TWM594312U - 脈衝寬度調變信號產生電路 - Google Patents

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TWM594312U
TWM594312U TW108213814U TW108213814U TWM594312U TW M594312 U TWM594312 U TW M594312U TW 108213814 U TW108213814 U TW 108213814U TW 108213814 U TW108213814 U TW 108213814U TW M594312 U TWM594312 U TW M594312U
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張志廉
李佳蒨
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力智電子股份有限公司
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Abstract

本創作揭露一種脈衝寬度調變信號產生電路，包括第一信號產生器、輸出端、第一電壓產生電路以及第二電壓產生電路。第一信號產生器提供第一信號。第一電壓產生電路包括分壓電路且耦接第一信號產生器與輸出端，依據第一信號與分壓電路提供第一預設電壓至輸出端。第二電壓產生電路耦接第一信號產生器與輸出端，且依據第一信號提供第二預設電壓至輸出端。第一預設電壓比第二預設電壓先提供至輸出端，且第一預設電壓持續提供預設時間後，第一預設電壓產生電路停止提供第一預設電壓。

Description

脈衝寬度調變信號產生電路
本創作一般係關於脈衝寬度調變信號產生電路，具體而言，本創作係關於可提供兩種不同高位準電壓的脈衝寬度調變信號的脈衝寬度調變信號產生電路。
現有技術的電源供應器，為配合不同的驅動器的應用，控制器需支援高位準電壓為3.3V或5V的兩種脈衝寬度調變信號的輸出，現有技術的控制器若要同時達到能輸出上述二種高位準電壓的輸出，通常需要新增接腳從外部引用不同的電源，如圖1所示。圖1是現有技術的電源供應器，如圖1所示，在脈衝頻寬調變(Pulse Width Modulation，以下簡稱PWM)產生器11包括脈衝頻寬調變邏輯電路111及輸出級112，脈衝頻寬調變邏輯電路111提供信號PONB至輸出級112，以讓輸出級112藉由輸出端Q提供PWM信號給驅動器或驅動器金氧半電晶體(Driver-MOSFET, DrMOS)。而輸出級112若要提供3.3V的電壓，則需額外的接腳連接3.3V的外部電壓。而若直接利用線性穩壓器(Low-dropout regulator，以下簡稱LDO)或其他降壓電路將5V工作電壓VDD轉為3.3V的PWM輸出電壓，需要大量的額外面積，且此結構需透過緩 衝器(buffer)固定PWM的高位準電壓會導致PWM波形轉態過慢，不利高頻切換的應用。
本創作之一目的在於提供一種脈衝寬度調變信號產生電路，其可提供3.3V及5V兩種不同高位準電壓的脈衝寬度調變信號。
於一實施例，本創作之脈衝寬度調變信號產生電路，包括：第一信號產生器，提供第一信號；輸出端；第一電壓產生電路，包括分壓電路且耦接第一信號產生器與輸出端，依據第一信號與分壓電路提供第一預設電壓至輸出端；以及第二電壓產生電路，耦接第一信號產生器與輸出端，且依據第一信號提供第二預設電壓至輸出端。在第一信號的一個信號週期中，第一預設電壓比第二預設電壓先提供至輸出端，且第一預設電壓持續提供一段預設時間後，第一預設電壓產生電路停止提供第一預設電壓。
於一實施例，第一預設電壓的值等於預設時間後的第二預設電壓的值。
於一實施例，第一電壓產生電路還包括脈波產生器，脈波產生器接收第一信號以致能分壓電路並持續該段預設時間。
於一實施例，第二電壓產生電路還包括箝位電路，箝位電路包括運算放大器及第一電晶體，以產生第二預設電壓。
於一實施例，第二電壓產生電路還包括源極隨耦電路，源極隨耦電路包括第一開關及與第一電晶體匹配的第二電晶體，第二電晶體的控制端耦接運算放大器的輸出端，第一開關耦接第二電晶體，接收第一信號以控制第二電壓的輸出。
於一實施例，脈衝寬度調變信號產生電路還包括第二輸出級及第二信號產生器，源極隨耦電路耦接第二輸出級及第二信號產生器，並根據第二信號產生器提供的第二信號輸出第二預設電壓至第二輸出級。
相較於習知技術，本創作的脈衝寬度調變信號產生電路可提供3.3V(第一預設電壓及/或第二預設電壓)及5V(工作電壓)兩種不同高位準電壓的脈衝寬度調變信號給驅動器，且不用額外的電源接腳或額外的電源供應電路，成本較低。另一方面，本創作產生的脈衝寬度調變信號可快速轉態，符合高頻應用的趨勢。
圖2是根據本創作一實施例的脈衝寬度調變信號產生電路示意圖。如圖2所示，本創作的脈衝寬度調變信號產生電路包括：第一信號產生器21、輸出端Q、第一電壓產生電路221以及第二電壓產生電路23。第一信號產生器21提供第一信號PON1，第一信號產生器21為脈衝寬度邏輯電路。第一電壓產生電路221包括分壓電路2211耦接第一信號產生器21與輸出端Q，且依據第一信號PON1與分壓電路2211提供第一預設電壓V1至輸出端Q。第二電壓產生電路23耦接第一信號產生器222與輸出端Q，且依據第一信號PON1提供第二預設電壓V2至輸出端Q。此外，第一預設電壓V1比第二預設電壓V2先提供至輸出端Q，且第一預設電壓V1持續提供預設時間後，第一電壓產生電路222停止提供第一預設電壓V1。
第一電壓產生電路221包括脈波產生器2212及分壓電路2211，脈波產生器2212耦接第一信號產生器21，接收第一信號PON1以致能分壓電路2211一段預設時間。分壓電路2211耦接於工作電壓V DD及接地電壓之間，用以產生第一預設電壓V1。第一電壓產生電路221更包括第一切換元件M1及第二切換元件M2，且分壓電路2211設置於第一切換元件M1及第二切換元件M2之間。第一切換元件M1及第二切換元件M2的控制端耦接脈波產生器2212，根據脈波信號PG3V、PG3VB控制第一預設電壓V1的持續時間。於本實施例，第一電壓產生電路221與第三切換元件M3、第四切換元件M4組成第一輸出級22。
第三切換元件M3的目的在於可使輸出端Q提供高位準電壓為工作電壓V DD的脈衝寬度調變信號。當輸出端Q需要提供高位準電壓為V DD的脈衝寬度調變信號時，則透過例如熔絲熔斷的方式啟用第三切換元件M3且禁用第一電壓產生電路221及第二電壓產生電路23。
第二電壓產生電路23包括由運算放大器2311與第一電晶體P1構成的箝位電路231，以產生第二預設電壓V2。第二電壓產生電路23還包括源極隨耦電路(source follower)232，耦接於運算放大器2311與輸出端Q之間，根據第一信號PON1輸出第二預設電壓V2。源極隨耦電路232還耦接第二輸出級24及第二信號產生器25，根據第二信號產生器25提供的第二信號PON2輸出第二預設電壓V2至第二輸出級24。
源極隨耦電路232包括第一開關2321及與第一電晶體P1匹配的第二電晶體P2，第一開關2321耦接第二電晶體P2，接收第一信號PON1以控制第二電壓V2的輸出。第二電晶體P2的控制端P21耦接運算放大器2311的輸出端，因為第二電晶體P2與第一電晶體P1匹配，其閘極均耦接運算放大器2311的輸出端，且其一端均耦接工作電壓VDD，在兩端電壓被固定的情況下，另一端也會產生相同的第二預設電壓V2。
在多相應用中，源極隨耦電路232還可耦接第二輸出級24及第二信號產生器25，用以產生另一相的脈衝寬度調變信號。第二信號產生器25為另一相的脈衝寬度調變邏輯電路，源極隨耦電路232根據第二信號產生器25提供的第二信號PON2輸出該第二預設電壓V2至該第二輸出級24，用以產生另一相的脈衝寬度調變信號。第二輸出級24的內容及操作可與第一輸出級22相同，在此不多贅述。
圖3是根據本創作一實施例的信號波形示意圖。請參照圖2及圖3，當第一信號PON1轉為高位準時(HIGH)，脈波產生器2212將被觸發產生一對方波信號PG3V及PG3VB，導通分壓電路221與工作電壓VDD及接地電壓的通路，以透過電阻分壓的方式產生第一預設電壓V1，快速將輸出端Q的信號拉至電壓高位準，即第一預設電壓V1。於此同時，第二電壓產生電路23中的第一開關2321接收第一信號PON1而導通，連接電晶體P2與工作電壓VDD，使得第二電壓產生電路23於輸出端Q的輸出電壓開始拉抬。在方波信號PG3V及PG3VB的持續時間內，輸出端Q的信號的位準已拉至3.3V(第一預設電壓V1)，且繼續以第一預設電壓V1作為輸出端Q的信號。而在方波信號PG3V及PG3VB的持續時間結束後，第二電壓產生電路23於輸出端Q的輸出電壓已拉抬至第二預設電壓V2的準位，此時第一預設電壓V1供應中斷，改由第二電壓產生電路輸出的電壓位準(第二預設電壓V2)繼續維持輸出端Q的電壓的位準。實務上，在兩個預設電壓的交接期間，輸出端Q的電壓位準可能會產生小幅度的抖動(ripper)。
本創作的脈衝寬度調變信號產生電路透過脈波信號致能分壓電路，將工作電壓分壓成較低的電位，以在脈衝寬度調變信號由低位準轉高位準時快速將電壓拉至所需的位準。由於分壓電路耗電流較大，故再透過第二電壓產生電路接續固定住電壓，以保持脈衝寬度調變信號的高位準電壓的穩定。
本創作的脈衝寬度調變信號產生電路，在脈衝寬度調變信號的高位準電壓為5V的工作電壓位準時，啟用輸出級中連接工作電壓與輸出端的切換元件，並禁用第一電壓產生電路及第二電壓產生電路。在脈衝寬度調變信號的高位準電壓為3.3V的電壓位準時，則利用轉態速度快的第一電壓產生電路搭配耗能較低的第二電壓產生電路，從5V的工作電壓中產生3.3V高位準信號，讓脈衝寬度調變信號的轉態耗電流與轉態速度皆在容許範圍內，不需要額外接腳連接3.3V電源或額外的電源供應電路。
再者，本創作於多相應用中，可透過源極隨耦電路連接多個相位，僅需一個第二電壓產生電路即可支援多組脈衝寬度調變信號的輸出，大幅節省電路面積。
已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本創作之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本創作之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本創作之範圍內。
11:脈衝寬度調變信號產生器
111:脈衝寬度調變信號邏輯電路
112:輸出級
21:第一信號產生器
22:第一輸出級
221:第一電壓產生電路
2211:分壓電路
2212:脈波產生器
M1、M2、M3、M4:切換元件
23:第二電壓產生電路
231:箝位電路
2311:運算放大器
232:源極隨耦電路
2321:開關
P1、P2:電晶體
PON1、PON2、PG3V、PG3VB、PONB:信號
V1、V2、VDD:電壓
24:第二輸出級
25:第二信號產生器
Q:輸出端
P21:控制端
R1、R2:電阻
21:第一信號產生器
22:第一輸出級
221:第一電壓產生電路
2211:分壓電路
2212:脈波產生器
M1、M2、M3、M4:切換元件
23:第二電壓產生電路
231:箝位電路
2311:運算放大器
232:源極隨耦電路
2321:開關
P1、P2:電晶體
PON1、PON2、PG3V、PG3VB:信號
V1、V2、VDD:電壓
24:第二輸出級
R1、R2:電阻
25:第二信號產生器
Q:輸出端
P21:控制端

Claims (6)

  1. 一種脈衝寬度調變信號產生電路，包括：一第一信號產生器，提供一第一信號；一輸出端；一第一電壓產生電路，包括一分壓電路且耦接該第一信號產生器與該輸出端，依據該第一信號與該分壓電路提供一第一預設電壓至該輸出端；以及一第二電壓產生電路，耦接該第一信號產生器與該輸出端，且依據該第一信號提供一第二預設電壓至該輸出端，其中該第一預設電壓比該第二預設電壓先提供至該輸出端，且該第一預設電壓持續提供一段預設時間後，該第一預設電壓產生電路停止提供該第一預設電壓。
  2. 如請求項1所述的脈衝寬度調變信號產生電路，其中該第一預設電壓的值等於該預設時間後的該第二預設電壓的值。
  3. 如請求項1所述的脈衝寬度調變信號產生電路，其中該第一電壓產生電路還包括一脈波產生器，該脈波產生器接收該第一信號以致能該分壓電路並持續該段預設時間。
  4. 如請求項1所述的脈衝寬度調變信號產生電路，其中該第二電壓產生電路還包括一箝位電路，該箝位電路包括一運算放大器及一第一電晶體，以產生該第二預設電壓。
  5. 如請求項4所述的脈衝寬度調變信號產生電路，其中該第二電壓產生電路還包括一源極隨耦電路，該源極隨耦電路包括一第一開關及與該第一電晶體匹配的一第二電晶體，該第二電晶體的控制端耦接該運算放大器的輸出 端，該第一開關耦接該第二電晶體，接收該第一信號以控制該第二電壓的輸出。
  6. 如請求項5所述的脈衝寬度調變信號產生電路，還包括一第二輸出級及一第二信號產生器，其中該源極隨耦電路耦接該第二輸出級及該第二信號產生器，並根據該第二信號產生器提供的一第二信號輸出該第二預設電壓至該第二輸出級。
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