技術領域

本發明涉及開關電源，尤其涉及一種占空比轉換電路及轉換方法。

背景技術

在開關電源中，控制電路的第一部分將輸出電壓或輸出電流與鋸齒波信號進行比較，從而產生具有占空比的PWM(脈寬調變，Pulse-Width?Modulation)信號或PFM(脈波頻率調變，Pulse?Frequency?Modulation)信號。控制電路的第二部分接收PWM信號或PFM信號作為輸入信號，然后產生控制信號，用于切換功率級電路中的開關導通或斷開。可以將控制電路的第二部分和功率級電路一起看作是占空比轉換電路。該占空比轉換電路將PWM信號或PFM信號轉換成模擬信號，即開關電源的直流輸出電壓或直流輸出電源。占空比轉換電路廣泛地用于各種模擬量測量儀表或負載驅動裝置。在模擬量測量儀表中，例如需要將PWM信號轉換成模擬電壓或電流信號。在負載驅動裝置中，例如需要根據外部輸入的PWM信號調節通過負載的電壓或電流。作為負載驅動裝置，占空比轉換電路可以實現發光二極管(LED)的模擬調光、散熱風扇的模擬調速、或者放大器的功率調節等。

如圖1a所示，傳統的將占空比轉換成模擬信號方法一般是利用濾波網絡來實現的，即，PWM信號通過濾波網絡實現模擬信號的輸出。具體的，請參考圖1b，圖1b為現有技術采用濾波網絡來實現占空比轉換成模擬信號的轉換電路，所述轉換電路10包括充電控制開關S1、S2以及由電容C和電阻R構成的濾波電路(如圖方框內所示)，充電控制開關S1的一端接一參考電壓信號V_ref，另一端與電阻R相連，轉移控制開關S2的一端與充電控制開關S1和電阻R相連處相連，轉移控制開關S2的另一端接地，PWM信號作為該轉換電路10的輸入信號。當PWM信號為高電平時，充電控制開關S1導通，轉移控制開關S2關斷，參考電壓信號V_ref通過充電控制開關S1、電阻R對電容C進行充電，當PWM信號為低電平時，電容C通過電阻R、轉移控制開關S2對地放電，從而實現了將占空比為D的PWM信號轉換成模擬信號V_out輸出，其中V_out＝V_ref×D。

然而，類似現有技術這種通過濾波網絡實現的占空比—模擬信號轉換電路均存在一個問題，即轉換的響應速度和輸出紋波的問題無法同時解決。原因在于，只有在電阻R和電容C的時間常數遠大于PWM信號的頻率時，才能保證輸出的模擬信號近似為直流信號，即解決了輸出紋波大的問題，然而卻由于電阻R和電容C的時間常數非常大，又會引起轉換電路的響應速度慢的問題，兩者無法兼顧，并且大容值的電容還會增加轉換電路的體積和制造成本，同時還會降低轉換電路的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種占空比轉換電路及轉換方法，以使PWM信號到模擬信號的轉換具有非常快的響應速度，并且轉換形成的模擬信號具有零階保持特性，能夠解決紋波問題大的問題。

第一方面，本發明提出了一種占空比轉換電路，用于將PWM信號轉換成模擬信號，所述占空比轉換電路包括充電電路、充電電容、轉移電路、輸出電容和放電電路；

在所述PWM信號的各周期中，當所述PWM信號為高電平時，所述充電電路輸出一充電電流對所述充電電容充電；

當所述PWM信號為低電平時，所述充電電流停止對所述充電電容充電，并在轉移時間段內，使所述充電電容上的電壓通過所述轉移電路輸出至所述輸出電容上，在放電時間段內，所述充電電容通過所述放電電路放電，以將所述充電電容上的電壓降低至初始電壓；

所述轉移時間段與所述放電時間段均為所述PWM信號為低電平期間內的時間段，且所述放電時間段在所述轉移時間段之后發生；

所述輸出電容上的電壓為所述占空比轉換電路輸出的模擬信號。

進一步的，在所述的占空比轉換電路中，所述充電電路包括一受控電流源，當所述PWM信號為高電平時，所述受控電流源向所述充電電容輸出所述充電電流，當所述PWM信號為低電平時，所述受控電流源無充電電流輸出。

進一步的，在所述的占空比轉換電路中，所述充電電路包括一電流源和充電控制開關，所述電流源的輸出電流為所述充放電電流，所述充電控制開關連接在所述電流源和所述充電電容之間，當所述PWM信號為高電平時，所述充電電流通過所述充電控制開關對所述充電電容充電。

進一步的，在所述的占空比轉換電路中，所述電流源為受控電流源，當所述PWM信號為高電平時，所述受控電流源輸出所述充電電流，當所述PWM信號為低電平時，所述受控電流源無電流輸出。