CN1290260C - 调整pwm信号的频率与占空比的pwm缓冲电路 - Google Patents

Abstract

一种PWM缓冲电路，包含一占空比转换电路与一固定频率PWM信号产生电路。占空比转换电路系用以接收一第一PWM信号，然后基于该第一PWM信号的一第一占空比而产生一占空比参考电压。占空比参考电压为第一占空比的一对一映像函数。固定频率PWM信号产生电路系用以接收该占空比参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二PWM信号。第二PWM信号的一第二占空比系基于占空比参考电压而决定。此外，第二占空比为占空比参考电压的一对一映像函数。

Description

调整PWM信号的频率与占空比的PWM缓冲电路

技术领域

本发明是关于一种应用于脉宽调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号的缓冲电路，尤其关于一种用以调整PWM信号的频率与占空比(Duty Cycle)的PWM缓冲电路。

背景技术

近年来，散热风扇马达的速度的控制方式主要系利用脉宽调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号加以达成。图1显示使用现有PWM控制方法的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。参照图1，PWM信号产生单元10输出一PWM信号S1至驱动电路11。基于PWM信号S1，驱动电路11输出一驱动信号A至风扇马达12，藉以控制风扇马达12的速度。具体而言，PWM信号S1的一信号特征为所谓的占空比，亦即PWM信号S1的脉冲宽度与周期的比率。兹假设在图1中PWM信号S1的占空比由符号D1所表示。在前述现有的PWM控制方法中，当PWM信号S1的占空比D1为相对大时，从驱动电路11所输出的驱动信号A可使风扇马达12以相对高的速度运转；而当PWM信号S1的占空比D1为相对小时，从驱动电路11所输出的驱动信号A可使风扇马达12以相对低的速度运转。

现有的PWM控制方法具有至少两项缺点。第一项缺点是所利用的PWM信号S1的频率必须为相对高，例如高于10kHz。当PWM信号S1的频率低于10kHz时，风扇马达12的操作会受到由开关噪声(Switching Noise)所造成的不良影响。第二项缺点是所利用的PWM信号S1的占空比D1必须限制在30％至85％的范围间，藉以确保驱动电路11与风扇马达12的可由PWM信号S1适当地控制。

发明内容

有鉴于前述问题，本发明的一目的在于提供一种PWM缓冲电路，设置于风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大身为控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围。

本发明的一目的在于提供一种PWM缓冲电路，设置于风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大身为控制信号的PWM信号的可应用的占空比的范围。

依据本发明的一态样，提供一种PWM缓冲电路，包含一占空比转换电路与一固定频率PWM信号产生电路。占空比转换电路系用以接收一第一PWM信号，然后基于该第一PWM信号的一第一占空比而产生一占空比参考电压。占空比参考电压为第一占空比的一对一映像函数。固定频率PWM信号产生电路系用以接收占空比参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二PWM信号。第二PWM信号的一第二占空比系基于占空比参考电压而决定，并且第二占空比为占空比参考电压的一对一映像函数。

依据本发明的另一态样，提供一种风扇马达的速度控制电路，包含一PWM信号产生单元、一PWM缓冲电路、一驱动电路、以及一风扇马达。PWM信号产生单元系用以产生具有一第一占空比的一第一PWM信号。PWM缓冲电路系耦合于PWM信号产生单元，用以将第一PWM信号转换成具有一固定频率与一第二占空比的一第二PWM信号。驱动电路系耦合于PWM缓冲电路，用以基于第二PWM信号而输出一驱动信号。风扇马达系耦合于驱动电路，其速度由驱动信号所控制。

在本发明的一较佳实施例中，可使第一PWM信号的频率大于30Hz且第一占空比位于5％至95％的范围间。因此，依据本发明的PWM缓冲电路可设置于风扇马达的速度的控制电路中，用以扩大控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围，并且扩大控制信号的PWM信号的可应用的占空比的范围。

附图说明

图1显示使用现有PWM控制方法的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。

图2显示设置有依据本发明的PWM缓冲电路的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。

图3显示依据本发明的PWM缓冲电路的详细电路区块图。

图4(a)显示占空比参考电压V1为PWM信号S1的占空比D1的一对一映像函数。

图4(b)显示PWM信号S2的占空比D2为占空比参考电压V1的一对一映像函数。

图5显示依据本发明的PWM缓冲电路的具体电路组态的一例子。

具体实施方式

下文中的说明与附图将使本发明的前述与其它目的、特征、与优点更明显。兹将参照图示详细说明依据本发明的较佳实施例。

图2显示设置有依据本发明的PWM缓冲电路20的风扇马达的速度控制电路的电路区块图。参照图2，本发明不同于图1所示的现有技艺之处在于本发明设置一PWM缓冲电路20于PWM信号产生单元10与驱动电路11间，使得从PWM信号产生单元10所输出的PWM信号S1经由PWM缓冲电路20转换成PWM信号S2之后才输入至驱动电路11。随后，基于PWM信号S2，驱动电路11输出一驱动信号B至风扇马达12。

具体言之，PWM缓冲电路20使具有占空比D1与频率F1的PWM信号S1转换成具有占空比D2与频率F2的PWM信号S2。在本发明中，PWM信号S2的占空比D2与频率F2系设计成位于可在不造成开关噪声的情况下确保风扇马达的速度受到适当的控制的数值范围内。因而，借着此种组态，即使PWM信号S1的占空比D1与频率F1并非位于可使风扇马达执行适当操作的应用范围内，由于驱动电路11系接收经过PWM缓冲电路20转换的PWM信号S2，故仍可在不造成开关噪声的情况下确保风扇马达12的速度受到适当的控制。换言之，依据本发明的PWM缓冲电路20设置于风扇马达的速度控制电路中，达成扩大控制信号的PWM信号的可应用的频率的范围，并且扩大控制信号的PWM信号的可应用的占空比的范围。

在图1所示的现有的PWM控制方法中，PWM信号S1的频率必须高于10kHz并且占空比D1必须限制在30％至85％的范围之内。在本发明的一实施例中，PWM缓冲电路20可使具有频率大于30Hz且占空比在5％至95％的范围间的PWM信号S1转换成具有频率F2大于10kHz的PWM信号S2。因此，借着依据本发明的PWM缓冲电路20，PWM信号S1的可应用的频率的范围扩大成大于30Hz且可应用的占空比的范围扩大成5％至95％的范围间。

图3显示依据本发明的PWM缓冲电路20的详细电路区块图。参照图3，PWM缓冲电路20包括一占空比转换电路21与一固定频率PWM信号产生电路22。具体言之，占空比转换电路21接收PWM信号S1，然后基于PWM信号S1的占空比D1而产生一占空比参考电压V1。换言之，占空比参考电压V1为PWM信号S1的占空比D1的一对一映像函数(one-to-one mapping function)，如图4(a)所示。固定频率PWM信号产生电路22接收占空比参考电压V1，然后基于占空比参考电压V1而决定PWM信号S2的占空比D2。换言之，PWM信号S2的占空比D2为占空比参考电压V1的一对一映像函数，如图4(b)所示。综上所述，为了将占空比D1转换成占空比D2，PWM缓冲电路20于第一阶段时先利用占空比转换电路21将占空比D1转换成占空比参考电压V1，随后于第二阶段时利用固定频率PWM信号产生电路22将占空比参考电压V1转换成占空比D2。

此外，不论占空比参考电压V1的大小，固定频率PWM信号产生电路22仅产生具有一固定频率的PWM信号S2。因此可将固定频率PWM信号产生电路22设计成输出具有频率F2的PWM信号S2，其中频率F2系足够大藉以避免开关噪声的产生。

在本发明的一实施例中，固定频率PWM信号产生电路22得由一微芯片控制单元(Microchip Control Unit)加以实施，其中该微芯片控制单元系经由软件程序的设定而执行前述依据本发明的功能。在本发明的另一实施例中，固定频率PWM信号产生电路22包括有一频率控制器23与一PWM信号产生器24，如图3所示。具体言之，频率控制器23提供一频率控制信号FC，用以决定PWM信号产生器24所产生的PWM信号S2的频率。基于从占空比转换电路21而来的占空比参考电压V1以及从频率控制器23而来的频率控制信号FC，PWM信号产生器24产生具有占空比D2与频率F2的PWM信号S2。

图5显示依据本发明的PWM缓冲电路20的具体电路组态的一例子。参照图5，占空比转换电路21包括一晶体管Q1、多个电阻R1至R5、一个二极管Dd1、一电容C1、以及一操作放大器OA1。频率控制器23包括多个电阻R6至R8、一电容C2、以及一操作放大器OA2。PWM信号产生器24包括一操作放大器OA3以及一电阻R9。

具体言之，晶体管Q1的栅极用以接收PWM信号S1、其漏级经由电阻R1而耦合至一电压源VDD、且其源极接地。二极管Dd1的P极电连接于晶体管Q1的漏级，且其N极电连接于操作放大器OA1的非反相(Non-inverting)输入端。电阻R2与电容C1皆电连接于二极管Dd1的N极与地面间。电阻R3电连接于操作放大器OA1的反相(Inverting)输入端与地面间。电阻R4电连接于操作放大器OA1的输出端与地面间。操作放大器OA1的输出端经由电阻R5而输出占空比参考电压V1至操作放大器OA3的非反相输入端。

电阻R6电连接于操作放大器OA2的反相输入端与地面间。电阻R7电连接于操作放大器OA2的反相输入端与输出端间。电容C2电连接于操作放大器OA2的非反相输入端与地面间。电阻R8电连接于操作放大器OA2的非反相输入端与输出端间。藉此组态，操作放大器OA2的输出端经由电阻R8而输出频率控制信号FC至操作放大器OA3的非反相输入端。在图5所示的例子中，频率控制信号FC为具有频率f的三角波连续信号，其中：

$f=\frac{1}{2R_8{C}_2\ln (1+2\frac{R_6}{R_7})}.$

响应于在操作放大器OA3的非反相输入端所接收的占空比参考电压V1以及在操作放大器OA3的反相输入端所接收的频率控制信号FC，操作放大器OA3的输出端经由电阻R9输出PWM信号S2。具体言之，操作放大器OA3作用如同一电压比较器，使得当占空比参考电压V1大于频率控制信号FC的电压电平时，操作放大器OA3输出PWM信号S2的高电平状态，而当占空比参考电压V1小于频率控制信号FC的电压电平时，操作放大器OA3输出PWM信号S2的低电平状态。借着此种方式，PWM信号产生器24将占空比参考电压V1转换成占空比D2。此外，PWM信号产生器24所产生的PWM信号S2的频率F2等于频率控制信号FC的频率f。

虽然本发明业已藉由较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为：本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于熟习此项技艺的人士而言系明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利范围的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。

Claims (12)

1.一种脉宽调变缓冲电路，其特征在于：所述电路包含：

一占空比转换电路，用以接收一第一PWM信号，然后基于该第一PWM信号的一第一占空比而产生一占空比参考电压，其中该占空比参考电压为该第一占空比的一对一映像函数，以及

一固定频率PWM信号产生电路，耦合于占空比转换电路，该用以接收该占空比参考电压，然后输出具有一固定频率的一第二PWM信号，其中该第二PWM信号的一第二占空比系基于该占空比参考电压而决定，并且该第二占空比为该占空比参考电压的一对一映像函数。

2.如权利要求1所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该占空比转换电路包括：

一晶体管，其栅极用以接收该第一脉宽调变信号且其源极接地；

一第一电阻，连接于该晶体管的漏级与一电压源VDD间；

一个二极管，其P极电连接于该晶体管的该漏级；

一第二电阻，连接于该二极管的N极与地面间；

一第一电容，连接于该二极管的N极与地面间；

一第一操作放大器，其非反相输入端连接于该二极管的N极；

一第三电阻，连接于该第一操作放大器的反相输入端与地面间；

一电四电阻，连接于该第一操作放大器的反相输入端与该第一操作放大器的输出端间；以及

一第五电阻，连接于该第一操作放大器的该输出端与该固定频率脉宽调变信号产生电路间。

3.如权利要求1所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该固定频率脉宽调变信号产生电路系由一微芯片控制单元经由软件程序的设定而加以实施。

4.如权利要求1所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该固定频率脉宽调变信号产生电路包括：

一频率控制器，提供一频率控制信号，用以决定该第二脉宽调变信号的该固定频率，以及

一脉宽调变信号产生器，耦合于该占空比转换电路与该频率控制器，响应于该占空比参考电压与该频率控制信号而产生该第二脉宽调变信号。

5.如权利要求4所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该频率控制器包括：

一第二操作放大器，具有一非反相输入端、一反相输入端、与一输出端；

一第六电阻，连接于该第二操作放大器的该反相输入端与地面间；

一第七电阻，连接于该第二操作放大器的该反相输入端与该输出端间；

一第二电容，连接于该第二操作放大器的该非反相输入端与地面间；以及

一第八电阻，连接于该第二操作放大器的该非反相输入端与该输出端间。

6.如权利要求4所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该脉宽调变信号产生器包括：

一第三操作放大器，其非反相输入端连接于该占空比转换电路以接收该占空比参考电压，且其反相输入端连接于该频率控制器以接收该频率控制信号，以及

一第九电阻，其一端连接于该第三操作放大器的输出端使得该第二脉宽调变信号经由该第九电阻的另一端而输出。

7.如权利要求4所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该频率控制信号系一个三角波连续信号。

8.如权利要求1所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该第一脉宽调变信号的频率系大于30Hz且该第一占空比系位于5％至95％的范围间。

9.如权利要求1所述的脉宽调变缓冲电路，其特征在于：该第二脉宽调变信号的该固定频率系大于10kHz。

10.一种风扇马达的速度控制电路，其特征在于：所述电路包含：

一脉宽调变信号产生单元，用以产生一第一脉宽调变信号，该第一脉宽调变信号具有一第一占空比；

一脉宽调变缓冲电路，耦合于该脉宽调变信号产生单元，用以将该第一脉宽调变信号转换成一第二脉宽调变信号，该第二脉宽调变信号具有一固定频率与一第二占空比；以及

一驱动电路，耦合于该脉宽调变缓冲电路，用以基于该第二脉宽调变信号而输出一驱动信号至一风扇马达，藉以控制该风扇马达的速度。

11.如权利要求10所述的风扇马达的速度控制电路，其特征在于：该脉宽调变缓冲电路包括：

一占空比转换电路，用以接收该第一脉宽调变信号，然后基于该第一脉宽调变信号的该第一占空比而产生一占空比参考电压，其中该占空比参考电压为该第一占空比的一对一映像函数，以及

一固定频率脉宽调变信号产生电路，耦合于占空比转换电路，用以接收该占空比参考电压，然后输出该第二脉宽调变信号，其中该第二脉宽调变信号的该第二占空比系基于该占空比参考电压而决定，并且该第二占空比为该占空比参考电压的一对一映像函数。

12.如权利要求10所述的风扇马达的速度控制电路，其特征在于：该固定频率脉宽调变信号产生电路包括：

一频率控制器，提供一频率控制信号，用以决定该第二脉宽调变信号的该固定频率，以及

一脉宽调变信号产生器，耦合于该占空比转换电路与该频率控制器，响应于该占空比参考电压与该频率控制信号而产生该第二脉宽调变信号。

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