CN104485941A - 一种转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转换电路，包括：第一开关、第二开关、电阻、电容、放大器、比较器、反相器；第一开关的输入端与第一输入电压相连，放大器的正输入端与第二输入电压相连；第二开关的输入端接地，第一开关的输出端与第二开关的输出端相连，并与电阻的一端相连；电阻的另一端与放大器的负输入端相连；电容连接在放大器的负输入端与输出端之间；放大器的输出端与比较器的正输入端相连，比较器的负输入端与锯齿波电压信号相连，比较器的输出端与反相器的输入端相连，反相器的输出信号控制第一开关与第二开关的导通和关断；通过控制第一输入电压与第二输入电压的比例，可调整反相器的输出信号的占空比。

Description

一种转换电路

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及一种将电压比例转换为占空比例的转换电路。

背景技术

占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。例如，方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。

现有技术中，通过占空比来控制输入输出电压比已经比较普遍。然而在某些情况下，同样也需要通过输入输出电压比来调节占空比。而现有技术中，并不存在将电压比例转换为占空比例的转换电路，因而对各种电路的发展带来了限制。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种转换电路，以实现将电压比例转换为占空比例。

为了实现上述目的，本发明提供一种转换电路，包括：第一开关、第二开关、电阻、电容、放大器、比较器、反相器；其中：

所述第一开关具有输入端、输出端、控制端；所述第二开关具有输入端、输出端、控制端；所述放大器具有正输入端、负输入端、输出端；所述比较器具有正输入端、负输入端、输出端；所述反相器具有输入端、输出端；

所述第一开关的输入端与一第一输入电压相连，所述放大器的正输入端与一第二输入电压相连；

所述第二开关的输入端接地，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输出端相连，且所述第一开关的输出端与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端与所述放大器的负输入端相连；

所述电容连接在所述放大器的负输入端与输出端之间；

所述放大器的输出端与所述比较器的正输入端相连，所述比较器的负输入端与一锯齿波电压信号相连，所述比较器的输出端与所述反相器的输入端相连，所述反相器的输出端与所述第一开关的控制端以及所述第二开关的控制端相连；所述反相器的输出端输出的信号控制所述第一开关与所述第二开关的导通和关断；并且所述第一开关导通时，所述第二开关关断；所述第一开关关断时，所述第二开关导通。

较佳地，当所述反相器的输出端输出的信号为低电平时，所述第一开关导通，所述第二开关关断；当所述反相器的输出端输出的信号为高电平时，所述第一开关关断，所述第二开关导通。

较佳地，所述第一开关为PMOS管、所述第二开关为NMOS管。

较佳地，所述锯齿波电压信号的周期为T。

较佳地，记所述反相器的输出端输出的信号为C2、所述第一输入电压为V1、所述第二输入电压为V2，假设C2的占空比为D，则该转换电路达到平衡后：

D=1-V2/V1

通过调整V2与V1的电压比例而调整占空比D。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明提供的转换电路利用反相器输出端输出的电压信号控制第一开关与第二开关的导通与关断，形成负反馈控制，从而使得电路达到稳定，并实现通过调节电压的比例来调节占空比。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转换电路的电路结构图；

图2A-图2B为本发明实施例提供的转换电路各部分的工作波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的转换电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的转换电路的电路结构图，如图1所示，本发明提供的转换电路包括：第一开关S1、第二开关S2、电阻R、电容C、放大器1、比较器2、反相器3；第一开关S1具有输入端、输出端、控制端；第二开关S2具有输入端、输出端、控制端；放大器1具有正输入端、负输入端、输出端；比较器2具有正输入端、负输入端、输出端；反相器3具有输入端、输出端；其中：

第一开关S1的输入端与一第一输入电压V1相连，放大器1的正输入端与一第二输入电压V2相连；

第二开关S2的输入端接地，第一开关S1的输出端与第二开关S2的输出端相连，且第一开关S1的输出端与电阻R的一端相连，电阻R的另一端与放大器1的负输入端相连；

电容C连接在放大器1的负输入端与输出端之间；其中，电阻R、电容C和放大器1组成积分电路。

放大器1的输出端与比较器2的正输入端相连，比较器2的负输入端与一锯齿波电压信号Vs相连，比较器2的输出端与反相器3的输入端相连，反相器3的输出端与第一开关S1的控制端以及第二开关S2的控制端相连；反相器3的输出端输出的信号控制第一开关S1与第二开关S2的导通和关断；并且第一开关S1导通时，第二开关S2关断；第一开关S1关断时，第二开关S2导通。

本发明利用反相器3的输出电压信号来控制第一开关S1和第二开关S2的导通与关断，从而在该转换电路中形成一负反馈控制系统。

为了下文的说明方便，记第一开关S1的输出端处的电压信号为Vx，放大器1的负输入端处的电压信号为V3；放大器1的输出端处的电压信号为Vo；比较器2的输出端处的电压信号为C1，反相器3输出端处的电压信号为C2。

其中，当反相器3的输出端输出的信号C2为低电平时，第一开关S1导通，第二开关S2关断；当反相器3的输出端输出的信号C2为高电平时，第一开关S1关断，第二开关S2导通。

在本发明的一个具体实施例中，第一开关S1为PMOS管、第二开关S2为NMOS管。然而应该认识到，本发明并不以此为限，其它类型的电压控制型开关也在本发明的保护范围之类，只要保证第一开关S1与第二开关S2的导通与关断互补即可。

其中，锯齿波电压信号Vs的周期为T；本发明之所以选择锯齿波电压信号Vs作为比较器2负输入端的输入信号，是因为锯齿波在周期T内表现为一个从低到高的信号，其是有单调性的，所以Vo在和Vs比较时，比较器2的输出端可以得到一个任意占空比的电压信号。而且本发明的转换电路之所以能一直保持负反馈，主要就是得益于锯齿波的单调性。

在本发明提供的转换电路中，假设反相器3输出端处的电压信号C2的占空比为D，则该转换电路达到平衡后：

D=1-V2/V1

从而通过调整V2与V1的电压比例而调整占空比D。

以下将结合图1、图2A-图2B详细介绍本发明的转换电路的原理：

假设反相器3输出端处的电压信号C2的占空比为D，周期为T；则当C2为高电平时，第一开关S1关断，第二开关S2导通，Vx=0；当C2为低电平时，第一开关S1导通，第二开关S2关断，Vx=V1，如图2A所示；经过电阻R和电容C滤波后，V3等于Vx的平均电压；

接着，由放大器1、电阻R、电容C组成的积分电路把V2和V3的电压误差积分输出得到Vo；

然后，比较器2将Vo和Vs进行比较，并输出信号C1；C1经反相器3反向后得到信号C2。信号C2再去控制第一开关S1和第二开关S2的导通与关断。

并且，该转换电路为一负反馈系统：当信号C2的占空比D变大时（即C2为高电平的时间变长）时，由于C2控制第一开关S1和第二开关S2，并且C2为高电平时第一开关S1关断，因此，第一开关S1关断的时间变长，导通的时间变短，从而V3电压变小；当V3变小时，由于V3是接在放大器1的负输入端，因而Vo变高；由于V0是作为比较器2正输入端的信号，Vs作为比较器2负输入端的信号，当V0电平大于Vs电平时，信号C1为高电平；当V0电平大于Vs电平时，信号C1为低电平；因此，当Vo变高时，通过比较器2输出的信号C1为高电平的时间变长（即C1的占空比变大），而C2作为C1的反向，则C2的占空比变小，即C2为高电平的时间变短；由于C2控制第一开关S1和第二开关S2，并且C2为高电平时第一开关S1关断，因此，第一开关S1关断的时间变短，导通的时间变长，从而V3电压变大。由此可知，本发明的该转换电路最终将趋于稳定。

同样地，以V0作为起点，假设V0增大，则C1的占空比变大，C2的占空比变小，第一开关S1关断的时间变短，导通的时间变长，从而V3电压变大，由于V3是接在放大器1的负输入端，因而Vo变小，最终V0趋于稳定，从而使得V2趋于V3。

由以上可知，当转换电路由于负反馈的作用趋于稳定后，V2=V3，而V3=V1*（1-D）；因此V2=V3 =V1*（1-D），从而D=1- V2/V1；因而通过调整V2与V1的电压比例可调整占空比D，其中D大于0，小于1。

以下将对图2A-图2B进行详细说明：

对于图2A：

当第一开关S1导通，第二开关S2关断时，Vx的电压为高，等于V1。当第一开关S1关断，第二开关S2导通时，Vx的电压为低，等于0V。其中，第一开关S1导通的时间是1-DT，第而开关S2导通的时间是DT，整个工作周期是T。

当Vx为高电平时，通过电阻R对电容C充电，因此，V3升高；而当Vx为低电平时，通过电阻R对电容C放电，因而V3降低；最后达到平衡时，V3的直流电压等于V1*（1-D）。

对于图2B：

V3和V2通过放大器1后得到一个稳定的Vo信号，Vo信号和周期为T的锯齿波信号Vs相比较，通过比较器2得到C1信号。当Vo大于Vs时，C1输出为高，当Vo小于Vs时，C1输出为低。而C2信号是C1信号通过反相器3得到的，所以C2信号是C1信号的反向。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于所述实施例。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1. 一种转换电路，其特征在于，包括：第一开关、第二开关、电阻、电容、放大器、比较器、反相器；其中：

所述第一开关具有输入端、输出端、控制端；所述第二开关具有输入端、输出端、控制端；所述放大器具有正输入端、负输入端、输出端；所述比较器具有正输入端、负输入端、输出端；所述反相器具有输入端、输出端；

所述第一开关的输入端与一第一输入电压相连，所述放大器的正输入端与一第二输入电压相连；

所述第二开关的输入端接地，所述第一开关的输出端与所述第二开关的输出端相连，且所述第一开关的输出端与所述电阻的一端相连，所述电阻的另一端与所述放大器的负输入端相连；

所述电容连接在所述放大器的负输入端与输出端之间；

所述放大器的输出端与所述比较器的正输入端相连，所述比较器的负输入端与一锯齿波电压信号相连，所述比较器的输出端与所述反相器的输入端相连，所述反相器的输出端与所述第一开关的控制端以及所述第二开关的控制端相连；所述反相器的输出端输出的信号控制所述第一开关与所述第二开关的导通和关断；并且所述第一开关导通时，所述第二开关关断；所述第一开关关断时，所述第二开关导通。

2.如权利要求1所述的转换电路，其特征在于，当所述反相器的输出端输出的信号为低电平时，所述第一开关导通，所述第二开关关断；当所述反相器的输出端输出的信号为高电平时，所述第一开关关断，所述第二开关导通。

3.如权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于，所述第一开关为PMOS管、所述第二开关为NMOS管。

4.如权利要求1或2所述的转换电路，其特征在于，所述锯齿波电压信号的周期为T。

5.如权利要求4所述的转换电路，其特征在于，记所述反相器的输出端输出的信号为C2、所述第一输入电压为V1、所述第二输入电压为V2，假设C2的占空比为D，则该转换电路达到平衡后：

D=1-V2/V1

通过调整V2与V1的电压比例而调整占空比D。