CN116264455A - 脉冲宽度调制方法 - Google Patents

Abstract

一种脉冲宽度调制方法，用以将一输入信号转换为对应的一输出脉宽调制信号。脉冲宽度调制方法包括以下步骤：产生一第一线性周期波及一第二线性周期波，该第一线性周期波的振幅大于该第二线性周期波的振幅，其中该第一线性周期波及该第二线性周期波为一三角波或一锯齿波。判断该输入信号的位准是否低于一轻载阈值，其中当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第二线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号；当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第一线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号。

Description

脉冲宽度调制方法

技术领域

本发明涉及一种调制方法，特别涉及一种脉冲宽度调制方法。

背景技术

请参照图1，图1是现有技术的多阶脉冲宽度调制(Multilevel PWM)信号的波形图。如图1所示，波形W1为一输入信号，波形W2为现有技术的多阶脉冲宽度调制信号，其中波形W2根据波形W1而产生。现有技术的多阶脉冲宽度调制信号具有三个特征：每一个阶层中的信号具有相同的振幅、信号在闲置(idle)时的占空比为50％以及信号的切换频率为一固定值，其中信号在闲置时即输入信号的位准为0时。然而，所述三个特征使得现有技术的多阶脉冲宽度调制信号具有多项缺点。

首先，多阶脉冲宽度调制信号于提供给负载之前会通过滤波电感器与滤波电容器进行滤波，由于现有技术的多阶脉冲宽度调制信号在每一个阶层中的振幅都相同，因此，在轻载时无法适应性降低振幅，其仍会具有较大的涟波电流，而造成相对较大的导通损耗，另一方面，于重度负载(以下称重载)时，现有技术的多阶脉冲宽度调制信号由于无法适应性提高振幅，因此其导通电流较高，会造成较高的导通损耗。此外，现有技术的多阶脉冲宽度调制信号在闲置时的占空比为50％，因此具有较大的闲置电流(idle current)而导致较高的功率损耗。再者，由于现有技术的多阶脉冲宽度调制信号的切换频率为一固定值而无法适应性调整，使得现有技术的多阶脉冲宽度调制信号在轻载时仍会具有较大的涟波电流，因而具有较大的功率损耗。前述的重载、轻载与闲置指输入信号的振幅或交流位准的绝对值(特别是指电压位准)为相对高、相对低，以及为0时的状态。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种脉冲宽度调制方法以适应性地产生的一输出脉宽调制信号，使得所述输出脉宽调制信号在轻载、重载与闲置时的电源转换效率都可获得改善。

发明内容

本发明提供了一种脉冲宽度调制方法，用以将一输入信号转换为对应的一输出脉宽调制信号，包含：产生一第一线性周期波及一第二线性周期波，该第一线性周期波的振幅大于该第二线性周期波的振幅，其中该第一线性周期波及该第二线性周期波为一三角波或一锯齿波；判断该输入信号的位准是否低于一轻载阈值；当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第二线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号；以及当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第一线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号；其中，该第二线性周期波的共模位准与该输入信号的共模位准之间具有不为0的一共模偏移量，使得当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，该输出脉宽调制信号的方均根功率小于当该共模偏移量为0时所对应的该输出脉宽调制信号的方均根功率。

在一些实施例中，上述脉冲宽度调制方法还包括：比较该输入信号与该第一线性周期波而产生一第一中继脉宽调制信号，并比较该输入信号与该第二线性周期波而产生一第二中继脉宽调制信号；当该输入信号的位准低于该时轻载阈值，根据该第二中继脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号；以及当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，根据该第一中继脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号。

在一些实施例中，上述脉冲宽度调制方法还包括：当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，选择该第一线性周期波作为一选择线性周期波；当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，选择该第二线性周期波作为该选择线性周期波；以及比较该输入信号与该选择线性周期波而产生一选择脉宽调制信号，进而根据该选择脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号。

在一些实施例中，上述输入信号的值为0时，该输出脉宽调制信号的占空比不为50％。

在一些实施例中，上述第二线性周期波的频率为该第一线性周期波的频率的X倍，其中该X为大于或等于1的一有理数。

在一些实施例中，上述X为大于1的一非整数。

在一些实施例中，上述第一线性周期波与该第二线性周期波之间具有不为0的一预设相位差。

在一些实施例中，上述预设相位差为2π与一有理数的乘积。

在一些实施例中，上述第一线性周期波的振幅为该第二线性周期波的振幅的Y倍，其中该Y为大于1的一非整数。

在一些实施例中，当上述输入信号的位准高于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅大于当该输入信号的位准低于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅。

在一些实施例中，上述脉冲宽度调制方法还用以控制一功率级电路产生该输出脉宽调制信号，其中该功率级电路包括多个开关，该多个开关包括一第一开关、一第二开关及一第三开关，其中该第一开关耦接于一轻载供应电压及一切换节点之间，该第二开关耦接于一重载供应电压及该切换节点之间，该第三开关耦接于该切换节点与一接地电位之间，其中该重载供应电压高于该轻载供应电压；其中，当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，该功率级电路根据该输入信号与该第二线性周期波的比较，以控制该第一开关与该第三开关周期性互补切换而于该切换节点产生该输出脉宽调制信号，其中该输出脉宽调制信号于该轻载供应电压与该接地电位之间切换；当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，该功率级电路根据该输入信号与该第一线性周期波的比较，以控制该第二开关与该第三开关周期性互补切换而于该切换节点产生该输出脉宽调制信号，其中该输出脉宽调制信号于该重载供应电压与该接地电位之间切换。

在一些实施例中，当上述输入信号的位准高于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅为当该输入信号的位准低于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅的Z倍，其中该Z为大于1的一非整数。

在一些实施例中，上述判断该输入信号的位准是否低于该轻载阈值的步骤包括：比较一偏移线性周期波与该输入信号而产生一偏移脉宽调制信号，其中该偏移线性周期波是将该第一线性周期波叠加不为0的一共模偏移量而得，该共模偏移量相关于该轻载阈值；以及根据该偏移线性周期波的一操作周期而周期性地判断该偏移脉宽调制信号的同相子信号与该偏移脉宽调制信号的反相子信号，于前一操作周期内是否都具有一脉冲，进而判断该输入信号的位准是否低于该轻载阈值；其中，该输入信号的同相子信号与该输入信号的反相子信号彼此互补，该偏移脉宽调制信号的同相子信号是比较该偏移线性周期波与该输入信号的同相子信号而得，该偏移脉宽调制信号的反相子信号是比较该偏移线性周期波与该输入信号的反相子信号而得。

以下将通过具体实施例详加说明，以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。

附图说明

图1是现有技术的多阶脉冲宽度调制信号的波形图。

图2是本发明的一实施例中，脉冲宽度调制方法的流程图。

图3A是本发明的一实施例中，D类放大器的模块方块图。

图3B是本发明的一实施例中，脉冲产生电路的电路示意图。

图4是本发明的一实施例中，D类放大器操作于脉冲宽度调制方法时的流程图。

图5A是本发明的另一实施例中，D类放大器的模块方块图。

图5B是本发明的另一实施例中，脉冲产生电路的电路示意图。

图6是本发明的另一实施例中，D类放大器操作于脉冲宽度调制方法时的流程图。

图7是本发明的一实施例中，判断电路的信号波形图。

图8是本发明的一些实施例中，第一线性周期波与第二线性周期波的波形比较图。

图9是本发明的另一些实施例中，第一线性周期波与第二线性周期波的波形比较图。

图10是本发明的另一实施例中，脉冲宽度调制电路的信号波形图。

图11A是本发明的一实施例中，D类放大器的信号波形图(一)。

图11B是本发明的一实施例中，D类放大器的信号波形图(二)。

图中符号说明

100： D类放大器

110A： 脉冲宽度调制电路

110B： 脉冲宽度调制电路

111A： 线性周期波产生器

111B： 线性周期波产生器

112A： 比较器

112B： 比较器

120： 脉冲产生电路

121： 逻辑驱动电路

122： 功率级电路

130： 判断电路

200： D类放大器

210： 脉冲宽度调制电路

211A： 线性周期波产生器

211B： 线性周期波产生器

212： 选择电路

213： 比较器

220： 脉冲产生电路

221： 逻辑驱动电路

222： 功率级电路

230： 判断电路

Cout： 输出电容器

CLK1： 第一时钟信号

CLK2： 第二时钟信号

CLKs： 时钟信号

G1-G6： 控制信号

Lout： 输出电感器

LD： 外部负载

LX： 切换节点

MS： 中继脉宽调制电路

MS1： 第一中继脉宽调制信号

MS2： 第二中继脉宽调制信号

MSS： 选择脉宽调制信号

POI： 轻载指示信号

PSOn： 偏移脉宽调制信号的反相子信号

PSOp： 偏移脉宽调制信号的同相子信号

Q1-Q6： 开关

S100-S130： 步骤

S200-S240： 步骤

S300-S340： 步骤

t1-t2： 时点

T1-T7： 操作周期

Ts： 操作周期

TR1： 第一线性周期波

TR2： 第二线性周期波

TRO： 偏移线性周期波

TRS： 选择线性周期波

Vcm1： 第一共模位准

Vcm2： 第二共模位准

Vcmo： 偏移共模位准

Vinn： 输入信号的反相子信号

Vinp： 输入信号的正相子信号

Vos： 共模偏移量

Vthl： 轻载阈值

VH： 重载供应电压

VIN： 输入信号

VL： 轻载供应电压

VLX： 输出脉宽调制信号

VOUT： 输出信号

W1-W2： 波形

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明，但这并不旨在限制本发明的申请专利范围。

请参照图2，图2是本发明的一实施例中，脉冲宽度调制方法的流程图。如图2所示，所述脉冲宽度调制方法包括以下步骤：首先，产生一第一线性周期波及一第二线性周期波，所述第一线性周期波的振幅大于所述第二线性周期波的振幅，其中所述第一线性周期波及所述第二线性周期波为一三角波或一锯齿波(步骤S100)。接着，判断所述输入信号的位准是否低于一轻载阈值(步骤S110)。当所述输入信号的位准低于所述轻载阈值时，根据所述输入信号与所述第二线性周期波的比较而产生一输出脉宽调制信号(步骤S120)；当所述输入信号的位准高于所述轻载阈值时，根据所述输入信号与所述第一线性周期波的比较而产生一输出脉宽调制信号(步骤S130)，其中所述第二线性周期波的共模位准与所述输入信号的共模位准之间具有不为0的一共模偏移量，使得当所述输入信号的位准低于该轻载阈值时，所述输出脉宽调制信号的方均根功率小于当所述共模偏移量为0时所对应的所述输出脉宽调制信号的方均根功率。

需注意的是，判断所述输入信号的位准低于一轻载阈值，特别是指输入信号的交流位准的绝对值。此外，本发明所提及的轻载不仅可以代表输入信号的位准较低，也可以代表输入信号或输出信号的功率较低。

在一些实施例中，D类放大器(class-D amplifier)可实现所述脉冲宽度调制方法的流程。请参照图3A，图3A是本发明的一实施例中，D类放大器100的模块方块图。如图3A所示，D类放大器100包含多个脉冲宽度调制电路110A、110B、一脉冲产生电路120以及一判断电路130，其中脉冲产生电路120耦接脉冲宽度调制电路110A、110B以及判断电路130。以下将详细解释脉冲宽度调制电路110A、110B、脉冲产生电路120以及判断电路130各自的结构与功能。

在一些实施例中，脉冲宽度调制电路110A用以根据一输入信号VIN与一第一线性周期波TR1而产生一第一中继脉宽调制信号MS1，脉冲宽度调制电路110B用以根据输入信号VIN与一第二线性周期波TR2而产生一第二中继脉宽调制信号MS2，其中当输入信号VIN的值高于第一线性周期波TR1的值(第二线性周期波TR2的值)时，第一中继脉宽调制信号MS1(第二中继脉宽调制信号MS2)为一第一状态，例如为一高电位状态；当输入信号VIN的值低于第一线性周期波TR1的值(第二线性周期波TR2的值)时，第一中继脉宽调制信号MS1(第二中继脉宽调制信号MS2)为一第二状态，例如为一低电位状态。

在一些实施例中，脉冲宽度调制电路110A包括一线性周期波产生器111A以及一比较器112A，脉冲宽度调制电路110B包括一线性周期波产生器111B以及一比较器112B，其中线性周期波产生器111A用以根据一第一时钟信号CLK1而产生第一线性周期波TR1，线性周期波产生器111B用以根据一第二时钟信号CLK2而产生第二线性周期波TR2。比较器112A用以比较输入信号VIN与第一线性周期波TR1而产生第一中继脉宽调制信号MS1，比较器112B用以比较输入信号VIN与第二线性周期波TR2而产生第二中继脉宽调制信号MS2。在一些实施例中，线性周期波产生器111A、111B为一三角波产生器或一锯齿波产生器，第一线性周期波TR1以及第二线性周期波TR2为一三角波或一锯齿波。所述三角波产生器、所述锯齿波产生器以及比较器112A、112B的结构与功能为本领域技术人员所熟知，故不赘述。

在一些实施例中，脉冲产生电路120用以根据一轻载指示信号POI、第一中继脉宽调制信号MS1、第二中继脉宽调制信号MS2、一重载供应电压VH以及一轻载供应电压VL而产生一输出脉宽调制信号VLX，其中当轻载指示信号POI处于一禁止状态时，示意输入信号VIN处于重载状态，此时脉冲产生电路120会根据第一中继脉宽调制信号MS1与重载供应电压VH而产生输出脉宽调制信号VLX；当轻载指示信号POI处于一使能状态时，输入信号VIN处于轻载状态，此时脉冲产生电路120会根据第二中继脉宽调制信号MS2与轻载供应电压VL而产生输出脉宽调制信号VLX。在一些实施例中，重载供应电压VH的值高于轻载供应电压VL的值。

在一些实施例中，判断电路130用以判断输入信号VIN的位准是否低于一轻载阈值，其中判断电路130会根据输入信号VIN与所述轻载阈值而产生轻载指示信号POI。当输入信号VIN的位准低于所述轻载阈值时，轻载指示信号POI处于所述使能状态，代表此时输入信号VIN处于轻载状态；当输入信号VIN的位准高于所述轻载阈值时，轻载指示信号POI处于所述禁止状态，代表此时输入信号VIN处于重载状态。

请参照图3B，图3B是本发明的一实施例中，脉冲产生电路120的电路示意图。如图3B所示，在一些实施例中，脉冲产生电路120包括一逻辑驱动电路121以及一功率级电路122，其中逻辑驱动电路121耦接功率级电路122。在一些实施例中，逻辑驱动电路121用以根据轻载指示信号POI、第一中继脉宽调制信号MS1以及第二中继脉宽调制信号MS2而产生多个控制信号G1-G3，进而驱动功率级电路122的运作。功率级电路122用以根据多个控制信号G1-G3而产生输出脉宽调制信号VLX。在一些实施例中，功率级电路122为一Y型桥式电路(Y-bridge circuit)，其中功率级电路122包括多个开关Q1-Q3，控制信号G1用以控制开关Q1，控制信号G2用以控制开关Q2，控制信号G3用以控制开关Q3。本实施例中，该开关Q2耦接于轻载供应电压VL及一切换节点LX之间，开关Q1耦接于重载供应电压VH及切换节点LX之间，开关Q3耦接于切换节点LX与一接地电位之间。

当轻载指示信号POI处于所述禁止状态时，逻辑驱动电路121会根据第一中继脉宽调制信号MS1而产生多个控制信号G1-G3，此时功率级电路122会根据控制信号G1-G3以分别控制开关Q1-Q3的导通状态，进而于切换节点LX产生输出脉宽调制信号VLX，其中开关Q2恒不导通，开关Q1与开关Q3周期性地且互补地切换于导通状态与不导通状态之间，使得输出脉宽调制信号的振幅为重载供应电压VH的位准；当轻载指示信号POI处于所述使能状态时，逻辑驱动电路121会根据第二中继脉宽调制信号MS2而产生多个控制信号G1-G3，此时功率级电路122会根据控制信号G1-G3以分别控制开关Q1-Q3的导通状态，进而产生输出脉宽调制信号VLX，其中开关Q1恒不导通，开关Q2与开关Q3周期性地且互补地切换于导通状态与不导通状态之间，使得输出脉宽调制信号VLX的振幅为轻载供应电压VL的位准。

在一些实施例中，功率级电路122还耦接一输出电感器Lout，使得功率级电路122所产生的输出脉宽调制信号VLX通过输出电感器Lout与输出电容器Cout的滤波而产生一输出信号VOUT，进而将输出信号VOUT供应给一外部负载LD使用。

请同时参照图3A与图4，图4是本发明的一实施例中，D类放大器100操作于脉冲宽度调制方法时的流程图。如图4所示，首先，D类放大器100的线性周期波产生器111A、111B会分别产生第一线性周期波TR1及第二线性周期波TR2，其中第一线性周期波TR1的振幅大于该第二线性周期波TR2的振幅(步骤S200)。接着，D类放大器100的比较器112A会比较输入信号VIN与第一线性周期波TR1而产生一第一中继脉宽调制信号MS1，D类放大器100的比较器112B会比较输入信号VIN与第二线性周期波TR2而产生一第二中继脉宽调制信号MS2(步骤S210)。随后，D类放大器100的判断电路130会判断输入信号VIN的位准是否低于一轻载阈值(步骤S220)。若是，D类放大器100的脉冲产生电路120会根据第二中继脉宽调制信号MS2而产生输出脉宽调制信号VLX(步骤S230)；若否，D类放大器100的脉冲产生电路120会根据第一中继脉宽调制信号MS1而产生输出脉宽调制信号VLX(步骤S240)。

请参照图5A，图5A是本发明的另一实施例中，D类放大器200的模块方块图。如图5A所示，D类放大器200包含一脉冲宽度调制电路210、一脉冲产生电路220以及一判断电路230，其中脉冲产生电路220耦接脉冲宽度调制电路210以及判断电路230。以下将详细解释脉冲宽度调制电路210、脉冲产生电路220以及判断电路230各自的结构与功能。

在一些实施例中，脉冲宽度调制电路210用以根据输入信号VIN与选择线性周期波TRS而产生选择脉宽调制信号MSS，其中脉冲宽度调制电路210根据轻载指示信号POI的状态而选择第一线性周期波TR1或第二线性周期波TR2作为选择线性周期波TRS。在一些实施例中，脉冲宽度调制电路210包括多个线性周期波产生器211A、211B、一选择电路212以及一比较器213，其中线性周期波产生器211A用以根据第一时钟信号CLK1而产生第一线性周期波TR1，线性周期波产生器211B用以根据第二时钟信号CLK2而产生第二线性周期波TR2。选择电路212用以根据轻载指示信号POI的状态而选择第一线性周期波TR1或第二线性周期波TR2作为选择线性周期波TRS，其中当轻载指示信号POI处于所述禁止状态时(示意重载)，选择电路212选择第一线性周期波TR1作为选择线性周期波TRS；当轻载指示信号POI处于所述使能状态时(示意轻载)，选择电路212选择第二线性周期波TR2作为选择线性周期波TRS。比较器213用以比较输入信号VIN与选择线性周期波TRS而产生选择脉宽调制信号MSS。在一些实施例中，线性周期波产生器211A、211B为所述三角波产生器或所述锯齿波产生器，第一线性周期波TR1以及第二线性周期波TR2为所述三角波或所述锯齿波，选择电路212为一多任务器(Multiplexer)。所述多任务器以及比较器213的结构与功能为本领域技术人员所熟知，故不赘述。

在一些实施例中，脉冲产生电路220用以根据轻载指示信号POI、选择脉宽调制信号MSS、重载供应电压VH以及轻载供应电压VL而产生输出脉宽调制信号VLX，其中当轻载指示信号POI处于所述禁止状态时，示意输入信号VIN处于重载状态，此时脉冲产生电路220会根据选择脉宽调制信号MSS与重载供应电压VH而产生输出脉宽调制信号VLX；当轻载指示信号POI处于所述使能状态时，示意输入信号VIN处于轻载状态，此时脉冲产生电路220会根据选择脉宽调制信号MSS与轻载供应电压VL而产生输出脉宽调制信号VLX。在一些实施例中，重载供应电压VH的值高于轻载供应电压VL的值。

在一些实施例中，判断电路230用以判断输入信号VIN的位准是否低于一轻载阈值，其中判断电路230会根据输入信号VIN与所述轻载阈值而产生轻载指示信号POI。当输入信号VIN的位准低于所述轻载阈值时，代表轻载指示信号POI处于所述使能状态，此时输入信号VIN处于轻载状态；当输入信号VIN的位准高于所述轻载阈值时，代表轻载指示信号POI处于所述禁止状态，此时输入信号VIN处于重载状态。

请参照图5B，图5B是本发明的另一实施例中，脉冲产生电路220的电路示意图。如图5B所示，在一些实施例中，脉冲产生电路220包括一逻辑驱动电路221以及一功率级电路222，其中逻辑驱动电路221耦接功率级电路222。在一些实施例中，逻辑驱动电路221用以根据轻载指示信号POI、选择脉宽调制信号MSS而产生多个控制信号G4-G6，进而驱动功率级电路222的运作。功率级电路222用以根据多个控制信号G4-G6而产生输出脉宽调制信号VLX。在一些实施例中，功率级电路222为一Y型桥式电路(Y-bridge circuit)，其中功率级电路222包括多个开关Q4-Q6，控制信号G4用以控制开关Q4，控制信号G5用以控制开关Q5，控制信号G6用以控制开关Q6。本实施例中，该开关Q5耦接于轻载供应电压VL及一切换节点LX之间，开关Q4耦接于重载供应电压VH及切换节点LX之间，开关Q6耦接于切换节点LX与一接地电位之间。

当轻载指示信号POI处于所述禁止状态时，逻辑驱动电路221会根据选择脉宽调制信号MSS而产生多个控制信号G4-G6，此时功率级电路222会根据控制信号G4-G6以分别控制开关Q4-Q6的导通状态，进而于切换节点LX产生输出脉宽调制信号VLX，其中开关Q5恒不导通，开关Q4与开关Q6周期性地且互补地切换于导通状态与不导通状态之间，使得输出脉宽调制信号VLX的振幅为重载供应电压VH的位准；当轻载指示信号POI处于所述使能状态时，逻辑驱动电路221也根据选择脉宽调制信号MSS而产生多个控制信号G4-G6，此时功率级电路222会根据控制信号G4-G6以分别控制开关Q4-Q6的导通状态，进而产生输出脉宽调制信号VLX，其中开关Q4恒不导通，开关Q5与开关Q6周期性地且互补地切换于导通状态与不导通状态之间，使得输出脉宽调制信号VLX的振幅为轻载供应电压VL的位准。

请同时参照图5A与图6，图6是本发明的另一实施例中，D类放大器200操作于脉冲宽度调制方法时的流程图。如图6所示，首先，D类放大器200的线性周期波产生器211A、211B会分别产生第一线性周期波TR1及第二线性周期波TR2，其中第一线性周期波TR1的振幅大于该第二线性周期波TR2的振幅(步骤S300)。接着，D类放大器200的判断电路230会判断输入信号VIN的位准是否低于一轻载阈值(步骤S310)。若是，D类放大器200的选择电路212会选择第二线性周期波TR2作为选择线性周期波TRS(步骤S320)；若否，D类放大器200的选择电路212会选择第一线性周期波TR1作为选择线性周期波TRS(步骤S330)。随后，D类放大器200的比较器213会比较输入信号VIN与选择线性周期波TRS而产生选择脉宽调制信号MSS。最后，D类放大器200的脉冲产生电路220会根据选择脉宽调制信号MSS而产生输出脉宽调制信号VLX(步骤S340)。

请参照图7，图7是本发明的一实施例中，判断电路130、230的信号波形图。如图7所示，当判断电路130、230判断输入信号的位准是否低于一轻载阈值时，判断电路130、230会先比较一偏移线性周期波TRO与输入信号(包括彼此互补的正相子信号Vinp及反相子信号Vinn)而产生偏移脉宽调制信号的正相子信号PSOp(对应输入信号的正相子信号Vinp)及偏移脉宽调制信号的反相子信号PSOn(对应输入信号的反相子信号Vinn)，其中偏移线性周期波TRO是将第一线性周期波TR1叠加不为0的一共模偏移量Vos而得，且共模偏移量Vos相关于所述轻载阈值。以本实施例来说，输入信号与第一线性周期波TR1的共模位准同为第一共模位准Vcm1，偏移线性周期波TRO的共模位准为偏移共模位准Vcmo，其中偏移共模位准Vcmo的值高于第一共模位准Vcm1的值一共模偏移量Vos。

接着，判断电路130、230会根据偏移线性周期波TRO的操作周期Ts而周期性地判断，偏移脉宽调制信号的正相子信号PSOp与偏移脉宽调制信号的反相子信号PSOn于前一操作周期Ts内是否都具有一脉冲。若是，则判断输入信号的位准低于所述轻载阈值并使能轻载指示信号POI；若否，则判断输入信号的位准高于所述轻载阈值并禁止轻载指示信号POI。以图7为例，偏移脉宽调制信号的正相子信号PSOp与偏移脉宽调制信号的反相子信号PSOn于操作周期T3-T5内都具有一脉冲，因此轻载指示信号POI在操作周期T4-T6被使能。

请参照图8，图8是本发明的一些实施例中，第一线性周期波TR1与第二线性周期波TR2的波形比较图，其中第一线性周期波TR1的共模位准为第一共模位准Vcm1，第一共模位准Vcm1同时也为输入信号的共模位准，将详述于后，本实施例中，根据第一线性周期波TR1与输入信号为零(AC振幅为0)时所产生的第一中继脉宽调制信号MS1的占空比为50％。如图8的(a)所示，在本实施例中，第二线性周期波TR2的共模位准为第一共模位准Vcm1，使得根据第二线性周期波TR2与输入信号为零(AC振幅为0)时所产生的第二中继脉宽调制信号MS2在闲置时的占空比为50％。在一些实施例中，第二线性周期波TR2的共模位准为第二共模位准Vcm2，且第二共模位准Vcm2与输入信号VIN的共模位准之间具有不为0的共模偏移量Vos。如图8的(b)所示，在本实施例中，共模偏移量Vos为一正值，使得根据第二线性周期波TR2与输入信号为零(AC振幅为0，亦即闲置)时所产生的第二中继脉宽调制信号MS2在闲置时的占空比小于50％；又如图8的(c)所示，在本实施例中，共模偏移量Vos为一负值，使得根据第二线性周期波TR2与输入信号为零(AC振幅为0)时所产生的第二中继脉宽调制信号MS2在闲置时的占空比大于50％。

请参照图9，图9是本发明的另一些实施例中，第一线性周期波TR1与第二线性周期波TR2的波形比较图。在一些实施例中，第二线性周期波TR2的频率为第一线性周期波TR1的频率的X倍，其中X为大于或等于1的一有理数。如图9的(a)-(d)所示，在一些实施例中，第二线性周期波TR2的频率为第一线性周期波TR1的频率的2倍。如图9的(e)所示，在本实施例中，第二线性周期波TR2的频率为第一线性周期波TR1的频率的3/2倍。

在一些实施例中，第一线性周期波TR1与第二线性周期波TR2之间具有不为0的一预设相位差。如图9的(b)所示，在本实施例中，第一线性周期波TR1与第二线性周期波TR2之间的预设相位差为2π*(1/6)。如图9的(d)所示，在本实施例中，第一线性周期波TR1与第二线性周期波TR2之间的预设相位差为2π*k，其中k为一有理数。

在一些实施例中，第一线性周期波TR1的振幅为第二线性周期波TR2的振幅的Y倍，其中Y为大于1的一非整数。如图9的(a)-(d)所示，在这些实施例中，第一线性周期波TR1的振幅为第二线性周期波TR2的振幅的2倍。如图9的(e)所示，在本实施例中，第一线性周期波TR1的振幅为第二线性周期波TR2的振幅的3/2倍。

请参照图10，图10是本发明的一实施例中，脉冲宽度调制电路110A、110B的信号波形图，其中本实施例的第一线性周期波TR1及第二线性周期波TR2是对应图8的(c)中的三角波信号，脉冲宽度调制电路110A根据输入信号VINP与第一线性周期波TR1而产生第一中继脉宽调制信号MS1，脉冲宽度调制电路110B根据输入信号VINP与第二线性周期波TR2而产生第二中继脉宽调制信号MS2，其中第一中继脉宽调制信号MS1在闲置时的占空比为50％。如图10所示，输入信号VINP的共模位准与第一线性周期波TR1的共模位准为第一共模位准Vcm1，第二线性周期波TR2的共模位准为第二共模位准Vcm2，其中第一共模位准Vcm1与第二共模位准Vcm2之间相差共模偏移量Vos，且共模偏移量Vos相关于一轻载阈值。在本实施例中，由于共模偏移量Vos为一负值，因此根据第二线性周期波TR2所产生的第二中继脉宽调制信号MS2在闲置时(如周期T4所示)的占空比大于50％。

请参照图11A及图11B，图11A及图11B是本发明的一实施例中，D类放大器100、200的信号波形图，其中图11B为图11A的放大图(zoom in)。如图11A所示，当输入信号VIN的位准低于轻载阈值Vthl时，输入信号VIN处于轻载状态且轻载指示信号POI处于所述使能状态(以本实施例来说，所述使能状态为一高电位状态)，此时输出脉宽调制信号VLX的振幅为轻载供应电压VL的值，亦即，此时输出脉宽调制信号VLX于轻载供应电压VL与0之间切换；当输入信号VIN的位准高于轻载阈值Vthl时，输入信号VIN处于重载状态且轻载指示信号POI处于所述禁止状态(以本实施例来说，所述禁止状态为一低电位状态)，此时输出脉宽调制信号VLX的振幅为重载供应电压VH的值，亦即，此时输出脉宽调制信号VLX于重载供应电压VH与0之间切换。输出信号VOUT为输出脉宽调制信号VLX经输出电感器Lout与输出电容器Cout滤波后的波形。如图11B所示，在一些实施例中，输入信号VIN的值为0时，输出脉宽调制信号VLX的占空比不为50％。以本实施例来说，输入信号VIN的值为0时，输出脉宽调制信号VLX的占空比为25％。

在一些实施例中，输入信号VIN的位准高于轻载阈值Vthl时的输出脉宽调制信号VLX的振幅大于当输入信号VIN的位准低于轻载阈值Vthl时的输出脉宽调制信号VLX的振幅。在另一些实施例中，输入信号VIN的位准高于轻载阈值Vthl时的输出脉宽调制信号VLX(以下称重载脉宽信号)的振幅为当输入信号VIN的位准低于轻载阈值Vthl时的输出脉宽调制信号VLX(以下称轻载脉宽信号)的振幅的Z倍，其中Z为大于1的一非整数。以图11A为例，重载脉宽信号的振幅为重载供应电压VH的位准，例如为12伏特；轻载脉宽信号的振幅为轻载供应电压VL的位准，例如为1.8伏特，因此重载脉宽信号的振幅大于轻载脉宽信号的振幅，且重载脉宽信号的振幅为轻载脉宽信号的振幅的20/3倍。

综上所述，本发明的脉冲宽度调制方法通过调整线性周期波的共模偏移量等特征以产生具有不同占空比的中继脉宽调制信号，进而产生具有适应性的一输出脉宽调制信号，使得所述输出脉宽调制信号在闲置时的占空比不等于50％以产生较小的闲置电流，进而降低功率损耗。再者，本发明的脉冲宽度调制方法也可以适应性调整所述输出脉宽调制信号的切换频率与振幅，使得所述输出脉宽调制信号的切换频率在轻载与重载时得以适应性调整，例如于轻载时提高切换频率或及或降低振幅，以降低涟波电流，或于重载时降低切换频率或提高振幅，进而降低功率损耗，提高转换效率。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (13)

1.一种脉冲宽度调制方法，用以将一输入信号转换为对应的一输出脉宽调制信号，包含：

产生一第一线性周期波及一第二线性周期波，该第一线性周期波的振幅大于该第二线性周期波的振幅，其中该第一线性周期波及该第二线性周期波为一三角波或一锯齿波；

判断该输入信号的位准是否低于一轻载阈值；

当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第二线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号；以及

当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，根据该输入信号与该第一线性周期波的比较而产生该输出脉宽调制信号；

其中，该第二线性周期波的共模位准与该输入信号的共模位准之间具有不为0的一共模偏移量，使得当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，该输出脉宽调制信号的方均根功率小于当该共模偏移量为0时所对应的该输出脉宽调制信号的方均根功率。

2.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，还包括：

比较该输入信号与该第一线性周期波而产生一第一中继脉宽调制信号，并比较该输入信号与该第二线性周期波而产生一第二中继脉宽调制信号；

当该输入信号的位准低于该时轻载阈值，根据该第二中继脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号；以及

当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，根据该第一中继脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号。

3.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，还包括：

当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，选择该第一线性周期波作为一选择线性周期波；

当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，选择该第二线性周期波作为该选择线性周期波；以及

比较该输入信号与该选择线性周期波而产生一选择脉宽调制信号，进而根据该选择脉宽调制信号而产生该输出脉宽调制信号。

4.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，当该输入信号的值为0时，该输出脉宽调制信号的占空比不为50％。

5.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，该第二线性周期波的频率为该第一线性周期波的频率的X倍，其中该X为大于或等于1的一有理数。

6.如权利要求5所述的脉冲宽度调制方法，其中，该X为大于1的一非整数。

7.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，该第一线性周期波与该第二线性周期波之间具有不为0的一预设相位差。

8.如权利要求7所述的脉冲宽度调制方法，其中，该预设相位差为2π与一有理数的乘积。

9.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，该第一线性周期波的振幅为该第二线性周期波的振幅的Y倍，其中该Y为大于1的一非整数。

10.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，当该输入信号的位准高于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅大于当该输入信号的位准低于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅。

11.如权利要求10所述的脉冲宽度调制方法，其中，还用以控制一功率级电路产生该输出脉宽调制信号，其中该功率级电路包括多个开关，该多个开关包括一第一开关、一第二开关及一第三开关，其中该第一开关耦接于一轻载供应电压及一切换节点之间，该第二开关耦接于一重载供应电压及该切换节点之间，该第三开关耦接于该切换节点与一接地电位之间，其中该重载供应电压高于该轻载供应电压；

其中，当该输入信号的位准低于该轻载阈值时，该功率级电路根据该输入信号与该第二线性周期波的比较，以控制该第一开关与该第三开关周期性互补切换而于该切换节点产生该输出脉宽调制信号，其中该输出脉宽调制信号于该轻载供应电压与该接地电位之间切换；

当该输入信号的位准高于该轻载阈值时，该功率级电路根据该输入信号与该第一线性周期波的比较，以控制该第二开关与该第三开关周期性互补切换而于该切换节点产生该输出脉宽调制信号，其中该输出脉宽调制信号于该重载供应电压与该接地电位之间切换。

12.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，当该输入信号的位准高于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅为当该输入信号的位准低于该轻载阈值时的该输出脉宽调制信号的振幅的Z倍，其中该Z为大于1的一非整数。

13.如权利要求1所述的脉冲宽度调制方法，其中，判断该输入信号的位准是否低于该轻载阈值的步骤包括：

比较一偏移线性周期波与该输入信号而产生一偏移脉宽调制信号，其中该偏移线性周期波是将该第一线性周期波叠加不为0的一共模偏移量而得，该共模偏移量相关于该轻载阈值；以及

根据该偏移线性周期波的一操作周期而周期性地判断该偏移脉宽调制信号的同相子信号与该偏移脉宽调制信号的反相子信号，于前一操作周期内是否都具有一脉冲，进而判断该输入信号的位准是否低于该轻载阈值；

其中，该输入信号的同相子信号与该输入信号的反相子信号彼此互补，该偏移脉宽调制信号的同相子信号是比较该偏移线性周期波与该输入信号的同相子信号而得，该偏移脉宽调制信号的反相子信号是比较该偏移线性周期波与该输入信号的反相子信号而得。

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