CN111796150B - 占空比检测电路及占空比检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种占空比检测电路及占空比检测方法，包括：误差放大器、折线化处理模块、按比例缩小模块、分压模块、比较器及第一电容；误差放大器的第一输入端与一占空比方波信号电压相连接，第二输入端与一反馈电压相连接；折线化处理模块的输入端与误差放大器的输出端相连接；按比例缩小模块的第一输入端与折线化处理模块的输出端相连接；分压模块的输入端与按比例缩小模块的输出端相连接，输出端与误差放大器的第二输入端相连接；比较器的第一输入端与占空比方波信号电压相连接，第二输入端与分压模块的输出端相连接；第一电容的上极板与折线化处理模块的输出端相连接，下极板接地。本发明可以降低系统成本，提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电路设计技术领域，特别是涉及一种占空比检测电路及占空比检测方法。
背景技术
在LED驱动电路中，经常需要将工频占空比方波信号滤平，得到一个能反应占空比大小的电压基准，然后根据该电压基准再进行下一步的处理。例如在LED可控硅调光电路中，需要将可控硅切除母线电压相角的多少，先转换成占空比方波信号，然后再转换成相应大小的电压基准，最终通过电压基准的高低控制LED灯亮度的大小。
传统的占空比大小检测电路是将占空比方波信号通过芯片内部电阻R和芯片外围容值较大的电容C，RC串联网络组成一阶低通滤波器系统，从而可以将占空比方波信号中的高频成分滤除，最终得到纹波较小的、只含有低频分量的输出电压。
传统的检测占空比大小的RC低通滤波电路方案中，由于芯片内部不可能在保证可靠性和精度的前提下将电阻值做的很大，所以要想电阻R与电容C的乘积值做的比较大，就要在芯片外围加一个容值较大的电容，从而保证整体的RC低通滤波器系统中主极点频率小于工频频率，实现滤波效果。而在芯片外围设置电容会导致系统成本较高，且很容易因电容失效导致系统方案失效。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种占空比检测电路及占空比检测方法，用于解决现有技术中需要容值较大的外置电容而导致的系统成本较高及系统失效风险较大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种占空比检测电路，所述占空比检测电路包括：误差放大器、折线化处理模块、按比例缩小模块、分压模块、比较器及第一电容；其中，
所述误差放大器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述误差放大器的第一输入端与一占空比方波信号电压相连接，所述误差放大器的第二输入端与一反馈电压相连接，所述误差放大器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值并放大，以得到误差放大电流；
所述折线化处理模块的输入端与所述误差放大器的输出端相连接，用于将所述误差放大电流进行折线化处理，以得到波形包括周期性折线状的折线电压；
所述按比例缩小模块包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述按比例缩小模块的第一输入端与所述折线化处理模块的输出端相连接，用于基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；
所述分压模块的输入端与所述按比例缩小模块的输出端相连接，所述分压模块的输出端与所述误差放大器的第二输入端相连接，所述分压模块用于基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压；
所述比较器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器的第一输入端与所述占空比方波信号电压相连接，所述比较器的第二输入端与所述分压模块的输出端相连接，所述比较器的输出端与所述按比例缩小模块的第二输入端相连接；所述比较器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的大小，以得到调控电压；
所述第一电容的上极板与所述折线化处理模块的输出端相连接，所述第一电容的下极板接地。
可选地，所述第一电容集成于芯片内。
可选地，所述折线化处理模块包括：
第一开关，包括第一端及第二端，所述第一开关的第一端与所述误差放大器的输出端相连接；
第一PMOS管，所述第一PMOS管的漏极与所述第一开关的第二端相连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极短接，所述第一PMOS管的源极与供电电源相连接；
第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，所述第二PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第三PMOS管，所述第三PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，所述第三PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第四PMOS管，所述第四PMOS管的栅极与所述第四PMOS管的漏极相短接，所述第四PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第五PMOS管，所述第五PMOS管的栅极与所述第四PMOS管的栅极相连接，所述第五PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第二开关，包括第一端及第二端，所述第二开关的第一端与所述误差放大器的输出端相连接；
第一NMOS管，所述第一NMOS管的漏极与所述第二开关的第二端相连接，所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极相短接，所述第一NMOS管的源极接地；
第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极相连接，所述第二NMOS管的源极接地；
第二电容，所述第二电容的下极板接地；
第三开关，包括第一端及第二端，所述第三开关的第一端与所述第五PMOS管的漏极相连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的上极板相连接；
第四开关，包括第一端及第二端，所述第四开关的第一端与所述第二电容的上极板相连接；
第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第三NMOS管的漏极与所述第四开关的第二端相连接，所述第三NMOS管的源极接地；
第五开关，包括第一端及第二端，所述第五开关的第一端与所述第三PMOS管的漏极相连接，所述第五开关的第二端与所述第二电容的上极板相连接；
第六开关，包括第一端及第二端，所述第六开关的第一端与所述第二电容的上极板相连接；
第四NMOS管，所述第四NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的漏极相短接，所述第四NMOS管源极接地；
第五NMOS管，所述第五NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极相连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第六开关的第二端相连接，所述第五NMOS管的源极接地。
可选地，所述分压模块包括：
第一分压电阻，包括第一端及第二端，所述分压电阻的第一端与所述按比例缩小模块的输出端相连接；
第二分压电阻，包括第一端及第二端，所述第二分压电阻的第一端与所述第一分压电阻的第二端相连接，并与所述误差放大器的第二输入端相连接，所述第二分压电阻的第二端接地。
可选地，所述按比例缩小模块包括：
电流源，所述电流源的一端与供电电源相连接；
n+1级电流调整管，各所述电流调整管均包括NMOS管；各所述电流调整管的栅极均与所述电流源远离所述供电电源的一端相连接，各所述电流调整管的源极均接地，第一级所述电流调整管的栅极与第一级所述电流调整管的漏极相短接；
n级开关，各所述n级开关管均包括第一端、第二端及控制端，第i级所述开关的第一端与第i+1级所述电流调整管的漏极相连接，其中，n为大于等于1的整数，i为大于等于1且小于等于n的整数；
处理单元，一端与所述折线化处理模块的输出端及所述比较器的输出端相连接，另一端与各所述开关的控制端相连接；所述处理单元基于所述折线电压及所述调控电压产生组合逻辑信号以控制各所述开关的闭合与关断，以在所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时控制所述输出电压逐渐增大，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压，并在所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时控制所述输出电压逐渐减小，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压；
电流镜，包括第一电流传输管及第二电流传输管，所述第一电流传输管及所述第二电流传输管均包括PMOS管；所述第一电流传输管的源极与所述供电电源相连接，所述第一传输管的漏极与各所述开关的第二端相连接，所述第一电流传输管的栅极与所述第一电流传输管的漏极相短接；所述第二传输管的栅极与所述第一传输管的栅极相连接，所述第二传输管的源极与所述供电电源相连接，所述第二传输管的漏极与所述分压模块相连接；
电阻，所述电阻的一端接地，另一端与所述分压模块相连接。
可选地，所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时，所述处理单元在所述折线电压第i次达到最大值时控制第i级所述开关闭合；所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时，所述处理单元在所述折线电压第i次达到最大值时控制第n-i+1级所述开关关断。
本发明还提供一种占空比检测方法，所述占空比检测方法包括如下步骤：
将占空比方波信号电压与反馈电压的差值放大得到误差放大电流；
将所述误差放大电流进行折线化处理得到波形包括周期性折线状的折线电压；
基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；
基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压，进而使所述反馈电压的均值等于所述占空比方波信号电压的均值。
可选地，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述输出电压。
可选地，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述输出电压的方法包括：
所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐增大，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压；
所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐减小，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压。
可选地，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整的时刻为所述折线电压达到最大值的时刻。
如上所述，本发明的占空比检测电路及占空比检测方法具有以下有益效果：
本发明的占空比检测电路及占空比检测方法可以减小所需电容的容值，可以将电容集成于芯片内，省去外置的滤波电容，从而降低系统成本，提高系统的可靠性。
附图说明
图1显示为一种占空比检测电路的结构示意图。
图2显示为图1所示的占空比检测电路的输入与输出电压波形示意图。
图3显示为本发明实施例一中提供的占空比检测电路的结构示意图。
图4显示为本发明实施例一中提供的占空比检测电路中的折线化处理模块的电路图。
图5显示为本发明实施例一中提供的占空比检测电路的按比例缩小模块的电路图。
图6显示为本发明实施例一中提供的占空比检测电路的分压模块的电路图。
图7显示为本发明实施例一中提供的占空比检测电路的输入与输出电压的波形示意图。
图8显示为本发明实施例二中提供的占空比检测方法的流程图。
元件标号说明
10 误差放大器
11 折线化处理模块
12 按比例缩小模块
13 分压模块
14 比较器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，一种占空比检测电路包括芯片内部电阻R0及芯片外围外置的电容C0，所述电阻R0与所述电容C0串连构成一阶低通滤波器系统。
图1中所示的占空比检测电路的s域电路方程为：
其中，VOUT(s)表示图1中的所述占空比检测电路的输出电压，VIN(s)表示图1中的所述占空比检测电路输入的占空比方波信号电压，C0表示所述电容C0的容值，R0表示所述电阻R0的阻值，s表示复数变量，又称为复频率。
整理得所述一阶低通滤波器系统的传输函数H(s)为：
从所述传输函数H(s)中可以得到出所述一阶低通滤波器系统为单极点系统，另：
1+sR0C0＝0
得所述一阶低通滤波器系统的主极点fp：
设工频频率为fpf，则根据滤波器理论可以得出只要fp＜fpf，就可以将工频占空比方波信号中的高频成分滤除，只剩下低频成分，从而将占空比信号滤平得到能表征占空比大小的输出电压VOUT，如图2所示。
由于如图1所示的占空比检测电路中，芯片内部不可能在保证可靠性和精度的前提下将所述电阻R0的阻值做的很大，所以要想所述电阻R0与所述电容C0的乘积值做的比较大，就要使得所述电容C0的容值比较大，从而保证整体的一阶低通滤波器系统中主极点频率小于工频频率，以实现滤波效果。然而，所述电容C0的容值较大将无法将其集成于芯片内，所述电容C0需要外置，这必然会导致系统成本较高，且很容易因电容失效导致系统方案失效。
实施例一
请参阅图3，本发明提供一种占空比检测电路，所述占空比检测电路包括：误差放大器10、折线化处理模块11、按比例缩小模块12、分压模块13、比较器14及第一电容C1；其中，
所述误差放大器10包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述误差放大器10的第一输入端与一占空比方波信号电压VPWM相连接，所述误差放大器10的第二输入端与一反馈电压VFB相连接，所述误差放大器10用于比较所述占空比方波信号电压VPWM与所述反馈电压VFB的差值并放大，以得到误差放大电流；
所述折线化处理模块11的输入端与所述误差放大器10的输出端相连接，用于将所述误差放大电流进行折线化处理，以得到波形包括周期性折线状的折线电压V1；
所述按比例缩小模块12包括第一输入端及输出端，所述按比例缩小模块12的第一输入端与所述折线化处理模块11的输出端相连接，用于基于所述折线电压V1得到波纹小于所述折线电压V1的波纹的输出电压VOUT；
所述分压模块13的输入端与所述按比例缩小模块12的输出端相连接，所述分压模块13的输出端与所述误差放大器10的第二输入端相连接，所述分压模块13用于基于分压系数对所述输出电压VOUT进行调整以得到所述反馈电压VFB；
所述比较器14包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器14的第一输入端与所述占空比方波信号电压VPWM相连接，所述比较器14的第二输入端与所述分压模块13的输出端相连接，所述比较器14的输出端与所述按比例缩小模块12的第二输入端相连接；所述比较器14用于比较所述占空比方波信号电压VPWM与所述反馈电压VFB的大小，以得到调控电压V2；
所述第一电容C1的上极板与所述折线化处理模块11的输出端相连接，所述第一电容C1的下极板接地。
作为示例，所述第一电容C1的容值较小，可以集成于芯片内，具体的，所述第一电容C1可以与所述误差放大器10、所述折线化处理模块11、所述按比例缩小模块12及所述分压模块13一起集成于同一芯片内。
本实施例中的所述占空比检测电路中，设所述误差放大器10的跨导gm，所述占空比信号电压VPWM的周期为T，其中，在一个周期T中，所述反馈电压VFB小于等于所述占空比信号电压VPWM的时间为T1，所述反馈电压VFB大于所述占空比方波信号电压VPWM的时间为T2，则：
T＝T1+T2
在所述误差放大器10的输出电压调节范围无限大的理想情况下，稳态时，每个周期T中，所述误差放大器10输出的所述误差放大电流在所述第一电容C1上产生电压的上升值与下降值相等。设每个周期T中，所述误差放大器10输出的所述误差放大电流在所述第一电容C1上产生电压的上升值为Vup，下降值为Vdown，则有：
Vup＝Vdown
而每个周期充放电为同一个电容(即图3中的所述电容C1)，根据公式Q＝C1×V(其中，Q为所述电容C1上的电荷量，C1为所述电容C1的电容值，V为所述电容C1的电压)有：
Q充＝Q放
根据Q＝I×t(其中，I为充放电电流，t为充放电时间)有：
(VPWM-VFB)×gm×T1＝(VFB-VPWM)×gm×T2
所以，结合以上各式可得：
但由于现实情况下，所述误差放大器10的滤波电容(即所述第一电容C1)为了实现集成于芯片内容值需要较小，而所述误差放大器10为了保证精度和可靠性，其跨导gm做的也比较大，所述占空比方波信号电压VPWM的周期T一般又比较长，例如，工频周期占空比方波信号电压；并且，所述误差放大器10的正常输出电压调节范围是有限的，不可能为无限大，所以在所述第一电容C1上产生电压的上升值Vup与所述第一电容C1上产生电压的下降值Vdown总长度值保持不变的前提下，对所述误差放大器10输出的误差放大电流进行折线化处理，使其折线变化值一直都在所述误差放大器10的正常工作范围之内，将其由上升(或下降)的直线变成包括上升和下降交替的多段折线的折线电压V1，并且每段折线的值都在所述误差放大器10的正常调节范围之内；然后再将所述周期折线电压V1按比例缩小后增大或减小所述输出电压VOUT，所述输出电压VOUT的波纹较小且可以表征占空比的大小。
设所述折线电压V1的最大值记为VREF1，所述折线电压的最小值记为VREF2，且VREF1与VREF2均位于所述误差放大器10的正常调节范围内，所述折线电压V1的波形如图7中所示，这样就将所述占空比方波信号电压VPWM与所述反馈电压VFB的差值经由所述误差放大器10放大后并经由所述折线处理模块11处理后以分段周期性折线的形式表现处理，并且都处在一个正常的调节范围之内。
设VREF1＞VREF2，则，VREF1与VREF2二者之间的差值△V为：
△V＝VREF1-VREF2
即经由所述折线化处理模块11处理之后，所述误差放大器10输出所述误差放大电流在所述第一电容C1上产生电压的上升值Vup与下降值Vdown转变为多个差值为△V、上升与下降交替的折线形的折线电压V1，则有：
Vup＝Vdown＝x×ΔV
其中，x为大于0的实数。
然后，折线形的所述折线电压V1交由所述按比例缩小模块12处理，以得到最终的所述输出电压VOUT，设比例系数为y，其中，0＜y＜1，所述折线电压V1的一个上升和下降周期过程对应所述输出电压VOUT的一次升高或降低，设所述输出电压VOUT升高或降低的幅度为Vs：
当VPWM≥VFB时：所述输出电压VOUT上升，每个上升和下降的折线周期过程对应一次所述输出电压VOUT的VS幅度的升高，从而有：
VS＝2×ΔV×y
进而得：
最终，所述输出电压VOUT的上升值VOUTUP为：
当VPWM＜VFB时：所述输出电压VOUT下降，每个上升和下降的折线周期过程对应一次所述输出电压VOUT的VS幅度的降低，从而有：
VS＝2×ΔV×y
进而得：
最终，所述输出电压VOUT的下降值VOUTDOWN为：
通过调节参数x、y和差值△V三个参数，可以使得所述输出电压VOUT的纹波在要求范围之内。
最后，将所述输出电压VOUT经由所述分压模块13乘以一个反馈系数k(k为大于0的实数)后反馈回所述误差放大器10的第二输入端(譬如，所述误差放大器10的第一输入端为正向输入端，所述误差放大器10的第二输入端为反向输入端)，从而形成闭环调节，使得一个周期T中，所述反馈电压VFB的均值与所述占空比方波信号电压VPWM的均值相等，最终实现了将所述占空比方波信号电压VPWM转换为能表征占空比大小的、纹波较小的、只含有低频分量的所述输出电压VOUT。这样就可以省去外置的滤波电容，从而降低系统的成本，提高系统的可靠性。
作为示例，请参阅图4，所述折线化处理模块11包括：
第一开关S1，所述第一开关S1包括第一端及第二端，所述第一开关S1的第一端与所述误差放大器10的输出端相连接；
第一PMOS管PM11，所述第一PMOS管PM11的漏极与所述第一开关S1的第二端相连接，所述第一PMOS管PM11的栅极与所述第一PMOS管PM11的漏极短接，所述第一PMOS管PM11的源极与供电电源VCC相连接；
第二PMOS管PM12，所述第二PMOS管PM12的栅极与所述第一PMOS管PM11的栅极相连接，所述第二PMOS管PM12的源极与所述供电电源VCC相连接；
第三PMOS管PM13，所述第三PMOS管PM13的栅极与所述第一PMOS管PM11的栅极相连接，所述第三PMOS管PM13的源极与所述供电电源VCC相连接；
第四PMOS管PM14，所述第四PMOS管PM14的栅极与所述第四PMOS管PM14的漏极相短接，所述第四PMOS管PM14的源极与所述供电电源VCC相连接；
第五PMOS管PM15，所述第五PMOS管PM15的栅极与所述第四PMOS管PM14的栅极相连接，所述第五PMOS管PM15的源极与所述供电电源VCC相连接；
第二开关S2，所述第二开关S2包括第一端及第二端，所述第二开关S2的第一端与所述误差放大器10的输出端相连接；
第一NMOS管NM11，所述第一NMOS管NM11的漏极与所述第二开关S2的第二端相连接，所述第一NMOS管NM11的栅极与所述第一NMOS管NM11的漏极相短接，所述第一NMOS管NM11的源极接地；
第二NMOS管NM12，所述第二NMOS管NM12的栅极与所述第一NMOS管NM11的栅极相连接，所述第二NMOS管NM12的漏极与所述第四PMOS管PM14的漏极相连接，所述第二NMOS管NM12的源极接地；
第二电容C2，所述第二电容C2的下极板接地；
第三开关S3，所述开关S3包括第一端及第二端，所述第三开关S3的第一端与所述第五PMOS管PM15的漏极相连接，所述第三开关S3的第二端与所述第二电容C2的上极板相连接；
第四开关S4，所述第四开关S4包括第一端及第二端，所述第四开关S4的第一端与所述第二电容C2的上极板相连接；
第三NMOS管NM13，所述第三NMOS管NM13的栅极与所述第一NMOS管NM11的栅极相连接，所述第三NMOS管NM13的漏极与所述第四开关S4的第二端相连接，所述第三NMOS管NM13的源极接地；
第五开关S5，所述第五开关S5包括第一端及第二端，所述第五开关S5的第一端与所述第三PMOS管PM13的漏极相连接，所述第五开关S5的第二端与所述第二电容C2的上极板相连接；
第六开关S6，所述第六开关S6包括第一端及第二端，所述第六开关S6的第一端与所述第二电容C2的上极板相连接；
第四NMOS管NM14，所述第四NMOS管NM14的漏极与所述第二PMOS管PM12的漏极相连接，所述第四NMOS管NM14的栅极与所述第四NMOS管NM14的漏极相短接，所述第四NMOS管NM14源极接地；
第五NMOS管NM15，所述第五NMOS管NM15的栅极与所述第四NMOS管NM14的栅极相连接，所述第五NMOS管NM15的漏极与所述第六开关S6的第二端相连接，所述第五NMOS管NM15的源极接地。
具体的，所述折线化处理模块11的工作原理为：
当所述占空比方波信号电压VPWM≥所述反馈电压VFB时，所述第一开关S1关断，所述开关S2闭合，所述第五开关S5及所述第六开关S6均关断。这时所述第一NMOS管NM11、所述第二NMOS管NM12、所述第三NMOS管NM13、所述第四PMOS管PM14和所述第五PMOS管PM15正常工作，设初态所述第三开关S3闭合，所述第四开关S4关断，所述折线电压V1从小往大升高，当所述折线电压V1增大到等于所述折线电压V1的最大值VREF1时，所述第三开关S3关断，所述第四开关S4闭合，所述折线电压V1从大往小降低；当V1电压减小到等于所述折线电压V1的最小值VREF2时，所述第三开关S3闭合，所述第四开关S4关断，所述折线电压V1从小往大升高，从而使得所述折线电压V1在所述折线电压V1的最大值VREF1和所述折线电压V1的最小值VREF2之间折线化循环往复。
当所述占空比方波信号电压VPWM＜所述反馈电压VFB时，所述第一开关S1闭合，所述第二开关S2关断，所述第三开关S3及所述第四开关S4均关断。这时所述第一PMOS管PM11、所述第二PMOS管PM12、所述第三PMOS管PM13、所述第四NMOS管NM14和所述第五NMOS管NM15正常工作，设初态所述第五开关S5闭合，所述第六开关S6关断，所述折线电压V1从小往大升高，当所述折线电压V1电压增大到等于所述折线电压V1的最大值VREF1时，所述第五开关S5关断，所述第六开关S6闭合，所述折线电压V1电压从大往小降低；当折线电压V1减小到等于所述折线电压V1的最小值VREF2时，所述第五开关S5闭合，所述第六开关S6关断，所述折线电压V1从小往大升高，从而使得所述折线电压V1在所述折线电压V1的最大值VREF1和所述折线电压V1的最小值VREF2之间折线化循环往复。
作为示例，所述分压模块13包括：第一分压电阻R1，所述第一分压电阻R1包括第一端及第二端，所述分压电阻R1的第一端与所述按比例缩小模块12的输出端相连接；第二分压电阻R2，所述第二分压电阻R2包括第一端及第二端，所述第二分压电阻R2的第一端与所述第一分压电阻R1的第二端相连接，并与所述误差放大器10的第二输入端相连接，所述第二分压电阻R2的第二端接地。
具体的，所述按比例缩小模块12基于所述折线电压V1及所述调控电压V2得到所述输出电压VOUT；其中，所述调控电压V2给出了所述按比例缩小模块12调整的方向，当所述占空比方波信号电压VPWM大于所述反馈电压VFB时，所述调控电压V2使得所述按比例缩小模块12得到的所述输出电压VOUT逐渐增大，当所述占空比方波信号电压VPWM小于所述反馈电压VFB时，所述调控电压V2使得所述按比例缩小模块12得到的所述输出电压VOUT逐渐减小。
作为示例，请参阅图5，所述按比例缩小模块12包括：
电流源I0，所述电流源I0的一端与供电电源VCC相连接；
n+1级电流调整管NM0～NMn，各所述电流调整管均包括NMOS管；各所述电流调整管的栅极均与所述电流源I0远离所述供电电源VCC的一端相连接，各所述电流调整管的源极均接地，第一级所述电流调整管的栅极与第一级所述电流调整管的漏极相短接，即所述电流调整管NM0栅极与所述电流调整管NM0的漏极相短接；
n级开关W1～Wn，各所述n级开关管均包括第一端、第二端及控制端，第i级所述开关Wi的第一端与第i+1级所述电流调整管NM(i+1)的漏极相连接，其中，n为大于等于1的整数，i为大于等于1且小于等于n的整数；
处理单元(未示出)，所述处理模块一端与所述折线化处理模块11的输出端及所述比较器14的输出端相连接，另一端与各所述开关(即n级所述开关W1～Wn)的控制端相连接；所述处理单元基于所述折线电压V1及所述调控电压V2产生组合逻辑信号以控制各所述开关的闭合与关断，以在所述反馈电压VFB小于所述占空比方波信号电压VPWM时控制所述输出电压VOUT逐渐增大，直至所述反馈电压VFB等于所述占空比方波信号电压VPWM，并在所述反馈电压VFB大于所述占空比方波信号电压VPWM时控制所述输出电压VOUT逐渐减小，直至所述反馈电压VFB等于所述占空比方波信号电压VPWM；
电流镜，所述电流镜包括第一电流传输管PM1及第二电流传输管PM2，所述第一电流传输管PM1及所述第二电流传输管PM2均包括PMOS管；所述第一电流传输管PM1的源极与所述供电电源VCC相连接，所述第一传输管PM1的漏极与各所述开关的第二端相连接，所述第一电流传输管PM1的栅极与所述第一电流传输管PM1的漏极相短接；所述第二传输管PM2的栅极与所述第一传输管PM1的栅极相连接，所述第二传输管PM2的源极与所述供电电源VCC相连接，所述第二传输管PM2的漏极与所述分压模块13相连接；
电阻R，所述电阻R的一端接地，另一端与所述分压模块13相连接。
作为示例，所述反馈电压VFB小于所述占空比方波信号电压VPWM时，所述处理单元在所述折线电压V1第i次达到最大值时控制第i级所述开关Wi闭合；所述反馈电压VFB大于所述占空比方波信号电压VPWM时，所述处理单元在所述折线电压V1第i次达到最大值时控制第n-i+1级所述开关Wn-i+1关断。
具体的，所述按比例缩小模块12的工作原理为：
设n级所述开关W1、W2…Wn闭合时流过的电流都为I0，且初态都是关断的，则VOUT电压的初态为0。
当所述占空比方波信号电压VPWM≥所述反馈电压VFB时，所述折线电压V1在最大值VREF1和最小值VREF2之间折线化循环往复，当所述折线电压V1第一次等于最大值VREF1时，所述处理模块控制第一级所述开关W1闭合，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为I0*R1，其中，R1为所述电阻R的阻值；当所述折线电压V1第二次等于最大值VREF1时，第二级所述开关W2闭合，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为2I0*R1；当所述折线电压V1第三次等于最大值VREF1时，第三级所述开关W3闭合，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为3I0*R1；直到当所述折线电压V1第b次等于最大值VREF1时，第b级所述开关Wb闭合，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为bI0*R1后，所述占空比方波信号电压VPWM＜所述反馈电压VFB，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT不再增大，其中，b为大于等于1且小于等于n的整数。
当所述占空比方波信号电压VPWM＜所述反馈电压VFB时，所述折线电压V1在最大值VREF1和最小值VREF2之间折线化循环往复，当所述折线电压V1第一次等于最大值VREF1时，第b级所述开关Wb关断，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为(b-1)I0*R1；当所述折线电压V1第二次等于最大值VREF1时，第(b-1)级所述开关Wb-1关断，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为(b-2)I0*R1；当所述折线电压V1第三次等于最大值VREF1时，第(b-2)级所述开关Wb-2关断，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为(b-3)I0*R1；直到当所述折线电压V1第a次等于最大值VREF1时，第(b-a)级所述开关W(b-a+1)关断，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT为(b-a)I0*R1后，所述占空比方波信号电压VPWM≥所述反馈电压VFB，所述按比例缩小模块12输出的所述输出电压VOUT不再减小，其中，a为大于等于1且小于b的整数。
综上可知，所述折线电压V1的一个折线周期的上升下降过程经由所述按比例缩小模块12调整后按比例缩小为幅度为I0*R1的增大或减小，且稳定状态下所述输出电压VOUT的变化为(b-a)I0*R1至bI0*R1。
需要说明的是，可以实现上述功能的所述处理单元的具体结构为本领域技术人员所知晓，此处不再累述。
本实施例所述的占空比检测电路的输入与输出电压的波形示意图如图7所示，由图3及图7可知，当VPWM≥VFB时：所述误差放大器10对所述第一电容C1进行充放电，从电压VREF2充至VREF1，然后从电压VREF1放至电压VREF2，在所述折线电压V1的每次周期性过程中对应一次所述输出电压VOUT成缩小比例的升高，如此循环往复直到所述占空比方波信号电压VPWM电压小于VFB电压。
当VPWM＜VFB时：所述误差放大器10对所述第一电容C1进行充放电，从电压VREF2充至电压VREF1电压，然后从电压VREF1放至电压VREF2，在所述折线电压V1的每次周期性过程中对应一次所述输出电压VOUT成缩小比例的降低，如此循环往复直到所述占空比方波信号电压VPWM电压大于等于所述反馈电压VFB。
最终整个系统达到动态平衡，即在一个周期T内，由于所述分压模块13反馈的所述反馈电压VFB(即k*VOUT)的均值与所述占空比方波信号电压VPWM的均值相等，所述输出电压VOUT波纹很小，且能表征所述占空比方波信号电压VPWM的占空比的大小。
实施例二
请参阅图8，本发明还提供一种占空比检测方法，所述占空比检测方法包括如下步骤：
1)将占空比方波信号电压与反馈电压的差值放大得到误差放大电流；
2)将所述误差放大电流进行折线化处理得到波形包括周期性折线状的折线电压；
3)基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；
4)基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压，进而使所述反馈电压的均值等于所述占空比方波信号电压的均值。
作为示例，所述占空比检测方法可以基于实施例一中所述的占空比检测电路而执行，所述占空比检测电路的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述。
作为示例，步骤1)中，可以采用实施例一中的所述误差放大器10将占空比方波信号电压与反馈电压的差值放大以得到所述误差放大电流。
作为示例，步骤2)中，可以采用实施例一中的所述折线化处理模块11将所述误差放大电流进行折线化处理得到波形包括周期性折线状的折线电压，所述折线化处理模块11的具体结构及工作原理请参阅实施例一，此处不再累述。
作为示例，步骤3)中，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述补偿电压。
作为示例，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述电压的方法包括：
所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐增大，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压；
所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐减小，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压。
作为示例，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整的时刻为所述折线电压达到最大值的时刻；当然，在其他示例中，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整的时刻还可以为所述折线电压的周期内任何相同时刻。
具体的，可以采用实施例一中的所述比较器14及所述按比例缩小模块12基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述输出电压。所述按比例缩小模块12及所述比较器14进行调整的工作原理请参阅实施例一，此处不再累述。
作为示例，步骤4)中，可以采用实施例一中的所述分压模块13基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压，进而使所述反馈电压的均值等于所述占空比方波信号电压的均值。
综上所述，本发明提供一种占空比检测电路及占空比检测方法，所述占空比检测电路包括：误差放大器、折线化处理模块、按比例缩小模块、分压模块、比较器及第一电容；其中，所述误差放大器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述误差放大器的第一输入端与一占空比方波信号电压相连接，所述误差放大器的第二输入端与一反馈电压相连接，所述误差放大器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值并放大，以得到误差放大电流；所述折线化处理模块的输入端与所述误差放大器的输出端相连接，用于将所述误差放大电流进行折线化处理，以得到波形包括周期性折线状的折线电压；所述按比例缩小模块包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述按比例缩小模块的第一输入端与所述折线化处理模块的输出端相连接，用于基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；所述分压模块的输入端与所述按比例缩小模块的输出端相连接，所述分压模块的输出端与所述误差放大器的第二输入端相连接，所述分压模块用于基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压；所述比较器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器的第一输入端与所述占空比方波信号电压相连接，所述比较器的第二输入端与所述分压模块的输出端相连接，所述比较器的输出端与所述按比例缩小模块的第二输入端相连接；所述比较器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的大小，以得到调控电压；所述第一电容的上极板与所述折线化处理模块的输出端相连接，所述第一电容的下极板接地。本发明的占空比检测电路及占空比检测方法可以减小所需电容的容值，可以将电容集成于芯片内，省去外置的滤波电容，从而降低系统成本，提高系统的可靠性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种占空比检测电路，其特征在于，所述占空比检测电路包括：误差放大器、折线化处理模块、按比例缩小模块、分压模块、比较器及第一电容；其中，
所述误差放大器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述误差放大器的第一输入端与一占空比方波信号电压相连接，所述误差放大器的第二输入端与一反馈电压相连接，所述误差放大器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值并放大，以得到误差放大电流；
所述折线化处理模块的输入端与所述误差放大器的输出端相连接，用于将所述误差放大电流进行折线化处理，以得到波形包括周期性折线状的折线电压；
所述按比例缩小模块包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述按比例缩小模块的第一输入端与所述折线化处理模块的输出端相连接，用于基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；
所述分压模块的输入端与所述按比例缩小模块的输出端相连接，所述分压模块的输出端与所述误差放大器的第二输入端相连接，所述分压模块用于基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压；
所述比较器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述比较器的第一输入端与所述占空比方波信号电压相连接，所述比较器的第二输入端与所述分压模块的输出端相连接，所述比较器的输出端与所述按比例缩小模块的第二输入端相连接；所述比较器用于比较所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的大小，以得到调控电压；
所述第一电容的上极板与所述折线化处理模块的输出端相连接，所述第一电容的下极板接地。
2.根据权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，所述第一电容集成于芯片内。
3.根据权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，所述折线化处理模块包括：
第一开关，包括第一端及第二端，所述第一开关的第一端与所述误差放大器的输出端相连接；
第一PMOS管，所述第一PMOS管的漏极与所述第一开关的第二端相连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极短接，所述第一PMOS管的源极与供电电源相连接；
第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，所述第二PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第三PMOS管，所述第三PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的栅极相连接，所述第三PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第四PMOS管，所述第四PMOS管的栅极与所述第四PMOS管的漏极相短接，所述第四PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第五PMOS管，所述第五PMOS管的栅极与所述第四PMOS管的栅极相连接，所述第五PMOS管的源极与所述供电电源相连接；
第二开关，包括第一端及第二端，所述第二开关的第一端与所述误差放大器的输出端相连接；
第一NMOS管，所述第一NMOS管的漏极与所述第二开关的第二端相连接，所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极相短接，所述第一NMOS管的源极接地；
第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第二NMOS管的漏极与所述第四PMOS管的漏极相连接，所述第二NMOS管的源极接地；
第二电容，所述第二电容的下极板接地；
第三开关，包括第一端及第二端，所述第三开关的第一端与所述第五PMOS管的漏极相连接，所述第三开关的第二端与所述第二电容的上极板相连接；
第四开关，包括第一端及第二端，所述第四开关的第一端与所述第二电容的上极板相连接；
第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极相连接，所述第三NMOS管的漏极与所述第四开关的第二端相连接，所述第三NMOS管的源极接地；
第五开关，包括第一端及第二端，所述第五开关的第一端与所述第三PMOS管的漏极相连接，所述第五开关的第二端与所述第二电容的上极板相连接；
第六开关，包括第一端及第二端，所述第六开关的第一端与所述第二电容的上极板相连接；
第四NMOS管，所述第四NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的漏极相连接，所述第四NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的漏极相短接，所述第四NMOS管源极接地；
第五NMOS管，所述第五NMOS管的栅极与所述第四NMOS管的栅极相连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第六开关的第二端相连接，所述第五NMOS管的源极接地。
4.根据权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，所述分压模块包括：
第一分压电阻，包括第一端及第二端，所述分压电阻的第一端与所述按比例缩小模块的输出端相连接；
第二分压电阻，包括第一端及第二端，所述第二分压电阻的第一端与所述第一分压电阻的第二端相连接，并与所述误差放大器的第二输入端相连接，所述第二分压电阻的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的占空比检测电路，其特征在于，所述按比例缩小模块包括：
电流源，所述电流源的一端与供电电源相连接；
n+1级电流调整管，各所述电流调整管均包括NMOS管；各所述电流调整管的栅极均与所述电流源远离所述供电电源的一端相连接，各所述电流调整管的源极均接地，第一级所述电流调整管的栅极与第一级所述电流调整管的漏极相短接；
n级开关，各所述n级开关均包括第一端、第二端及控制端，第i级所述开关的第一端与第i+1级所述电流调整管的漏极相连接，其中，n为大于等于1的整数，i为大于等于1且小于等于n的整数；
处理单元，一端与所述折线化处理模块的输出端及所述比较器的输出端相连接，另一端与各所述开关的控制端相连接；所述处理单元基于所述折线电压及所述调控电压产生组合逻辑信号以控制各所述开关的闭合与关断，以在所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时控制所述输出电压逐渐增大，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压，并在所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时控制所述输出电压逐渐减小，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压；
电流镜，包括第一电流传输管及第二电流传输管，所述第一电流传输管及所述第二电流传输管均包括PMOS管；所述第一电流传输管的源极与所述供电电源相连接，所述第一电流传输管的漏极与各所述开关的第二端相连接，所述第一电流传输管的栅极与所述第一电流传输管的漏极相短接；所述第二电流传输管的栅极与所述第一电流传输管的栅极相连接，所述第二电流传输管的源极与所述供电电源相连接，所述第二电流传输管的漏极与所述分压模块相连接；
电阻，所述电阻的一端接地，另一端与所述分压模块相连接。
6.根据权利要求5所述的占空比检测电路，其特征在于，所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时，所述处理单元在所述折线电压第i次达到最大值时控制第i级所述开关闭合；所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时，所述处理单元在所述折线电压第i次达到最大值时控制第n-i+1级所述开关关断。
7.一种占空比检测方法，基于如权利要求1～6任一项所述的占空比检测电路实现，其特征在于，所述占空比检测方法包括如下步骤：
将占空比方波信号电压与反馈电压的差值放大得到误差放大电流；
将所述误差放大电流进行折线化处理得到波形包括周期性折线状的折线电压；
基于所述折线电压得到波纹小于所述折线电压的波纹的输出电压；
基于分压系数对所述输出电压进行调整以得到所述反馈电压，进而使所述反馈电压的均值等于所述占空比方波信号电压的均值。
8.根据权利要求7所述的占空比检测方法，其特征在于，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述输出电压。
9.根据权利要求8所述的占空比检测方法，其特征在于，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压得到所述输出电压的方法包括：
所述反馈电压小于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐增大，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压；
所述反馈电压大于所述占空比方波信号电压时，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整以使得所述输出电压逐渐减小，直至所述反馈电压等于所述占空比方波信号电压。
10.根据权利要求8所述的占空比检测方法，其特征在于，基于所述占空比方波信号电压与所述反馈电压的差值及所述折线电压进行调整的时刻为所述折线电压达到最大值的时刻。
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