一种低emi自动变频的pwm控制电路
阅读说明：本技术 一种低emi自动变频的pwm控制电路 (PWM control circuit of low EMI automatic frequency conversion ) 是由 陈艳波 冯延蓬 李云杰 何国坤 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：一种低EMI自动变频的PWM控制电路,包括自动变频控制模块、频率可编程时钟模块和PWM模块；自动变频控制模块的输出为CTRL<11:0>,连接到频率可编程时钟模块；频率可编程时钟模块的输出时钟CLK作为PWM模块的源时钟；PWM模块的输出PWMOUT为最终的PWM输出信号,而输出信号PWMTRG为自动变频控制模块的输入；该自动变频控制模块包含一个定时器和一个加减法器,且需要设置定时计数寄存器、中心频率寄存器、步进寄存器和步进计数寄存器；该PWM模块由预分频器、16位的计数器和比较器组成。本发明不仅实现了很好的出雾效果,并在不增加硬件成本的条件下,有效降低了EMI。(A PWM control circuit with low EMI automatic frequency conversion comprises an automatic frequency conversion control module, a frequency programmable clock module and a PWM module; the output of the automatic frequency conversion control module is CTRL <11:0> and is connected to the frequency programmable clock module; the output clock CLK of the frequency programmable clock module is used as the source clock of the PWM module; the output PWMOUT of the PWM module is a final PWM output signal, and the output signal PWMTRG is the input of the automatic frequency conversion control module; the automatic frequency conversion control module comprises a timer and an adder-subtractor, and a timing counting register, a central frequency register, a stepping register and a stepping counting register are required to be arranged; the PWM module consists of a prescaler, a 16-bit counter and a comparator. The invention not only realizes good mist generation effect, but also effectively reduces EMI without increasing hardware cost.)
技术领域
本发明涉及的是雾化电子技术相关的集成电路领域，尤其涉及一种低EMI(电磁干扰)自动变频的PWM(PWM：Pulse Width Modulation，脉冲宽度变调)控制电路。
背景技术
超声波雾化技术主要应用于加湿器、香薰机、雾化电子烟和雾化器等电子电气设备中，该技术利用雾化片的高频谐振，使液体的自然结构被打散并形成水雾。
常用的雾化片谐振频率为1.7MHz、2.4MHz、3MHz和3.3MHz，雾化片的谐振一般通过PWM(PWM：Pulse Width Modulation，脉冲宽度变调)信号控制功率开关实现。当PWM频率与雾化片的中心谐振频率相同时，雾化片谐振幅度最大且转换效率最高，出雾效果最佳。然而雾化片的主频信号及其高次谐波会在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板上震荡，成为主要的EMI(电磁干扰)干扰源，严重干扰其他信号的传输。
为使雾化器能顺利通过EMI测试，一般通过在电路板上增加电容、磁珠或更改PCB走线等硬件整改方式，减小EMI干扰。这不仅会增加PCB板上的硬件成本，也会增加方案的调试成本。目前有方案尝试通过软件变频的方法，改变PWM频率，减小谐振主频附近的信号强度，以降低EMI干扰的强度。然而软件变频的步进非常大，若以170MHz的时钟为源时钟产生1.7MHz的PWM，改变PWM频率的最小步进也达到了1％。这将导致变频后的PWM频率相对中心谐振频率偏移过多，转换效率变低，出雾效果变差，出雾量变低。而且软件变频速度比较慢，降低EMI干扰的效果不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术中EMI干扰大、硬件成本高、方案调试难度高的问题，提出本发明提供了一种低EMI自动变频的PWM控制电路，不仅实现了很好的出雾效果，并在不增加硬件成本的条件下，有效降低了EMI。
为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种低EMI自动变频的PWM控制电路，其特征在于，其包括自动变频控制模块、频率可编程时钟模块和PWM模块；
自动变频控制模块的输出为CTRL<11:0>，连接到频率可编程时钟模块；
频率可编程时钟模块的输出时钟CLK作为PWM模块的源时钟；
PWM模块的输出PWMOUT为最终的PWM输出信号，而输出信号PWMTRG为自动变频控制模块的输入；
自动变频控制模块包含一个定时器和一个加减法器，且需要设置定时计数寄存器、中心频率寄存器、步进寄存器和步进计数寄存器；
定时器为一个8位定时器，TUNM<7:0>为定时器的定时计数寄存器，用以设置多少个PWM周期后，更新一次源时钟频率；PWMTRG信号作为定时器的输入时钟，定时器从0开始计数，每来一个PWMTRG信号，定时器加1；当定时器的计数值等于TNUM<7:0>的值，将产生一个加减法器的触发信号TRIG，并重新从0数值开始计数；
加减法器为12位计数器，每次被TRIG信号触发，都会计算一次值；CENTER<11:0>为中心频率寄存器的值，是根据雾化片的谐振频率而设置好的源时钟值；初始时加减法器的值为CENTER<11:0>，触发工作时会加上步进寄存器STEP<7:0>的值；里面的8位步进计数器会加1，步进计数器的初始值为步进计数寄存器STEPNUM<7:0>的值；之后加减法器每触发一次，都会再加上一个STEP<7:0>，且步进计数器再加1；直到步进计数器值等于2*STEPNUM<7:0>，加减法器会转变方向，加减法器每触发一次，都会减去一个STEP<7:0>，且步进计数器减1，直到步进计数器值0，再转变加减法器的方向；
加减法器的输出结果CTRL<11:0>作为频率可编程时钟模块的调节控制信号，频率可编程时钟模块采用电流镜阵列的振荡器结构，以实现精密单调线性调节的时钟频率；频率可编程时钟模块的时钟范围为18MHz～36MHz，共有12位调节信号；假定中心时钟频率为24MHz，则可实现的最小调节步进为4.4KHz，精度达到0.18‰；
该PWM模块由预分频器、16位的计数器和比较器组成；
频率可编程时钟模块的输出时钟CLK作为PWM模块的源时钟，由预分频器对源时钟再次分频，DIV<7:0>为预分频寄存器，预分频器的输出信号CKD为计数器的时钟；
计数器初始从0开始计数，每一个时钟加1，当计数器数值CNT<15:0>等于周期寄存器PERD<15:0>的值时，计算器清0且重新计数；且同时产生一个脉宽为一个周期的高电平PWMTRG信号，输出给自动变频控制模块；
比较器将比较CNT<15:0>和比较寄存器CMP<15:0>的值，当CNT<15:0>小于或等于CMP<15:0>时，PWM模块的输出PWMOUT为高电平；当CNT<15:0>大于CMP<15:0>时，PWM模块的输出PWMOUT为低电平。
与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：本发明通过硬件集成电路的设计方法，实现了雾化片PWM控制信号的快速且小步进的自动变频，在保证出雾效果的前提下，有效的降低了EMI干扰，节省了硬件成本，减小了方案调试难度。
附图说明
图1为本发明低EMI自动变频的PWM控制电路的结构框图。
图2为自动变频控制模块的结构框图。
图3为频率可编程时钟模块输出频率的波形图。
图4为PWM模块的结构框图
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明低EMI自动变频的PWM控制电路的结构框图。
该低EMI自动变频的PWM控制电路包括自动变频控制模块、频率可编程时钟模块和PWM模块。
自动变频控制模块的输出为CTRL<11:0>，连接到频率可编程时钟模块。
频率可编程时钟模块的输出时钟CLK作为PWM模块的源时钟。
PWM模块的输出PWMOUT为最终的PWM输出信号，而输出信号PWMTRG为自动变频控制模块的输入。
如图2所示，其为自动变频控制模块的结构框图。该自动变频控制模块包含一个定时器和一个加减法器，且需要设置定时计数寄存器、中心频率寄存器、步进寄存器和步进计数寄存器。
定时器为一个8位定时器，TUNM<7:0>为定时器的定时计数寄存器，用以设置多少个PWM周期后，更新一次源时钟频率。PWMTRG信号作为定时器的输入时钟，定时器从0开始计数，每来一个PWMTRG信号，定时器加1；当定时器的计数值等于TNUM<7:0>的值，将产生一个加减法器的触发信号TRIG，并重新从0数值开始计数。
加减法器为12位计数器，每次被TRIG信号触发，都会计算一次值。CENTER<11:0>为中心频率寄存器的值，是根据雾化片的谐振频率而设置好的源时钟值。初始时加减法器的值为CENTER<11:0>，触发工作时会加上步进寄存器STEP<7:0>的值。里面的8位步进计数器会加1，步进计数器的初始值为步进计数寄存器STEPNUM<7:0>的值；之后加减法器每触发一次，都会再加上一个STEP<7:0>，且步进计数器再加1。直到步进计数器值等于2*STEPNUM<7:0>，加减法器会转变方向，加减法器每触发一次，都会减去一个STEP<7:0>，且步进计数器减1，直到步进计数器值0，再转变加减法器的方向。
加减法器的输出结果CTRL<11:0>作为频率可编程时钟模块的调节控制信号，频率可编程时钟模块可采用电流镜阵列的振荡器结构，以实现精密单调线性调节的时钟频率。频率可编程时钟模块的时钟范围为18MHz～36MHz，共有12位调节信号。假定中心时钟频率为24MHz，则可实现的最小调节步进为4.4KHz，精度达到0.18‰。
如图3所示，其为频率可编程时钟模块的输出频率波形，设置CENTER<11:0>＝400H，STEP<7:0>＝2H和STEPNUM<7:0>＝4H，可以看出CLK信号的频率fclk随着CTRL<11:0>信号阶梯的变化。
如图4所示，其为PWM模块的结构框图。该PWM模块由预分频器、16位的计数器和比较器组成。
频率可编程时钟模块的输出时钟CLK作为PWM模块的源时钟，由预分频器对源时钟再次分频，DIV<7:0>为预分频寄存器，预分频器的输出信号CKD为计数器的时钟。
计数器初始从0开始计数，每一个时钟加1，当计数器数值CNT<15:0>等于周期寄存器PERD<15:0>的值时，计算器清0且重新计数。且同时产生一个脉宽为一个周期的高电平PWMTRG信号，输出给自动变频控制模块。
比较器将比较CNT<15:0>和比较寄存器CMP<15:0>的值，当CNT<15:0>小于或等于CMP<15:0>时，PWM模块的输出PWMOUT为高电平；当CNT<15:0>大于CMP<15:0>时，PWM模块的输出PWMOUT为低电平。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式。以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。