专利名称：最小占空比可调的pwm控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及PWM控制器，更具体地说，涉及能调整最小占空比的PWM控制电路。
背景技术：
在PWM控制电路中，往往需要对PWM控制电路输出脉冲占空比的最小值进行设置，以使PWM控制电路输出脉冲占空比大于某一设定值。定义这种PWM控制电路为带最小占空比设置的PWM控制电路。如一种带最小占控比设置的PWM控制器如图1所示。
该电路由三角波电路102、最小占空比设置电路104及脉冲输出电路106三个部分组成，当控制端C上电压小于最小占空比设置端VMIN的电压时，输出脉冲的占空比由控制端C上电压决定，当控制端C上的电压大于最小占空比设置端VMIN上的电压时，输出脉沖的占空比由最小占空比设置端VMIN的电压决定，该占空比为PWM电路能输出方波的最小占空比。
该电路三角波的幅度(即三角波的顶点高度)为
V = VCC((R17+R18)/(R16+R17+R18) - R17/(R16+R17))。
最小占空比设置电压为
Vset = VCC*(R11/(R10+R11))。
最小占空比为
Duty= (V-Vset)/V=1- R11/((R17+R18)/(R16+R17+R18)-R17/(R16+R17))*(R10+R11)
这说明，最小占空比的大小与电源电压无关，只与三角波及最小占空比设置电阻值有关，无论电源电压高低，该PWM控制器能够输出的最小脉冲宽度均为定值，这种电路称为带固定最小占空比设置的PWM电路。
在PWM控制系统中，设置最小占空比的目的是无论控制端处于何种状态，系统至少能有一最小的输出，如在一些风扇速度控制中，控制端C的电压随温度变化而变化，温度高时，风扇速度快，温度低时，风扇速度慢，但只要开机，无论温度多低，风扇都应运转，以保证冷却对象的安全。然而，固定最小占空比设置的PWM电路在一定条件下并不能满足最小占空比设置的目的，如在电机速度控制应用中，电机在较高电源电压下，较小的占空比即可使电机运转，而在较低电压下，维持电机运转则需要较大的占空比。因此带固定最小占空比设置的PWM电路，在较低电压下，往往会出现启动困难，或最小转速太低的问题。
解决这一 问题的方法有两种
(1) 增加最小占控比的比值，使系统在高电压和低电压下均能运转，这一方法的缺点是,高电压时耗能较多，不利于节能。
(2) 采用可变的最小占控比设置的PWM电路，即在高电压时，最小占控比比值较小，而在电源电压较低时最小占控比比值较大，这样在低电压下能较好的起动运转，同时在高电压时较好的节能、降噪。
改变PWM控制器的占空比，常用的方法是在三角波的高低电平不变的条件下，改变与三角波比较的比较电压的电压值，这种方法常用于仅有一个控制端的PWM控制器，对具有多个控制端的PWM控制器，采用该方法来改变占空比，由于需要对多个电压的电压值作相同的改变，该方法不仅过于繁琐，而且不易保持各控制端的电压关系。
实用新型内容
本实用新型，采用保持控制端电压不变，而改变三角波的高低电平来改变PWM控制器最小占空比输出。
本实用新型的实施例提供一种最小占空比可调的PWM控制电路，包
括
电源电压检测及控制电路，检测与电源电压线性相关的电压值，并将所检测到的电压值与参考电压值比较，判断电源电压与 一规定值的大小关系，并发出信号通知电源电压与规定值的大小关系；
三角波发生电路，产生三角波，其中，该三角波发生电路根据电源电
6压检测及控制电路发出的信号调整三角波的幅值；
最小占空比设置电路，设置PWM控制电路的最小占空比，并且根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整该最小占空比；
脉沖输出电路，输出脉沖，其中，该脉冲输出电路根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整所输出的脉沖。
根据一实施例，最小占空比设置电路接收到电源电压检测及控制电路发出的信号，电源电压小于规定值时，调高最小占空比，电源电压大于规定值时，调低最小占空比。
根据一实施例，最小占空比设置电路和三角波发生电路接收到电源电压检测及控制电路发出的信号，保持最小占空比设置端的电压不变，改变三角波发生电路输出的三角波的幅度以改变最小占空比。
根据一实施例，该电源电压检测及控制电路还产生恒定电流，并产生迟滞电压。
根据一实施例，该电源电压检测及控制电路包括电阻R2、以及电阻R3,串联在电源与地之间，电阻R2与电阻R3之间的电压为所述与电源电压线性相关的电压值；晶体管Q3、晶体管Q4以及晶体管Q5组成比较电路，其中晶体管Q4和晶体管Q5组成差分对；晶体管Q3的基极接偏置电压，集电极接晶体管Q4和晶体管Q5的发射极为晶体管Q4和晶体管Q5提供偏置电流；晶体管Q4的基极接参考电压Vref,集电极接地，晶体管Q5的基极接所述与电源电压线性相关的电压值，当所述与电源电压线性相关的电压值小于Vref时，晶体管Q5的集电极输出恒定电流11,晶体管Q6输出恒定电流I2;电流I1流过电阻R3，产生ITR3的电压迟滞。
根据一实施例，该三角波发生电路包括用于确定输出的三角波幅度的分压电阻，电阻R6、电阻R7以及电阻R8，所述的电阻R6、电阻R7以及电阻R8串联于电源与地之间；电阻R6与电阻R7的连接点与比较器CP1的负端及电源电压检测及控制电路的输出相连，比较器CP1的正端与电容C0的正端及二极管DO的负端相连；比较器CP1的输出与晶体管Q15、晶体管Q16的基极相连；晶体管Q15的集电极与电阻R7与电阻R8的连接点相连；晶体管Q16的集电极与二极管D0的正极、作为恒流源的晶体管Q10的集电极相连；作为恒流源的晶体管Q11的集电极与晶体管Q12、晶体管Q9的基极及晶体管Q12的集电极并联；晶体管Q9的集电极与电容C0的正极，二极管D0的负积并联。
根据一实施例，该最小占空比设置电路包括电阻R0、电阻R1，所述电阻R0和电阻R1串联于电源与地之间，最小占空比设置电压与电源电压的关系为Vset=Vcc*R1/( R0+R1 );其中Vset为最小占空比设置电压，而Vcc为输入电压。
根据一实施例，该脉冲输出电路包括三端的比较器CP2,比较器CP2的正端与所述三角波发生电路的输出相连，比较器CP2的一个负端与所述最小占空比设置电路相连，比较器CP2的另一个负端为所述PWM控制电路的控制端。
本实用新型的占空比可调的PWM控制电路的控制电路简单，同时又能保持各控制端电压的相对关系不变的特性。
本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过
以下结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中
图1揭示了现有技术中固定最小占空比PWM控制电路的原理图；图2揭示了根据本实用新型的实施例的PWM控制电路的原理图；图3揭示了本实用新型的三角波发生电路中比较器CP1的原理图；图4揭示了本实用新型的脉沖输出电路中比较器CP2的原理图。
具体实施方式
参考图2所示，本实用新型的最小占空比可调的PWM控制电路包括电源电压检测及控制电路202,检测与电源电压线性相关的电压值，并将所检测到的电压值与参考电压值比较，判断电源电压与 一规定值的大小关系，并发出信号通知电源电压与规定值的大小关系。在一个实施例中，该电源电压检测及控制电路202还产生恒定电流，并产生迟滞电压。三角波发生电路204,产生三角波，其中，该三角波发生电路根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整三角波的幅值。
最小占空比设置电路206,设置PWM控制电路的最小占空比，并且根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整该最小占空比。根据一 实施例，最小占空比设置电路接收到电源电压检测及控制电路发出的信号，电源电压小于规定值时，调高最小占空比，电源电压大于规定值时，调低最小占空比。更进一步的，在一个实施例中，保持最小占空比设置端的电压不变，改变三角波发生电路输出的三角波的幅度以改变最小占空比。
脉冲输出电路208,输出脉沖，其中，该脉沖输出电路根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整所输出的脉冲。
继续参考图2,该电源电压检测及控制电路202包括
电阻R2、以及电阻R3，串联在电源与地之间，电阻R2与电阻R3之间的电压为上述的与电源电压线性相关的电压值，该电压的值为V=VCC*R2/(R3+R2)。
晶体管Q3、晶体管Q4以及晶体管Q5组成比较电路，其中晶体管Q4和晶体管Q5组成差分对；晶体管Q3的基极接偏置电压，集电极接晶体管Q4和晶体管Q5的发射极为晶体管Q4和晶体管Q5提供偏置电流；晶体管Q4的基极接参考电压Vref，集电极接地，晶体管Q5的基极接所述与电源电压线性相关的电压值，当所述与电源电压线性相关的电压值小于Vref时，晶体管Q5的集电极输出恒定电流l1，晶体管Q6输出恒定电流12。
电流11流过电阻R3,产生I1*R3的电压迟滞。更具体地说，产生该电压迟滞的过程如下
由晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q6、晶体管Q7、晶体管Q8,电阻R4、电阻R3、电阻R5组成了恒流源电路及电压迟滞电路。晶体管Q6、晶体管Q7、晶体管Q8提供基极电流镜，晶体管Q7基极与集电极短接，并与晶体管Q5的集电极连接。当检测到电源电压低于规定电压值时，晶体管Q5的集电极流过恒定电流M，此时，晶体管Q6集电极产生恒定电流，经晶体管Q2和晶体管Q1,在晶体管Q1集电极输出电流l2，同时晶体管Q8集电极输出电流I8，该电流流经电阻R3，产生迟滞电压。回到图2，该三角波发生电路204包括
用于确定输出的三角波幅度的分压电阻，电阻R6、电阻R7以及电阻R8,所述的电阻R6、电阻R7以及电阻R8串联于电源与地之间；电阻R6与电阻R7的连接点与比较器CP 1的负端及电源电压检测及控制电路的输出相连，比较器CP1的正端与电容CO的正端及二极管DO的负端相连；比较器CP1的输出与晶体管Q15、晶体管Q16的基极相连；晶体管Q15的集电极与电阻R7与电阻R8的连接点相连；晶体管Q16的集电极与二极管DO的正极、作为恒流源的晶体管Q10的集电极相连；作为恒流源的晶体管Q11的集电极与晶体管Q12、晶体管Q9的基极及晶体管Q12的集电极并联；晶体管Q9的集电极与电容C0的正极，二极管DO的负积并联。
上述三角波发生器电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8,比较器CP1，晶体管Q15、晶体管Q9、晶体管Q10、晶体管Q11、晶体管Q12、晶体管Q16,电容CO， 二极管D0。其中，三角波发生器电路中的比较器CP1的结构可以参考图3所示。
电阻R6、电阻R7和电阻R8串联在电源与地之间。比较器CP1负极接在电阻R6和R7之间，并与晶体管Q1的集电极并联。比较器CP1负极接在电容CO与二极管D0之间，晶体管Q10、晶体管Q11组成恒流源，晶体管Q10集电极的电流110通过二极管DO对电容CO充电。晶体管Q11的电流通过晶体管Q12、晶体管Q9对电容C0放电。流过晶体管Q9集电极的电流I9与电流110的比例为1:2。当比较器CP1的正端电压高于负端电压时，比较器CP1输出高电平，晶体管Q16、晶体管Q15导通，二极管DO关断，电容CO开始放电。当比较器CP1正端电压低于负端电压时，比较器CP1输出低电平，晶体管Q16和晶体管Q15关闭，电流I10通过二极管DO对电容CO充电。在电源电压较高时，三角波的上电平为
Vup = VCC(R7+R8)/(R6+R7+R8)，
下电平为
VL = VCC*R7/(R6+R7)。
10当电源电压低于规定值时，晶体管Q1产生的恒定电流12，流经电阻
R7和电阻R8，此时三角波的上下电平变为
Vup = 12(R7+R8)+VCC(R7+R8)/(R6+R7+R8)，VL = I2*R7+VCC*R7/ (R6+R7)。
该最小占空比设置电路206包括电阻R0、电阻R1，电阻R0和电阻R1串联于电源与地之间，最小占空比设置电压与电源电压的关系为Vset=Vcc*R1/( R0+R1);其中Vset为最小占空比设置电压，而Vcc为输入电压。
该脉沖输出电路208包括三端的比较器CP2，比较器CP2的正端与三角波发生电路的输出相连，比较器CP2的一个负端与最小占空比设置电路相连，比较器CP2的另一个负端为PWM控制电路的控制端。该脉冲输出电路中比较器CP2的结构可以参考图4所示。
电阻R0和电阻R1串联在电源与地之间，比较器CP2的正端与三角波发生器电路的输出端相联，比较器CP2的一个负端与电阻R0、电阻R1的连接点相连，这就是最小占空比设置端，命名为VMIN端。比较器CP2的另一个负端外接控制电压，命名为C端，当C端控制电压低于VMIN端电压，高于三角波的低电平时，输出脉沖的占空比由C端电压与三角波电压的比值决定，C端电压越低，输出脉沖的高电平越高，当C端电压低于三角波的低电平时，输出脉冲全是高电平，输出脉冲的占空比为100%当C端电压高于VMIN端电压时，输出脉沖的占空比由VMIN的电压与三角波电压幅度的比值决定，此时输出的占空比即为该系统能够输出的最小占空比，假设VMIN端的电压为Vset，电源电压较高时，系统能够输出的最小占空比为
Duty = (V-Vset)/V
=1 - R1/((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1)。当电源电压低于规定电压时，能够输出的脉沖的最小占空比变为Duty=1-R1*VCC/(l2*R8+VCC*((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1)) =1-R1/(I2*R8/VCC+((R7+R8)/(R6+R7+R8)-R7/(R6+R7))*(R0+R1))。
可见，在电源电压较低时，I2*R8/VCC可使系统的最小占空比增大。这将有利于系统在低电压时的启动及提高低电平时的最小运转速度。
本实用新型的最小占空比可调的PWM控制电路的控制电路简单，同时又能保持各控制端电压的相对关系不变的特性。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1. 一种最小占空比可调的PWM控制电路，其特征在于，包括电源电压检测及控制电路，检测与电源电压线性相关的电压值，并将所检测到的电压值与参考电压值比较，判断电源电压与一规定值的大小关系，并发出信号通知电源电压与规定值的大小关系；三角波发生电路，产生三角波，其中，该三角波发生电路根据所述电源电压检测及控制电路发出的信号调整三角波的幅值；最小占空比设置电路，设置所述PWM控制电路的最小占空比，并且根据所述电源电压检测及控制电路发出的信号调整该最小占空比；脉冲输出电路，输出脉冲，其中，该脉冲输出电路根据所述电源电压检测及控制电路发出的信号调整所输出的脉冲。
2. 如权利要求1所述的PWM控制电路，其特征在于，所述最小占空 比设置电路接收到所述电源电压检测及控制电路发出的信号，电源电压小 于规定值时，调高最小占空比，电源电压大于规定值时，调低最小占空比。
3. 如权利要求2所述的PWM控制电路，其特征在于，所述最小占空 比设置电路和三角波发生电路接收到所述电源电压检测及控制电路发出的 信号，保持最小占空比设置端的电压不变，改变三角波发生电路输出的三 角波的幅度以改变最小占空比。
4. 如权利要求1所述的PWM控制电路，其特征在于，该电源电压检 测及控制电路还产生恒定电流，并产生迟滞电压。
5. 如权利要求1所述的PWM控制电路，其特征在于，电源电压检测 及控制电路包括电阻R2、以及电阻R3,串联在电源与地之间，电阻R2与电阻R3 之间的电压为所述与电源电压线性相关的电压值；晶体管Q3、晶体管Q4以及晶体管Q5组成比较电路，其中晶体管 Q4和晶体管Q5组成差分对；晶体管Q3的基极接偏置电压，集电极接晶 体管Q4和晶体管Q5的发射极为晶体管Q4和晶体管Q5提供偏置电流； 晶体管Q4的基极接参考电压Vref,集电极接地，晶体管Q5的基极接所 述与电源电压线性相关的电压值，当所述与电源电压线性相关的电压值小 于Vref时，晶体管Q5的集电极输出恒定电流11，晶体管Q6输出恒定电 流12;电流11流过电阻R3，产生I1*R3的电压迟滞。
6. 如权利要求1所述的PWM控制电路，其特征在于，所述三角波发 生电路包括用于确定输出的三角波幅度的分压电阻，电阻R6、电阻R7以及电阻 R8,所述的电阻R6、电阻R7以及电阻R8串联于电源与地之间；电阻 R6与电阻R7的连接点与比较器CP1的负端及电源电压检测及控制电路 的输出相连，比较器CP1的正端与电容C0的正端及二极管D0的负端相 连；比较器CP1的输出与晶体管Q15、晶体管Q16的基极相连；晶体管 Q15的集电极与电阻R7与电阻R8的连接点相连；晶体管Q16的集电极 与二极管D0的正极、作为恒流源的晶体管Q10的集电极相连；作为恒流 源的晶体管Q11的集电极与晶体管Q12、晶体管Q9的基极及晶体管Q12 的集电极并联；晶体管Q9的集电极与电容C0的正极，二极管DO的负积 并联。
7. 如权利要求1所迷的PWM控制电路，其特征在于，所述最小占空 比设置电路包括电阻RO、电阻R1，所述电阻R0和电阻R1串联于电源与地之间，最 小占空比设置电压与电源电压的关系为Vset=Vcc*R1/( R0+R1 );其中 Vset为最小占空比设置电压，而Vcc为输入电压。
8. 如权利要求1所述的PWM控制电路，其特征在于，所述脉沖输出3电路包括三端的比较器CP2，比较器CP2的正端与所述三角波发生电路的 输出相连，比较器CP2的一个负端与所述最小占空比设置电路相连，比较 器CP2的另一个负端为所述PWM控制电路的控制端。
专利摘要本实用新型揭示了一种最小占空比可调的PWM控制电路，包括电源电压检测及控制电路，检测与电源电压线性相关的电压值，并将所检测到的电压值与参考电压值比较，判断电源电压与一规定值的大小关系，并发出信号通知电源电压与规定值的大小关系；三角波发生电路，产生三角波，其中，该三角波发生电路根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整三角波的幅值；最小占空比设置电路，设置PWM控制电路的最小占空比，并且根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整该最小占空比；脉冲输出电路，输出脉冲，其中，该脉冲输出电路根据电源电压检测及控制电路发出的信号调整所输出的脉冲。
文档编号G05B11/28GK201285505SQ200820177449
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者张志红, 黄绪江 申请人:Bcd半导体制造有限公司