CN104115393B - 用于借助于脉冲宽度调制(pwm)来控制电机的方法 - Google Patents

用于借助于脉冲宽度调制(pwm)来控制电机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于脉冲宽度调制(PWM)来控制电机的方法，该方法包括以下步骤：测量PWM‑频率；确定经设定的无线电发射器的载波频率；这样将PWM‑频率调整成适配于无线电发射器的载波频率，使得PWM‑频率的整数倍相当于载波频率或者使得PWM‑频率的整数倍处于两个载波频率之间的中央。

Description

用于借助于脉冲宽度调制(PWM)来控制电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于脉冲宽度调制(PWM)来控制电机的方法。
背景技术
在机动车中为了各种各样的目的使用借助于脉冲宽度调制控制的电机。这方面的例子是风扇电机以及电的调节系统。在此，电机分配有控制装置，该控制装置产生一系列其宽度经调制的矩形脉冲。以这种方式调制被输送到电机的能量，因此可以控制速度。传统的控制装置以恒定的PWM-频率运行，该频率例如可以是18kHz或20kHz。
已知的是，通过脉冲宽度调制控制电机会导致干扰，这种干扰例如在无线电接收过程中表现为声学的干扰噪声。干扰可以作为PWM-频率的高次谐波出现并且尤其当高次谐波具有与经设定的无线电发射器类似的频率时可以被听见。
为了避免借助于脉冲宽度调制控制的电机的干扰，在WO97/05716A1中建议，使用滤波器，以减少无线电干扰。采用电容器作为滤波器。
此外，已知使用线圈，除了电容器之外，该线圈也设置在控制装置中。然而，这种EMV-措施成本高并且需要在电路板上的较大的结构空间，然而这在有些时候是不足够有效的。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于借助于脉冲宽度调制来控制电机的方法，该方法使得能够改进地减少干扰。
为了达到该目的，开头所述类型的方法规定包括以下步骤：测量PWM-频率；确定经设定的无线电发射器的载波频率；这样将PWM-频率调整成适配于无线电发射器的载波频率，使得PWM-频率的整数倍相当于载波频率或者使得PWM-频率的整数倍处于两个载波频率之间的中央。
本发明基于以下认知：当控制电机的控制装置的运行频率，以下被称作PWM-频率，与载波频率一致，或者当PWM-频率的多倍与载波频率一致，则可以避免不希望的干扰。如果PWM-频率的高次谐波精确地相当于载波频率的多倍，则PWM-频率不能被听见，因为其位于载波频率上。因此，按照本发明，略微再调整PWM-频率，直至PWM-频率或者PWM-频率的多倍与载波频率一致。在相关的频带中借助于调幅发射无线电波，然而在载波频率上没有声信号，相应地，可能出现的、由脉冲宽度调制导致的干扰不能听见。
根据按本发明的方法的一种扩展设计可以设计为，借助于预分频器进行PWM-频率的调整。借助于预分频器(Prescaler)的PWM-频率的调整的方法步骤在相应的软件中实现。通过软件中的一个参数实现再调整，以便使得PWM-频率的多倍精确地相当于无线电发射器的载波频率。
在本发明的范畴中也包括：当PWM-频率的多倍和无线电发射器的载波频率之间的差超过确定的限值时，略微适配PWM-频率。通过确定(测量)经设定的无线电发射器的载波频率以及与PWM-频率的多倍进行比较可以确定，是否存在偏差，在这种情况下又可以通过适配PWM-频率进行再调整。可以连续地或者在经过一确定的时间段之后或者当偏差超过确定的限值时进行再调整或适配。
在按本发明的方法中可以规定为，为适配目的而周期性地改变PWM-频率。这种周期性的变化导致略微的频率变化，因为数字的预分频器周期性地改变一比特或两比特，因此执行了频率扫描。因此，干扰信号的能量被分配到多个相邻的频率上。这种措施导致在一些情况下还能听到的剩余干扰信号的额外的衰减。
此外，本发明涉及一种用于借助于脉冲宽度调制(PWM)控制的电机的控制装置，带有用于产生PWM-频率的石英或谐振器。
按本发明的控制装置的特征在于，该控制装置设计用于测量PWM-频率以及这样将PWM-频率的整数倍调整成适配于无线电发射器的载波频率，使得PWM-频率的整数倍相当于载波频率。按本发明的控制装置也包括这样一种设计构造，其中，载波频率的测量或检测在控制装置之外在单独的部件中进行。
此外，本发明包括一种机动车。按本发明的机动车包括所述类型的控制装置，其设计用于实施所述的方法。
在从属权利要求中描述了本发明的其它的优点和细节。
附图说明
以下根据实施例参照附图说明本发明。附图是示意图并且示出了：
图1在流程图中示出了按本发明的方法的主要步骤；
图2是按本发明的控制装置；
图3是一个图表，其中示出能量与频率的关系，以及
图4是另一个图表，其中示出能量与频率的关系。
具体实施方式
图1是流程图并且示出了用于借助于脉冲宽度调制(PWM)控制电机的方法的主要步骤。通过该方法应当能排除能听见的干扰，这些干扰例如在无线电接收时能被感知到。这种干扰可能由借助于脉冲宽度调制控制的电机引起。在脉冲宽度调制中，产生频率为例如18kHz或20kHz的信号，以便设定特定的电机转速和扭矩。
在方法的步骤1中，测量PWM-频率，也就是用以驱动电机的频率。尽管原则上通过石英或谐振器精确地产生节拍信号/脉冲信号，然而由于公差、温度影响或者部件老化可能会出现与例如18kHz或20kHz的预期频率的至少少许偏差。相应地在步骤1中精确地测量当前的实际-频率。
在步骤2中，通过测量确定当前设定的无线电发射器的无线电频率。无线电频率以和PWM-频率一样的精度被确定。在调幅发送的无线电广播信号中，尤其是确定例如是长波带(LW)中的180kHz的载波频率。
在步骤3中通过预分频器设定PWM-频率。预分频器是控制装置的组成部分，该控制装置借助于PWM控制电机。这样进行PWM-频率的设定，使得PWM-频率的整数倍相当于载波频率。因此将PWM-频率调整成适配于载波频率，使得PWM-频率的可能出现的高次谐波精确地对应于发射的无线电广播信号的载波频率。如果载波频率例如为180kHz，则PWM-频率被设定为18kHz，然后载波频率相当于PWM-频率的10倍。自然地，在通过脉冲宽度调制驱动电机时会产生形式为高次谐波的干扰，其通常在无线电接收时导致能听见的干扰。然而，如果这样设定PWM-频率，使得其高次谐波为180kHz并且与无线电广播信号的载波频率一致，则不会产生可听见的干扰，这是因为经调整的高次谐波处于载波频率上。声信号在调幅下在高于和低于载波频率的频率范围内传输，这个频率范围由于其中不出现PWM-频率的高次谐波而不被干扰。
在方法的步骤4中周期性地适配PWM-频率，使得PWM-频率连续地适配于载波频率。同样由此补偿了各种接收条件，因此与机动车的当前停留地点无关地确保了无干扰的接收。在方法的步骤4中设计的周期性地适配PWM-频率是可选的措施，然而另选地也可能的是，以确定的时间间隔来执行步骤3，即通过预分频器设定PWM-频率。如果不能使PWM-频率精确地适配于载波频率，则周期性地改变PWM-频率，用于使PWM-频率适配于载波频率。在这种情况下，干扰信号的能量通过扫频而分配到多个频率上，因此可能还存在的、在无线电接收时能听见的剩余干扰信号被额外地衰减。接着，该方法继续步骤3，因此重新设定PWM-频率。
图2示意示出了控制装置5，用于借助于脉冲宽度调制控制电机6。控制装置5包括预分频器7(Prescaler)，以便将PWM-频率的多倍与载波频率相协调。控制装置5也设计用于测量PWM-频率以及设计用于确定无线电频率或者无线电广播信号的载波频率。
图3是一个图表，其中示出PWM-频率或发射的无线电广播信号的能量(E)与频率(f)的关系。在图3所示的实施例中，在步骤2中测得的无线电信号的载波频率8在LW-带中是180kHz。在方法的步骤1中通过测量精确地检测PWM-信号，并且在步骤3中这样设定，使得PWM-频率9的多倍精确地相当于载波频率8。通常，PWM-频率9至少略微偏离于其中无干扰的预期值。在这种情况下，通过预分频器7实现适配，以便将PWM-频率例如从17.95kHz改变为18kHz。如果不能精确地设定或适配，则通过数字式的预分频器7周期性地进行适配而改变一比特或两比特，因此近似达到相应于载波频率8的、PWM-频率9的所寻找的多倍。在图3中示出了PWM-频率9的高次谐波10，11，其分别是PWM-信号9的整数倍。同样在图3中示出了，在高于和低于载波频率8的频率范围12，13中发射声信号。
如果没有通过所述方法的调整，会出现由于PWM-频率9导致的高次谐波14，该高次谐波不与载波频率8一致，因此在图3中所示的高次谐波14在打开收音机时能作为干扰听见。然而，通过按本发明的方法至少可以显著地减小干扰的高次谐波，因此虽然还可能剩余高次谐波15，但其能量相比高次谐波14明显减小。因为高次谐波15几乎处于载波频率8上，所以它是不能听见的。
图4示出了类似于图3的图表，其中示出能量与频率的关系。与前述的实施例不同的是，发射的无线电广播信号包括两个载波频率8，16。载波频率8分配有高于和低于载波频率8的频率范围12，13。载波频率16分配有下频率范围17和上频率范围18，声信号在所述频率范围中传输。
位于频率范围17内部的高次谐波19在无线电接收的过程中可以作为干扰听见。然而，与载波频率8，16一致或者在载波频率8，16两侧的窄频率范围中的高次谐波20，21不能听见。频率在两个载波频率8，16之间的中央的高次谐波22同样少有作为干扰被听见。因此也可以这样进行PWM-频率的调整，使得高次谐波22刚好在两个载波频率8，16之间，前提是，存在至少一个窄的频率范围，这个频率范围是发射声信号所不需要的。在图4所示的实施例中，在频率范围12，18之间有一个“间隙”，因此高次谐波22可以这样被调整，即，该高次谐波刚好处于该间隙中，以避免不希望的声学干扰。

Claims (10)

1.一种用于借助于脉冲宽度调制(PWM)来控制电机的方法，
其特征在于，
该方法包括以下步骤：
-测量PWM-频率；
-确定经设定的无线电发射器的载波频率；
-这样将PWM-频率调整成适配于无线电发射器的载波频率，使得PWM-频率的整数倍相当于载波频率或者使得PWM-频率的整数倍处于两个载波频率之间的中央。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
借助于预分频器进行PWM-频率的调整。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
当PWM-频率的多倍和无线电发射器的载波频率之间的差超过确定的限值时，略微适配PWM-频率。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
为适配目的而周期性地改变PWM-频率。
5.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
为适配目的而使PWM-频率改变一比特或两比特。
6.根据权利要求1或者2所述的方法，
其特征在于，
以确定的时间间隔进行频率的调整。
7.一种用于借助于脉冲宽度调制(PWM)控制的电机的控制装置，带有用于产生PWM-频率的石英或谐振器，
其特征在于，
所述控制装置设计用于测量载波频率(8)以及这样将PWM-频率(9)调整成适配于无线电发射器的载波频率(8)，使得PWM-频率(9)的整数倍相当于载波频率(8)或者使得PWM-频率的整数倍处于两个载波频率之间的中央。
8.根据权利要求7所述的控制装置，
其特征在于，
所述控制装置具有用于调整PWM-频率(9)的预分频器(7)。
9.根据权利要求7或8所述的控制装置，
其特征在于，
所述控制装置设计用于周期性地适配PWM-频率(9)，使其改变一比特或两比特。
10.一种机动车，
其特征在于，
所述机动车包括根据权利要求7至9之一所述的控制装置(5)。
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