CN103312301A - Pwm 占空比转换器 - Google Patents

Abstract

一种PWM占空比转换器，包括：PWM信号发生器（72，72A-72C）、时序信号发生器（74，83）、限制信号发生器（76-78，76A，77A）以及占空比限制器（75，81，82）。所述PWM信号发生器通过对三角载波与来自信号源（61a-61c，98）的占空比命令进行比较来生成第一PWM信号。所述时序信号发生器生成与所述载波的幅值的最大值和最小值中的至少一个同步的时序信号。所述限制信号发生器响应于所述时序信号生成限制信号。所述限制信号对所述第一PWM信号的占空比设置上限和下限中的至少一个。所述占空比限制器组合所述第一PWM信号和所述限制信号以输出具有受限占空比的第二PWM信号。

Description

PWM 占空比转换器

技术领域

本公开涉及一种用于对PWM信号的占空比设置限制的脉宽调制（PWM）占空比转换器，所述PWM信号是通过对来自信号源的占空比命令与三角载波进行比较产生的。 

背景技术

在JP-A-2011-172336中，半导体器件的温度是通过PWM信号的占空比表示的，并且PWM信号依次从单个输出端子输出。在这种结构中，需要一种用于接收PWM信号的接收器将PWM信号彼此分开。因此，需要通过限制每个PWM信号的占空比而在PWM信号中形成边缘。例如，如图12A和12B所示，当占空比命令（即，模拟信号输入）表示100%的占空比时，相应地输出100%占空比PWM信号。在这种情况下，PWM信号之间的边界变得不确定。相反地，如图12C所示，当对PWM信号的占空比设置上限时，PWM信号之间的边界变得确定。 

为了获得宽范围上的温度，限制占空比的精度是很重要的。在JP-A-2011-172336中，通过使用诸如比较器的模拟电路来限制占空比。由于比较器的阈值电压和载波的幅值可以改变，所以精度可能很低。例如，假设精度是10%，当对占空比设置上限和下限二者时，在上限和下限的每一个中可能引起10%的变化。因此，需要将最大占空比限制到80%。 

在对应于JP-A-2004-229451的US 2004/0150379中，对用于切换稳压器的PWM信号的占空比设置上限。通过使用电流镜像电路来限制占空比。因此，即使在发生制造变化或环境温度改变时，消除了变化或改变，使得能够利用高精度来限制占空比。 

然而，当通过使用电流镜像电路将占空比限制成接近0%或100%时，电流镜像电路需要具有小或大的镜像比。结果，限制占空比的精度可能变得较低。 

发明内容

考虑到上述情况，本公开的一个目的在于提供一种用于对PWM信号的占空比精确设置限制的PWM占空比转换器。 

根据本公开的一方面，PWM占空比转换器包括PWM信号发生器、时序信号发生器、限制信号发生器以及占空比限制器。所述PWM信号发生器通过对三角载波与来自信号源的占空比命令进行比较而生成第一PWM信号。所述时序信号发生器生成与载波的幅值的最大值和最小值中的至少一个同步的时序信号。所述限制信号发生器响应于所述时序信号生成限制信号。所述限制信号对所述第一PWM信号的占空比设置上限和下限中的至少一个。所述占空比限制器将所述第一PWM信号和所述限制信号组合以输出具有受限占空比的第二PWM信号。 

附图说明

从下面参考附图给出的具体描述中，本公开的上述目的和其它目的、特征以及优点将变得更显而易见。在附图中： 

图1示出了根据本公开第一实施例的PWM占空比转换器的功能框图； 

图2A-2G示出了根据第一实施例的PWM占空比转换器的时序图； 

图3示出了电力转换器； 

图4示出了根据本公开第二实施例的PWM占空比转换器的功能框图； 

图5A-5G示出了根据第二实施例的PWM占空比转换器的时序图； 

图6示出了根据本公开第三实施例的PWM占空比转换器的功能框图； 

图7示出了具有信息头的PWM信号的波形； 

图8示出了根据本公开第四实施例的PWM占空比转换器的功能框图； 

图9示出了根据本公开第五实施例的PWM占空比转换器的功能框图； 

图10A-10G示出了根据第五实施例的PWM占空比转换器的时序图； 

图11示出了根据本公开第六实施例的PWM占空比转换器的功能框图；以及 

图12A-12C示出了现有技术的时序图。 

具体实施方式

（第一实施例） 

下面将参考图1、图2A-2G和图3来描述根据本公开第一实施例的脉宽调制（PWM）占空比转换器。如图3所示，电力转换设备10包括转换器20和逆变器30。逆变器30驱动和控制电机发生器（MG）。电力转换设备10由微计算机50进行控制（参考图1）。电池40连接至转换器20。电池40供应直流（DC）电力至转换器20并且存储通过转换器20再生的DC电力。转换器20提升从电池40供应的DC电力并且将提升后的电力输出至逆变器30。此外，转换器20降低从逆变器30输出的DC电力并且将降低后的电力输出至电池40。 

下面将描述转换器20的配置。电容器23的第一端部和反应器24的第一端部连接至电池40的正端子。电容器23的第二端部和开关装置21的发射极端子连接至电池40的负端子。开关装置21与开关装置22串联连接。反应器24的第二端部连接至开关装置21的发射极端子和开关装置22的集电极端子。例如，根据第一实施例，开关装置21、22中的每一个是绝缘栅极双极晶体管（IGBT）。 

开关装置21的集电极连接至逆变器30的第一端部。开关装置22的发射极连接至逆变器30的第二端部。续流二极管D1与开关装置21反并联连接。也就是说，开关装置21的集电极连接至续流二极管D1的阴极，并且开关装置21的集电极连接至续流二极管D1的阳极。同样地，续流二极管D2与开关装置22反并联连接。 

逆变器30的DC总线连接至转换器20的输入-输出端子。逆变器30将从转换器20接收的提升后的DC电压转换成三相交流（AC）电压并且输出三相AC电压至电机发生器。当电机发生器工作为电力发生器时，逆变器30将从电机发生器输出的AC电力转换成DC电力并且将DC电力输出至转换器20。电容器31连接在转换器20和逆变器30之间。 

逆变器30包括六个开关装置34-39，所述六个开关装置34-39连接形成三相电桥电路。续流二极管D3-D8分别与开关装置34-39反并联连接。逆变器30的每一相的输出端子连接至电机发生器的对应相位线圈（未示出）的一个端部。 

逆变器30包括三条腿。具体而言，上部开关装置34和下部开关装置35串联连接以形成U相腿，上部开关装置36和下部开关装置37串联连接以形成V相腿，并且上部开关装置38和下部开关装置39串联连接以形成W相腿。微计算机50以每条腿中的上部和下部开关装置不能同时导通和截止的方式来控制逆变器30。例如，在U相腿中，当开关装置34导通时，开关装置35截止。同样地，微计算机50以上部开关装置21和下部开关装置22不能同时导通和截止的方式来控制转换器20。 

如上所述，在电力转换设备10中，转换器20的开关装置21、22以及逆变器30的开关装置34-39通过微计算机50进行控制，使得转换器20能够提升从电池40供应的DC电力，并且使得逆变器30能够将DC电力转换为三相AC电力。因此，通过三相AC电力来驱动电机发生器。相反地，当电机发生器工作为电力发生器时，逆变器30将从电机发生器输出的AC电力转换成DC电力，并且转换器20降低DC电力，使得电池40能够存储DC电力。 

下面将参考图1来描述控制逆变器30的方法。作为逆变器30的开关装置34-39的示例，图1示出了U相腿中的下部开关装置35。应注意其它开关装置34和36-39以与开关装置35相同的方式进行配置。下部开关装置35包括三个开关元件35a、35b和35c。开关元件35a、35b和35c中的每一个连接在地电势和电机发生器的U相线圈（未示出）的一个端部之间。因此，相同的栅极信号被施加至开关元件35a、35b和35c，使得开关元件35a、35b和35c能够同时导通和截止。开关元件35a、35b和35c分别设置有二极管61a、61b和61c（作为信号源）。开关元件35a、35b和35c与相应的二极管61a、61b和61c单独封装。二极管61a、61b和61c用作用于分别检测开关元件35a、35b和35c的温度的温度传感器。 

二极管61a、61b和61c的阴极连接至地电势。二极管61a、61b和61c的阳极分别通过恒流源62a、62b和62c连接至电源63。电源63通过转换器20从电池40接收电力。如下面所述，微计算机50读取二极管61a、61b和61c的阳极的电压。二极管61a、61b和61c的阳极电压别用作表示开关元件35a、35b和35c的温度的温度检测信号。二极管61a、61b和61c在下文中分别被称为“通道Ach”、“通道Bch”和“通道Cch”。 

切换器（即，多路复用器）71具有三个输入端子。二极管61a、61b和61c的阳极连接至切换器71的相应输入端子。切换器71的输出端子连接至占空比转换器72（作为PWM信号发生器）的输入端子。切换器71根据从输入控制器73输出的选择信号而选择一个输入端子。因此，以输入控制器73确定的顺序，通道Ach、Bch和Cch的阳极电压（作为模拟输入信号）从切换器71被依次输出作为占空比命令。 

作为参考波（即，载波）的三角波从参考波发生器74（作为时序信号发生器）输入至占空比转换器72。如图2A所示，占空比转换器72通过使用比较器对参考波的幅值与作为占空比命令的通道Ach、Bch和Cch的阳极电压的每一个进行比较。因此，占空比转换器72生成并输出占空比信号（即，PWM信号）至输出控制器75（作为占空比限制器）。如图2C所示，在参考波的周期中PWM信号的占空比根据通道Ach、Bch和Cch而改变。 

参考波发生器74包括比较器74a、多路复用器74b和充电-放大部74c。多路复用器74b的输出端子连接至比较器74a的反相输入端子。多路复用器74b根据从比较器74a输出的控制信号选择并输出高参考电压VTH和低参考点电压VTL中的一个。高参考电压VTH几乎等于参考波的幅值的最大值。低参考电压VTL几乎等于参考波的幅值的最小值。 

尽管在附图中未示出，但是充电-放电部74c根据从比较器74a输出的控制信号而以恒定的电流重复对电容器进行充电或者使电容器以恒定电流放电，从而生成并输出作为参考波的三角波。控制信号是方波。控制信号在参考波的幅值增大的期间处于高电平并且在参考波的幅值减小的期间处于低电平。在下文中，控制信号有时被称为“参考波（即，载波）限制信号”（作为时序信号）。如图2D所示，参考波限制信号变为具有50%的占空比并且具有与参考波相同的周期的方波。 

参考波限制信号被输入至输入控制器73、占空比上限信号发生器76（作为限制信号发生器和计数器）、以及占空比下限信号发生器77（作为限制信号发生器和计数器）中的每一个。输入控制器73是两位计数器。在每次参考波限制信号的上升沿输入至输入控制器73时，输入控制器73自增1。输入控制器73以序列0、1、2来计数并且然后重复该序列。输入控制器73根据输入控制器73的计数值（即，0.,1或2）输出选择信号至切换器71， 并且切换器71根据来自输入控制器73的选择信号而依次输出通道Ach、Bch和Cch的阳极电压作为占空比命令。 

上限信号发生器76和下限信号发生器77中的每一个是计数器。从振荡器电路78（作为限制信号发生器）将时钟信号CLK输入至上限信号发生器76和下限信号发生器77中的每一个。如图2B所示，时钟信号CLK的频率比参考信号的频率高很多。上限信号发生器76在参考波限制信号的高电平期间保持重置并且在参考波限制信号的低电平期间基于时钟信号CLK执行计数操作。相反地，下限信号发生器77在参考波限制信号的低电平期间保持重置并且在参考波限制信号的高电平期间基于时钟信号CLK执行计数操作。也就是说，参考波限制信号用作用于重置上限信号发生器76和下限信号发生器77的重置信号。 

上限信号发生器76包括比较器和用于存储预定阈值的寄存器。当重置信号变得无效时，上限信号发生器76开始计数操作，使得从上限信号发生器76输出的占空比上限信号可以改变至高（即，有效）电平。然后，当上限信号发生器76的计数值达到存储在寄存器中的阈值时，从上限信号发生器76输出的占空比上限信号改变至低（即，无效）电平。 

同样地，下限信号发生器77包括比较器和用于存储阈值的寄存器。当重置信号变得无效时，下限信号发生器77开始计数操作，使得从下限信号发生器77输出的占空比下限信号可以改变至高（即，有效）电平。然后，当下限信号发生器77的计数值达到存储在寄存器中的阈值时，从下限信号发生器77输出的占空比下限信号改变至低（即，无效）电平。 

占空比上限信号和占空比下限信号中的每一个被输入至输出控制器75。输出控制器75包括与门75a（作为第二逻辑门）、或门75b（作为第一逻辑门）以及或门75c（作为第三逻辑门）。来自占空比转换器72的PWM信号被输入至与门75a和或门75b中的每一个的第一输入端子。占空比上限信号被输入至与门75a的第二输入端子。应注意与门75a的第二输入端子设置有非门（即，逆变器）。占空比下限信号被输入至或门75b的第二输入端子。与门75a的输出端子连接至或门75c的第一输入端子。或门75b的输出端子连接至或门75c的第二输入端子。或门75c输出具有受限占空比的受限PWM信号。所述受限PWM信号通过光电耦合器79输入至微计算机50 的输入端子。 

下面将参考图2A-2G来描述第一实施例的操作。如图2D所示，参考波限制信号的上升沿表现出与参考波的幅值的最小值同步，并且参考波限制信号的下降沿表现出与参考波的幅值的最大值同步。上限信号发生器76与参考波限制信号的上升沿同步开始计数操作。下限信号发生器77与参考波限制信号的下降沿同步开始计数操作。因此，如图2F所示，占空比上限信号在参考波的幅值达到最小值时变为高电平。同样地，如图2E所示，占空比下限信号在参考波的幅值达到最大值时变为高电平。 

设置存储在下限信号发生器77的寄存器中的阈值，使得占空比下限信号可以是具有12.5%的占空比的脉冲信号。PWM信号和占空比下限信号之间的逻辑或操作的结果从或门75b和75c输出。因此，如图2C和2G所示，即使当通道Bch的PWM信号具有0%的占空比时，从输出控制器75输出的受限PWM信号具有12.5%的下限占空比。 

设置存储在上限信号发生器76的寄存器中的阈值，使得占空比上限信号可以是具有12.5%的占空比的脉冲信号。PWM信号和占空比上限信号的反相信号之间的逻辑与操作的结果从与门75a和或门75c输出。因此，如图2C和2G所示，即使当通道Ach的PWM信号具有100%的占空比时，从输出控制器75输出的受限PWM信号具有88.5%（=100%-12.5%）的上限占空比。 

在这里，通过假设参考波的周期为5ms（即，参考波的频率为200hz）来讨论精度，时钟信号CLK的周期为2.5μs（即，时钟信号CLK的频率为400kHz），振荡器电路78具有±30%的精度，并且当计数10个时钟信号CLK时输出占空比上限和下限信号。此外，由于参考波和时钟信号CLK彼此不是同步的，所以考虑一个时钟信号CLK的误差。在这种情况下，精度的变化可以计算如下：2.5μs×10×1.3-2.5μs×9×0.7=16.75μs=0.335%占空比。因此，分别将PWM信号的占空比的上限和下限设置成接近0%和100%。 

如上所述，根据第一实施例，占空比转换器72通过依次设置通道Ach、Bch和Cch的占空比命令并且将依次设置的占空比命令与三角参考波进行比较来生成一个PWM信号（即，连续的PWM信号），所述通道Ach、Bch和Cch的占空比命令表示二极管61a、61b和61c检测的温度。参考波发生 器74生成与参考波的幅值的最小值和最大值同步改变的参考波限制信号。上限信号发生器76响应于参考波限制信号的边缘生成占空比上限信号。下限信号发生器77响应于参考波限制信号的边缘生成占空比下限信号。输出控制器75将PWM信号与占空比上限信号和/或占空比下限信号组合以输出具有受限占空比的受限PWM信号。 

占空比上限信号和占空比下限信号中的每一个与参考波同步输出。通过存储在上限信号发生器76的寄存器中的阈值来确定占空比的上限。通过存储在下限信号发生器77的寄存器中的阈值来确定占空比的下限。因此，可以利用简单的配置精确地控制PWM信号的占空比的上限和下限。占空比上限信号和占空比下限信号中的每一个输出为高电平脉冲。或门75b输出PWM信号和占空比下限信号之间的逻辑或操作的结果。与门75a输出PWM信号和占空比上限信号的反相信号之间的逻辑与操作的结果。或门75c输出或门75b的输出信号和与门75a的输出信号之间的逻辑或操作的结果。因此，能够通过占空比下限信号的高电平脉冲的脉冲宽度来确定PWM信号的占空比的下限，并且能够通过从100%的占空比脉冲的脉冲宽度减去占空比上限信号的时间宽度来确定PWM信号的占空比的上限。 

当参考波的幅值达到最小值或最大值时，参考波生成器74输出参考波限制信号。参考波限制信号是具有与参考波相同的周期并且具有50%的占空比的方波。因此，参考波限制信号的边缘表示参考波的幅值的最小值或最大值。因此，可以使用一种信号（即，参考波限制信号）来输出占空比下限信号和占空比上限信号二者。此外，使用用于使充电-放电部74c重复对电容器进行充电以及使电容器放电的控制信号作为参考波限制信号。因此，无需用于生成参考波限制信号的其它结构。 

从振荡器电路78输出的时钟信号CLK的频率高于参考波的频率。当参考波限制信号的上升沿出现时，上限信号发生器76基于时钟信号CLK开始计数操作并且改变占空比上限信号至高（即，有效）电平。然后，在计数操作持续了对应于存储在上限信号发生器76的寄存器中的阈值的时间段之后，上限信号发生器76改变占空比上限信号至低（即，无效）电平。因此，能够通过调整存储在上限信号发生器76的寄存器中的阈值来容易地调整PWM信号的占空比的上限。当参考波限制信号的下降沿出现时，下限 信号发生器77基于时钟信号CLK开始计数操作并且改变占空比下限信号至高（即，有效）电平。然后，在计数操作持续了对应于存储在下限信号发生器77的寄存器中的阈值的时间段之后，下限信号发生器77改变占空比下限信号至低（即，无效）电平。因此，能够通过调整存储在下限信号发生器77的寄存器中的阈值来容易地调整PWM信号的占空比的下限。 

（第二实施例） 

下面将参考图4和图5A-5G来描述根据本公开第二实施例的PWM占空比转换器。第一实施例与第二实施例的区别如下。图4示出了对应于图1的部分的一部分。根据第二实施例，增加了占空比限制寄存器80以改变从上限信号发生器76A输出的占空比上限信号的时间宽度并且改变从下限信号发生器77A输出的占空比下限信号的时间宽度。 

上限信号发生器76A包括计数器76A和处理器76b。下限信号发生器77A包括计数器77a和处理器77b。微计算机50在占空比限制寄存器80中写入阈值。写入占空比限制寄存器80中的阈值被输入至处理器76b和77b。例如，处理器76b和77b中的每一个是比较器。 

处理器76b对计数器76b的计数值与占空比限制寄存器80的阈值进行比较。从上限信号发生器76A输出的占空比上限信号在计数器76a的计数值等于或低于阈值时的时间段期间保持为高电平。在计数器76a的计数值超过阈值时，占空比限制信号改变至低电平。 

处理器77b对计数器77a的计数值与占空比限制寄存器80的阈值进行比较。从下限信号发生器77a输出的占空比下限信号在计数器77a的计数值等于或低于阈值时的时间段期间保持为高电平。当计数器77a的计数值超过阈值时，占空比下限信号改变至低电平。 

下面参考图5A-5G来描述第二实施例的操作。例如，假设微计算机50在由图5E中的箭头表示的重写时刻将占空比限制寄存器80中的阈值从等于12.5%的占空比的值重写为等于25%的占空比的值。在重写时刻之后，占空比下限信号具有25%的占空比，并且占空比上限信号具有75%的占空比。 

如上所述，根据第二实施例，增加了占空比限制寄存器80以改变占空比上限信号的时间宽度以及占空比下限信号的时间宽度。在这种方法中， 可以根据特定使用来动态地调整PWM信号的占空比的上限和下限。 

（第三实施例） 

下面将参考图6和图7来描述根据本公开第三实施例的PWM占空比转换器。第一实施例和第三实施例之间的区别如下。根据第三实施例，输出控制器81（而不是输出控制器75）具有向受限PWM信号添加表示参考波的周期的信息头的功能。与第一实施例的输出控制器75一样，输出控制器81包括与门75a、或门75b以及或门75c。此外，输出控制器81包括多路复用器81a和三位计数器81b。 

在每次占空比上限信号的上升沿从上限信号发生器76输入时，三位计数器81b自增1。三位计数器81b以序列0、1、2、3、4和5进行计数并且重复该序列。多路复用器81a具有三个输入端子：H-输入端子，L-输入端子以及或-输入端子。H-输入端子被拉至高电平。L-输入端子被拉至低电平。或-输入端子连接至或门75c的输出端子。多路复用器81a例如按照以下方式根据三位计数器81b的计数值选择一个输入端子。当三位计数器81b的计数值是0或1时，多路复用器81a选择H-输入端子。当三位计数器81b的计数值是2时，多路复用器81a选择L-输入端子。当三位计数器81b的计数值是3、4或5时，多路复用器81a选择或-输入端子。 

因此，从多路复用器81a输出的受限PWM信号具有如图7所示的波形。如图7所示，参考波的六个周期提供其中通道Ach、Bch和Cch的阳极电压的每一个被检测一次的一个循环（即，检测循环）。第一三个周期提供信息头。剩下的三个周期提供通道Ach、Bch和Cch的受限PWM信号。在信息头中，由P1表示的第一两个周期处于低电平，并且由P2表示的剩下一个周期是具有等于参考波的一个周期的脉冲宽度h1的100%占空比脉冲。仅在信息头中，低电平持续多于参考波的一个周期。伴随着持续多于参考波的一个周期的低电平的高电平周期被检测为参考波的周期。 

输入控制器73A根据从输出控制器81输出的控制信号而不是参考波限制信号来输出选择信号至切换器71。例如，输出控制器81输出三位计数器81b的计数值作为控制信号。在这种情况下，例如，当三位计数器81b的计数值是0、1或2时，输入控制器73A控制切换器71，使得切换器71能够保持被选通道，并且当三位计数器81b的计数值是3、4或5时，输入控制 器73A控制切换器71，使得切换器71能够依次选择通道Ach、Bch和Cch。 

当接收到具有信息头的受限PWM信号时，微计算机50通过检测受限PWM信号的第一两个周期处于低电平来检测PWM信号的信息头。然后，微计算机50通过检测三个周期的脉冲宽度来获得参考波的周期。对于微计算机50来说，为了精确检测每个通道Ach、Bch和Cch的占空比，微计算机50需要精确检测参考波的周期。为此，将具有脉冲宽度h1的100%的占空比脉冲添加至受限PWM信号，并且相对于100%的占空比脉冲检测参考波的周期。然后，当接收到伴随着信息头的相应通道Ach、Bch和Cch的受限PWM信号的脉冲宽度a1、b1和c1时，微计算机50按照以下方式来计算各个通道Ach、Bch和Cch的占空比。通过将脉冲宽度a1除以脉冲宽度h1来计算通道Ach的占空比。通过将脉冲宽度b1除以脉冲宽度h来计算通道Bch的占空比。通过将脉冲宽度c1除以脉冲宽度h来计算通道Cch的占空比。 

如上所述，根据第三实施例，输出控制器81向受限PWM信号添加具有等于参考波的一个周期的脉冲宽度h1的100%的占空比脉冲。在这种方法中，微计算机50能够相对于所添加的脉冲精确地检测每个通道Ach、Bch和Cch的占空比。此外，信息头和伴随着信息头脉冲之间的边界能够通对PWM信号的占空比设置上限进行精确检测。 

（第四实施例） 

下面将参考图8来描述本公开第四实施例。第一实施例和第四实施例的区别如下。根据第四实施例，去除了切换器71和输入控制器73。替代地，占空比转换器72设置至每一个通道Ach、Bch和Cch。具体而言，Ach占空比转换器72A设置至通道Ach，Bch占空比转换器72B设置至通道Bch，而Cch占空比转换器72C转换至通道Cch。二极管61a、61b和61c的阳极电压分别被输入至Ach占空比转换器72A、Bch占空比转换器72B和Cch占空比转换器72C。从参考波发生器74输出的参考波被输入至Ach占空比转换器72A、Bch占空比转换器72B和Cch占空比转换器72C中的每一个。 

参考波限制信号被输入至输出控制器82（而不是输出控制器75）。输出控制器75具有用作切换器71和输入控制器73的功能。输出控制器82对参考波限制信号的边缘进行计数并且根据计数值依次输出从Ach占空比 转换器72A、Bch占空比转换器72B和Cch占空比转换器72C输入的占空比脉冲。因此，与第一实施例一样，输出控制器75通过连续设置通道Ach、Bch和Cch的占空比命令来生成一个PWM信号。 

（第五实施例） 

下面将参考图9和10来描述本公开第五实施例。第一实施例和第五实施例的区别如下。根据第五实施例，参考波发生器83（而不是参考波发生器74）包括两个比较器83a和83b以及锁存器电路83c。例如。锁存器电路83c可以是RS触发器。比较器83a和83b的输出信号被输入至锁存器电路83c，使得锁存器电路83c能够输出参考波限制信号。参考波被输入至比较器83a的反相输入端子和比较器83b的同相输入端子中的每一个。向比较器83a的同相输入端子施加几乎等于参考波的幅值的最小值的低参考电压VTL。向比较器83b的反相输入端子施加几乎等于参考波的幅值的最大值的高参考电压VTH。 

当参考波的幅值超过高参考电压VTH时，比较器83b输出设置信号至锁存器电路83c。当参考波的幅值减小至低于低参考电压VTL时，比较器83a输出重置信号至锁存器电路83c。因此，如图2D和图10D所示，从参考波发生器83输出的参考波限制信号与从第一实施例的参考波发生器74输出的参考波限制信号反相。即使在这种结构中，也能够实现与第一实施例相同的优点。 

（第六实施例） 

下面将参考图11来描述本公开第六实施例。在第六实施例中，第一实施例的结构被应用到开关电源电路100。P-沟道MOSFET91（作为开关元件，输出晶体管）和二极管92的串联电路连接在电源VIN和地电势之间。MOSFET91和二极管92之间（即，MOSFET91的漏极和二极管92的阳极之间）的连接点通过线圈93连接至电容器94和负载95中的每一个的第一端部。电容器94和负载95的第二端部连接至地电势。线圈93和负载95之间的连接点形成用于输出输出电压VOUT的电源输出端子。 

电源输出端子通过电阻器96和97的串联电路连接至地电势。电阻器96和97之间的连接点连接至差分放大器98（作为信号源）的反相输入端子。参考电压Vref施加至差分放大器98的同相输入端子。差分放大器98 的输出端子连接至占空比转换器72的输入端子。从输出控制器75输出的受限PWM信号通过非门99（即，驱动器）输入至P-沟道MOSFET91的栅极。通过这种方式，构建了开关电源电路100。应注意从差分放大器98输出的信号是占空比命令。 

在开关电源电路100中，通过具有在其上设置了上限和下限的占空比的受限PWM信号来导通和截止MOSFET91。 

在开关电源电路100中，基于来自一个信号源（即，差分放大器98）的占空比命令来生成PWM信号。即使在这种情况下，出于以下原因，需要对PWM信号的占空比设置上限和/或下限。在开关电源电路100中，由于电源VIN和负载95中的变化，差分放大器98的输出电压可能超过参考波的幅值的最大值或低于参考波的幅值的最小值。在这种情况下，在PWM信号中引起脉冲丢失，使得在MOSFET91的开关操作中能够引起丢失持续时间。也就是说，MOSFET91在丢失持续时间期间不受控制。 

如果发生这种丢失脉冲，MOSFET91的开关频率改变。结果，不能通过具有根据开关频率预设的时间常数的滤波器来降低噪声。为此，需要对PWM信号的占空比设置上限和/或下限。能够通过对PWM信号的占空比设置上限和/或下限而稳定地执行MOSFET91的开关。 

然而，当限制PWM信号的占空比时，MOSFET91d的实际开关操作不对应于占空比命令，所述占空比命令是差分放大器98的输出电压。结果，可能降低了输出电压VOUT的精度。为了防止这种缺点，需要分别将PWM信号的占空比的上限和下限精确地设置成接近0%和100%。因此，本公开能够有效地应用至类似开关电源电路100的电源电路。 

如上所述，根据第六实施例，对PWM信号的占空比设置上限和/或下限，以控制开关电源电路100。在这种方法中，稳定地执行开关控制，使得能够改善开关电源电路100的输出电压VOUT的精度。 

（变型） 

尽管参考实施例描述了本公开，但是应该理解的是本公开不限于所述实施例和结构。本公开旨在覆盖各种变型和等效设置。此外，尽管包括各种组合和配置，但是包括更多、更少或仅单个元件的其它组合和配置也落入本公开的精神和范围内。 

例如，仅占空比上限信号和占空比下限信号中的一个可以用于限制PWM信号的占空比。 

在第二实施例中，微计算机50能够在占空比限制寄存器80中写入第一和第二阈值。在这种情况下，第一阈值用于改变占空比上限信号的时间宽度，而第二阈值用于改变占空比下限信号的时间宽度。或者，可以添加两个占空比限制寄存器80。在这种情况下，微计算机50将第一阈值写入占空比限制寄存器80中的一个，并且将第二阈值写入另一占空比限制寄存器80。 

在第三实施例中，输入控制器73A能够根据类似第一实施例中的参考波限制信号来控制切换器71。 

在第三实施例中，参考波能够直接输入至微计算机50，使得微计算机50能够检测参考波的周期。在这种情况下，无需添加信息头。 

在第二实施例中描述的结构可以应用于第三、第四和第五实施例中的任意一个。 

可以在第四和第五实施例中采用在第三实施例中用于添加信息头的结构。信息头的格式不限于第三实施例中所描述的，只要信息头包含表示参考波的周期的数据。 

可以通过独立于参考波发生器的电路来产生参考波限制信号，只要参考波限制信号能够与参考波同步。 

参考波限制信号能够包括与参考波的幅值的最大值同步输出的参考波上限信号以及与参考波的幅值的最小值同步输出的参考波下限信号。在这种情况下，参考波发生器的上限信号发生器、下限信号发生器以及充电-放电部被配置成对应于参考波上限信号和参考波下限信号。 

实施例中描述的开关装置不限于IGBT，例如，开关装置可以是双极晶体管或MOSFET。 

用于输出作为占空比命令的模拟输入信号的信号源不限于用于检测开关装置的温度的温度传感器。 

在第一实施例中，利用开关元件和二极管的多个对来构建逆变器30的开关装置34-39中的每一个。或者，利用开关元件和二极管的一对来构建逆变器30的开关装置34-39中的每一个。在这种情况下，可以去除切换器71 和输入控制器73。 

本公开可以应用于除了诸如逆变器30的电力转换器和诸如开关电源电路100的电源电路之外的装置或设备，只要所述装置或设备处理来自至少一个信号源的占空比命令。 

Claims (9)

1.一种脉宽调制（PWM）占空比转换器，包括：

PWM信号发生器（72，72A-72C），配置成通过对三角载波与来自至少一个信号源（61a-61c，98）的至少一个占空比命令进行比较来生成第一PWM信号；

时序信号发生器（74，83），配置成生成与所述载波的幅值的最大值和最小值中的至少一个同步的时序信号；

限制信号发生器（76-78，76A，77A），配置成响应于所述时序信号来生成限制信号，所述限制信号对所述第一PWM信号的占空比设置上限和下限中的至少一个；以及

占空比限制器（75，81，82），配置成组合所述第一PWM信号和所述限制信号，以输出具有受限占空比的第二PWM信号。

2.根据权利要求1所述的PWM占空比转换器，其中

所述PWM信号发生器连续设置来自多个信号源的多个占空比命令，并且通过对所述载波与所述连续设置的多个占空比命令进行比较来生成所述第一PWM信号。

3.根据权利要求2所述的PWM占空比转换器，其中

所述占空比限制器向所述第二PWM信号添加100%占空比脉冲，并且

所述100%占空比脉冲的宽度等于所述载波的周期。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的PWM占空比转换器，其中

所述限制信号包括上限信号和下限信号，

所述上限信号对所述第一PWM信号的所述占空比设置所述上限，并且

所述下限信号对所述第一PWM信号的所述占空比设置所述下限。

5.根据权利要求4所述的PWM占空比转换器，其中

所述下限信号和所述上限信号中的每一个是高电平脉冲，

所述占空比限制器包括第一逻辑门（75b）、第二逻辑门（75a）和第三逻辑门（75c），

所述第一逻辑门在所述第一PWM信号和所述下限信号之间执行逻辑或操作，

所述第二逻辑门在所述第一PWM信号和所述上限信号的反相信号之间执行逻辑与操作，并且

所述第三逻辑门在所述第一逻辑门的输出和所述第二逻辑门的输出之间执行逻辑或操作。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的PWM占空比转换器，其中

所述时序信号发生器输出与所述载波的所述幅值的所述最大值和所述最小值中的至少一个同步的所述时序信号，并且

所述时序信号具有与所述载波相同的周期并且是具有50%的占空比的方波。

7.根据权利要求6所述的PWM占空比转换器，其中

所述时序信号发生器（74，83）包括载波发生器（74c），并且

所述载波发生器通过根据所述时序信号以恒定电流交替地对电容器充电和放电来生成所述载波。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的PWM占空比转换器，其中

所述限制信号发生器包括振荡器电路（78）和计数器电路（76，77，76A，77A），

所述振荡器电路输出频率高于所述载波的频率的时钟信号，

所述计数器电路基于所述时钟信号开始计数操作并且响应于所述时序信号将所述限制信号改变为有效电平，并且

所述计数器电路在所述计数操作持续对应于所述限制信号的时间段之后将所述限制信号改变为无效电平。

9.根据权利要求8所述的PWM占空比转换器，其中

所述限制信号发生器包括寄存器（80），并且

所述寄存器存储用于定义对应于所述限制信号的所述时间段的阈值。

Images