專利名稱:鋸齒波發(fā)生設(shè)備、鋸齒波發(fā)生方法、恒流電路以及調(diào)整其電流量的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鋸齒波發(fā)生設(shè)備、一種發(fā)生鋸齒波的方法、一種恒流電路以及調(diào)整其電流量的方法,更加具體地講,涉及在PWM驅(qū)動(dòng)裝置、PWM顯示裝置或類似裝置中使用的這樣的設(shè)備和方法。
背景技術(shù):
在傳統(tǒng)的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中,使用晶體振蕩器之類的振蕩器的固定振蕩頻率產(chǎn)生具有所需基準(zhǔn)頻率的信號(hào),然后使用具有所需基準(zhǔn)頻率的信號(hào)產(chǎn)生鋸齒波。下面將參照?qǐng)D9和10說明傳統(tǒng)鋸齒波發(fā)生設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
圖9是傳統(tǒng)鋸齒波發(fā)生設(shè)備2的示意性框圖。如圖9所示,傳統(tǒng)的鋸齒波發(fā)生設(shè)備2包括固定頻率發(fā)生部分3,用于使用晶體振蕩器之類的振蕩器產(chǎn)生固定在預(yù)定值上的基準(zhǔn)頻率;和鋸齒波發(fā)生部分4,用于根據(jù)基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生鋸齒波。采用這種方式,由于采用了具有壓電效應(yīng)的壓電元件之類的元件作為負(fù)載,即,沒有考慮驅(qū)動(dòng)諧振點(diǎn)可變的負(fù)載,這樣固定頻率發(fā)生部分3得到了利用。
圖10是示出了圖9中所示的鋸齒波發(fā)生部分4的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的電路圖。如圖10所示,鋸齒波發(fā)生部分4包括電阻值可手動(dòng)改變的可變電阻器4R和各自具有預(yù)定電容值的多個(gè)電容器4C,可以對(duì)這些電容器中的每一個(gè)進(jìn)行設(shè)定(選擇)。在這種情況下,在圖10所示的鋸齒波發(fā)生部分4中,包括鋸齒波斜率在內(nèi)的鋸齒波形狀可通過改變可變電阻器4R的阻值而改變,并且鋸齒波的周期(鋸齒波前緣和后沿之間的時(shí)間周期)可通過在多個(gè)電容器4C中選取一個(gè)電容器來改變。
所產(chǎn)生的鋸齒波可用在諸如PWM驅(qū)動(dòng)裝置或PWM顯示裝置(例如,日本特開專利申請(qǐng)第HEI.11-180529號(hào)中所公開的)之類的進(jìn)行PWM控制的設(shè)備中。PWM控制是這樣一種控制通過借助電壓比較器對(duì)預(yù)定電壓值與鋸齒波的電壓值(電壓波形)進(jìn)行比較,使用用于控制各種不同裝置中的每一個(gè)的驅(qū)動(dòng)的具有預(yù)定占空比的信號(hào)來控制裝置的開/關(guān)。
此外,在日本特開專利申請(qǐng)第HEI.11-180529號(hào)中,公開了一種使用諧振頻率控制橢圓振蕩部件進(jìn)給機(jī)(feeder)的驅(qū)動(dòng)的方法,其中使用可變頻電源對(duì)諧振點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制。
不過,在傳統(tǒng)的鋸齒波發(fā)生設(shè)備2中,在使用諧振裝置的諧振點(diǎn)在驅(qū)動(dòng)裝置中進(jìn)行PWM控制的情況下,因?yàn)橹C振頻率是可變的,所以不能形成整齊的(或穩(wěn)定的)鋸齒波。
也就是說,在PWM控制中利用了由諧振驅(qū)動(dòng)裝置的諧振頻率生成的鋸齒波。不過,由于諧振頻率是可變的,因此無法將PWM控制穩(wěn)定在預(yù)定的占空比上。這樣,就會(huì)有在這樣的情況下占空比不斷改變的問題。
此外,還有另外一個(gè)問題,即因?yàn)镻WM控制的諧振頻率不斷改變,所以無法形成成為PWM控制的基準(zhǔn)信號(hào)的具有確定形狀的穩(wěn)定鋸齒波。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題,因此,本發(fā)明的目的是提供鋸齒波發(fā)生設(shè)備和鋸齒波發(fā)生方法,在對(duì)具有諧振頻率不斷變化的壓電元件的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行PWM控制或者通過任意改變諧振頻率來進(jìn)行PWM控制的情況下,所提供的鋸齒波發(fā)生設(shè)備和鋸齒波發(fā)生方法能夠根據(jù)諧振頻率的變化穩(wěn)定地供應(yīng)鋸齒波。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,本發(fā)明致力于一種能夠穩(wěn)定地生成鋸齒波的鋸齒波發(fā)生設(shè)備。該鋸齒波發(fā)生設(shè)備包括基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分,用于生成具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào);鋸齒波形成部分,該部分根據(jù)由所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分生成的基準(zhǔn)信號(hào)的預(yù)定頻率來形成鋸齒波;和校正部分,該部分根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)的預(yù)定頻率的變化,自動(dòng)校正由所述鋸齒波形成部分形成的由ΔV/t定義的鋸齒波的斜率。
在本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中,由基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分生成具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào),由鋸齒波形成部分根據(jù)該預(yù)定頻率形成鋸齒波,然后由校正部分自動(dòng)校正所形成的鋸齒波的斜率(即,值ΔV/t)。這樣,根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備,在對(duì)具有諧振頻率不斷變化的壓電元件的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行PWM控制或者通過任意改變諧振頻率來進(jìn)行PWM控制的情況下,能夠根據(jù)諧振頻率的變化穩(wěn)定地供應(yīng)鋸齒波。
在這種情況下,優(yōu)選地,基準(zhǔn)信號(hào)是具有上升沿和后沿的方波,并且所述校正部分包括電壓比較器,該電壓比較器對(duì)由所述鋸齒波形成部分形成的鋸齒波的電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較;相位比較器,該相位比較器對(duì)由所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分生成的基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位與所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位進(jìn)行比較;和低通濾波器,該低通濾波器去除相位比較器的輸出信號(hào)中的高頻分量,并且將所得的輸出信號(hào)反饋給所述鋸齒波形成部分。
此外,優(yōu)選地,在所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位早于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,所述相位比較器輸出低電平信號(hào),以使值ΔV/t變小,在所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位遲于基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,所述相位比較器輸出高電平信號(hào),以使值ΔV/t變大。
而且,優(yōu)選地,所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分包括含PLL電路的基頻發(fā)生部分和用于根據(jù)基頻發(fā)生部分的輸出信號(hào)生成基準(zhǔn)信號(hào)的頻率發(fā)生部分。
此外,優(yōu)選地,鋸齒波形成部分包括輸出恒定電流的恒流電路、由恒流電路的輸出電流充電的電容器和用于對(duì)存儲(chǔ)在該電容器中的電荷進(jìn)行放電的半導(dǎo)體器件。
在這種情況下,優(yōu)選地,半導(dǎo)體器件包括IGFET(隔離柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
此外,優(yōu)選地,鋸齒波發(fā)生設(shè)備還包括鋸齒波放電脈沖部分,該部分通過根據(jù)電壓比較器的輸出信號(hào)輸出用于所述半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通/截止信號(hào)來控制存儲(chǔ)在所述電容器中的電荷的放電定時(shí)。
而且,優(yōu)選地,所述恒流電路能夠根據(jù)所述低通濾波器的輸出信號(hào)控制輸出電流量。
此外,優(yōu)選地,所述恒流電路包括輸出恒定電壓的恒壓源、用于利用漏電流的恒流特性的第二FET、以及用于控制第二FET的漏電流的第一FET,第一FET的源極與第二FET的源極相連接;其中第一FET的柵極與低通濾波器的輸出端相連接,以控制所述恒流電路的輸出電流量,并且第二FET的柵極和第一FET的漏極都與恒壓源相連接。
此外,根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,本發(fā)明致力于一種生成鋸齒波的方法。該方法包括以下步驟生成具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào),該基準(zhǔn)信號(hào)為具有上升沿和后沿的方波;根據(jù)所生成的基準(zhǔn)信號(hào)形成鋸齒波;對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位與所形成的鋸齒波的頂點(diǎn)的相位進(jìn)行比較;和根據(jù)所述相位比較的結(jié)果自動(dòng)校正由ΔV/t定義的鋸齒波的斜率。
在這種情況下,優(yōu)選地,所述自動(dòng)校正步驟包括當(dāng)所述鋸齒波的電壓值達(dá)到預(yù)定的電壓值時(shí),生成脈沖信號(hào);對(duì)所述脈沖信號(hào)的相位與所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿進(jìn)行比較;和對(duì)所述鋸齒波的斜率進(jìn)行校正,在所述脈沖信號(hào)的相位早于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,使值ΔV/t變小,在所述脈沖信號(hào)的相位遲于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,使值ΔV/t變大。
此外,根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面,本發(fā)明致力于一種輸出恒定電流的恒流電路。在這點(diǎn)上,位于該恒流電路之外的電流控制裝置能夠控制恒流電路的輸出電流量。該恒流電路包括恒壓源,能夠輸出恒定電壓;第二FET,該第二FET的柵極與所述恒壓源的輸出端相連接,并且第二FET的漏極構(gòu)成所述恒流電路的輸出端子;和第一FET,該第一FET能夠根據(jù)從所述電流控制裝置輸入的控制信號(hào)控制第二FET的漏極的輸出電流量,第一FET的漏極與所述恒壓源和所述第二FET的柵極相連接,并且第一FET的柵極與所述電流控制裝置相連接。
在這種情況下,優(yōu)選地,所述電流控制裝置包括低通濾波器,并且所述控制信號(hào)是可變電壓信號(hào),以使所述恒流電路輸出期望的電流量作為第二FET的漏電流。
此外,根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面,本發(fā)明致力于一種調(diào)節(jié)恒流電路的輸出電流量的方法。在這點(diǎn)上,該恒流電路包括能夠輸出恒定電壓的恒壓源、第一FET和第二FET。該方法包括通過改變施加給第一FET的柵極的電壓來調(diào)節(jié)第二FET的漏電流量,從而改變與漏電流量相對(duì)應(yīng)的所述恒流電路的輸出電流量。
通過后面參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明,本發(fā)明的前述的和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加顯而易見。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備的主要部分(電路圖)的示意性框圖。
圖2是示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中的基頻發(fā)生部分的框圖。
圖3是示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中的頻率發(fā)生部分的框圖。
圖4是示意性示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中的鋸齒波形成部分的框圖。
圖5是示意性示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中的鋸齒波放電脈沖電路的框圖。
圖6的時(shí)序圖示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備中的基頻發(fā)生部分、頻率發(fā)生部分和鋸齒波放電脈沖電路的輸出信號(hào)以及圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備的輸出信號(hào)。
圖7的時(shí)序圖示意性地示出了電壓比較器和相位比較器的輸出信號(hào),它相當(dāng)于圖6中所示的時(shí)序圖的放大圖。
圖8是示出了壓電元件的諧振頻率特性的曲線圖。
圖9是傳統(tǒng)鋸齒波發(fā)生設(shè)備的示意性框圖。
圖10是示出了圖9所示的鋸齒波發(fā)生部分的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1-8進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備和鋸齒波發(fā)生方法的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)介紹?,F(xiàn)在,應(yīng)當(dāng)注意到,這些實(shí)施例(公開內(nèi)容)應(yīng)被看作范例,因此其特征不應(yīng)被用來將本發(fā)明限定為所介紹的具體實(shí)施例。
首先,對(duì)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的主要部分(電路圖)的示意性框圖。如圖1所示,本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1包括基頻發(fā)生部分10、頻率發(fā)生部分20、鋸齒波形成部分30、鋸齒波放電脈沖電路40、放大器50、電壓比較器60、相位比較器70和低通濾波器(LPF)80。此外,鋸齒波發(fā)生設(shè)備1包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)91以及與DAC 91、基頻發(fā)生部分10和頻率發(fā)生部分20相連接的、用于對(duì)它們進(jìn)行控制的中央處理單元(CPU)90。下面將參照?qǐng)D2-5給出各個(gè)組成部分的詳細(xì)說明。
在本實(shí)施例中,將基頻發(fā)生部分10表示為包括晶體振蕩器的鎖相環(huán)(PLL)電路。不過,本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu),而是可以采用使用其它振蕩器的PLL電路,只要其振蕩頻率穩(wěn)定就行。此外,在由于擾動(dòng)等情況造成基準(zhǔn)頻率發(fā)生變化的情況下,因?yàn)殇忼X波發(fā)生設(shè)備1可以輸出穩(wěn)定的鋸齒波,所以利用鋸齒波發(fā)生設(shè)備1是有效的。
圖2是示意性示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的基頻發(fā)生部分10的框圖。如圖2所示,基頻發(fā)生部分10包括晶體振蕩器101、基準(zhǔn)頻率發(fā)生部分102、1/M分頻器103、相位比較器104、LPF 105、壓控振蕩器(VCO)106和1/N分頻器107。分別為1/M分頻器103和1/N分頻器107的分頻比的M、N的值是由CPU 90控制的。采用這種方式,基頻發(fā)生部分10通過適當(dāng)?shù)馗淖儍蓚€(gè)分頻器103、107的分頻比M、N來產(chǎn)生具有所需的基頻的信號(hào),并且將該信號(hào)輸出給頻率發(fā)生部分20。
就是說,由基準(zhǔn)頻率發(fā)生部分102根據(jù)晶體振蕩器101的振蕩頻率輸出的信號(hào)的預(yù)定頻率被1/M分頻器103分頻為1/M,并將分頻后的信號(hào)輸入到相位比較器104的一個(gè)輸入端?;l發(fā)生部分10的輸出信號(hào),(即,VCO 106的輸出信號(hào))通過反饋回路輸入給1/N分頻器107,并且由1/N分頻器107進(jìn)行了1/N分頻操作的VOC 106的輸出信號(hào)被輸入給相位比較器104的另一個(gè)輸入端。
相位比較器104對(duì)上述兩個(gè)輸入信號(hào)的相位(即,頻率)進(jìn)行比較,向LPF 105輸出比較信號(hào)(比較結(jié)果)。VCO 106根據(jù)高頻分量已被LPF 105去除后的比較信號(hào)調(diào)整輸出信號(hào),并且最終將頻率為基準(zhǔn)頻率發(fā)生部分102生成的信號(hào)的頻率的N/M倍的信號(hào)輸出給頻率生成部分20。
圖3是示意性地示出了圖1所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的頻率發(fā)生部分20的框圖。如圖3所示,頻率發(fā)生部分20包括H周期形成部分201和L周期形成部分202。H和L周期形成部分201、202每一個(gè)都由CPU 90控制。這樣,頻率生成部分20向相位比較器70的一個(gè)輸入端輸出具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào)。從圖6和7中可以看出,基準(zhǔn)信號(hào)是交替表現(xiàn)為兩個(gè)固定值(即,高電平和低電平)的方波。
這里,對(duì)使用具有壓電效應(yīng)的壓電元件作為負(fù)載的情況下的諧振頻率特性進(jìn)行說明。圖8是示出了壓電元件的諧振頻率特性的曲線圖。如圖8所示,用作負(fù)載的壓電元件具有處于諧振頻率區(qū)域內(nèi)的諧振點(diǎn)(即,諧振頻率fc)。諧振點(diǎn)取決于帶有諧振頻率不斷變化的壓電元件的驅(qū)動(dòng)裝置中的物理?xiàng)l件,比如轉(zhuǎn)子的形狀、轉(zhuǎn)子的磨損狀態(tài)、濕度、負(fù)載特性等等。
在這點(diǎn)上,在本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載的壓電元件的情況下,鋸齒波發(fā)生設(shè)備1必須根據(jù)諧振頻率的變化而改變從上述基頻發(fā)生部分10輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的頻率。因?yàn)槿绻糜诳刂茐弘娫尿?qū)動(dòng)信號(hào)的頻率(即圖8中所示的諧振頻率)與鋸齒波輸出信號(hào)(鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的輸出信號(hào))的頻率不一致,則鋸齒波發(fā)生設(shè)備1無法進(jìn)行精確的PWM控制。在這種情況下,當(dāng)CPU 90接收到了表明壓電元件的諧振頻率發(fā)生了變化的信號(hào)時(shí),CPU 90通過適當(dāng)改變基頻發(fā)生部分10中的1/M分頻器103和/或1/N分頻器107的分頻率(dividing rate)對(duì)基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整。
采用這種方式,通過根據(jù)負(fù)載(即,壓電負(fù)載)的諧振頻率的變化而改變基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)的頻率,并且通過CPU 90的控制改變頻率發(fā)生部分20的H周期和L周期,本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1能夠任意設(shè)定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。
圖4是示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的鋸齒波形成部分30的框圖。如圖4所示,鋸齒波形成部分30包括第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)301、第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)302、電阻器303、電容器304、隔離柵FET(IGFET)305(其為半導(dǎo)體器件)和(理想)電壓源306。
第一FET 301的柵極與LPF 80的輸出端相連接,并且第一FET 301的源極和漏極分別與第二FET 302的源極和電壓源306相連接。
第二FET 302的柵極與第一FET 301的漏極和電壓源306相連接。第二FET 302的漏極與電阻器303的一端和電容器304的一個(gè)傳導(dǎo)面相連接。第二FET 302的漏極還與放大器50相連接。此外,電阻器303的另一端與IGFET 305的一端相連接,并且電容器304的另一個(gè)傳導(dǎo)面和IGFET 305的另一端都與地相連。
第一和第二FET 301、302以及恒定電壓源306構(gòu)成恒流電路,該恒流電路根據(jù)LPF 80的輸出信號(hào)輸出具有預(yù)定恒定電流值的電流ID。恒流電路310能夠根據(jù)LPF 80的輸出信號(hào)(電壓值)通過在小于第二FET 302的漏電流的最大值(由從電壓源36施加的電壓決定)的范圍內(nèi)改變第二FET 302的漏電流量來控制輸出電流ID的量。在本實(shí)施例中,可以將LPF80的輸出信號(hào)看作用于控制恒流電路310的輸出電流量的電流控制裝置(未示出)的控制信號(hào)。在這種情況下,能夠使用這一控制信號(hào)來控制從恒流電路310輸出的電流ID。在LPF 80的輸出信號(hào)是高電平的情況下,施加給第一FET 301的柵極的電壓與輸出信號(hào)保持高電平的期間相對(duì)應(yīng)地增大,并且在第二FET 302的源極和漏極之間流動(dòng)的漏電流因此而增大。另一方面,在LPF 80的輸出信號(hào)為低電平的情況下,施加給第一FET301的柵極的電壓與輸出信號(hào)保持為低電平的期間相對(duì)應(yīng)地減小,并且在第二FET 302的源極和漏極之間流動(dòng)的漏電流因此而減小。
根據(jù)來自鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)對(duì)IGFET 305進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制,該鋸齒波放電脈沖電路40與IGFET 305的柵極連接。當(dāng)IGFET305截止時(shí)(即,當(dāng)IGFET 305的漏電流不流動(dòng)時(shí)),恒定電流從恒流電路310流到電容器304,從而對(duì)電容器304線性充電。存儲(chǔ)在電容器304中的電荷Q由電流ID乘以時(shí)間t來表示。電容器304的傳導(dǎo)面之間的電位差(由Q/C表示,其中C是電容器304的電容值)變?yōu)殇忼X波形成部分30的輸出信號(hào),于是基于這一輸出信號(hào)形成了具有由ΔV/t定義的斜率的直線(為鋸齒波的一部分)。
在經(jīng)過了預(yù)定時(shí)間之后,IGFET 305導(dǎo)通時(shí),存儲(chǔ)在電容器304中的電荷通過電阻器303和IGFET 305瞬間放電(此處放電電流為I放電),于是輸出信號(hào)(電壓信號(hào))變?yōu)榱?。通過周期性地重復(fù)這一過程,在鋸齒波形成部分30中形成了鋸齒波輸出信號(hào)。所形成的鋸齒波輸出給放大器50,并且由該放大器50放大。經(jīng)過放大的鋸齒波成為鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的輸出信號(hào),即,鋸齒波輸出信號(hào)。
電壓比較器60對(duì)放大器50的輸出信號(hào)(電壓信號(hào))的電壓(即,鋸齒波輸出電壓信號(hào)的電壓)與DAC 91的輸出信號(hào)的電壓(即,給定電壓信號(hào)的電壓)進(jìn)行比較。當(dāng)鋸齒波輸出電壓信號(hào)大于給定電壓信號(hào)時(shí),電壓比較器60向鋸齒波放電脈沖電路40和相位比較器70輸出高電平信號(hào)。
圖5是示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的鋸齒波放電脈沖電路40的框圖。如圖5所示,鋸齒波放電脈沖電路40包括邊沿存儲(chǔ)部分401、延遲電路402以及與電路403,該與電路403進(jìn)行邊沿存儲(chǔ)部分401的輸出信號(hào)與延遲電路402的輸出信號(hào)的反相的邏輯乘。鋸齒波放電脈沖電路40根據(jù)電壓比較器60的輸出信號(hào)向鋸齒波形成部分30輸出用于形成將在鋸齒波形成部分30中形成的鋸齒波的邊沿的信號(hào)。
更確切地說,當(dāng)電壓比較器60的輸出信號(hào)是高電平時(shí),即,當(dāng)鋸齒波輸出信號(hào)(電壓信號(hào))達(dá)到預(yù)定電壓值以上時(shí),被輸入了高電平信號(hào)的邊沿存儲(chǔ)部分401使用基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)來保持該高電平信號(hào)(見圖1),將該信號(hào)輸出給延遲電路402以及與電路403。延遲電路402將所輸入的信號(hào)延遲預(yù)定時(shí)間,將經(jīng)過延遲的信號(hào)輸出給與電路403。然后,與電路403進(jìn)行邊沿存儲(chǔ)部分401的輸出信號(hào)與延遲電路402的輸出信號(hào)的反相的邏輯乘,向鋸齒波形成部分30輸出各個(gè)脈沖具有與預(yù)定時(shí)間相當(dāng)?shù)膶挾鹊拿}沖信號(hào)。即,該脈沖信號(hào)是鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)。
相位比較器70對(duì)從頻率發(fā)生部分20輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位與從電壓比較器60輸出的電壓比較信號(hào)的相位進(jìn)行比較。在電壓比較信號(hào)的頻率高于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率的情況下,相位比較器70向LPF 80輸出低電平信號(hào),并持續(xù)與這兩個(gè)信號(hào)之間的相位延遲相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。另一方面,在電壓比較信號(hào)的頻率低于基準(zhǔn)信號(hào)的頻率的情況下,相位比較器70向LPF 80輸出高電平信號(hào),并持續(xù)與這兩個(gè)信號(hào)之間的相位超前(phase lead)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
LPF 80去除相位比較器70的輸出信號(hào)中的高頻分量,并且如上面所提到的那樣,向鋸齒波形成部分30中的第一FET 301的柵極輸出(反饋)所得的輸出信號(hào)。
在這點(diǎn)上,基頻發(fā)生部分10和頻率發(fā)生部分20構(gòu)成了基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分,而電壓比較器60、相位比較器70和LPF 80構(gòu)成了校正部分。
下面,參照?qǐng)D6和7的時(shí)序圖對(duì)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的操作過程進(jìn)行說明。圖6的時(shí)序圖示意性地示出了圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的基頻發(fā)生部分10、頻率發(fā)生部分20和鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)以及圖1中所示的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1的輸出信號(hào)。
在圖6所示的時(shí)序圖中,從該圖的頂部開始,依次示出了基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)(見圖6(A))、頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)(即,基準(zhǔn)信號(hào))(見圖6(B))、鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)(見圖6(C))和鋸齒波形成部分30的輸出信號(hào)的三種模式(即,鋸齒波輸出信號(hào))(見圖6(D)-6(F))。
在這種情況下,圖6(D)-6(F)中所示的三種模式分別對(duì)應(yīng)于從恒流電路310輸入到電容器304的電流值大于預(yù)定值的情況、所述電流值小于預(yù)定值的情況和所述電流值基本等于預(yù)定值的情況。在所述電流值等于預(yù)定值的情況下,所形成的鋸齒波最佳。
如這些時(shí)序圖所示,鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)包括與方波(頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào))的上升沿同步的脈沖。此外,與該脈沖信號(hào)同步地,存儲(chǔ)在鋸齒波形成部分30的電容器304中的電荷被放電,從而使鋸齒波輸出信號(hào)(鋸齒波形成部分30的輸出信號(hào))急劇下降到其原始狀態(tài)(即,輸出信號(hào)的電壓變?yōu)榱?。
此外,如圖6(D)所示,在恒流電路310的輸出電流值大于預(yù)定值的情況下,流到電容器304中的電流量變大,從而使得鋸齒波的斜率變大,即,使得值ΔV/t變大(大于當(dāng)前值)。這樣,通過快速對(duì)鋸齒波形成部分30中的電容器304充電,所形成的鋸齒波在早于預(yù)定定時(shí)(即,頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)上升的定時(shí))的定時(shí)增大,并且保持在基本恒定的值上(即,電壓源306的輸出電壓值),直到鋸齒波與從鋸齒波放電脈沖電路40輸出的脈沖信號(hào)同步地下落到原始狀態(tài)。此時(shí),鋸齒波的斜率基本上變成了零。
相反,如圖6(E)所示,在恒流電路310的輸出電流值小于預(yù)定值的情況下,鋸齒波的斜率變得小于上述的情況。這樣,因?yàn)殡娙萜?04在預(yù)定定時(shí)沒有得到充分充電,所以所形成的鋸齒波變成了具有平緩斜邊(小斜率)的鋸齒波。在這種情況下,由于鋸齒波頂部的高度較低,因此這個(gè)鋸齒波不適于對(duì)鋸齒波與預(yù)定電壓值進(jìn)行比較以驅(qū)動(dòng)負(fù)載的PWM控制。
如圖6(F)所示,在鋸齒波的斜率和鋸齒波放電脈沖的產(chǎn)生定時(shí)較佳的情況下,鋸齒波形成部分30能夠向放大器50輸出整齊且適用的鋸齒波。
下面,將參照?qǐng)D7中所示的時(shí)序圖對(duì)鋸齒波發(fā)生設(shè)備1中的組成部分的輸出信號(hào)之間的關(guān)系進(jìn)行說明。圖7的時(shí)序圖示意性地示出了電壓比較器60和相位比較器70的輸出信號(hào),它相當(dāng)于圖6中所示的時(shí)序圖的放大圖。
在圖7中所示的時(shí)序圖中,從該圖的頂部開始,依次示出了基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)(見圖7(A))、頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)(即,基準(zhǔn)信號(hào))(見圖7(B))、鋸齒波形成部分30的輸出信號(hào)(即,鋸齒波輸出信號(hào))(見圖7(C))、電壓比較器60的輸出信號(hào)(見圖7(D))、鋸齒波放電脈沖電路40的輸出信號(hào)(見圖7(E))和相位比較器70的輸出信號(hào)(見圖7(F))。
圖7(C)中所示的基準(zhǔn)線DAC代表從DAC 91輸入到電壓比較器60的基準(zhǔn)電壓值。當(dāng)鋸齒波輸出信號(hào)的輸出值等于基準(zhǔn)電壓值時(shí),電壓比較器60向相位比較器70輸出脈沖(見圖7(D))。與電壓比較器60輸出的脈沖相同步地,鋸齒波放電脈沖電路40輸出高電平信號(hào),并且將該高電平輸出保持經(jīng)延遲電路402延遲的預(yù)定時(shí)間(見圖7(E))。
在鋸齒波放電脈沖電路40輸出高電平信號(hào)的同時(shí),鋸齒波形成部分30中的IGFET 305導(dǎo)通,從而存儲(chǔ)在電容器304中的電荷得以迅速放電(見圖7(C))。
在這點(diǎn)上,考慮電容器304的電容值、電阻器303的電阻值等而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定經(jīng)延遲電路402延遲的時(shí)間(即,鋸齒波放電脈沖電路40的輸出電平為高時(shí)的時(shí)間)。
在下文中,依照?qǐng)D7中所示的時(shí)序圖的時(shí)間序列對(duì)根據(jù)本實(shí)施方式產(chǎn)生鋸齒波的操作過程進(jìn)行說明。
基頻發(fā)生部分10的輸出信號(hào)以上述的方式進(jìn)行分頻,從而獲得頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)。頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)是具有預(yù)定周期(頻率)的方波(見圖7(B))。當(dāng)鋸齒波輸出信號(hào)的輸出值等于DAC 91的基準(zhǔn)電壓值時(shí)(見圖7(C)),電壓比較器60在這一時(shí)間的定時(shí)輸出脈沖(見圖7(D))。
當(dāng)電壓比較器60的脈沖信號(hào)被輸出到鋸齒波放電脈沖電路40時(shí),鋸齒波放電脈沖電路40輸出高電平信號(hào),并從脈沖信號(hào)的定時(shí)開始持續(xù)到延遲電路402的設(shè)定值為止的預(yù)定時(shí)間。
與此同時(shí),相位比較器70對(duì)脈沖信號(hào)從電壓比較器60輸出的定時(shí)與方波(即,頻率發(fā)生部分20的輸出信號(hào)(基準(zhǔn)信號(hào)))的上升沿的定時(shí)進(jìn)行比較。在第一鋸齒波輸出信號(hào)中,由于電壓比較器60的輸出定時(shí)早于基準(zhǔn)信號(hào)的上升定時(shí),因此相位比較器70經(jīng)LPF 80向鋸齒波形成部分30輸出低電平信號(hào),并持續(xù)與該時(shí)間差相當(dāng)?shù)臅r(shí)間,以使鋸齒波的斜率(ΔV/t)變小,即,減小流向電容器304的電流量(見圖7(F))。
根據(jù)LPF 80的輸出信號(hào),施加給第一FET 301的柵極的電壓被降低預(yù)定值,從而降低了恒流電路310的輸出電流。這樣,如圖7(C)中所示的第二鋸齒波,鋸齒波的斜率(即,ΔV/t)變小,從而延遲了DAC 91的基準(zhǔn)電壓信號(hào)等于鋸齒波輸出信號(hào)的定時(shí)。
類似地,如圖7(C)所示,由于在第二鋸齒波中,電壓比較器60的輸出定時(shí)也早于頻率發(fā)生部分20的基準(zhǔn)信號(hào)的上升定時(shí),因此相位比較器70經(jīng)LPF 80向鋸齒波形成部分30輸出低電平信號(hào),并持續(xù)與該時(shí)間差相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。這樣,使得鋸齒波的斜率進(jìn)一步變小,從而進(jìn)一步延遲DAC 91的基準(zhǔn)電壓信號(hào)等于鋸齒波輸出信號(hào)的定時(shí)。
在第三鋸齒波中,如前所述,通過延遲DAC 91的基準(zhǔn)電壓信號(hào)等于鋸齒波輸出信號(hào)的定時(shí),使此時(shí)頻率發(fā)生部分20的基準(zhǔn)信號(hào)的上升定時(shí)早于電壓比較器60的輸出定時(shí)。因此,與此相反,相位比較器70輸出高電平信號(hào),并持續(xù)與該時(shí)間差相當(dāng)?shù)臅r(shí)間(見圖7(F))。這樣,使得鋸齒波的斜率變大,并且使DAC 91的基準(zhǔn)電壓信號(hào)等于鋸齒波輸出信號(hào)的定時(shí)提前。
此外,在第四鋸齒波中,相反地,由于電壓比較器60的輸出定時(shí)早于頻率發(fā)生部分20的基準(zhǔn)信號(hào)的上升定時(shí),因此相位比較器70經(jīng)LPF 80向鋸齒波形成部分30輸出低電平信號(hào),并持續(xù)與該時(shí)間差相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。這樣,使鋸齒波的斜率變小,并延遲了DAC 91的基準(zhǔn)電壓信號(hào)等于鋸齒波輸出信號(hào)的定時(shí)。
最后,在第五鋸齒波中,頻率發(fā)生部分20的基準(zhǔn)信號(hào)的上升定時(shí)與電壓比較器60的輸出定時(shí)相對(duì)應(yīng)。此時(shí)之后,本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1(即,鋸齒波形成部分30)能夠穩(wěn)定地輸出(形成)良好的(整齊的)鋸齒波輸出信號(hào),即使在發(fā)生擾動(dòng)等的情況下也是如此。
這樣,根據(jù)本發(fā)明,由能夠產(chǎn)生具有基頻的信號(hào)的基頻發(fā)生部分10和能夠?qū)⒒l發(fā)生部分10的輸出信號(hào)的基頻改變成給定頻率的頻率發(fā)生部分20產(chǎn)生具有給定頻率的基準(zhǔn)信號(hào),基于所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)在鋸齒波形成部分30中形成鋸齒波,在相位比較器70中對(duì)所形成的鋸齒波的頂部(頂點(diǎn))的相位與基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位進(jìn)行比較,并且根據(jù)相位比較的結(jié)果對(duì)鋸齒波的斜率(即,ΔV/t)自動(dòng)進(jìn)行校正。
此外,在自動(dòng)校正斜率ΔV/t的步驟中,當(dāng)所形成的鋸齒波的電壓值達(dá)到預(yù)定電壓值的時(shí)候,在電壓比較器60中產(chǎn)生脈沖信號(hào),并且在相位比較器70中對(duì)脈沖信號(hào)的相位與基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位進(jìn)行比較。然后,在脈沖信號(hào)的相位早于基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,通過減小第一FET 301的柵極電壓,來減小流向電容器304的電流量,從而使鋸齒波的斜率變小。另一方面,在脈沖信號(hào)的相位遲于基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,通過增大第一FET 301的柵極電壓,使流向電容器304的電流量增大,從而使鋸齒波的斜率變大。
如上所述,在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1和產(chǎn)生鋸齒波的方法中,通過由相位比較器70對(duì)從鋸齒波形成部分30輸出的鋸齒波的后沿的定時(shí)(即,電壓比較器60輸出脈沖信號(hào)的定時(shí))與頻率發(fā)生部分20輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的定時(shí)進(jìn)行比較、根據(jù)相位比較的結(jié)果向鋸齒波形成部分30反饋預(yù)定的信號(hào)并且調(diào)節(jié)恒流電路310的輸出電流,能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)所形成的鋸齒波的斜率。
因此,根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備1和鋸齒波發(fā)生方法,在對(duì)具有諧振頻率不斷變化的壓電元件的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行PWM控制或者通過任意改變諧振頻率進(jìn)行PWM控制的情況下,能夠根據(jù)諧振裝置(壓電元件)的諧振頻率的變化,穩(wěn)定地供應(yīng)(輸出)鋸齒波。
應(yīng)當(dāng)注意的是,在上述的實(shí)施例中,介紹了基準(zhǔn)頻率發(fā)生部分102輸出的信號(hào)的基準(zhǔn)頻率根據(jù)壓電元件的諧振頻率而發(fā)生變化的情況,但是本發(fā)明并不限于這種情況。也可以將所述鋸齒波發(fā)生設(shè)備和鋸齒波發(fā)生方法應(yīng)用于由于某種擾動(dòng)造成鋸齒波形成部分30輸出的鋸齒波輸出信號(hào)中出現(xiàn)失真等的情況。
此外,在本實(shí)施例中,頻率發(fā)生部分20使用H周期形成部分201和L周期形成部分202對(duì)基頻發(fā)生部分10輸出的信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻,但是本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)??梢詫㈩l率發(fā)生部分20構(gòu)成為使用分頻器或類似裝置。
如上面所述,應(yīng)當(dāng)注意到,雖然根據(jù)本發(fā)明的鋸齒波發(fā)生設(shè)備和恒流電路是參照附圖中所示的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行介紹的,但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例,可以對(duì)鋸齒波發(fā)生設(shè)備和恒流電路的各個(gè)元件進(jìn)行各種各樣的改變和變型,并且前面介紹的各種各樣的元件可以由能夠?qū)崿F(xiàn)相同或相似功能的任何其它元件來替換。
權(quán)利要求
1. 一種鋸齒波發(fā)生設(shè)備,用于生成鋸齒波,該設(shè)備包括基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分,用于生成具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào);鋸齒波形成部分,該部分根據(jù)由所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分生成的基準(zhǔn)信號(hào)的預(yù)定頻率來形成鋸齒波;和校正部分,該部分根據(jù)所述基準(zhǔn)信號(hào)的預(yù)定頻率的變化來自動(dòng)校正由所述鋸齒波形成部分形成的由ΔV/t定義的鋸齒波的斜率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述基準(zhǔn)信號(hào)是具有上升沿和后沿的方波,并且所述校正部分包括電壓比較器,該電壓比較器對(duì)由所述鋸齒波形成部分形成的鋸齒波的電壓與預(yù)定電壓進(jìn)行比較;相位比較器,該相位比較器對(duì)由所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分生成的所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位與所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位進(jìn)行比較;和低通濾波器,該低通濾波器去除所述相位比較器的輸出信號(hào)中的高頻分量,并且將所得的輸出信號(hào)反饋給所述鋸齒波形成部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中,在所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位早于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,所述相位比較器輸出低電平信號(hào),以使值ΔV/t變小,在所述電壓比較器的輸出信號(hào)的相位遲于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,所述相位比較器輸出高電平信號(hào),以使值ΔV/t變大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中所述基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生部分包括含PLL電路的基頻發(fā)生部分和根據(jù)基頻發(fā)生部分的輸出信號(hào)生成基準(zhǔn)信號(hào)的頻率發(fā)生部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中鋸齒波形成部分包括輸出恒定電流的恒流電路、由恒流電路的輸出電流充電的電容器和用于對(duì)存儲(chǔ)在所述電容器中的電荷進(jìn)行放電的半導(dǎo)體器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備,其中所述半導(dǎo)體器件包括IGFET。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備,還包括鋸齒波放電脈沖部分,該部分通過根據(jù)所述電壓比較器的輸出信號(hào)輸出用于所述半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通/截止的信號(hào)來控制存儲(chǔ)在所述電容器中的電荷的放電定時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備,其中所述恒流電路能夠根據(jù)低通濾波器的輸出信號(hào)控制輸出電流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備,其中所述恒流電路包括輸出恒定電壓的恒壓源、用于利用漏電流的恒流特性的第二FET和用于控制第二FET的漏電流的第一FET,所述第一FET的源極與所述第二FET的源極相連接;其中所述第一FET的柵極與低通濾波器的輸出端相連接,以控制所述恒流電路的輸出電流量,并且所述第二FET的柵極和所述第一FET的漏極都與所述恒壓源相連接。
10.一種生成鋸齒波的方法,該方法包括以下步驟生成具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào),該基準(zhǔn)信號(hào)為具有上升沿和后沿的方波;根據(jù)所生成的基準(zhǔn)信號(hào)形成鋸齒波;對(duì)所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位與所形成的鋸齒波的頂點(diǎn)的相位進(jìn)行比較;和根據(jù)所述相位比較的結(jié)果自動(dòng)校正由ΔV/t定義的所述鋸齒波的斜率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中所述自動(dòng)校正步驟包括當(dāng)所述鋸齒波的電壓值達(dá)到預(yù)定的電壓值時(shí),生成脈沖信號(hào);對(duì)所述脈沖信號(hào)的相位與所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位進(jìn)行比較;和對(duì)鋸齒波的斜率進(jìn)行校正,在所述脈沖信號(hào)的相位早于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,以使值ΔV/t變小,在所述脈沖信號(hào)的相位遲于所述基準(zhǔn)信號(hào)的上升沿的相位的情況下,使值ΔV/t變大。
12.一種恒流電路,該恒流電路輸出恒定電流,位于該恒流電路之外的電流控制裝置能夠控制所述恒流電路的輸出電流量,該電路包括恒壓源,能夠輸出恒定電壓;第二FET,該第二FET的柵極與所述恒壓源的輸出端相連接,并且所述第二FET的漏極構(gòu)成所述恒流電路的輸出端子;和第一FET,該第一FET能夠根據(jù)所述電流控制裝置輸出的控制信號(hào)控制所述第二FET的漏極的輸出電流量,所述第一FET的漏極與所述恒壓源和所述第二FET的柵極相連接,并且第一FET的柵極與所述電流控制裝置相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的恒流電路,其中所述電流控制裝置包括低通濾波器,并且所述控制信號(hào)是可變電壓信號(hào),以使所述恒流電路輸出所需的電流量作為第二FET的漏電流。
14.一種調(diào)節(jié)恒流電路的輸出電流量的方法,該恒流電路包括能夠輸出恒定電壓的恒壓源、第一FET和第二FET,該方法包括通過改變施加給所述第一FET的柵極的電壓來調(diào)節(jié)所述第二FET的漏電流量,從而改變與漏電流量相應(yīng)的恒流電路的輸出電流量。
全文摘要
一種鋸齒波發(fā)生設(shè)備(1),包括用于生成基準(zhǔn)信號(hào)的頻率的基頻發(fā)生部分(10)和頻率發(fā)生部分(20)、根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)形成鋸齒波的鋸齒波形成部分(30)、對(duì)由鋸齒波形成部分(30)形成的鋸齒波的電壓值與預(yù)定電壓值進(jìn)行比較的電壓比較器(60)、對(duì)電壓比較器(60)的輸出信號(hào)的相位與基準(zhǔn)信號(hào)的相位進(jìn)行比較的相位比較器(70)和去除相位比較器(70)的輸出信號(hào)中的高頻分量的低通濾波器(LPF)(80),該低通濾波器(80)將所得的輸出信號(hào)反饋給鋸齒波形成部分(30)。
文檔編號(hào)H03K4/502GK1711685SQ20038010298
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者竹內(nèi)啟佐敏 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社