調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其中包括頻率選擇模塊，用以當初始輸入信號低于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設低電平的頻率選擇信號以及當初始輸入信號高于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設高電平的頻率選擇信號；脈寬調制信號控制模塊，用以當頻率選擇信號為系統(tǒng)預設低電平時，輸出系統(tǒng)預設高頻率的脈沖驅動信號，以及當頻率選擇信號為系統(tǒng)預設高電平時，輸出系統(tǒng)預設低頻率的脈沖驅動信號。采用該種調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，在低電流驅動工作模式下，采用高頻率驅動方式，降低電機工作時產生的音頻噪聲干擾；而在大電流驅動工作模式下，采用低頻率驅動方式，保證電機工作效率，減小功率管的損耗，具有更廣泛的應用范圍。
【專利說明】調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路領域，尤其涉及PWM驅動調速領域，具體是指一種調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構。
【背景技術】
[0002]直流電動機的應用在19世紀末已經得到廣泛應用。雖然隨著交流應用系統(tǒng)的逐漸普及，直流電動機應用有下降的趨勢，但直流電動機本身具有良好線性調速和簡單易控的優(yōu)點，使得其在工業(yè)場合具有不可替代的作用。相對于交流電動機，直流電動機主要有以下幾個特點:(I)較寬的調速范圍；(2)較快的動態(tài)響應過程；(3)力卩、減速時具有自動平滑的過渡過程；(4)低速運轉時能提供較大力矩。直流電動機在數(shù)控機床、造紙印刷、紡織印染、包裝機械、電工機械、生物設備、機車車輛、雷達設備等各個領域得到廣泛應用。直流調速器是調節(jié)直流電動機速度的設備，其調速方式采用脈寬調制(PWM，Pulse WidthModulator)調速。常見的應用系統(tǒng)如圖1所示。
[0003]圖1中，功率管Ml的柵壓Ve的等效直流電壓值為D*VW1，則調速開關通過改變輸出信號Wl的占空比，調節(jié)功率管Ml的柵電壓Ve，進而調節(jié)直流電機回路的電流，來控制直流電動機的速度。在通常的應用系統(tǒng)中，采用定頻PWM調速，即頻率固定，控制PWM信號的占空比，來實現(xiàn)調速的功能。由于直流電動機的調速范圍很寬，隨著占空比的增大，直流電機回路的電流也增大，此時，功率管Ml的開關損耗會影響系統(tǒng)的整體效率，同時，過大的損耗甚至會使Ml過熱而燒毀。所以，直流電動機調速的頻率一般較低(如幾KHz)。雖然較低的工作頻率降低了 Ml的開關損耗，提高了系統(tǒng)的整體效率，但是由于工作頻率較低，在人的音頻范圍內，因此增加了音頻噪聲，給用戶帶來不便。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種能夠實現(xiàn)在保證大電流驅動狀態(tài)下的效率基礎上、改善小電流驅動狀態(tài)下的音頻噪聲、具有更廣泛應用范圍的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構具有如下構成:
[0006]該調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其主要特點是，所述的電路結構包括:
[0007]頻率選擇模塊，用以當初始輸入信號低于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設低電平的頻率選擇信號以及當初始輸入信號高于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設高電平的頻率選擇信號；
[0008]脈寬調制信號控制模塊，用以當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設低電平時，輸出系統(tǒng)預設高頻率的脈沖驅動信號，以及當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設高電平時，輸出系統(tǒng)預設低頻率的脈沖驅動信號。
[0009]較佳地，所述的脈寬調制信號控制模塊包括:
[0010]振蕩器，用以生成相同頻率的數(shù)字時鐘信號和三角波信號，當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設低電平時，所述的數(shù)字時鐘信號和三角波信號的頻率值為系統(tǒng)預設高頻率值，以及當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設高電平時，所述的數(shù)字時鐘信號和三角波信號的頻率值為系統(tǒng)預設低頻率值。
[0011]脈寬調制單元，用以根據(jù)所述的數(shù)字時鐘信號的頻率確定輸出的脈沖驅動信號的頻率以及根據(jù)所述的初始輸入信號和三角波信號的比較確定輸出的脈沖驅動信號的占空比。
[0012]更佳地，所述的振蕩器包括數(shù)字時鐘信號生成子單元和三角波信號生成子單元，所述的數(shù)字時鐘信號生成子單元包括:
[0013]第二比較器，所述的第二比較器的正向輸入端輸入第一偏置電壓信號，所述的第二比較器的反向輸入端輸入所述的三角波信號；
[0014]第三比較器，所述的第三比較器的正向輸入端輸入所述的三角波信號，所述的第三比較器的反向輸入端輸入第二偏置電壓信號；
[0015]數(shù)字時鐘信號電平控制器，用以根據(jù)所述的第二比較器和第三比較器的輸出結果確定所述的數(shù)字時鐘信號的邏輯電平值。
[0016]更進一步地，所述的數(shù)字時鐘信號電平控制器用以當所述的三角波信號小于第一偏置電壓信號的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯高電平，當所述的三角波信號大于第一偏置電壓信號的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯低電平，以及當所述的三角波信號小于所述的第二偏置電壓的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯高電平。
[0017]更佳地，所述的頻率選擇模塊包括:
[0018]第一比較器，所述的第一比較器的正向輸入端輸入所述的初始輸入信號，所述的第一比較器的反向輸入端輸入具有系統(tǒng)預設值的閾值信號；
[0019]D觸發(fā)器，所述的D觸發(fā)器的D端輸入所述的第一比較器的輸出信號，所述的D觸發(fā)器的CK端輸入所述的數(shù)字時鐘信號，所述的D觸發(fā)器的R端輸入復位信號，所述的D觸發(fā)器的Q端輸出所述的頻率選擇信號。
[0020]采用了該發(fā)明中的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，具有如下有益效果:
[0021]通過設置頻率選擇模塊，當PWM信號的占空比達到設定值時，進行工作頻率的切換，實現(xiàn)系統(tǒng)驅動頻率由高頻率降低為低頻率，從而實現(xiàn)了在低電流驅動工作模式下，采用高頻率驅動方式，降低電機工作時產生的音頻噪聲干擾；而在大電流驅動工作模式下，采用低頻率驅動方式，保證電機工作效率，減小功率管的損耗，具有更廣泛的應用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術中調速開關的電路結構示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明的各個模塊的信號波形圖。
[0025]圖4為本發(fā)明的頻率選擇模塊的內部結構示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明的振蕩器模塊的內部結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。
[0028]本發(fā)明的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構如圖2所示。
[0029]SI為電壓輸入信號，輸入至VARF模塊。VARF模塊為頻率選擇模塊。SI信號經VARF模塊檢測后，由VARF模塊輸出頻率選擇信號S2，并將其輸入至OSC模塊。OSC模塊為振蕩器，其作用是產生數(shù)字時鐘信號S3及其同頻率的三角波信號S4。S3信號作為系統(tǒng)的時鐘信號。S4信號輸入PWM單元，與SI信號進行比較。PWM單元為脈寬調制單元，將SI信號與S4信號進行比較，確定驅動信號的占空比，輸出PWM信號S5至驅動模塊，用于驅動功率管。
[0030]相對于傳統(tǒng)PWM驅動調速方式，本發(fā)明的特點在于增加了 VARF模塊，當PWM信號S5的占空比達到設定值時，進行工作頻率的切換，實現(xiàn)系統(tǒng)驅動頻率由高頻率降低為低頻率。在低電流驅動工作模式下，采用高頻率驅動方式，降低電機工作時產生的音頻噪聲干擾。而在大電流驅動工作模式下，采用低頻率驅動方式，保證電機工作效率，減小功率管的損耗。
[0031]信號波形圖如圖3所示。
[0032]如圖3所示，當信號SI電壓值低于Vtl值時，S2信號為邏輯低電平。系統(tǒng)時鐘工作頻率處于高頻率狀態(tài)fH，同時，S4信號為頻率fH的三角波。PWM輸出信號S5的占空比由信號SI與信號S4比較確定，頻率為fH。當信號SI電壓值高于Vtl值時，S2信號為邏輯高電平。系統(tǒng)時鐘工作頻率處于低頻率狀態(tài)4，同時，信號S4為頻率4的三角波。PWM輸出信號S5的占空比由信號SI與信號S4比較確定，頻率為4。頻率的切換依靠VARF模塊輸出信號S2的電平變換來實現(xiàn)。
[0033]VARF具體實現(xiàn)方式如圖4所示。
[0034]Cl為比較器電路。C2為DFF觸發(fā)器。信號S6為復位信號。在信號S6處于邏輯低電平時，信號S2為邏輯低電平，系統(tǒng)工作頻率為初始設置值fH。信號S7為閾值信號，預設值為％。在信號S6處于邏輯高電平的情況下，當信號SI的電壓值低于Vtl,則Cl輸出信號S8為邏輯低電平，經信號S3上升沿觸發(fā)，C2輸出信號S2為邏輯低電平，此時，設置系統(tǒng)工作頻率為fH ;當信號SI的電壓值高于Vtl，則Cl輸出信號S8為邏輯低電平，經信號S3上升沿觸發(fā)，C2輸出信號S2為邏輯高電平，此時，設置系統(tǒng)工作頻率為4。系統(tǒng)將信號S2輸入到OSC模塊，來實現(xiàn)系統(tǒng)工作頻率的最終變換。
[0035]OSC具體實現(xiàn)方式如圖5。
[0036]C3、C4為比較器。S9、SlO為偏置電壓，S12為偏置電流。S3為系統(tǒng)時鐘信號，S4為三角波信號。Sll為數(shù)字時鐘信號電平控制器，控制S3信號的高電平和低電平。當信號S4的電壓值小于信號S9的電壓值時，Sll為邏輯低電平，S3處于邏輯高電平；當信號S4的電壓值大于信號S9的電壓值，則Sll為邏輯高電平，S3處于邏輯低電平，直到信號S4的電壓值小于于信號SlO的電壓值，則Sll變?yōu)檫壿嫷碗娖?，S3為邏輯高電平。初始狀態(tài)，S2為邏輯低電平，則S3的頻率為fH，當信號S2變?yōu)檫壿嫺唠娖綍r，則S3的頻率為4，實現(xiàn)頻率的降低。
[0037]采用了該發(fā)明中的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，具有如下有益效果:
[0038]通過設置頻率選擇模塊，當PWM信號的占空比達到設定值時，進行工作頻率的切換，實現(xiàn)系統(tǒng)驅動頻率由高頻率降低為低頻率，從而實現(xiàn)了在低電流驅動工作模式下，采用高頻率驅動方式，降低電機工作時產生的音頻噪聲干擾；而在大電流驅動工作模式下，采用低頻率驅動方式，保證電機工作效率，減小功率管的損耗，具有更廣泛的應用范圍。
[0039]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其特征在于，所述的包括電路結構包括: 頻率選擇模塊，用以當初始輸入信號低于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設低電平的頻率選擇信號以及當初始輸入信號高于系統(tǒng)預設輸入限值時輸出系統(tǒng)預設高電平的頻率選擇信號； 脈寬調制信號控制模塊，用以當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設低電平時，輸出系統(tǒng)預設高頻率的脈沖驅動信號，以及當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設高電平時，輸出系統(tǒng)預設低頻率的脈沖驅動信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其特征在于，所述的脈寬調制信號控制模塊包括: 振蕩器，用以生成相同頻率的數(shù)字時鐘信號和三角波信號，當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設低電平時，所述的數(shù)字時鐘信號和三角波信號的頻率值為系統(tǒng)預設高頻率值，以及當所述的頻率選擇信號為系統(tǒng)預設高電平時，所述的數(shù)字時鐘信號和三角波信號的頻率值為系統(tǒng)預設低頻率值。 脈寬調制單元，用以根據(jù)所述的數(shù)字時鐘信號的頻率確定輸出的脈沖驅動信號的頻率以及根據(jù)所述的初始輸入信號和三角波信號的比較確定輸出的脈沖驅動信號的占空比。
3.根據(jù)權利要求2所述的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其特征在于，所述的振蕩器包括數(shù)字時鐘信號生成子單元和三角波信號生成子單元，所述的數(shù)字時鐘信號生成子單元包括: 第二比較器，所述的第二比較器的正向輸入端輸入第一偏置電壓信號，所述的第二比較器的反向輸入端輸入所述的三角波信號； 第三比較器，所述的第三比較器的正向輸入端輸入所述的三角波信號，所述的第三比較器的反向輸入端輸入第二偏置電壓信號； 數(shù)字時鐘信號電平控制器，用以根據(jù)所述的第二比較器和第三比較器的輸出結果確定所述的數(shù)字時鐘信號的邏輯電平值。
4.根據(jù)權利要求3所述的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其特征在于，所述的數(shù)字時鐘信號電平控制器用以當所述的三角波信號小于第一偏置電壓信號的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯高電平，當所述的三角波信號大于第一偏置電壓信號的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯低電平，以及當所述的三角波信號小于所述的第二偏置電壓的電壓值，確定所述的數(shù)字時鐘信號為邏輯高電平。
5.根據(jù)權利要求2所述的調速開關中實現(xiàn)降頻的電路結構，其特征在于，所述的頻率選擇模塊包括: 第一比較器，所述的第一比較器的正向輸入端輸入所述的初始輸入信號，所述的第一比較器的反向輸入端輸入具有系統(tǒng)預設值的閾值信號； D觸發(fā)器，所述的D觸發(fā)器的D端輸入所述的第一比較器的輸出信號，所述的D觸發(fā)器的CK端輸入所述的數(shù)字時鐘信號，所述的D觸發(fā)器的R端輸入復位信號，所述的D觸發(fā)器的Q端輸出所述的頻率選擇信號。
【文檔編號】H02P7/29GK103840665SQ201410121443
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權日:2014年3月28日
【發(fā)明者】田劍彪, 章少杰, 胡俊材, 王慶斌, 顧川, 胡建偉, 何遲 申請人:紹興光大芯業(yè)微電子有限公司