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1、10申请公布号CN102027679A43申请公布日20110420CN102027679ACN102027679A21申请号200980107362822申请日2009050612/116,46820080507USH03K7/08200601H02M1/0020070171申请人密克罗奇普技术公司地址美国亚利桑那州72发明人布赖恩克里斯斯蒂芬鲍林74专利代理机构北京律盟知识产权代理有限责任公司11287代理人孟锐54发明名称脉宽调制空载时间补偿方法及设备57摘要通过以下步骤从脉宽调制PWM产生器获得经空载时间补偿的互补PWM信号PWMH、PWML首先基于正由所述PWM产生器控制的电感负载中。
2、的电流的方向校正控制440而向PWM产生器信号450施加时间周期补偿。接着向经补偿的PWM产生器信号462施加空载时间以产生互补的经空载时间补偿的PWM信号PWMH、PWML，用于控制驱动所述电感负载的功率切换电路。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010090286PCT申请的申请数据PCT/US2009/0429742009050687PCT申请的公布数据WO2009/137573EN2009111251INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书5页附图5页CN102027694A1/3页21一种向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互。
3、补PWM信号的方法，所述方法包括以下步骤补偿脉宽调制PWM信号的时间周期，其中所述补偿所述PWM的所述时间周期的步骤包括以下步骤如果电感负载的电流正在第一方向上流动，那么伸展所述PWM信号的所述时间周期；或如果所述电感负载的所述电流正在第二方向上流动，那么收缩所述PWM信号的所述时间周期；将空载时间加到所述PWM信号的所述经补偿的时间周期上；以及从所述经空载时间补偿的PWM信号产生互补PWM信号。2根据权利要求1所述的方法，其中所述补偿所述PWM信号的所述时间周期的步骤进一步包括编程补偿时间的步骤。3根据权利要求1所述的方法，其中所述将空载时间加到所述PWM信号的所述经补偿的时间周期上的步骤进。
4、一步包括编程空载时间的步骤。4一种用于向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互补PWM信号的设备，所述设备包括第一电路，其用于补偿脉宽调制PWM信号的时间周期，其中所述时间周期在电感负载电流正在第一方向上流动时伸展且在所述电感负载电流正在第二方向上流动时收缩；第二电路，其用于将空载时间加到所述PWM信号的所述经补偿的时间周期上；以及第三电路，其用于从所述经空载时间补偿的PWM信号产生互补PWM信号。5根据权利要求4所述的设备，其中所述第一电路是可编程的。6根据权利要求4所述的设备，其中所述第二电路是可编程的。7根据权利要求5所述的设备，其中所述第一电路包括第一逻辑电平改变检测器电路；补。
5、偿计时器电路；所述第一逻辑电平改变检测电路耦合到所述PWM信号；所述第一逻辑电平改变检测电路耦合到所述补偿计时器电路，其中每当所述PWM信号改变逻辑电平时，所述补偿计时器就启动一补偿时间脉冲；第一逻辑电路，其用于将所述补偿时间脉冲加到所述PWM信号的所述时间周期上；第二逻辑电路，其用于从所述PWM信号的所述时间周期中减去所述补偿时间脉冲；以及选择电路，其用于在所述电感负载电流正在所述第一方向上流动时选择所述第一逻辑电路且在所述电感负载电流正在所述第二方向上流动时选择所述第二逻辑电路。8根据权利要求7所述的设备，其中第一延迟电路耦合于所述第一及第二逻辑电路与所述PWM信号之间。9根据权利要求4所。
6、述的设备，其中所述第二及第三电路包括权利要求书CN102027679ACN102027694A2/3页3第二逻辑电平改变检测器电路；空载时间计时器电路；所述第二逻辑电平改变检测电路耦合到所述第一电路；所述第二逻辑电平改变检测电路耦合到所述空载时间计时器电路，其中每当所述经补偿的PWM信号改变逻辑电平时，所述空载时间计时器就启动一空载时间时间脉冲；第三逻辑电路，其用于将所述空载时间时间脉冲加到所述经补偿的PWM信号的所述时间周期上并从所述经空载时间补偿的PWM信号产生所述互补PWM信号。10根据权利要求9所述的设备，其中第二延迟电路耦合于所述经补偿的PWM信号与所述第三逻辑电路之间。11一种用于。
7、向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互补PWM信号的设备，所述设备包括第一延迟电路402，其用于使PWM信号450延迟且具有经延迟的PWM信号452的输出；第一边缘检测器电路404，其用于针对所述PWM信号450的每一逻辑电平转变而产生一启动信号；第一计时器406，其耦合到所述第一边缘检测器电路404，其中每当所述PWM信号450进行逻辑电平转变时所述第一计时器406就产生一补偿时间周期，所述第一计时器406具有补偿时间周期信号454的第一输出及互补补偿时间周期信号456的第二输出；“或”门408，其具有耦合到所述经延迟的PWM信号452的第一输入、耦合到所述补偿时间周期信号454的。
8、所述第一输出的第二输入及经伸展的PWM信号458的输出；“与”门410，其具有耦合到所述经延迟的PWM信号452的第一输入、耦合到所述互补补偿时间周期信号456的所述第二输出的第二输入及经收缩的PWM信号460的输出；多路复用器412，其具有耦合到所述经伸展的PWM信号458的第一输入及耦合到所述经收缩的PWM信号460的第二输入，其中所述多路复用器412的输出在电感负载的电流正在第一方向上流动时耦合到所述第一输入且在所述电感负载的所述电流正在第二方向上流动时耦合到所述第二输入，借此所述多路复用器412的所述输出产生经补偿的PWM信号462第二延迟电路422，其用于使所述经补偿的PWM信号46。
9、2延迟且具有经延迟的经补偿PWM信号464的输出；第二边缘检测器电路424，其用于针对所述经延迟的经补偿PWM信号464的每一逻辑电平转变而产生一启动信号；第二计时器426，其耦合到所述第二边缘检测器电路404，其中每当所述经延迟的经补偿PWM信号464进行逻辑电平转变时所述第二计时器406就产生一空载时间时间周期，所述第二计时器426具有经空载时间补偿的PWM信号466的输出；“与”门414，其具有耦合到所述经补偿的PWM信号462的第一输入、耦合到所述经空载时间补偿的PWM信号466的第二输入及第一互补的经空载时间补偿的权利要求书CN102027679ACN102027694A3/3页4P。
10、WM信号PWMH468的输出；以及“与”门416，其具有耦合到所述经延迟的经补偿PWM信号464的第一输入、耦合到所述经空载时间补偿的PWM信号466的第二输入及第二互补的经空载时间补偿的PWM信号PWML470的输出。12根据权利要求11所述的设备，其中所述第一计时器是可编程的。13根据权利要求11所述的设备，其中所述第二计时器是可编程的。权利要求书CN102027679ACN102027694A1/5页5脉宽调制空载时间补偿方法及设备技术领域0001本发明涉及具有数字脉宽调制PWM能力的数字装置，且更特定来说，涉及在控制例如电动机的电感负载时具有对PWM波形的空载时间补偿的数字装置。背景技。
11、术0002脉宽调制PWM控制器正有效地用于控制电力供应器中的电压电平且控制电动机的旋转速度及方向。对于电动机控制，以各种速率接通及关断直流DC电源以产生用于控制电动机的速度及旋转方向的交流AC波形。参考图1，其描绘脉宽调制PWM功率控制器102的示意性框图及功率驱动器电路106的示意性连接图。通常，“半桥式”功率晶体管配置功率晶体管110及112例如功率MOSFET、SCR、三端双向可控硅开关等由两个互补PWM信号PWMH220及PWML222控制，在任何时间所述两个互补信号中仅有一者接通。为确保可不存在两个互补PWM信号的“接通”重叠，在此两个互补PWM信号PWMH220及PWML222通常。
12、参考图2之间引入“空载时间”。“空载时间”功能确保在接通一个晶体管同时接通另一晶体管时不产生电流尖峰例如，无将导致V与V之间的短路的“接通”重叠。在空载时间电路为所需功能的同时，其也产生其自身的“问题”。关于空载时间电路的最大问题是所产生的晶体管波形因电动机绕组的电感而失真。此波形失真致使受控制的电动机大致以缓慢的电动机速度运行。可使用空载时间补偿电路对由电动机电感导致的失真进行校正。0003参考图3，其描绘用于产生具有空载时间补偿的互补PWM波形的数字PWM产生系统的具体实例性现有技术实施例的示意性框图。用于空载时间补偿的这些现有技术根据电动机负载中的电流的方向而在两个不同的PWM工作循环之。
13、间进行选择。如图3A中所示，简单空载时间补偿电路使用多路复用器306以根据装置输入340的状态由电动机电流的方向确定而选择来自不同工作循环控制寄存器302及304的两个工作循环值中的一者。此现有技术实施例需要大量的软件“额外开销”来持续地计算新的工作循环值并将其加载到装置的工作循环控制寄存器302及304中。如图3B中所示，另一技术使用需要硬件加法器/减法器310的“强力”方法，所述硬件加法器/减法器基于穿过受控制电动机的电流的方向而自动地计算所要的经补偿空载时间值并将其加到存储于工作循环控制寄存器302及304中的循环值上/将其从所述循环值中减去。图3B的硬件实施方案实施起来较昂贵且复杂。发。
14、明内容0004因此，存在对一种实施适合于负载电流的两个方向的互补PWM信号的空载时间补偿的简单、具成本效益且高效的方式的需要，例如，所述负载可以是电动机或任一其它类型的电感负载。0005因此，根据本发明的教示内容，通过以下步骤从脉宽调制PWM产生器获得经空载时间补偿的互补PWM信号首先基于正由所述PWM产生器控制的电感负载中的电说明书CN102027679ACN102027694A2/5页6流的方向而向PWM产生器信号施加时间周期补偿。接着向经补偿的PWM产生器信号施加空载时间以产生互补的经空载时间补偿的PWM信号，用于控制驱动所述电感负载的功率切换电路。0006根据本发明的另一具体实例性实施。
15、例，一种向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互补PWM信号的方法包括以下步骤补偿脉宽调制PWM信号的时间周期，其中所述补偿所述PWM的所述时间周期的步骤包括以下步骤如果电感负载的电流正在第一方向上流动，那么伸展所述PWM信号的所述时间周期；或如果所述电感负载的所述电流正在第二方向上流动，那么收缩所述PWM信号的所述时间周期；将空载时间加到所述PWM信号的所述经补偿的时间周期上；以及从所述经空载时间补偿的PWM信号产生互补PWM信号。0007根据本发明的另一具体实例性实施例，一种用于向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互补PWM信号的设备包括第一电路，其用于补偿脉宽调制PWM。
16、信号的时间周期，其中所述时间周期在电感负载电流正在第一方向上流动时伸展且在所述电感负载电流正在第二方向上流动时收缩；第二电路，其用于将空载时间加到所述PWM信号的所述经补偿的时间周期上；以及第三电路，其用于从所述经空载时间补偿的PWM信号产生互补PWM信号。0008根据本发明的又一具体实例性实施例，一种用于向脉宽调制PWM信号提供空载时间补偿并从中产生互补PWM信号的设备包括第一延迟电路402，其用于使PWM信号450延迟且具有经延迟的PWM信号452的输出；第一边缘检测器电路404，其用于针对所述PWM信号450的每一逻辑电平转变而产生一启动信号；第一计时器406，其耦合到所述第一边缘检测器。
17、电路404，其中每当所述PWM信号450进行逻辑电平转变时所述第一计时器406就产生一补偿时间周期，所述第一计时器406具有补偿时间周期信号454的第一输出及互补补偿时间周期信号456的第二输出；“或”门408，其具有耦合到所述经延迟的PWM信号452的第一输入、耦合到所述补偿时间周期信号454的所述第一输出的第二输入及经伸展的PWM信号458的输出；“与”门410，其具有耦合到所述经延迟的PWM信号452的第一输入、耦合到所述互补补偿时间周期信号456的所述第二输出的第二输入及经收缩的PWM信号460的输出；多路复用器412，其具有耦合到所述经伸展的PWM信号458的第一输入及耦合到所述经收。
18、缩的PWM信号460的第二输入，其中所述多路复用器412的输出在电感负载的电流正在第一方向上流动时耦合到所述第一输入且在所述电感负载的所述电流正在第二方向上流动时耦合到所述第二输入，借此所述多路复用器412的所述输出产生经补偿的PWM信号462；第二延迟电路422，其用于使所述经补偿的PWM信号462延迟且具有经延迟的经补偿PWM信号464的输出；第二边缘检测器电路424，其用于针对所述经延迟的经补偿PWM信号464的每一逻辑电平转变而产生一启动信号；第二计时器426，其耦合到所述第二边缘检测器电路404，其中每当所述经延迟的经补偿PWM信号464进行逻辑电平转变时所述第二计时器406就产生一。
19、空载时间时间周期，所述第二计时器426具有经空载时间补偿的PWM信号466的输出；“与”门414，其具有耦合到所述经补偿的PWM信号462的第一输入、耦合到所述经空载时间补偿的PWM信号466的第二输入及第一互补的经空载时间补偿的说明书CN102027679ACN102027694A3/5页7PWM信号PWMH468的输出；以及“与”门416，其具有耦合到所述经延迟的经补偿PWM信号464的第一输入、耦合到所述经空载时间补偿的PWM信号466的第二输入及第二互补的经空载时间补偿的PWM信号PWML470的输出。附图说明0009通过参考结合附图进行的以下说明可更全面地理解本发明，附图中0010图。
20、1图解说明脉宽调制PWM功率控制器的示意性框图及功率驱动器电路的示意性连接图；0011图2图解说明以下各项的时序图A互补PWM波形，B在PWM与互补PWM波形之间具有空载时间的互补PWM波形，及C具有空载时间补偿的互补PWM波形；0012图3图解说明用于产生具有空载时间补偿的互补PWM波形的现有技术数字PWM产生系统的示意性框图；0013图4图解说明根据本发明的具体实例性实施例用于产生具有空载时间补偿的互补PWM波形的数字PWM产生器的示意性框图；且0014图5图解说明在图4中所示的PWM产生器的操作期间产生的信号波形的示意性时序图。0015尽管本发明易于作出各种修改及替代形式，但在图式中是显。
21、示并在本文中详细地描述其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的说明并非打算将本发明限定于本文所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖所附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。具体实施方式0016现在参照图式，其示意性地图解说明具体实例性实施例的细节。图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且相似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。0017图1图解说明脉宽调制PWM功率控制器的示意性框图及功率驱动器电路的示意性连接图。PWM功率控制器102可包括具有互补PWM信号产生的数字装置104及用于驱动例如电动机、电感加热器等负载的功率驱动器电路106。功率驱动器电路106可包。
22、括用于将所述负载未显示以交替方式连接到V晶体管110接通或V晶体管112接通的功率驱动器晶体管110及112。晶体管110及112两者无法同时接通，否则可发生对所述功率电路可极具破坏性的电流贯通。分别通过来自数字装置104的互补PWM信号220及222来控制接通及关断晶体管110及112。晶体管110及112表示用于电感负载的单相的驱动器电路106A。对于多相电感负载例如，多相电动机，一对晶体管110及112将用于相位例如，三个相位中的每一者。0018参考图2，其描绘以下各项的时序图A互补PWM波形，B在PWM与互补PWM波形之间具有空载时间的互补PWM波形，及C具有空载时间补偿的互补PWM波。
23、形。PWML波形信号222B将处于逻辑电平低“0”，例如，从而控制晶体管110关断，且PWMH波形信号222A处于逻辑电平高“1”，例如，从而控制晶体管112接说明书CN102027679ACN102027694A4/5页8通，且反之亦然。因此，此两个信号220A及222B是彼此“互补的”或“相反的”以便确保在某一时间晶体管110及112中仅有一者接通。0019为进一步保证在某一时间晶体管110及112中仅有一者接通，向PWM波形信号220B及222B中的至少一者引入空载时间202。空载时间202有效地防止在晶体管110或112中的一者接通而另一者关断时发生电流贯通，类似于先断后通开关。然而，。
24、引入空载时间202产生到电动机的功率的电压及电流失真。这是因为电动机为电感的且因此在空载时间周期期间电流继续在电动机绕组中流动。因此，到电动机的所施加电压失真，从而导致电动机中的电流失真。可根据电动机电流方向使PWM波形预失真来对电动机中的此不合意电流失真进行补偿。可通过使PWM波形信号中的例如PWM波形信号222C的一者伸展由编号208表示并使另一信号收缩例如PWM波形信号220C的时间204及206来完成PWM波形的预失真，如本文中更全面地描述。0020现在参考图4及5，其中图4描绘根据本发明的具体实例性实施例用于产生具有空载时间补偿的互补PWM波形的数字PWM产生器的示意性框图，且图5描。
25、绘在图4中所示的PWM产生器的操作期间产生的信号波形的示意性时序图。根据本发明的应用于图4的具体实例性实施例的教示内容，PWM信号462是PWM信号450的“预失真”版本，且PWMH信号468及PWML信号470包括原始PWM信号450的互补的借助空载时间预失真的消隐信号，如下文更全面地描述。数字电路设计领域的且受益于本发明的技术人员可设计出将仍在本发明的精神及范围内的其它逻辑电路配置。0021将来自PWM产生器例如，数字装置104的一部分的PWM信号450同时施加到1时钟延迟电路寄存器402及边缘检测器404的输入。1时钟延迟电路402使PWM信号450延迟1个时钟时间周期以产生经延迟的PW。
26、M信号452，其为已被延迟1个时钟周期的PWM信号450的复制品。每当边缘检测器404检测到逻辑电平转变例如，低到高或高到低时，边缘检测器404的Q输出就将启动空载时间补偿计时器406例如，单触发计时器。空载时间计时器406的接通时间持续时间可以是可通过数字输入472编程的以提供所要量的空载时间补偿，例如204及206参见图2。在从边缘检测器404接收此启动信号之后，空载时间计时器406在其Q输出上产生逻辑高“1”且在其Q/非输出上产生逻辑低“0”，分别作为计时信号454及456。在“或”门408中对经延迟的PWM信号452与计时信号454进行逻辑“或”运算以产生“经伸展的”PWM信号458。。
27、在“与”门410中对经延迟的PWM信号452与计时信号454进行逻辑“与”运算以产生“经缩短的”PWM信号460。经延迟的PWM信号452的1时钟周期时间延迟确保PWM信号452以及输出计时信号454及456分别在适当时间抵达“或”门408及“与”门410的输入。0022多路复用器412根据校正输入信号440逻辑电平而选择输入A上的“经伸展的”PWM信号458或输入B上的“经缩短的”PWM信号460以分别产生经伸展的或经缩短的PWM信号462。校正输入信号440逻辑电平由电动机中的电流的方向确定。接着将经伸展的或经缩短的PWM信号462发送到“与”门414及反相器418的输入。将来自反相器41。
28、8的输出同时施加到1时钟延迟电路寄存器422及边缘检测器424的输入。1时钟延迟电路422使来自反相器418的PWM信号延迟1个时钟时间周期以产生经延迟的PWM信号464，其为已被延迟1个时钟周期的经伸展的或经缩短的PWM信号说明书CN102027679ACN102027694A5/5页9462的经反相复制品。经伸展的或经缩短的PWM信号462是原始PWM信号450在应用标准空载时间消隐功能之前的“预失真”版本，如下文更全面地论述。0023每当边缘检测器424检测到逻辑电平转变例如，低到高或高到低时，边缘检测器424的Q输出就将启动空载时间计时器426例如，单触发计时器。空载时间计时器426的。
29、接通时间持续时间可以是可通过数字输入472编程的以提供所要的空载时间202参见图2。在从边缘检测器424接收此启动信号之后，空载时间计时器426在其Q/非输出上产生逻辑低“0”作为计时信号466。在“与”门414中对经伸展的或经缩短的PWM信号462与计时信号466进行逻辑“与”运算以产生经补偿的空载时间PWMH信号468。在“与”门416中对经延迟的PWM信号464与计时信号466进行逻辑“与”运算以产生经补偿的空载时间PWML信号470。经延迟的PWM信号464的1时钟周期时间延迟确保PWM信号464及输出计时信号466在适当时间抵达“与”门416的输入。借此将空载时间202与经伸展的或经。
30、缩短的经补偿的PWM462信号集成以产生PWMH输出信号468及PWML输出信号470。0024尽管已通过参考本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的各实施例，但此参考并不意味着对本发明的限定，且不应推断出存在此限定。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、更改和等效形式，相关领域的且受益于本发明的技术人员将会联想到此类修改、更改和等效形式。所描绘及所描述的本发明的各实施例仅作为实例，而并非是对本发明范围的穷尽性说明。说明书CN102027679ACN102027694A1/5页10图1说明书附图CN102027679ACN102027694A2/5页11图2说明书附图CN102027679ACN102027694A3/5页12图3现有技术说明书附图CN102027679ACN102027694A4/5页13图4说明书附图CN102027679ACN102027694A5/5页14图5说明书附图CN102027679A。