正弦波脈沖寬度調變控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種正弦波脈沖寬度調變控制器，包括邊緣偵測單元、緩存器、角度遞增單元、正弦波計算單元、乘法單元及正弦波輸出單元，且邊緣偵測單元接收外部電氣裝置的回授輸入信號，以產(chǎn)生邊緣信號，緩存器儲存并輸出參數(shù)信號，角度遞增單元接收邊緣信號及參數(shù)信號，決定脈沖寬度調變循環(huán)次數(shù)而產(chǎn)生角度信號，正弦波計算單元接收并依據(jù)角度信號以進行坐標旋轉數(shù)字計算的遞歸算法而產(chǎn)生正弦波計算值，乘法單元接收正弦波計算值并乘上振幅信號而產(chǎn)生脈沖寬度信號，而由正弦波輸出單元接收以產(chǎn)生驅動信號，藉以驅動外部電氣裝置而在該動作元件上產(chǎn)生具有正弦波的端電壓。
【專利說明】正弦波脈沖寬度調變控制器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種脈沖寬度調變控制器，尤其是可用于產(chǎn)生正弦波脈沖寬度調變驅動信號。
【背景技術】
[0002]在電機領域及電子領域，尤其是電源轉換領域，很需要高精確度的正弦波，而現(xiàn)有技術一般是以查表方式將大量的正弦數(shù)值儲存至內存中，并在使用時，依據(jù)所需的角度讀取內存中相對應的正弦數(shù)值。
[0003]然而，現(xiàn)有技術的缺點在于需要很大容量的內存，且對精確度的改善相當有限。因此，需要一種正弦波脈沖寬度調變控制器，利用適當?shù)乃惴ㄟM行計算，以節(jié)省內存，并簡化整體系統(tǒng)架構，進而解決上述現(xiàn)有技術的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種正弦波脈沖寬度調變控制器，包括邊緣偵測單元、緩存器、角度遞增單元、正弦波計算單元、乘法單元以及正弦波輸出單元，用以驅動外部電氣裝置產(chǎn)生正弦波，其中外部電氣裝置至少包括一動作元件。
[0005]邊緣偵測單元接收外部電氣裝置的回授輸入信號，并進行邊緣偵測以產(chǎn)生邊緣信號，緩存器儲存至少一參數(shù)，并至少輸出參數(shù)信號、振幅信號及操作模式，且緩存器的參數(shù)是由系統(tǒng)預設或由使用者設定，角度遞增單元接收邊緣信號及參數(shù)信號，以決定脈沖寬度調變循環(huán)次數(shù)，進而產(chǎn)生角度信號。
[0006]正弦波計算單元接收并依據(jù)角度信號以進行坐標旋轉數(shù)字計算的遞歸算法，進而產(chǎn)生正弦波計算值，乘法單元接收正弦波計算值，并與來自緩存器的振幅信號進行乘法操作，產(chǎn)生脈沖寬度信號，正弦波輸出單元接收脈沖寬度信號而以脈沖寬度調變方式產(chǎn)生多個正弦波驅動信號。
[0007]因此，正弦波輸出單元所產(chǎn)生的正弦波驅動信號，可驅動外部電氣裝置而在動作元件上產(chǎn)生具有正弦波的端電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為顯示本發(fā)明正弦波脈沖寬度調變控制器的示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明正弦波脈沖寬度調變控制器所驅動的全橋式電氣裝置的示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明正弦波脈沖寬度調變控制器所驅動的半橋式電氣裝置的示意圖；
[0011]圖4為顯示本發(fā)明中CORDIC遞歸算法的示意圖；
[0012]圖5為顯示本發(fā)明正弦波脈沖寬度調變控制器的輸出波形圖。
[0013]其中，附圖標記說明如下:
[0014]10 邊緣偵測單元
[0015]20 緩存器[0016]30角度遞增單元
[0017]40正弦波計算單元
[0018]50乘法單元
[0019]60正弦波輸出單元
[0020]70外部電氣裝置
[0021]AM振幅信號
[0022]AN角度信號
[0023]C濾波電容
[0024]ED邊緣信號
[0025]FB回授輸入信號
[0026]L動作元件
[0027]LI濾波電感
[0028]MD操作模式
[0029]PR參數(shù)信號
[0030]SQl第一正弦波驅動信號
[0031]SQ2第二正弦波驅動信號
[0032]SQ3第三正弦波驅動信號
[0033]SQ4第四正弦波驅動信號
[0034]ST正弦波計算值
[0035]Sff脈沖寬度信號
[0036]Tl第一驅動晶體管
[0037]T2第二驅動晶體管
[0038]T3第三驅動晶體管
[0039]T4第四驅動晶體管
[0040]VH高壓電源線
[0041]VL低壓電源線
[0042]VO端電壓
【具體實施方式】
[0043]以下配合圖式及元件符號對本發(fā)明的實施方式做更詳細的說明，以使熟悉本領域的技術人員在研讀本說明書后能據(jù)以實施。
[0044]參考圖1，為本發(fā)明正弦波脈沖寬度調變控制器的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的正弦波脈沖寬度調變(Sine Pulse Width Modulation, SIN PWM)控制器包括邊緣偵測單元10、緩存器20、角度遞增單元30、正弦波計算單元40、乘法單元50以及正弦波輸出單元60，用以具體實現(xiàn)坐標旋轉數(shù)字計算(Coordinate Rotation Digital Computer, C0RDIC)的遞歸算法，驅動外部電氣裝置70以產(chǎn)生正弦波，而進一步而言，本發(fā)明的正弦波脈沖寬度調變控制器主要是形成回授回路，可對外部電氣裝置70提供穩(wěn)定的回授控制。
[0045]上述的外部電氣 裝置70可包括圖2或圖3所示的裝置，分別為全橋式電氣裝置及半橋式電氣裝置。不過，要注意的是，圖2或圖3的裝置只是用以說明本發(fā)明的技術特征而已，并非用以限定本發(fā)明的范圍。
[0046]首先，說明圖2的全橋式電氣裝置，主要包括第一驅動晶體管Tl、第二驅動晶體管T2、第三驅動晶體管T3、第四驅動晶體管T4、動作元件L、濾波電感LI及濾波電容C，其中第一驅動晶體管Tl、第二驅動晶體管T2、第三驅動晶體管T3及第四驅動晶體管T4分別由第一正弦波驅動信號SQ1、第二正弦波驅動信號SQ2、第三正弦波驅動信號SQ3及第四正弦波驅動信號SQ4驅動。第一驅動晶體管Tl及第二驅動晶體管T2串接而連接至高壓電源線VH及低壓電源線VL之間。類似地，第三驅動晶體管T3及第四驅動晶體管T4串接而連接至高壓電源線VH及低壓電源線VL之間。此外，濾波電感LI及濾波電容C串接而連接至第一驅動晶體管Tl及第二驅動晶體管T2的串接點以及第三驅動晶體管T3及第四驅動晶體管T4的串接點，而動作元件L是當作負載，且并聯(lián)至濾波電容C。
[0047]參考圖3，半橋式電氣裝置是類似于圖2的全橋架構，包括第一驅動晶體管Tl、第二驅動晶體管T2、第一電容Cl、第二電容C2、動作元件L、濾波電感LI及濾波電容C，其中第一驅動晶體管Tl、第二驅動晶體管T2分別由第一正弦波驅動信號SQ1、第二正弦波驅動信號SQ2驅動，第一驅動晶體管Tl、第二驅動晶體管T2串接且第一電容Cl、第二電容C2串接而進一步連接至高壓電源線VH及低壓電源線VL之間。濾波電感LI及濾波電容C串接而連接至第一驅動晶體管Tl及第二驅動晶體管T2的串接點以及動作元件L的一端，而動作元件L并聯(lián)濾波電容C，且動作元件L的另一端連接至第一電容Cl、第二電容C2的串接點。
[0048]上述動作元件L的端電壓VO可經(jīng)電壓衰減器(圖未示)而形成圖1的回授輸入信號FB，或者可用流過動作元件L的電流經(jīng)電流衰減器(圖未示)而形成回授輸入信號FB。
[0049]在圖1中，正弦波脈沖寬度調變控制器的邊緣偵測單元10接收來自外部電氣裝置70的回授輸入信號FB，進行邊緣偵測以決定現(xiàn)在的波形為正半周或者是負半周，進而產(chǎn)生邊緣信號ED。緩存器20儲存至少一參數(shù)，并至少輸出參數(shù)信號PR、振幅信號AM、操作模式MD，且緩存器20的參數(shù)可由系統(tǒng)預設或由使用者設定，并可包括遞增的輸入角度(比如1°或1.5° )、正弦波的振幅、失效時間(dead time)、正弦波寬度調變的啟動控制位。
[0050]角度遞增單元30接收來自邊緣偵測單元10的邊緣信號ED以及來自緩存器20的參數(shù)信號PR，以決定半周中PWM循環(huán)次數(shù)(PWM cycles)，進而產(chǎn)生角度信號AN。例如，參數(shù)信號PR為I時，每個半周有180個PWM循環(huán)，而在參數(shù)信號PR為0.5時，每個半周有360個PWM循環(huán)。
[0051]正弦波計算單元40接收并依據(jù)角度遞增單元30的角度信號AN，進行右位移處理，以實現(xiàn)CORDIC的遞歸算法，而產(chǎn)生正弦波計算值ST。以下簡要說明CORDIC的遞歸算法。
[0052]正弦波目前的振幅，sin(0)，可由前一角度的振幅決定，因此，可由角度為0°開始，以均等分布的角度求出下一角度的振幅。具體而言，參考圖4，平面直角坐標中的二點分別具有坐標(XI，Yl)及(X2，Y2)，表示如下:
[0053](XI, Yl) = (cos ( Θ I), sin ( θ I))
[0054](X2, Y2) = (cos ( θ 2)，sin ( θ 2))
[0055]其中θ I及Θ2分別為坐標(Χ1，Υ1)及(Χ2，Υ2)在極坐標的角度，且如圖中所示，角度Θ為Θ2及Θ I的差(θ = Θ2-Θ I)，因此，坐標(Χ2，Υ2)可藉坐標(XI，Yl)表示如下:
[0056]Χ2 = Xl*cos ( θ ) -Yl*sin ( θ )[0057]Y2 = Yl*sin ( θ ) +Yl^cos ( θ )
[0058]或進一步整理成:
[0059]X2 = cos ( θ ) * [Xl-Yl*tan ( θ )]
[0060]Y2 = cos ( θ ) * [Xl*tan ( θ ) +Yl]
[0061]以下為上述坐標的一般表示式:
[0062]Xn = cos ( θ η) * [Xn—fYn—ftan ( θ η)]
[0063]Yn = cos ( θ η) * [Xr^tan ( θ η) +Yn-J
[0064]其中η為非負整數(shù)(η = 0、1、2、3等等)，而θ η為第η個坐標(χη，yη)相對于前一第η-1個坐標(Χη-1，Υη-1)所夾的角度，且θη(η = 0)的初始值為O°，而之后η = 1、
2、3 時，θ η 角度分別為 45。,26.565°、14.0362°，亦即 Θ n = tarT1 (1/21"1)。
[0065]因此，正弦波計算單元40的具體操作是依據(jù)CORDIC遞歸算法將目前數(shù)值進行右移一位運算而計算出tan( θ η)，而正弦波計算單元40所產(chǎn)生的正弦波計算值ST是指tan ( θ η),亦即 l/2n L
[0066]乘法單元50接收來自正弦波計算單元40的正弦波計算值ST，并與來自緩存器20的振幅信號AM進行乘法操作，以產(chǎn)生脈沖寬度信號SW，并由正弦波輸出單元60接收而以PWM方式產(chǎn)生第一正弦波驅動信號SQl、第二正弦波驅動信號SQ2、第三正弦波驅動信號SQ3及第四正弦波驅動信號SQ4，藉以驅動外部電氣裝置70產(chǎn)生正弦波的端電壓V0，如圖5所示。要注意的是，圖3中的半橋式電氣裝置需要第一正弦波驅動信號SQ1、第二正弦波驅動信號SQ2驅動即可。
[0067]因此，本發(fā)明的特點主要是在于利用右移一位的正弦波計算單元以計算下一角度的正切值(tan)，用以后續(xù)產(chǎn)生所需的正弦波驅動信號，可避免使用大量的查表以存放精確度較高的三角函數(shù)值，節(jié)省內存，并可簡化整體架構，提高操作速度及效率。
[0068]以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明做任何形式上的限制。因此，凡有在相同的發(fā)明精神下所作有關本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發(fā)明意圖保護的范疇。
【權利要求】
1.一種正弦波脈沖寬度調變控制器，用以驅動一外部電氣裝置，且該外部電氣裝置至少包括一動作元件，其特征在于，該正弦波脈沖寬度調變控制器包括: 一邊緣偵測單元，接收來自該外部電氣裝置的一回授輸入信號，并進行邊緣偵測以產(chǎn)生一邊緣信號； 一緩存器，儲存至少一參數(shù)，并至少輸出一參數(shù)信號、一振幅信號及一操作模式，且該緩存器的參數(shù)是由系統(tǒng)預設或由使用者設定； 一角度遞增單元，接收該邊緣信號及該參數(shù)信號，以決定脈沖寬度調變(Pulse WidthModulation, PWM)循環(huán)次數(shù)(cycles),進而產(chǎn)生一角度信號； 一正弦波計算單元，接收并依據(jù)該角度信號以進行右位移處理，以實現(xiàn)坐標旋轉數(shù)字計算(Coordinate Rotation Digital Computer, CORDIC)的遞歸算法，進而產(chǎn)生一正弦波計算值； 一乘法單元，接收該正弦波計算值，并與來自該緩存器的振幅信號進行乘法操作，以產(chǎn)生一脈沖寬度信號；以及 一正弦波輸出單元，接收該脈沖寬度信號而以PWM方式產(chǎn)生一第一正弦波驅動信號、一第二正弦波驅動信號、一第三正弦波驅動信號及一第四正弦波驅動信號，藉以驅動該外部電氣裝置而在該動作元件上產(chǎn)生具有正弦波的端電壓。
2.如權利要求1所述的正弦波脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該外部電氣裝置進一步包括一第一驅動晶體管、一第二驅動晶體管、一第三驅動晶體管、一第四驅動晶體管、一濾波電感及一濾波電容，且該第一驅動晶體管、該第二驅動晶體管、該第三驅動晶體管及該第四驅動晶體管分別由該第一正弦波驅動信號、該第二正弦波驅動信號、該第三正弦波驅動信號及該第四正弦波驅動信號驅動，該第一驅動晶體管及該第二驅動晶體管串接而連接至一高壓電源線及一低壓電源線之間，該第三驅動晶體管及該第四驅動晶體管串接而連接至該高壓電源線及該低壓電源線之間，該濾波電感及該濾波電容串接而連接至該第一驅動晶體管及該第二驅動晶體管的一串接點以及該第三驅動晶體管及該第四驅動晶體管的一串接點，而該動作元件是當作負載，且并聯(lián)至該濾波電容。
3.如權利要求1所述的正弦波脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該外部電氣裝置進一步包括一第一驅動晶體管、一第二驅動晶體管、一第一電容、一第二電容、一濾波電感及一濾波電容，且該第一驅動晶體管、該第二驅動晶體管分別由該第一正弦波驅動信號及該第二正弦波驅動信號驅動，該第一驅動晶體管及該第二驅動晶體管串接而連接至一高壓電源線及一低壓電源線之間，該第一電容及該第二電容串接而連接至該高壓電源線及該低壓電源線之間，該濾波電感及該濾波電容串接而連接至該第一驅動晶體管及該第二驅動晶體管的一串接點以及該動作元件的一端，而該動作元件的另一端連接該第一電容及該第二電容的一串接點，且該動作元件是并聯(lián)至該濾波電容。
4.如權利要求1所述的正弦波脈沖寬度調變控制器，其特征在于，該回授輸入信號是該動作元件的端電壓經(jīng)一電壓衰減器而形成，或用流過該動作元件的電流經(jīng)一電流衰減器而形成。
【文檔編號】H03K5/04GK103812476SQ201210449076
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權日:2012年11月12日
【發(fā)明者】林敬淵, 謝文岳 申請人:產(chǎn)晶積體電路股份有限公司