本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及占空比檢測電路和占空比檢測方法。

背景技術(shù)：

脈沖寬度調(diào)制(pulsewidthmodulation,pwm)技術(shù)是利用微處理器提供的脈沖信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，目前被廣泛地應(yīng)用于功率控制與變換、測量以及通信等眾多領(lǐng)域中。

在pwm技術(shù)中，脈沖信號的占空比是脈沖信號的重要信息，因此需要設(shè)計電路對脈沖信號的占空比進行檢測。在傳統(tǒng)的針對脈沖信號的占空比檢測電路中，通常利用電阻-電容網(wǎng)絡(luò)對脈沖信號進行濾波以將脈沖信號還原為能夠表征脈沖信號的占空比的模擬信號。

圖1示出了傳統(tǒng)的占空比檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，傳統(tǒng)的占空比檢測電路100直接利用電阻r0和電容c0對脈沖信號vpwm進行濾波以得到輸出信號vout，從而時間將脈沖信號vpwm的占空比d轉(zhuǎn)換成的直流電壓的過程。然而，當(dāng)脈沖信號的頻率較低時，例如當(dāng)脈沖信號vpwm的頻率等于1khz時，電阻r0和電容c0產(chǎn)生的時間常數(shù)需要達到5ms級別，假設(shè)電壓r0的阻值取為5mω，那么電容c0的容值需要達到1nf，然而這種容值的電容無法集成到芯片內(nèi)部，需要將電容外置，同時對芯片增設(shè)額外的管腳以用于與外置電容相接，不僅提高了電路連接的復(fù)雜程度，還增大了占空比檢測電路的面積。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種占空比檢測電路和占空比檢測方法，能夠?qū)Φ皖l率的脈沖信號的占空比進行檢測而無需采用外置電容，從而得到用于表征被檢測的脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種針對脈沖信號的占空比檢測電路，其特征在于，包括：開關(guān)單元，其用于根據(jù)所述脈沖信號的電平狀態(tài)選擇第一電壓和第二電壓之一作為參考電壓；跨導(dǎo)放大器，與所述開關(guān)單元相連接，其用于根據(jù)所述參考電壓與輸出電壓的反饋信號之間的差值產(chǎn)生誤差電流；電容，與所述跨導(dǎo)放大器相連接，其用于對所述誤差電流積分以獲得積分電壓；以及輸出單元，與所述電容和所述跨導(dǎo)放大器相連接，其用于根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓和所述反饋信號，所述輸出電壓表征所述脈沖信號的占空比，所述反饋信號表征所述輸出電壓的大小。

優(yōu)選地，所述脈沖信號的電平狀態(tài)包括第一電平狀態(tài)和第二電平狀態(tài)，所述開關(guān)單元包括：第一開關(guān)，與所述跨導(dǎo)放大器相連接，其用于在所述脈沖信號為所述第一電平狀態(tài)時導(dǎo)通、在所述脈沖信號為所述第二電平狀態(tài)時關(guān)斷，所述第一開關(guān)的第一通路端接收所述第一電壓；第二開關(guān)，與所述跨導(dǎo)放大器相連接，其用于在所述脈沖信號為所述第二電平狀態(tài)時導(dǎo)通、在所述脈沖信號為所述第一電平狀態(tài)時關(guān)斷，所述第二開關(guān)的第一通路端接收所述第二電壓，所述第一開關(guān)的第二通路端和所述第二開關(guān)的第二通路端相連并提供所述參考電壓。

優(yōu)選地，所述第一電壓等于基準(zhǔn)電壓，所述第二電壓等于0。

優(yōu)選地，所述開關(guān)單元還包括反相器，所述第一開關(guān)的控制端和所述反相器的輸入端接收所述脈沖信號，所述反相器輸出所述脈沖信號的反相信號，所述第二開關(guān)的控制端與所述反相器的輸出端相連以接收所述反相信號。

優(yōu)選地，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)由晶體管實現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述反饋信號等于所述輸出電壓或等于所述輸出電壓與反饋系數(shù)的乘積，其中反饋系數(shù)大于1或小于1。

優(yōu)選地，所述跨導(dǎo)放大器的正相輸入端接收所述參考信號，所述跨導(dǎo)放大器的反相輸入端接收所述反饋信號，所述跨導(dǎo)放大器的輸出端提供所述誤差電流。

優(yōu)選地，所述電容的第一端與所述跨導(dǎo)放大器的輸出端相連以接收所述誤差電流并提供所述積分電壓，所述電容的第二端接地或接收設(shè)定電壓。

優(yōu)選地，所述輸出單元包括第二放大器，所述第二放大器用于按一定比例放大所述積分電壓并根據(jù)放大后的所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓。

優(yōu)選地，所述第二放大器還用于提供直流偏移量，放大后的所述積分電壓與所述直流偏移量之差等于所述輸出電壓。

優(yōu)選地，所述輸出單元包括：計數(shù)模塊，與所述電容相連接，其用于產(chǎn)生計數(shù)值，當(dāng)所述積分電壓上升一個單位量時，所述計數(shù)值加一，當(dāng)所述積分電壓降低一個所述單位量時，所述計數(shù)值減一；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，與所述計數(shù)模塊相連接，其用于根據(jù)所述計數(shù)值產(chǎn)生所述輸出電壓。

優(yōu)選地，所述輸出單元還包括復(fù)位模塊，所述復(fù)位模塊與所述電容相連接，所述復(fù)位模塊用于當(dāng)所述積分電壓上升至第三電壓時將所述積分電壓復(fù)位至復(fù)位電壓，并當(dāng)所述積分電壓下降至第四電壓時將所述積分電壓復(fù)位至所述復(fù)位電壓。

優(yōu)選地，所述單位量等于所述第三電壓與所述第四電壓之差的二分之一。

優(yōu)選地，所述復(fù)位電壓等于所述第三電壓和所述第四電壓的平均值。

優(yōu)選地，所述計數(shù)模塊包括：第一比較器，其正相輸入端與所述電容相連以接收所述積分電壓，其反相輸入端接收所述第三電壓，其輸出端提供第一觸發(fā)信號；第二比較器，其正相輸入端與所述電容相連以接收所述積分電壓，其反相輸入端接收所述第四電壓，其輸出端提供第二觸發(fā)信號；第一脈沖發(fā)生器，與所述第一比較器的輸出端相連以接收所述第一觸發(fā)信號，其用于根據(jù)所述第一觸發(fā)信號產(chǎn)生加法計數(shù)信號，當(dāng)所述第一觸發(fā)信號出現(xiàn)上升沿時，所述加法計數(shù)信號中出現(xiàn)有效脈沖；第二脈沖發(fā)生器，與所述第二比較器的輸出端相連以接收所述第二觸發(fā)信號，其用于根據(jù)所述第二觸發(fā)信號產(chǎn)生減法計數(shù)信號，當(dāng)所述第二觸發(fā)信號出現(xiàn)下降沿時，所述減法計數(shù)信號中出現(xiàn)有效脈沖；計數(shù)器，與所述第一脈沖發(fā)生器和所述第二脈沖發(fā)生器相連接以接收所述加法計數(shù)信號和所述減法計數(shù)信號，其用于提供所述計數(shù)值，并當(dāng)所述加法計數(shù)信號中出現(xiàn)有效脈沖時將所述計數(shù)值加一、當(dāng)所述減法計數(shù)信號中出現(xiàn)有效脈沖時將所述計數(shù)值減一。

優(yōu)選地，所述復(fù)位模塊包括：第三開關(guān)，其第一通路端接收所述復(fù)位電壓，其第二通路端與所述電容相連以控制所述積分電壓，其控制端與所述第一脈沖發(fā)生器相連以接收所述加法計數(shù)信號，當(dāng)所述加法計數(shù)信號出現(xiàn)有效脈沖時，所述第三開關(guān)導(dǎo)通；第四開關(guān)，其與所述第三開關(guān)并聯(lián)，其控制端與所述第二脈沖發(fā)生器相連以接收所述減法計數(shù)信號，當(dāng)所述減法計數(shù)信號出現(xiàn)有效脈沖時，所述第四開關(guān)導(dǎo)通。

根據(jù)本發(fā)明實施例的占空比檢測電路利用開關(guān)單元、跨導(dǎo)放大器、電容以及輸出單元構(gòu)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)脈沖信號的占空比檢測，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)對極低頻脈沖信號的占空比檢測，最終輸出用于表征脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。占空比檢測電路僅需采用小容值的可以被集成的電容，因此無需外置電容，從而無需針對外置電容設(shè)置額外的管腳，不僅在應(yīng)用過程中連接方便，還能夠減小占空比檢測電路的面積。同時，本發(fā)明實施例的占空比檢測電路的線路簡單且易于集成，能夠?qū)Φ皖l的脈沖信號的占空比進行檢測。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種針對脈沖信號的占空比檢測方法，其特征在于，包括：根據(jù)所述脈沖信號的電平狀態(tài)選擇第一電壓和第二電壓之一作為參考電壓；根據(jù)所述參考電壓與輸出電壓的反饋信號之間的差值產(chǎn)生誤差電流；對所述誤差電流積分以獲得積分電壓；以及根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓和所述反饋信號，其中，所述輸出電壓表征所述脈沖信號的占空比，所述反饋信號表征所述輸出電壓的大小。

優(yōu)選地，根據(jù)所述脈沖信號的電平狀態(tài)選擇第一電壓和第二電壓之一作為參考電壓的步驟包括：當(dāng)所述脈沖信號的電平狀態(tài)為第一電平狀態(tài)時，選擇所述第一電壓作為所述參考電壓；當(dāng)所述脈沖信號的電平狀態(tài)為第二電平狀態(tài)時，選擇所述第二電壓作為所述參考電壓。

優(yōu)選地，所述第一電壓等于基準(zhǔn)電壓，所述第二電壓等于0。

優(yōu)選地，根據(jù)所述參考電壓與輸出電壓的反饋信號之間的差值產(chǎn)生誤差電流的步驟包括：當(dāng)所述輸出電壓小于所述參考電壓時，利用所述誤差電流進行充電使得所述積分電壓增大；當(dāng)所述輸出電壓大于等于所述參考電壓時，利用所述誤差電流放電使得所述積分電壓減小。

優(yōu)選地，根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓和所述反饋信號的步驟包括：按一定比例放大所述積分電壓；根據(jù)放大后的所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓；根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生所述反饋信號。

優(yōu)選地，根據(jù)放大后的所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓的步驟包括：將放大后的所述積分電壓與所述直流偏移量之差作為所述輸出電壓。

優(yōu)選地，根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生所述輸出電壓和所述反饋信號的步驟包括：根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生計數(shù)值；將所述計數(shù)值轉(zhuǎn)換為所述輸出電壓；根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生所述反饋信號。

優(yōu)選地，根據(jù)所述積分電壓產(chǎn)生計數(shù)值的步驟包括：當(dāng)所述積分電壓上升一個單位量時，將所述計數(shù)值加一；當(dāng)所述積分電壓下降一個所述單位量時，將所述計數(shù)值減一。

優(yōu)選地，所述單位量等于第三電壓與第四電壓之差的二分之一，當(dāng)所述積分電壓上升至所述第三電壓或下降至所述第四電壓時，將所述積分電壓復(fù)位至復(fù)位電壓，所述復(fù)位電壓等于所述第三電壓與所述第四電壓的平均值。

優(yōu)選地，根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生所述反饋信號的步驟包括：將所述輸出電壓直接作為所述反饋信號輸出，或?qū)⑺鲚敵鲭妷号c反饋系數(shù)的乘積作為所述反饋信號輸出，其中所述反饋系數(shù)大于1或小于1。

根據(jù)本發(fā)明實施例的占空比檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖信號的占空比檢測，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)對極低頻脈沖信號的占空比檢測，最終輸出用于表征脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。并且由于本發(fā)明實施例中的占空比檢測方法僅需采用小容值的可以被集成的電容，因此無需外置電容，使得用于實現(xiàn)該方法的占空比檢測電路易于集成、連接方便、并具有較小的面積。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚。

圖1示出了傳統(tǒng)的占空比檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出本發(fā)明第一實施例的占空比檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a示出本發(fā)明第一實施例的一種開關(guān)單元的示意性電路圖。

圖3b示出本發(fā)明一種替代實施例的開關(guān)單元的示意性電路圖。

圖4a示出本發(fā)明第一實施例的輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4b示出本發(fā)明的一種替代實施例的輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4c示出本發(fā)明第二實施例的占空比檢測電路中輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4d示出本發(fā)明第三實施例的占空比檢測電路中輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法的流程示意圖。

圖6示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法中步驟s330的一種流程示意圖。

圖7示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法中步驟s330的另一種流程示意圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。

本發(fā)明可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。

圖2示出本發(fā)明第一實施例的占空比檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，本發(fā)明第一實施例的占空比檢測電路200包括開關(guān)單元210、跨導(dǎo)放大器220、電容c1以及輸出單元230。占空比檢測電路200用于通過檢測脈沖信號vpwm的占空比d獲得輸出信號vout，其中輸出信號vout跟隨脈沖信號vpwm的占空比d的變化而變化。

開關(guān)單元210用于根據(jù)脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)選擇第一電壓v1和第二電壓v2之一作為參考電壓vp。由于脈沖信號vpwm通常為方波信號，因此脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)為高電平或低電平。當(dāng)脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)為高電平時，開關(guān)單元210輸出的參考電壓vp等于第一電壓v1；當(dāng)脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)為低電平時，開關(guān)單元210輸出的參考電壓vp等于第二電壓v2。具體地，第一電壓v1例如來源于基準(zhǔn)電壓模塊產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，第二電壓v2優(yōu)選為0v。

跨導(dǎo)放大器220用于根據(jù)參考電壓vp和輸出電壓vout的反饋信號vbf之間的差值產(chǎn)生誤差電流ie。具體地，跨導(dǎo)放大器220正相輸入端接收參考電壓vp，其反相輸入端接收反饋信號vbf，其輸出端提供誤差電流ie，該誤差電流ie＝gm*(vp-vbf)，其中g(shù)m為跨導(dǎo)放大器220的跨導(dǎo)。當(dāng)脈沖信號vpwm為高電平時，誤差電流ie＝gm*(v1-vbf)；當(dāng)脈沖信號vpwm為低電平時，誤差電流ie＝gm*(v2-vbf)?？鐚?dǎo)gm的大小決定了輸出電壓vout的紋波電壓大小。

電容c1用于對誤差電流ie進行積分以得到積分電壓vc。具體地，電容c1連接在跨導(dǎo)放大器220的輸出端和地(或其他的設(shè)定電壓)之間，誤差電流ie對電容c1的上極板進行充放電以積分得到積分電壓vc。

輸出單元230用于根據(jù)積分電壓vc產(chǎn)生輸出電壓vout和輸出電壓vout的反饋信號vbf，其中，反饋信號vbf用于表征輸出電壓vout的大小。在一些實施例中，反饋信號vbf等于輸出電壓vout，在另一些實施例中，反饋信號vbf可以等于輸出電壓vout與反饋系數(shù)q的乘積，其中反饋系數(shù)q大于1或小于1。

下面以兩種開關(guān)單元的電路為例對開關(guān)單元210進行詳細說明。

圖3a示出本發(fā)明第一實施例的一種開關(guān)單元的示意性電路圖。

如圖3a所示，開關(guān)單元210包括第一開關(guān)k1和第二開關(guān)k2。其中，第一開關(guān)k1的第一端接收第一電壓v1，第二開關(guān)k2的第一端接收不同于第一電壓的第二電壓v2，第一開關(guān)k1的第二端和第二開關(guān)k2的第二端相連并提供參考電壓vp。當(dāng)脈沖信號vpwm為高電平時，第一開關(guān)k1導(dǎo)通而第二開關(guān)k2關(guān)斷，此時參考電壓vp等于第一電壓v1；當(dāng)脈沖信號vpwm為低電平時，第二開關(guān)k2導(dǎo)通而第一開關(guān)k1關(guān)斷，此時參考電壓vp等于第二電壓v2。

在本實施例中，如圖3a所示，第一開關(guān)k1的控制端和第二開關(guān)k2的控制端均受控于脈沖信號vpwm。具體地，第一開關(guān)k1例如由n溝道場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)，第二開關(guān)k2例如由p溝道場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)。

圖3b示出本發(fā)明一種替代實施例的開關(guān)單元的示意性電路圖。

作為開關(guān)單元的一種替代的實施例，如圖3b所示，開關(guān)單元210不僅包括第一開關(guān)k1和第二開關(guān)k2，還包括反相器inv。反相器inv的輸入端接收脈沖信號vpwm，反相器inv的輸出端提供脈沖信號的反相信號vpwm_b，第一開關(guān)k1的控制端受控于脈沖信號vpwm，第二開關(guān)k2的控制端受控于反相信號vpwm_b。因此，當(dāng)脈沖信號vpwm為高電平時，反相信號vpwm_b為低電平，第一開關(guān)k1導(dǎo)通，即第一開關(guān)k1的第一端和第二端連通，使得參考電壓vp等于第一電壓v1，同時第二開關(guān)k2關(guān)斷；當(dāng)脈沖信號vpwm為低電平時，反相信號vpwm_b為高電平，第二開關(guān)k2導(dǎo)通，即第二開關(guān)k2的第一端和第二端連通，使得參考電壓vp等于第二電壓v2，同時第一開關(guān)k2關(guān)斷。具體地，第一開關(guān)k1和第二開關(guān)例如均由n溝道場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)。

下面以四種輸出單元的結(jié)構(gòu)為例對輸出單元230進行詳細說明。

圖4a示出本發(fā)明第一實施例的輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4a所示，輸出單元230包括放大器u1，并將輸出電壓vout直接作為反饋信號vbf反饋至跨導(dǎo)放大器220的反相輸入端。放大器u1對積分電壓vc按照比例系數(shù)k進行放大并提供大于0的直流偏移量voffset，使得放大器u1提供的輸出電壓vout等于k*vc-voffset，從而當(dāng)輸出電壓vout電壓接近0時，跨導(dǎo)放大器220仍能正常工作。例如當(dāng)輸出電壓vout＝0.01v、比例系數(shù)k＝1時，由于放大器u1提供直流偏移量voffset，此時積分電壓vc＝0.01v+voffset>0.01v，即放大器u1將積分電壓vc抬高了一個直流偏移量voffset，因此跨導(dǎo)放大器220不會因積分電壓vc的值過小而出現(xiàn)異常。

在本實施例中，當(dāng)脈沖信號vpwm的占空比d恒定時，經(jīng)過占空比檢測電路200的環(huán)路控制達到穩(wěn)定后，輸出電壓vout達到穩(wěn)定值，誤差電流ie的平均電流值為0。此時，在第二電壓v2＝0的情況下，在脈沖信號vpwm的一個周期內(nèi)，誤差電流ie的平均電流等于gm*[(v1-vout)*d+(0-vout)*(1-d)]＝gm*(v1*d-vout)＝0，因此反饋信號vbf＝vout＝v1*d，因此輸出電壓vout可以用于表征脈沖信號vpwm的占空比d，從而占空比檢測電路200完成了對脈沖信號vpwm的占空比d的檢測。

當(dāng)脈沖信號vpwm的頻率較低時，例如當(dāng)脈沖信號vpwm的頻率為1khz、占空比d＝50％時，假設(shè)第一電壓v1＝1v、第二電壓v2＝0v、反饋信號vbf等于輸出電壓vout(對于如圖4b所示的輸出單元的第二種結(jié)構(gòu)來說，反饋系數(shù)q等于1)，則可以計算得到輸出電壓vout＝v1*d＝0.5v。假定跨導(dǎo)放大器220的跨導(dǎo)gm＝0.01ua/v，并將電容c1的容值設(shè)定為200pf(可以被集成)，則當(dāng)脈沖信號vpwm為高電平時，誤差電流ie約為gm*(v1-vout)＝0.01ua/v*(1v-0.5v)＝5na，當(dāng)脈沖信號vpwm為低電平時，誤差電流ie約為gm*(v2-vout)＝0.01ua/v*(0v-0.5v)＝-5na，即在脈沖信號vpwm的一個周期內(nèi)(1ms)，電容c1的充放電時間都是0.5ms，積分電壓vc的紋波電壓等于5na*0.5ms/200pf＝12.5mv，計算得到積分電壓vc的紋波電壓占比為12.5mv/0.5v＝2.5％，可以看出跨導(dǎo)放大器220的跨導(dǎo)gm的大小決定了輸出電壓vout的紋波電壓大小。

圖4b示出本發(fā)明的一種替代實施例的輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

作為輸出單元的第一種替代的實施例，與上述實施例相比，如圖4b所示，輸出單元230包括放大器u1和反饋模塊231。其中放大器u1與如圖4a所示的輸出單元中的放大器u1相同，均對積分電壓vc按照比例系數(shù)k進行放大并提供大于0的直流偏移量voffset，在此不再贅述。反饋模塊231用于根據(jù)輸出電壓vout產(chǎn)生反饋信號vbf，其中，反饋信號vbf用于表征輸出電壓vout的大小，反饋信號vbf例如等于輸出電壓vout或等于輸出電壓vout與反饋系數(shù)q的乘積，反饋系數(shù)q大于1或小于1。

在本實施例的占空比檢測電路200的工作過程中，當(dāng)脈沖信號vpwm的占空比d恒定時，經(jīng)過占空比檢測電路200的環(huán)路控制達到穩(wěn)定后，輸出電壓vout達到穩(wěn)定值，誤差電流ie的平均電流值為0。此時，在第二電壓v2＝0的情況下，在脈沖信號vpwm的一個周期內(nèi)，誤差電流ie的平均電流等于gm*[(v1-vbf)*d+(0-vbf)*(1-d)]＝gm*(v1*d-vbf)＝0，因此反饋信號vbf＝v1*d。而由于反饋信號vbf能夠表征輸出電壓vout，即反饋信號vbf＝vout*q，因此輸出電壓vout可以用于表征脈沖信號vpwm的占空比d，從而占空比檢測電路200完成了對脈沖信號vpwm的占空比d的檢測。

占空比檢測電路200利用開關(guān)單元、跨導(dǎo)放大器、電容以及輸出單元構(gòu)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)脈沖信號的占空比檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)對低頻的脈沖信號的占空比檢測，最終輸出用于表征脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。占空比檢測電路僅需采用小容值的可以被集成的電容，因此無需外置電容，從而無需針對外置電容設(shè)置額外的管腳，不僅在應(yīng)用過程中連接方便，還能夠減小占空比檢測電路的面積，并且線路簡單且易于集成，能夠?qū)Φ皖l的脈沖信號的占空比進行檢測。

然而，當(dāng)脈沖信號vpwm的頻率進一步降低時(例如降低至100hz以下)，由上述分析可知，上述各實施例的占空比檢測電路200所提供的輸出電壓vout的紋波電壓將達到25％，因此需要減小跨導(dǎo)放大器220的跨導(dǎo)gm和/或增大電容c1的容值，但這可能導(dǎo)致誤差電流ie的值過小，使得占空比檢測電路200容易受到干擾而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確或電路出現(xiàn)異常。因此，為了進一步完善針對脈沖信號的占空比檢測電路，本發(fā)明針對不同的輸出單元結(jié)構(gòu)提出了下述各占空比檢測電路的實施例，由于下述各實施例的占空比檢測電路中除輸出單元之外的部分與上述第一實施例完全相同，因此不再贅述。

圖4c示出本發(fā)明第二實施例的占空比檢測電路中輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4c所示，占空比檢測電路200中的輸出單元230用于根據(jù)積分電壓vc的變化量產(chǎn)生計數(shù)值n，并將數(shù)字信號形式的計數(shù)值n轉(zhuǎn)換成模擬信號形式的輸出信號vout，最后根據(jù)輸出信號vout產(chǎn)生反饋信號vbf，并將反饋信號vbf返回至跨導(dǎo)放大器220的反相輸入端。輸出單元230包括復(fù)位模塊232、計數(shù)模塊233、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊234以及反饋模塊231，其中計數(shù)模塊233用于產(chǎn)生計數(shù)值n，并在積分電壓vc上升一個單位量δv時令計數(shù)值n加1、在積分電壓vc下降一個單位量δv時令計數(shù)值n減1；復(fù)位模塊232用于在計數(shù)值n每完成一次加1或減1運算后將積分電壓vc復(fù)位至復(fù)位電壓vrst；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊234用于將數(shù)字信號形式的計數(shù)值n轉(zhuǎn)換成模擬信號形式的輸出信號vout；反饋模塊231用于根據(jù)輸出電壓vout產(chǎn)生反饋信號vbf，其中，反饋信號vbf用于表征輸出電壓vout的大小，反饋信號vbf例如等于輸出電壓vout或等于輸出電壓vout與反饋系數(shù)q的乘積，其中反饋系數(shù)q大于1或小于1。

在本實施例中，如圖4c所示，計數(shù)模塊233包括第一比較器u3、第二比較器u4、第一脈沖發(fā)生器u5、第二脈沖發(fā)生器u6以及計數(shù)器u7。第一比較器u3的正相輸入端接收積分電壓vc、反相輸入端接收第三電壓v3、輸出端提供第一觸發(fā)信號en1；第一脈沖發(fā)生器u5根據(jù)第一觸發(fā)信號en1產(chǎn)生加法計數(shù)信號cal_p，例如當(dāng)?shù)谝挥|發(fā)信號en1出現(xiàn)上升沿時(即當(dāng)積分電壓vc上升至第三電壓v3時)，加法計數(shù)信號cal_p由低電平跳變至高電平，經(jīng)過一段窄脈沖時間后再由高電平跳變至低電平；第二比較器u4的正相輸入端接收積分電壓vc、反相輸入端接收第四電壓v4、輸出端提供第二觸發(fā)信號en2；第二脈沖發(fā)生器u6根據(jù)第二觸發(fā)信號en2產(chǎn)生減法計數(shù)信號cal_n，例如當(dāng)?shù)诙|發(fā)信號en2出現(xiàn)下降沿時(即當(dāng)積分電壓vc下降至第四電壓v4時)，減法計數(shù)信號cal_n由低電平跳變至高電平，經(jīng)過一段窄脈沖時間后再由高電平跳變至低電平；計數(shù)器u7用于提供計數(shù)值n，并根據(jù)加法計數(shù)信號cal_p和減法計數(shù)信號cal_n對計數(shù)值n進行加減運算，當(dāng)加法計數(shù)信號cal_p中出現(xiàn)有效脈沖時，計數(shù)值n加1，當(dāng)減法計數(shù)信號cal_n中出現(xiàn)有效脈沖時，計數(shù)值n減1。

復(fù)位模塊232包括第三開關(guān)k3和第四開關(guān)k4。第三開關(guān)k3的第一通路端接收復(fù)位電壓vrst、第二通路端用于控制積分電壓vc、控制端接收加法計數(shù)信號cal_p；第四開關(guān)k4與第三開關(guān)k3并聯(lián)，第四開關(guān)k4的控制端接收減法計數(shù)信號cal_n。具體地，第三開關(guān)k3和第四開關(guān)k4可以由相應(yīng)的晶體管實現(xiàn)。

作為一種優(yōu)選的實施例，復(fù)位電壓vrst等于(v3+v4)/2，積分電壓vc上升/下降的單位量δv等于(v3-v4)/2。當(dāng)輸出電壓vout小于參考電壓vp時，跨導(dǎo)放大器220所輸出的誤差電流ie對電容c1進行充電，使得積分電壓vc增大，當(dāng)積分電壓vc由復(fù)位電壓vrst＝(v3+v4)/2上升至第三電壓v3時，即積分電壓vc上升了一個單位量δv＝(v3-v4)/2時，第一比較器u3所輸出的第一觸發(fā)信號en1由低電平變?yōu)楦唠娖?，使得第一脈沖發(fā)生電路u5所輸出的加法計數(shù)信號cal_p出現(xiàn)一個有效脈沖，因此計數(shù)器u7對計數(shù)值n進行加1運算，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊234將加1后的計數(shù)值n轉(zhuǎn)換為模擬信號形式的輸出電壓vout，且第三開關(guān)k3在加法計數(shù)信號cal_p中的有效脈沖的作用下導(dǎo)通一段窄脈沖時間，使得積分電壓vc被復(fù)位至復(fù)位電壓vrst；當(dāng)輸出電壓vout大于參考電壓vp時，跨導(dǎo)放大器220所輸出的誤差電流ie對電容c1進行放電，使得積分電壓vc減小，當(dāng)積分電壓vc由復(fù)位電壓vrst＝(v3+v4)/2下降至第三電壓v4時，即積分電壓vc下降了一個單位量δv＝(v3-v4)/2時，第二比較器u4所輸出的第二觸發(fā)信號en2由高電平變?yōu)榈碗娖?，使得第二脈沖發(fā)生電路u6所輸出的減法計數(shù)信號cal_n出現(xiàn)一個有效脈沖，因此計數(shù)器u7對計數(shù)值n進行減1運算，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊234將減1運算后的計數(shù)值n轉(zhuǎn)換為模擬信號形式的輸出電壓vout，且第四開關(guān)k4在減法計數(shù)信號cal_n中的有效脈沖的作用下導(dǎo)通一段窄脈沖時間，使得積分電壓vc被復(fù)位至復(fù)位電壓vrst，如此循環(huán)，直至輸出電壓vout達到穩(wěn)定值時，輸出電壓vout即可表征脈沖信號vpwm的占空比d。

圖4d示出本發(fā)明第三實施例的占空比檢測電路中輸出單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4d所示，與圖4c所示的第二實施例相比，本實施例中的輸出單元230中省略了反饋模塊231，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊234直接將輸出電壓vout作為反饋信號vbf輸出至跨導(dǎo)放大器220的反相輸入端。其余部分與圖4c所示的輸出單元相同，在此不再贅述。

上述第二實施例和第三實施例的占空比檢測電路200利用開關(guān)單元、跨導(dǎo)放大器、電容以及輸出單元構(gòu)成閉環(huán)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)脈沖信號的占空比檢測，尤其是在輸出單元中利用計數(shù)器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等實現(xiàn)環(huán)路控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對極低頻的脈沖信號的占空比檢測，最終輸出用于表征脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。占空比檢測電路僅需采用小容值的可以被集成的電容，因此無需設(shè)置外置電容，從而無需針對外置電容設(shè)置額外的管腳，不僅在應(yīng)用過程中連接方便、線路簡單且易于集成，還減小了占空比檢測電路在印刷電路板上的占用面積。同時，能夠?qū)Φ皖l的脈沖信號的占空比進行檢測，并且相比于第一實施例的占空比檢測電路，基于第二實施例和第三實施例的占空比檢測電路能夠?qū)哂懈皖l率的脈沖信號的占空比進行檢測。

圖5示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法的流程示意圖。包括步驟s310至s330。

在步驟s310中，根據(jù)脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)選擇第一電壓v1和第二電壓v2之一作為參考電壓vp。其中，當(dāng)脈沖信號vpwm的電平狀態(tài)為第一電平狀態(tài)時，選擇第一電壓v1作為參考電壓vp；當(dāng)脈沖信號的電平狀態(tài)為第二電平狀態(tài)時，選擇第二電壓v2作為參考電壓vp。優(yōu)選地，第一電壓v1等于基準(zhǔn)電壓，第二電壓v2等于0。

在步驟s320中，根據(jù)參考電壓vp與輸出電壓vout的反饋信號vbf之間的差值產(chǎn)生誤差電流ie，并對誤差電流ie積分以獲得積分電壓vc。本步驟例如由跨導(dǎo)放大器和連接在跨導(dǎo)放大器的輸出端和地之間的電容實現(xiàn)。具體地，當(dāng)輸出電壓vout小于參考電壓vp時，利用誤差電流ie進行充電使得積分電壓vc增大；當(dāng)輸出電壓vout大于等于參考電壓vc時，利用誤差電流ie放電使得積分電壓vc減小。

在步驟s330中，根據(jù)積分電壓vc產(chǎn)生輸出電壓vout和反饋信號vbf，其中，輸出電壓vout表征脈沖信號vpwm的占空比d，反饋信號vbf表征輸出電壓vout的大小。

圖6示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法中步驟s330的一種流程示意圖。包括步驟s331a至s333a。

在步驟s331a中，按比例系數(shù)k放大積分電壓vc。本步驟例如由放大器實現(xiàn)。

在步驟s332a中，根據(jù)放大后的積分電壓產(chǎn)生輸出電壓vout。優(yōu)選地，將放大后的積分電壓與直流偏移量voffset之差作為輸出電壓vout，即輸出電壓vout等于k*vc-voffset，從而當(dāng)輸出電壓vout電壓接近0時，用于實現(xiàn)產(chǎn)生誤差電流ie的跨導(dǎo)放大器仍能正常工作。例如當(dāng)輸出電壓vout＝0.01v、比例系數(shù)k＝1時，由于此時的積分電壓vc＝0.01v+voffset>0.01v，即積分電壓vc被抬高了一個直流偏移量voffset，因此用于產(chǎn)生誤差電流ie的跨導(dǎo)放大器不會因積分電壓vc的值過小而出現(xiàn)異常。

在步驟s333a中，根據(jù)輸出電壓vout產(chǎn)生反饋信號vbf。優(yōu)選地，將輸出電壓vout直接作為反饋信號vbf輸出，或?qū)⑤敵鲭妷簐out與反饋系數(shù)q的乘積作為反饋信號vbf輸出，其中反饋系數(shù)q大于1或小于1。

在脈沖信號vpwm的占空比d恒定的情況下，當(dāng)輸出電壓vout達到穩(wěn)定值時，誤差電流ie的平均電流值為0。此時，假設(shè)在第二電壓v2＝0的情況下，在脈沖信號vpwm的一個周期內(nèi)，誤差電流ie的平均電流等于gm*[(v1-vbf)*d+(0-vbf)*(1-d)]＝gm*(v1*d-vbf)＝0(其中g(shù)m為用于產(chǎn)生誤差電流ie的跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo))，此時反饋信號vbf＝v1*d，而由于反饋信號vbf等于輸出電壓vout或等于輸出電壓vout與反饋系數(shù)q的乘積，因此輸出電壓vout可以用于表征脈沖信號vpwm的占空比d，從而完成了對脈沖信號vpwm的占空比d的檢測。

圖7示出本發(fā)明第四實施例的占空比檢測方法中步驟s330的另一種流程示意圖。包括步驟s331b至s333b。

在步驟s331b中，根據(jù)積分電壓vc產(chǎn)生計數(shù)值n。其中，當(dāng)積分電壓vc上升一個單位量δv時，將計數(shù)值n加一；當(dāng)積分電壓vc下降一個單位量δv時，將計數(shù)值n減一。優(yōu)選地，單位量δv等于第三電壓v3與第四電壓v4之差的二分之一，當(dāng)積分電壓vc上升至第三電壓v3或下降至第四電壓v4時，將積分電壓vc復(fù)位至復(fù)位電壓vrst，其中，復(fù)位電壓vrst等于第三電壓v3與第四電壓v4的平均值。

在步驟s332b中，將計數(shù)值n轉(zhuǎn)換為輸出電壓vout。例如通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)。

在步驟s333b中，根據(jù)輸出電壓vout產(chǎn)生反饋信號vbf。優(yōu)選地，將輸出電壓vout直接作為反饋信號vbf輸出，或?qū)⑤敵鲭妷簐out與反饋系數(shù)q的乘積作為反饋信號vbf輸出，其中反饋系數(shù)q大于1或小于1。

當(dāng)輸出電壓vout小于參考電壓vp時，誤差電流ie對電容c1進行充電，使得積分電壓vc增大，當(dāng)積分電壓vc由復(fù)位電壓vrst＝(v3+v4)/2上升至第三電壓v3時，即積分電壓vc上升了一個單位量δv＝(v3-v4)/2時，對計數(shù)值n進行加1運算，并將將加1后的計數(shù)值n轉(zhuǎn)換為模擬信號形式的輸出電壓vout，并且將積分電壓vc被復(fù)位至復(fù)位電壓vrst。

當(dāng)輸出電壓vout大于等于參考電壓vp時，誤差電流ie對電容c1進行放電，使得積分電壓vc減小，當(dāng)積分電壓vc由復(fù)位電壓vrst＝(v3+v4)/2下降至第三電壓v4時，即積分電壓vc下降了一個單位量δv＝(v3-v4)/2時，對計數(shù)值n進行減1運算，并將積分電壓vc被復(fù)位至復(fù)位電壓vrst，如此循環(huán)，直至輸出電壓vout達到穩(wěn)定值時，輸出電壓vout即可表征脈沖信號vpwm的占空比d。

根據(jù)本發(fā)明實施例的占空比檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖信號的占空比檢測，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)對極低頻脈沖信號的占空比檢測，最終輸出用于表征脈沖信號的占空比的穩(wěn)定直流輸出電壓。并且由于本發(fā)明實施例中的占空比檢測方法僅需采用小容值的可以被集成的電容，因此無需外置電容，使得用于實現(xiàn)該方法的占空比檢測電路易于集成、連接方便、并具有較小的面積。

依照本發(fā)明的實施例如上文，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。