1路源高精度驱动信号以及N2路选通信号；逻辑处理单元，用于使用逻辑器件以及源高精度驱动信号对应的选通信号对各路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，得到预设N3路目的高精度驱动信号；N3＞N1，且，N1、N2、N3为自然数。该电路能够降低电路实现复杂度以及实现成本。
Description
技术领域
本发明涉及驱动信号输出技术，尤其涉及一种输出多路高精度驱动信号的电路。
背景技术
在开关电源的一些电路中，如LLC电路，为了获得更好的控制效果，进行数字控制时往往希望其开关管的驱动信号是高精度(High Resolution)的，所述高精度驱动信号一般是指导通时间或周期的精度达到ps级，一般误差小于1ns的驱动信号。
而现有的数字控制器，如数字信号处理器(DSP)或微控制器(MCU)，其高精度脉冲宽度调制(HRPWM，High Resolution PWM)输出口一般较少，比如TI公司的Piccolo B系列DSP最多只有7路HRPWM输出，Freescale公司的MC56F825x/MC56F824x系列DSP最多只有6路HRPWM输出。
因此，在开关电源或其他应用场合中需要数字控制器输出多路(8路或者更多)HRPWM信号作为开关管的高精度驱动信号时，比如对于如图1所示的三电平LLC电路需要8路高精度驱动信号，单个数字控制器就无法直接实现。
通常为了增加高精度驱动信号输出口，一般采用双数字控制器，从而直接增加HRPWM输出口作为高精度驱动信号。但是，一般HRPWM输出口多的数字控制器相对于HRPWM输出口少的价格更高。因此，现有的增加高精度驱动信号的实现方案复杂度以及成本都比较高。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，提供一种输出多路高精度驱动信号的电路，能够降低电路实现复杂度以及节省成本。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明提供一种输出多路高精度驱动信号的电路，包括：
数字控制器，用于输出预设N1路源高精度驱动信号以及N2路选通信号；
逻辑处理单元，用于使用逻辑器件以及源高精度驱动信号对应的选通信号对各路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，得到预设N3路目的高精度驱动信号；N3＞N1，且，N1、N2、N3为自然数。
所述数字控制器包括：
N1个源驱动信号输出端以及N2个选通信号输出端，对应输出所述N1路高精度驱动信号以及N2路选通信号；
驱动信号生成单元，用于生成N1路源高精度驱动信号，将所述N1路源高精度驱动信号分别发送给对应的N1个源驱动信号输出端；
选通信号生成单元，用于生成N2路选通信号，将所述N2路选通信号分别发送给对应的N2个选通信号输出端。
所述逻辑处理单元包括：
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第(2i-1)与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki连接第(2i-1)与门的第二输入端；第(2i-1)与门的输出端作为第(2i-1)目的驱动信号输出端；
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第2i与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki通过非门连接第2i与门的第二输入端；第2i与门的输出端作为第2i目的驱动信号输出端；其中，1≤i≤N3，i为整数。
所述驱动信号生成单元具体用于：生成N1路PFM信号和/或PWM信号和/或PS信号。
所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在载波过零时置高电平，在预设第一比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在过零或者周期值时翻转。
所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在预设第二比较值时置低电平，在预设第三比较值时置高电平；第三比较值小于第二比较值；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第三比较值时翻转。
所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在在计数器过零或者周期值时置高电平，在预设第四比较值或者第五比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第五比较值时翻转。
所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在第六比较值时置低电平，在预设第七比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第六比较值或第七比较值时翻转。
N1和N2相等或者不相等。
对于上述技术方案的技术效果分析如下：
通过数据控制器以及逻辑处理单元配合，对数据控制器输出的N1路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，即得到了N3路目的高精度驱动信号，从而当所需的高精度驱动信号路数超过一个数字控制器所能输出的路数时，无需如现有技术般使用多个数字控制器，从而降低了电路实现复杂度以及实现成本。
附图说明
图1为现有技术三电平LLC电路结构示意图；
图2为本发明实施例输出多路高精度驱动信号的电路结构示意图；
图3a～3c为本发明实施例PFM、PWM以及PS信号的示意图；
图4a～4c为本发明实施例一种时序结构示意图；
图5为本发明实施例另一种时序结构示意图；
图6为本发明实施例第三种时序结构示意图；
图7为本发明实施例第四种时序结构示意图。
具体实施方式
以下，结合附图详细说明本发明实施例输出多路高精度驱动信号的电路的实现。
图2为本发明实施例输出多路高精度驱动信号的电路结构示意图，如图2所示，包括：
数字控制器210，用于输出预设N1路源高精度驱动信号以及N2路选通信号；
其中，N1与N2可以相等，也可以不相等，可以根据实际应用环境进行适应性调整，这里并不限制。
逻辑处理单元220，用于使用逻辑器件以及源高精度驱动信号对应的选通信号对各路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，得到预设N3路目的高精度驱动信号；N3＞N1，且，N1、N2、N3为自然数。
所述分拍取波一般是指隔一个或多个脉冲周期取一个或多个周期的脉冲信号。
其中，不管是源高精度驱动信号还是目的高精度驱动信号均为高精度驱动信号，所述“源”和“目的”仅用于进行不同高精度驱动信号的区分。
在图2所示的电路结构中，通过数据控制器以及逻辑处理单元配合，对数据控制器输出的N1路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，即得到了N3路目的高精度驱动信号，从而当所需的高精度驱动信号路数超过一个数字控制器所能输出的路数时，无需如现有技术般使用多个数字控制器，从而降低了电路实现复杂度以及实现成本。
如图2所示，所述数字控制器210的实现结构可以包括：
N1个源驱动信号输出端D1～DN1以及N2个选通信号输出端K1～KN2，对应输出所述N1路高精度驱动信号以及N2路选通信号；
驱动信号生成单元2101，用于生成N1路高精度驱动信号，将所述N1路高精度驱动信号分别发送给对应的N1个源驱动信号输出端Dk；1≤k≤N1，且i为自然数；
选通信号生成单元2102，用于生成N2路选通信号，将所述N2路选通信号分别发送给对应的N2个选通信号输出端Kl，1≤l≤N2，且l为自然数；
所述驱动信号生成单元2101具体可以用于：生成N1路脉冲频率调制(PFM)信号和/或脉冲宽度调制(PWM)信号和/或相位调制(PS)信号。
也即是说，不管是数字控制器输出的N1路高精度驱动信号还是最终得到的N3路高精度驱动信号都可以为：PWM信号和/或PFM信号和/或PS信号。所述高精度驱动信号用于进行电路中对应开关管导通或关断的状态控制。一般的，逻辑处理单元输出的每一路高精度驱动信号可以对应进行一个或者多个开关管的控制。
所述高精度驱动信号的载波可以为：锯齿波或者三角波等。
另外，所述逻辑处理单元中的逻辑处理器件以及其连接结构可以根据数据控制器输出的高精度驱动信号以及所需的高精度驱动信号之间的关系确定。例如，如图2所示，所述逻辑处理单元220可以包括：
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第(2i-1)与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki连接第(2i-1)与门的第二输入端；第(2i-1)与门的输出端作为第(2i-1)目的驱动信号输出端；
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第2i与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki通过非门连接第2i与门的第二输入端；第2i与门的输出端作为第2i目的驱动信号输出端；其中，1≤i≤N1，i为自然数。
此时，所述2N1＝2N2＝N3。
以下，通过具体实施例对本发明实施例的输出多路高精度驱动信号的电路的实现进行更为详细的说明。
例如，对于如图1所示的LLC电路，包括开关管S1～S8，假设进行开关管S1～S8驱动的目的高精度驱动信号分别为：P1～P8；
在对图1所示的三电平LLC电路中的开关管进行控制时，所述目的高精度驱动信号P1～P8具有如下关系：
(1)P1和P4，P2和P3，P5和P8，P6和P7相位互补(不考虑死区时间Td2和提前关断时间Td1)；
(2)P1比P2提前Td1关断，P4比P3提前Td1关断，P5比P6提前Td1关断，P8比P7提前Td1关断。
此时，进行各个开关管的控制时，P1～P8的输出波形如图3a～图3c所示。
其中，图3a～图3c中以高电平为有效电平，当目的高精度驱动信号Px(x＝1～8)为高电平时，控制开关管Sx导通，当Px为低电平时，控制Sx断开。在实际应用中，也可以将低电平作为有效电平，这里并不限制。
具体的，如图3a所示，当所述高精度驱动信号为PFM信号时，可以通过环路控制改变开关管的开关频率f(或者说Ts)；例如，可以设置：开关频率f在100kHz～300kHz之间调节，占空比固定为50％(不考虑死区时间Td2和提前关断时间Td1)，相移Tps为0；
如图3b所示，当所述高精度驱动信号为PS信号时，可以通过环路控制改变开关管的相移Tps；例如，可以设置：移相功率角在0～100％之间调节，f固定为最高开关频率，例如300kHz，占空比固定为50％(不考虑死区时间Td2和提前关断时间Td1)；
如图3c所示，当所述高精度驱动信号为PWM信号时，可以通过环路控制改变开关管的占空比；例如，可以设置：占空比在0～50％之间调节，f固定为最高开关频率，例如300kHz，相移Tps为0。
另外，可以设置提前关断时间Td1为200ns，死区时间Td2为200ns。
具体的，在实际应用中，可以根据实际情况将所述开关频率、占空比或者相移选择为其他值；所述提前关断时间和死区时间也可以设置为其他值，这里并不限定。
具体的，对图1所示电路中的开关管进行控制时，本发明实施例的电路结构可以通过多种方式实现：
(1)所述驱动信号生成单元2101具体可以用于：生成N1路PFM信号或者PS信号或者PWM信号，所述信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在载波过零(ZERO)时置高电平，在预设第一比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元2102具体可以用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在过零或者周期(PRD)时翻转。
其中，N1＝N2＝4；N3＝8。
其中，(1.1)当驱动信号生成单元生成的所述目的高精度驱动信号为PFM信号时，所生成的PFM信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图4a所示；
(1.2)当驱动信号生成单元生成的所述目的高精度驱动信号为PWM信号时，所生成的PWM信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图4b所示；
(1.3)当驱动信号生成单元生成的所述目的高精度驱动信号为PS信号时，所生成的PS信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图4c所示；
所述数字控制器210可以选择使用现有的例如TI公司的TMS320F28033等数字控制器实现本发明实施例中的数字控制器110，这里并不限制。
(2)所述驱动信号生成单元2101具体可以用于：生成N1路PFM信号，所述PFM信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在预设第二比较值时置低电平，在预设第三比较值时置高电平；第三比较值小于第二比较值；
所述选通信号生成单元2102具体可以用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第三比较值时翻转。
当将该电路应用于图2所示的电路结构下时，锯齿波波形以及所生成的PWM信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图5所示。
(3)所述驱动信号生成单元2101具体可以用于：生成N1路PFM信号，所述PFM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在计数器过零或者周期值时置高电平，在预设第四比较值或者第五比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元2102具体可以用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第五比较值时翻转。
其中，第四比较值和第五比较值的取值，计数器增计数时：第四比较值≤第五比较值≤周期值，计数器减计数时：零≤第五比较值≤第四比较值。
当将该电路应用于图2所示的电路结构下时，锯齿波波形以及所生成的PWM信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图6所示。
(4)所述驱动信号生成单元2101具体可以用于：生成N1路PFM信号，所述PFM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在第六比较值时置低电平，在预设第七比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元2102具体可以用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第六比较值或第七比较值时翻转。
第六比较值和第七比较值在过零和过周期时更新。
当将该电路应用于图2所示的电路结构下时，锯齿波波形以及所生成的PWM信号P11、P13，所生成的选通信号P21以及P23，最终输出的高精度驱动信号P1、P4、P5、P8在一个开关周期内的时序图可以如图7所示。
另外，(2)(3)(4)仅以生成PFM信号为例，在实际应用中也可以生成PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号，且所生成的信号也可以采用锯齿波、三角波等不同的载波形式，这里不赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种输出多路高精度驱动信号的电路，其特征在于，包括：
数字控制器，用于输出预设N1路源高精度驱动信号以及N2路选通信号；
逻辑处理单元，用于使用逻辑器件以及源高精度驱动信号对应的选通信号对各路源高精度驱动信号进行分拍选波处理，得到预设N3路目的高精度驱动信号；N3＞N1，且，N1、N2、N3为自然数。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述数字控制器包括：
N1个源驱动信号输出端以及N2个选通信号输出端，对应输出所述N1路高精度驱动信号以及N2路选通信号；
驱动信号生成单元，用于生成N1路源高精度驱动信号，将所述N1路源高精度驱动信号分别发送给对应的N1个源驱动信号输出端；
选通信号生成单元，用于生成N2路选通信号，将所述N2路选通信号分别发送给对应的N2个选通信号输出端。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述逻辑处理单元包括：
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第(2i-1)与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki连接第(2i-1)与门的第二输入端；第(2i-1)与门的输出端作为第(2i-1)目的驱动信号输出端；
数字控制器的第i源驱动信号输出端Di连接第2i与门的第一输入端，第i选通信号输出端Ki通过非门连接第2i与门的第二输入端；第2i与门的输出端作为第2i目的驱动信号输出端；其中，1≤i≤N3，i为整数。
4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元具体用于：生成N1路PFM信号和/或PWM信号和/或PS信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在载波过零时置高电平，在预设第一比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在过零或者周期值时翻转。
6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为锯齿波，且计数周期相同，在预设第二比较值时置低电平，在预设第三比较值时置高电平；第三比较值小于第二比较值；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第三比较值时翻转。
7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在在计数器过零或者周期值时置高电平，在预设第四比较值或者第五比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第五比较值时翻转。
8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述驱动信号生成单元生成的所述PFM信号和/或PS信号和/或PWM信号的载波为三角波，且计数周期相同，在第六比较值时置低电平，在预设第七比较值时置低电平；
所述选通信号生成单元具体用于：生成N2路选通信号，所述选通信号在计数器过零或者周期值或者第六比较值或第七比较值时翻转。
9.根据权利要求1至3任一项所述的电路，其特征在于，N1和N2相等或者不相等。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: The United States of Ohio city F Lorain Street No. 1122 Patentee after: Walteff energy systems company Address before: The United States of Ohio city F Lorain Street No. 1122 Patentee before: Emerson Network Power Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211220 Address after: Ohio, USA Patentee after: Dimension Corp. Address before: 1122 F Avenue, Los Angeles, Ohio, USA Patentee before: VERTIV ENERGY SYSTEMS, Inc. |
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| TR01 | Transfer of patent right |