CN102769448A - 允许脉宽调制值的立即更新 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种能够异步更新其脉宽调制工作循环及/或周期值的脉宽调制(PWM)产生器，其允许立即校正新的脉宽调制工作循环及/或周期值而非等待直到脉宽调制周期的结束以接受新的工作循环及/或周期值。此在响应于改变的系统状态(例如，脉宽调制工作循环的改变)时减小控制回路中的等待时间。而且，如果脉宽调制工作循环定时器/计数器已前进超过经更新的工作循环最大值，那么防止所述脉宽调制工作循环“失控”(例如错过脉宽调制循环)。
Description
分案声明
此申请案是发明名称为“允许脉宽调制值的立即更新”，申请日为2007年4月2日，优先权日为2006年4月4日，申请号为200780011624.1的专利申请的分案申请。
相关申请交叉参考案
此申请案主张布莱恩克里斯(Bryan Kris)及史蒂夫不雷德利(Steve Bradley)于2006年4月4日申请的标题为“允许立即更新脉宽调制工作循环值(不限于在脉宽调制循环边界上)(Allowing Immediate Update of PWM Duty Cycle Value(NotLimited to Being on PWM Cycle Boundary))”的序号为60/788,964的共同拥有美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及具有数字脉宽调制(PWM)能力的数字装置，且更明确地说，涉及一种允许立即更新脉宽调制工作循环及/或周期值的改变的数字装置。
背景技术
在开关模式电源(SMPS)中，提供脉宽调制工作循环的立即(异步)更新的能力非常重要，因为控制回路稳定性及性能与所述控制回路“滞后”成反比。所述“滞后”是从反馈信息的获取直到向系统提供新的激励的时间。当前技术的脉宽调制产生器可招致从新的激励值(工作循环)的计算直到可在下一脉宽调制边界(同步更新)处更新脉宽调制的延迟。(1)如果将新的较小工作循环值编程到脉宽调制产生器中，(2)如果脉宽调制循环计数器已前进超过新的工作循环值，以及(3)如果在工作循环值与脉宽调制循环计数值之间做一相等比较，那么可导致此延迟。脉宽调制循环计数器还可能“错过”最大工作循环值并保持“导通”直到脉宽调制计数器达到其硬件限制且从一最大计数“翻转”到零计数，从而开始下一脉宽调制循环。此“翻转”时间可以是所需脉宽调制循环持续时间的倍数并在控制开关模式电源时可能导致严重的功能性问题。
发明内容
因此，需要一种克服以上所识别的问题以及现有技术中的其它缺点及缺陷的方式，所述方式为数字装置(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)及类似物)中提供数字脉宽调制产生特征，包括对于先进开关电源系统(例如，开关模式电源(SMPS)系统)的操作及控制有用且有利的特征。
根据本发明的特定实例性实施例，一种用于产生脉宽调制(PWM)的设备可包含：定时器/计数器；周期寄存器；工作循环寄存器；第一比较器，其具有耦合到所述周期寄存器的第一输入、耦合到所述定时器/计数器的第二输入及耦合到所述定时器/计数器的重设的输出，使得当计数值等于或大于存储于所述周期寄存器中的周期值时所述定时器/计数器的所述计数值重设；以及第二比较器，其具有耦合到所述工作循环寄存器的第一输入、耦合到所述定时器/计数器的第二输入及产生脉宽调制信号的输出，其中当所述计数值小于存储于所述工作循环寄存器中的工作循环值时，所述脉宽调制信号处于第一逻辑电平，否则所述第二比较器的输出处的脉宽调制信号处于第二逻辑电平。
根据本发明的另一特定实例性实施例，一种用于产生脉宽调制(PWM)的方法可包含以下步骤：提供周期值；提供工作循环值；递增时间计数值；比较所述时间计数值与所述周期值，使得当所述时间计数值等于或大于所述周期值时，将所述时间计数值重设到第一时间计数值；以及比较所述时间计数值与所述工作循环值，使得当所述时间计数值小于所述工作循环值时，则脉宽调制信号处于第一逻辑电平，否则所述脉宽调制信号处于第二逻辑电平。
附图说明
结合附图参考以下说明，可更完整地了解本发明的揭示内容，其中：
图1图解说明现有技术的脉宽调制(PWM)产生器的示意性框图；
图2根据本发明的特定实例性实施例图解说明允许立即更新脉宽调制工作循环及/或周期值的脉宽调制产生器的示意性框图；
图3图解说明来自图1中图解说明的脉宽调制产生器的脉宽调制信号的示意性时序图；
图4根据本发明的特定实例性实施例图解说明来自图2中图解说明的脉宽调制产生器的特定实例性实施例的脉宽调制信号的示意性时序图；
图5图解说明来自图1中图解说明的脉宽调制产生器的脉宽调制信号的另一示意性时序图；
图6根据本发明的特定实例性实施例图解说明来自图2中图解说明的脉宽调制产生器的特定实例性实施例的脉宽调制信号的另一示意性时序图；以及
图7根据本发明的特定实例性实施例图解说明耦合到开关模式电源的具有脉宽调制产生能力的数字装置。
尽管本发明易受各种修改及替代形式，但图式中显示本发明的特定实例性实施例且于本文中作详细描述。然而，应明白，本文中特定实例性实施例的说明并不打算将本发明限制在本文所揭示的特定形式，相反，本发明涵盖所附权利要求书所定义的所有修改及等效物。
具体实施方式
现参考图式来示意性图解说明特定实例性实施例的细节。图式中相同的元件将由相同的编号表示，而相似的元件将由具有不同小写字母下标的相同编号来表示。
参考图1，其描绘现有技术的脉宽调制(PWM)产生器的示意性框图。现有技术的脉宽调制产生器(一般由编号100表示)可包含周期寄存器102、定时器/计数器104、工作循环寄存器106、定时器/周期比较器108、工作循环更新寄存器110、工作循环/定时器比较器112及脉宽调制触发器118。针对脉宽调制信号114，可以所需周期加载周期寄存器102且可以所需工作循环加载工作循环寄存器106(参见图3及5)。定时器/计数器104递增计数直到其计数值等于存储于周期寄存器102中的周期值。当两者相等时，设定脉宽调制触发器118(Q输出变高或变为逻辑“1”)，接着将定时器/计数器104重设回到零并再次开始递增计数直到由比较器108确定其计数与周期值相等。每当来自定时器计数器104的计数值等于存储于周期寄存器102中的周期值时，将以存储于工作循环寄存器106中的所需工作循环值加载工作循环更新寄存器110。工作循环/定时器比较器112确定来自定时器/计数器104的计数等于存储于工作循环更新寄存器110中的脉宽调制工作循环值的时间，并在相等时来自工作循环更新寄存器110的输出114清除脉宽调制触发器118(Q输出变低或变为逻辑“0”)，借此在脉宽调制触发器118的输出120处产生脉宽调制信号。将比较器112与触发器118用于迫使工作循环更新与脉宽调制循环边界(完整周期)以避免脉宽调制信号中的潜在错误。
参考图2，其根据本发明的特定实例性实施例描绘允许立即更新脉宽调制工作循环及/或周期值的脉宽调制产生器的示意性框图。脉宽调制产生器(一般由编号200表示)可包含周期寄存器102、定时器/计数器104、工作循环寄存器106、定时器/周期比较器208及工作循环/定时器比较器212。针对脉宽调制信号214，可以所需周期加载周期寄存器102而可以所需工作循环加载工作循环寄存器106(参见图4与6)。定时器/计数器104递增计数直到其计数值等于或大于存储于周期寄存器102中的周期值，接着将定时器/计数器104重设回到零并再次开始递增计数。通过在比较器208中具有等于或大于比较特征，可以立即更新脉宽调制周期改变而不必等待当前脉宽调制周期的完成。此在缩短脉宽调制周期时尤其重要。
每当来自定时器/计数器104的值小于工作循环寄存器106中的值时，工作循环/定时器比较器212在其输出214处产生脉宽调制信号。此特征允许将工作循环立即更新(异步更新)到新的脉宽调制工作循环值而非等待直到脉宽调制周期结束以接受新的工作循环值。此在响应改变的系统状态(例如，脉宽调制工作循环的改变)时减小控制回路的等待时间，并在脉宽调制工作循环定时器/计数器104已前进超过经更新的工作循环最大值的情况下防止脉宽调制“失控”(例如，错过脉宽调制循环)。还应注意根据本发明的教导不需要工作循环更新寄存器(图1的寄存器110)。
预期并处于本发明的范围内，可以将数字装置702(参见图7)的逻辑用于将工作循环值写入到工作循环寄存器106及/或从工作循环寄存器106读取工作循环值，并用于将周期值写入到周期寄存器102及/或从周期寄存器102读取周期值。脉宽调制产生器200还可以是数字装置702的逻辑电路的一部分(与其形成整体)。
参考图3，其描绘来自图1中图解说明的脉宽调制产生器的脉宽调制信号的示意性时序图。在图3的左侧部分上，脉宽调制信号波形302具有周期＝7及工作循环＝4。在时间304处，将工作循环改变(增加)到5但脉宽调制信号波形302不采取新的5的工作循环直到在当前周期时间306结束时完成当前工作循环＝4。因此，自工作循环从4改变到5且实际脉宽调制信号302实施此新的工作循环以来，已引起显著延迟。时钟波形320一般表示用于确定脉宽调制周期与工作循环的脉宽调制产生器时钟。
参考图4，其根据本发明的特定实例性实施例描绘来自图2中图解说明的脉宽调制产生器的特定实例性实施例的脉宽调制信号的示意性时序图。在图4的左侧部分上，脉宽调制信号波形402具有周期＝7及工作循环＝4。在时间304处，当将工作循环改变到5时，脉宽调制信号波形402立即采取新的5的工作循环。因此，自在时间304处工作循环从4改变到5且实际脉宽调制信号402波形实施此新的工作循环以来，实质上不存在延迟。
参考图5，其描绘来自图1中图解说明的脉宽调制产生器的脉宽调制信号的另一示意性时序图。在图5的左侧部分上，脉宽调制信号波形502具有周期＝7及工作循环＝4。在时间504处，将工作循环改变(降低)到3但脉宽调制信号波形502不采取新的3的工作循环直到当前周期(＝7)已于时间506所指示的时间周期结束时完成。在此实例中，脉宽调制工作循环计数器106已“错过”最大工作循环值并保持“导通”直到计数器106达到其硬件限制并从(例如)FFFF“翻转”到零计数，从而在下一脉宽调制周期处开始。此“翻转”时间可以是多个所需脉宽调制工作循环并可能导致严重的功能性控制问题。在图5中所示的实例中，损失脉宽调制工作循环508(由时间504与506之间的虚线所指示)。
参考图6，其根据本发明的特定实例性实施例描绘来自图2中图解说明的脉宽调制产生器的特定实例性实施例的脉宽调制信号的另一示意性时序图。在图6的左侧部分上，脉宽调制信号波形602具有周期＝7及工作循环＝4。在时间504处，将工作循环改变(降低)到3而脉宽调制信号波形502立即采取新的3的工作循环。在时间504处及此后(直到下一工作循环改变)，脉宽调制信号波形602具有周期＝7及工作循环＝3。因此，自在时间504处将工作循环从4改变到3且实际脉宽调制信号602波形实施此新的工作循环以来，实质上不存在延迟(“滞后时间”)。此在脉宽调制工作循环计数器104已前进超过经更新的工作循环最大值的情况下允许对新的(较小)值的立即工作循环反应，从而防止脉宽调制“失控”(例如错过脉宽调制循环)。
参考图7，其根据本发明的特定实例性实施例描绘耦合到开关模式电源的具有脉宽调制产生能力的数字装置。可以将数字装置702(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)及类似物)耦合到开关模式电源704或使用脉宽调制作为其控制的任何其它系统。可以通过数字装置702来加载(及/或读取)工作循环寄存器106及/或周期寄存器102(图2)。
尽管已参考本发明的实例性实施例描绘、描述及定义了本发明的实施例，但此类参考并不暗示是对本发明的限制，且不推断此类限制。正如所属领域的技术人员及受益于本发明者所知，可在形式及功能上对所揭示的标的物进行相当大的修改、变更及等效改变。本发明所描绘及描述的实施例仅是实例，并非详尽说明本发明的范围。
Claims (9)
1.一种用于产生脉宽调制(PWM)的设备，所述设备包含：
定时器/计数器；
周期寄存器；
工作循环寄存器；
第一比较器，其具有耦合到所述周期寄存器的第一输入、耦合到所述定时器/计数器的第二输入及耦合到所述定时器/计数器的重设的输出，使得当计数值等于或大于存储于所述周期寄存器中的周期值时所述定时器/计数器的所述计数值重设，从而允许所述周期寄存器的异步更新；以及
第二比较器，其具有耦合到所述工作循环寄存器的第一输入、耦合到所述定时器/计数器的第二输入及产生PWM信号的输出，其中当所述计数值小于存储于所述工作循环寄存器中的工作循环值时，所述PWM信号处于第一逻辑电平，否则所述第二比较器的所述输出处的所述PWM信号处于第二逻辑电平，从而允许所述工作循环寄存器的异步更新。
2.如权利要求1所述的设备，其进一步包含所述更新值由耦合到所述周期寄存器和所述工作循环寄存器的数字装置提供。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述数字装置选自由微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)及可编程逻辑阵列(PLA)组成的群组。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中所述数字装置将所述周期值写入到所述周期寄存器。
5.如权利要求2或3所述的设备，其中所述数字装置将所述工作循环值写入到所述工作循环寄存器。
6.如权利要求2或3所述的设备，其中所述数字装置从所述周期寄存器读取所述周期值。
7.如权利要求2或3所述的设备，其中所述数字装置从所述工作循环寄存器读取所述工作循环值。
8.如前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述第一逻辑电平是逻辑“1”且所述第二逻辑电平是逻辑“0”。
9.如前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述第一逻辑电平是逻辑“0”且所述第二逻辑电平是逻辑“1”。
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