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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals
für einen
Leistungsschalter gemäß Anspruch
1 und eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 9.
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Zur
Ansteuerung eines Leistungsschalters in einem DC/DC-Wandler mit
einem digitalen PWM (Pulsweitenmodulation)- oder PSK (Phase Shift Keying,/Phasenumtastung)-Ansteuersignal
wird häufig
eine möglichst
hohe Auflösung
der Stellgenauigkeit gewünscht.
Die Stellgenauigkeit wird durch die Auflösung der Einstellung der Pulsbreite
bzw. des Tastverhältnisses
des Ansteuersignals bestimmt. Die Pulsbreite bzw. das Tastverhältnis wird üblicherweise mit
einer Auflösung
eingestellt, die dem Kehrwert der Taktfrequenz des Taktsignals entspricht,
das zum Erzeugen des Ansteuersignals verwendet wird. Wird beispielsweise
ein Ansteuersignal mit einem Taktsignal erzeugt, das eine Taktfrequenz
von 40 MHz aufweist, so kann in der Regel die Pulsbreite und das Tastverhältnis des
Ansteuersignals nur in Schritten von 25 ns eingestellt werden. Bei
einem Leistungstransistor, der mit einem PWM-Ansteuersignal mit
einer Frequenz von 100 kHz angesteuert wird, bedeutet dies, dass
bei einer Taktfrequenz von 40 MHz des Taktsignals eine Auflösung der
Pulsbreiten-Einstellung von 1/(40 MHz/100 kHz), also 0,25 Prozent möglich ist.
Zwar kann die einem Ansteuersignal für einen Leistungstransistor
zugrunde liegende Taktfrequenz erhöht werden, um die Auflösung entsprechend
zu erhöhen.
Dies erfordert jedoch abhängig von
der Taktfrequenz eine hohen technischen Aufwand, beispielsweise
einen entsprechend hochfrequenten Taktgenerator, was die Kosten
für beispielsweise
einen DC/DC-Wandler mit einem derart angesteuerten Leistungstransistor
erhöht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindungen ist es nun, ein Verfahren zum
Erzeugen eines Ansteuersignals für
einen Leistungsschalter und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen,
welche eine hohe zeitliche Auflösung
der Stellgenauigkeit des Ansteuersignals ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals
für einen
Leistungsschalter mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eine entsprechende
Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der vorliegende Erfindung besteht darin, bei
einem Ansteuersignal Signalabschnitte mit unterschiedlichen Tastverhältnisses
zu erzeugen, so dass ein gewünschtes
effektives Tastverhältnis
erzielt wird. Das effektive Tastverhältnis kann von dem durch einen
bestimmten Takt vorgegebenen Zeitraster abweichen, so dass ein größere Freiheit
bei der zeitlichen Auflösung
für die
Einstellung eines Tastverhältnisses
erreicht wird. Beispielsweise kann gemäß der Erfindung in einer Gruppe
von Pulsen eines PWM-Ansteuersignals eines Leistungsschalters die
Pulsbreite von einem oder mehreren Pulsen abweichend von der Pulsbreite
der übrigen Pulse
eingestellt werden. Das effektive Tastverhältnis ist das über einen
größeren Zeitabschnitt
des Ansteuersignals, d.h. über
mehrere Signalabschnitte oder -perioden gemittelte Tastverhältnis. Das
Tastverhältnis
kann im Sinne der Erfindung nicht nur eine Pulsbreite, sondern auch
eine Phase sein, so dass die Erfindung gleichermaßen für PWM- und
PSK-Ansteuersignale eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann
bei einem ersten Tastverhältnis
eine Phasenverschiebung um eine erste Phase erfolgen, d.h. beim
ersten Tastverhältnis
tritt in dem Ansteuersignal ein erster Phasensprung auf, wogegen
bei einem zweiten Tastverhältnis
eine Verschiebung des Ansteuersignals um eine zweite Phase erfolgt,
d.h. beim zweiten Tastverhältnis
tritt in dem Ansteuersignal ein zweiter Phasensprung auf, wobei
das erste und zweite Tastverhältnis
voneinander verschieden sind. Die Erfindung bietet den Vorteil,
dass eine zeitlich hochgenaue Auflösung eines PWM-Ansteuersignals
für einen
Leistungstransistor möglich
ist, ohne dass dabei eine Erhöhung
der dem PWM-Ansteuersignal zugrunde liegenden Taktfrequenz erforderlich
ist.
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Die
Erfindung betrifft nun gemäß seiner
Ausführungsform
ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für einen
Leistungsschalter, bei dem das Ansteuersignal derart erzeugt wird,
dass
das Ansteuersignal einen ersten Ansteuersignalabschnitt
und einen auf den ersten Ansteuersignalabschnitt folgenden zweiten,
zeitlich gleichlangen Ansteuersignalabschnitt umfasst;
der
erste Ansteuersignalabschnitt nach einem Signalsprung einen Signalsprungabschnitt
aufweist, der mit dem Ansteuersignal vor dem Signalsprung ein erstes
Tastverhältnis
in dem ersten Ansteuersignalabschnitt definiert;
der zweite
Ansteuersignalabschnitt nach einen Signalsprung einen Signalsprungabschnitt
aufweist, der mit dem Ansteuersignal vor dem Signalsprung ein zweites
Tastverhältnis
in dem zweiten Ansteuersignalabschnitt definiert; und
sich
das erste Tastverhältnis
von dem zweiten Tastverhältnis
unterscheidet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Ansteuersignal derart erzeugt
werden, dass es unmittelbar vor dem zweiten Ansteuersignalabschnitt
eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden identischen ersten Ansteuersignalabschnitten
aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass bei der Mehrzahl von gleichlangen
ersten Ansteuersignalabschnitten eine noch feinere Auflösung eingestellt
werden kann, sodass nicht nur ein effektives Tastverhältnis erreichbar
ist, welches genau zwischen dem ersten und zweiten Tastverhältnisse
liegt. Hierdurch kann dann ein nahezu beliebiges Tastverhältnis eingestellt
werden.
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Auch
kann das Ansteuersignal in einer weiteren Ausführungsform derart erzeugt werden,
dass der erste und der zweite Ansteuersignalabschnitt je ein Pulsweiten-moduliertes,
d.h. PWM-Signal ist, das erste Tastverhältnis ein Weiten-Verhältnis der
Pulsweite des ersten Ansteuersignalabschnitts und das zweite Tastverhältnis ein
Weiten-Verhältnis
des zweiten Ansteuersignalabschnitts ist. Eine solche Ausgestaltung
der ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitte ermöglicht insbesondere
bei der Verwendung des Ansteuersignals zum Ansteuern eines Leistungsschalters,
dass mit dem Leistungsschalter eine zu übertragene Leistungsmenge sehr
präzise
gesteuert werden kann.
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Weiterhin
kann das Ansteuersignal in Abhängigkeit
von einem Steuertakt mit Steuertaktzyklen derart erzeugt werden,
dass der Signalsprung im ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitt
zeitlich mit einem Anfang eines Steuertaktzyklus synchronisiert wird.
Dies bietet vorteilhaft die Möglichkeit,
dass zur Erzeugung des Signalsprungs in dem ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitt
durch die Synchronisation mit den Steuertaktzyklen ein numerisch
bzw. schaltungstechnisch einfach zu realisierendes Abzählen der
Steuertaktzyklen erfolgen kann und der Signalsprung in den entsprechenden
ersten bzw. zweiten Ansteuersignalabschnitt nach der entsprechenden
Anzahl von abgezählten
Steuertaktzyklen "gesetzt" wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das erste Tastverhältnis größer als
das zweite Tastverhältnis.
Dies ermöglicht insbesondere
beim Einsatz von einer Mehrzahl von ersten Ansteuersignalabschnitten
unmittelbar vor einem zweiten Ansteuersignalabschnitt, dass ein
nur geringfügig
unter dem ersten Tastverhältnis
liegendes effektives Tastverhältnis
mit einer relativ geringen Anzahl von ersten Ansteuersignalabschnitten realisiert
werden kann. Somit lässt
sich das gewünschte
effektive Tastverhältnis
innerhalb einer relativ kurzen Abfolge von ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitten
realisieren.
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Alternativ
kann in einer weiteren Ausführungsform
das zweite Tastverhältnis
größer als
das erste Tastverhältnis
gewählt
werden. Dies ermöglicht dann
analog zu dem vorstehend beschriebenen Fall insbesondere beim Einsatz
von einer Mehrzahl von ersten Ansteuersignalabschnitten unmittelbar
vor einem zweiten Ansteuersignalabschnitt, dass ein nur geringfügig über dem
ersten Tastverhältnis
liegendes effektives Tastverhältnis
mit einer relativ geringen Anzahl von ersten Ansteuersignalabschnitten
realisiert werden kann. Somit lässt
sich dann das gewünschte effektive
Tastverhältnis
ebenfalls innerhalb einer relativ kurzen Abfolge von ersten und
zweiten Ansteuersignalabschnitten realisieren.
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Ferner
kann das Ansteuersignal derart erzeugt werden, dass das Ansteuersignal
mindestens vier aufeinander folgende erste Ansteuersignalabschnitte,
gefolgt von einem zweiten Ansteuersignalabschnitt aufweist. Hierdurch
kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass eine ausreichend feine
Auflösung
des effektiveren Tastverhältnisses
möglich
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann das Ansteuersignal derart erzeugt werden, dass der erste und/oder
der zweite Ansteuersignalabschnitt sich in einem Zeitintervall von
mindestes zehn aufeinander folgenden Steuertaktzyklen erstreckt.
Dies ermöglicht,
dass eine ausreichend feine Einstellmöglichkeit zum Platzieren des
Signalsprungs in dem ersten und/oder zweiten Ansteuersignalabschnitt
gegeben ist, so dass auch in einer zeitlich kurzen Abfolge von erstem
und/oder zweitem Ansteuersignalabschnitt dennoch eine feine Auflösung, das
heißt
eine feine Variationen des effektiven Tastverhältnisses durchgeführt werden
kann. Dies liegt dann insbesondere daran, dass innerhalb des ersten
und/oder zweiten Ansteuersignalabschnitt die Lage des Signalsprungs sehr
fein variiert werden kann.
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Weiterhin
kann in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals
für einen
Leistungsschalter vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um das Ansteuersignal
derart zu erzeugen, dass
das Ansteuersignal einen ersten Ansteuersignalabschnitt
und einen auf den ersten Ansteuersignalabschnitt folgenden zweiten,
zeitlich gleichlangen Ansteuersignalabschnitt umfasst;
der
erste Ansteuersignalabschnitt nach einem Signalsprung einen Signalsprungabschnitt
aufweist, der mit dem Ansteuersignal vor dem Signalsprung ein erstes
Tastverhältnis
in dem ersten Ansteuersignalabschnitt definiert;
der zweite
Ansteuersignalabschnitt nach einen Signalsprung einen Signalsprungabschnitt
aufweist, der mit dem Ansteuersignal vor dem Signalsprung ein zweites
Tastverhältnis
in dem zweiten Ansteuersignalabschnitt definiert und
sich das
erste Tastverhältnis
von dem zweiten Tastverhältnis
unterscheidet.
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Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In
der Beschreibung, in den Ansprüchen,
in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der
hinten angeführten
Liste der Bezugszeichen aufgeführten
Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1a eine
Darstellung eines Ansteuersignal-Verlaufes eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung in der Form eines PWM-Signals;
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1b eine
Darstellung eines Ansteuersignal-Verlaufes eines weiteren Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung in der Form eines PWM-Signals;
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2 eine
Darstellung von unterschiedlichen Pulsformen von Ansteuersignalen
sowie einigen Ausführungsbeispielen
von erfindungsgemäßen Ansteuersignal-Verläufen;
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3 ein
Blockschaltbild eines Signalgebers gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels zum Einsatz
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im
Folgenden können
gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sein. Im Folgenden angegebene absolute Werte und Maßangaben
sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der
Erfindung auf derartige Dimension dar.
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1 zeigt einen Ansteuersignal-Verlauf gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Hierbei weist das Ansteuersignal 10 einen ersten
Ansteuersignalabschnitt 12 und einem zweiten Ansteuersignalabschnitt 14 auf.
In jedem der beiden Ansteuersignalabschnitte 12 bzw. 14 ist
ein Signalsprung 16 enthalten, bei dem das Ansteuersignal 10 von
einem niedrigen Pegel auf einem hohen Pegel springt. Alternativ
kann das Ansteuersignal 10 bei einem solchen Signalsprung 16 auch
von einem hohen Pegel auf eine niedrigen Pegel springen. Durch einen solchen
Signalsprung 16 in dem ersten bzw. zweiten Ansteuersignalabschnitt 12 bzw. 14 wird
das Ansteuersignal 10 in den jeweiligen Ansteuersignalabschnitten 12 und 14 in
einen ersten Teil 18 und in einem zweiten Teil 20 unterteilt.
Das Verhältnis
des zweiten Teils 20 zu der Summe aus erstem und zweiten
Teil des ersten Ansteuersignalabschnitts 12 wird als erstes
Tastverhältnis
bezeichnet. Analog wird als zweites Tastverhältnissen das Verhältnis des
zweiten Teils 20 zu der Summe des ersten und zweiten Teils 18 des
Ansteuersignalabschnitts 14 bezeichnet. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der zweite Teil 20 des ersten
Ansteuersignalabschnitts 12 größer als der zweite Teil 20 des
zweiten Ansteuersignalabschnitts 14, so dass auch das erste
Tastverhältnis
(im ersten Ansteuersignalabschnitt 12) größer als
das zweite Tastverhältnis
(im zweiten Ansteuersignalabschnitt 14) ist. Wird nun das
Ansteuersignal 10 zum Steuern eines Leistungsschalters
verwendet, so kann der niedrige Pegel einen geschlossenen Zustand
des Leistungsschalters kennzeichnen, während der hohe Pegel einen
geöffneten
Zustand des Leistungsschalters darstellt. Wird nun die Gesamtzeit
des geöffneten
Zustands des Leistungsschalters mit dem geschlossenen Zustand des
Leistungsschalters innerhalb der Gesamtdauer des Ansteuersignals 10 (das heißt während dem
ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitts 12 bzw. 14)
verglichen, wird ersichtlich, dass das Gesamttastverhältnis des
Ansteuersignals 10 einen der Wert aufweist, der zwischen
dem ersten und zweiten Tastverhältnis
liegt. Durch eine Variationen des ersten und zweiten Tastverhältnisses
kann nun auf einfache Art und Weise auch eine Variation des "effektiven" Gesamttastverhältnisses
des Ansteuersignals 10 erreicht werden. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Signalsprung 16 nicht beliebig in dem ersten
bzw. zweiten Ansteuersignalabschnitt 12 bzw. 14 gesetzt
werden kann, sondern lediglich zu bestimmten, Raster-artig festgelegten
Zeitpunkten erfolgen kann. Dieses festgelegte Raster dann beispielsweise
durch die Anfänge
von Steuertaktzyklen bestimmt sein, wenn das Ansteuersignal 10 bzw.
die Signalsprünge 16 auf
der Basis eines Steuertakts bestimmt werden sollen. Durch die Mittelung
des ersten und zweiten Tastverhältnisses
auf ein effektives Gesamttastverhältnis des Ansteuersignals 10 kann
somit eine feine Auflösung
dieses effektiven Gesamttastverhältnisses
auch dann erreicht werden, wenn die Signalsprünge 16 im ersten bzw.
zweiten Ansteuersignalabschnitt 12 bzw. 14 an
das bevorstehende beschriebene Raster gebunden sind. Somit kann,
unabhängig
von dem Raster, eine fein einstellbare Auflösung des Gesamttastverhältnisses
des Ansteuersignals 10 erreicht werden.
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Weiterhin
kann das in 1 dargestellte Ansteuersignal 10 auch
zyklisch wiederholt werden, so dass sich über die gesamte Länge eines
derart zyklisch wiederholten Ansteuersignals 10 das effektive Gesamttastverhältnis einstellt.
Auch können
mehrere einzelne Ansteuersignalabschnitte 12 bzw. 14 aufeinanderfolgen,
bevor einer der jeweils anderen Ansteuersignalabschnitte auf eine
solche Folge folgt. Hierdurch lässt
sich dann eine weitere Verfeinerung der Einstellmöglichkeit
für das
effektive Gesamttastverhältnis
realisieren.
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In 1b ist
Diagramm eines ähnlichen
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei sind jedoch die
zweiten Teil der 20 des ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitts
nicht am Ende des jeweiligen Ansteuersignalabschnitts sondern in
einem mittleren Teil angeordnet. Hierbei wird ersichtlich, dass
für das
erste und zweite Tastverhältnis
lediglich eine Verhältnis
der Zeitspannen in zwischen einem hohen einen und einem niedrigen Pegel
des Ansteuersignals in den jeweiligen Ansteuersignalabschnitten
maßgeblich
ist.
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2 zeigte
mehrere Ausführungsbeispiele für Verläufe des
in 1 dargestellten Ansteuersignals 10.
Weiterhin ist in 2 ein Steuertakt-Signal dargestellt,
welches als "clock" bezeichnet ist.
Die mit der Bezeichnung "pwm_10", "pwm_20" und „pwm_80" bezeichneten Signale
stellen dabei herkömmliche
Ansteuersignale dar, die ein Tastverhältnis der von 10% (pwm_10),
20% (pwm_20) bzw. 80% (pwm_80) aufweisen. Hierbei ist ersichtlich,
dass sich ein Zyklus des Ansteuersignals pwm_10 über 10 Zyklen des Steuertakt-Signals
clock erstreckt und ein Tastverhältnis
von ein 10%, d.h. einem Steuertakt-Zyklus aufweist. Dies ergibt
sich daraus der, wie das sich der hohe Pegel eines Zyklus des Ansteuersignals über einen
Steuertakt-Zyklus
erstreckt und sich somit der hohe Pegel über eine Zeitspanne von 10%
der Gesamtzeitspanne eines Zyklus des Ansteuersignals pwm_10 erstreckt.
Analog erstreckt sich der hohe Pegel des Ansteuersignals pwm_20 über eine
Zeitspanne von 20% der gesamten Zeitspanne eines Zyklus dieses Ansteuersignals
und der hohe Pegel des Ansteuersignals pwm_80 über eine Zeitspanne von 80%
der gesamten Zeitspanne eines Zyklus dieses Ansteuersignals. Bezüglich der
beiden Ansteuersignale pwm_10, pwm_20 und pwm_80 ist weiterhin anzumerken,
dass die entsprechenden Signalsprünge jeweils zu den Anfängen von
Steuertakt-Zyklen erfolgen, so dass die Bestimmung oder Festlegung
des jeweiligen Signalsprunges durch einfaches Abzählen der
Steuertakt-Zyklen erfolgen kann.
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Die
Ansteuersignal-Verläufe
der in 2 dargestellten Ansteuersignale pwm_12 und pwm_88 stellen
nun Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar. Im Ansteuersignal pwm_12 wird im ersten
Ansteuersignalabschnitt ein erstes Tastverhältnis von 20% erzeugt und in
den vier darauf folgenden zweiten Ansteuersignalabschnitten ein
zweites Tastverhältnis
von jeweils 10% erzeugt. Diese Abfolge von ersten und zweiten Ansteuersignalabschnitten
wird nun mehrfach wiederholt, sodass entsprechend den vorstehenden
Ausführungen
der Signalverlauf auch derart gelesen werden kann, dass auf vier
erste Ansteuersignalabschnitte mit je einem Tastverhältnis von
10% ein zweiter Ansteuersignalabschnitt mit einem Tastverhältnis von
20% folgt. Insgesamt ergibt sich damit für das Ansteuersignal pwm_12
ein effektives Tastverhältnis
von 12% dass sich gemäß der Gleichung
(4·10%
+ 1·20%)/5
= 12% der jeweiligen Tastverhältnisse
ergibt.
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Auf
analoge Weise kann auch das Ansteuersignal pwm_88 erzeugt werden,
in denen auf vier aufeinander folgende erste Ansteuersignalabschnitte mit
je einem Tastverhältnisse
von 90% ein zweiter Ansteuersignalabschnitt mit einem Tastverhältnis von 80%
folgt. Als effektives Tastverhältnis
ergibt sich somit ein Wert von (4·90 + 1·80)/5 = 88%.
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Anzumerken
ist hierbei, dass im Ansteuersignal pwm_12 auf 4 aufeinander folgende
Ansteuersignalabschnitte mit einem kleineren Tastverhältnis ein weiterer
Ansteuersignalabschnitt mit einem mit größeren Tastverhältnis folgt.
Hierdurch kann ein effektives Tastverhältnis so realisiert werden,
das geringfügig über dem
kürzeren
Tastverhältnis
der oft aufeinander folgenden Ansteuersignalabschnitte liegt. Je größer die
Anzahl der (identischen) wiederholten ersten Ansteuersignalabschnitte
ist, desto geringer kann der Unterschied zwischen dem ersten Tastverhältnis und
den effektiveren Tastfeldes eingestellt werden. Die analoge Argumentation
gilt ebenfalls auch für
das Ansteuersignal pwm_88, bei dem sich vier aufeinander folgenden
ersten Ansteuersignalabschnitten mit einem großen Tastverhältnis ein
zweiter Ansteuersignalabschnitt mit einem geringeren Tastverhältnis folgt.
Hierdurch kann dann auch ein effektives Tastverhältnis des Ansteuersignals erreicht
werden, dass geringfügig
unter dem großen
Tastverhältnis
der mehrfach aufeinander folgenden ersten Ansteuersignalabschnitte
liegt. Der Unterschied zwischen dem effektiven Tastverhältnis und
dem ersten Tastverhältnisse
kann dabei wieder umso geringer eingestellt werden, je größer die
Anzahl von ersten aufeinander folgenden Ansteuersignalabschnitten
ist.
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Auch
kann eine weitere Verfeinerung der Einstellbarkeit dadurch realisiert
werden, dass die ersten bzw. zweiten Ansteuersignalabschnitte sich über einen
Zeitabschnitt erstrecken, der beispielsweise mindestens 10 Zyklen
des Steuertakts clock umfasst und wobei der Signalsprung mit einem
Anfang eines Zyklus des Steuertrakts zu synchronisiert ist. Bei
einer solchen Synchronisation der Signalsprunges anderen dann der
Zeitpunkt des Signalsprungs in den jeweiligen Ansteuersignalabschnitten sehr
präzise
festgelegt und damit das Tastverhältnis in diesen Ansteuersignalabschnitten
sehr genau fixiert werden.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Signalgebers 24 dargestellt.
Hierbei kann der Signalgeber 24 mit einem Steuertaktgeber 22 über eine
Verbindungsleitung 26 gekoppelt sein. Der Steuertaktgeber 22 kann
dabei beispielsweise den Steuertakt clock, wie in 2 dargestellt ist,
an den Signalgeber 24 übermitteln.
Der Signalgeber 24 kann in wiederum der ausgebildet sein,
dass er an einem Ausgang 28 ein Ansteuersignal 10 ausgibt,
wie es in den 1 oder 2 dargestellt
ist.
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In 4 ist
ein besonderes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem ein Verfahren zur
Ansteuerung einer H-Brücke
(A, B, C, D, 30) verwendet wird, wobei die H-Brücke derart ausgebildet
ist, dass beispielsweise zwei Transistoren A und C nach Plus (VCC)
schalten können
(und daher in 4 als einfache Schalter dargestellt
sind) und zwei andere Transistoren B und D nach Masse (GND) schalten
können
(und daher in 4 ebenfalls als einfache Schalter
dargestellt sind). Im Querzweig ist dann der Übertrager 30 angeordnet, durch
den der Strom via Transistor A und D in der einen bzw. B und C in
der anderen Richtung fließt,
was bedeutet, dass die beiden Pärchen
A/B und C/D jeweils gegenphasig mit einem Rechtecksignal angesteuert
werden. Die Ansteuerung der beiden Transistorpärchen A/B bzw. C/D kann damit
gleichstromfrei (also z.B. je ein Trafo) erfolgen. Die Leistungsregelung
wird durch die Phasenverschiebung der Ansteuerung A gegen C bzw.
B gegen D erreicht. Bei 0° Phasenverschiebung
takten die beiden Transistoren A/C bzw. B/D jeweils synchron. Die
Spannung an den beiden Übertrageranschlüssen schwankt
zwischen 0 und VCC. Da aber beide Übertrageranschlüsse dann die
gleiche Spannung sehen, ist der Stromfluss Null und damit auch die übertragene
Leistung. Wenn die Phasenverschiebung (als anderes Extrem) 180° beträgt, schwankt
die Spannung an den beiden Übertrageranschlüssen auch
zwischen GND und VCC. Da aber die beiden Spannungen jetzt gegenphasig
sind, „sieht" der Übertrager 30 die „volle" Wechselspannung
und überträgt damit
die volle Leistung. Zwischenwerte ergeben einen entsprechend kleineren Stromfluss.
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Zusammenfassend
ist anzumerken, ob dass eine höhere
Auflösung
nun dadurch erzielt werden kann, dass bei einer Gruppe von Pulsen
eine Teilmenge mit um einer um einen Taktzyklus längeren Pulsbreite
angesteuert wird. Beispielsweise kann mit Taktfrequenzen wie im
eingangs erwähnten
Beispiel bei einer Sequenz von acht Pulsen und einem Tastverhältnis von
50,00% der erste Puls um eine Taktzyklus verlängert werden. Dann steigt das
effektive Tastverhältnis
(und entsprechend die Leistung) auf 50,03% statt vorher 50,00%.
Ohne das erfindungsgemäße Verfahren
wäre die
nächste
mögliche
größere Einstellungen
des Tastverhältnisses
ein Wert von 50,25%. Bei einer Gruppe von n Pulsen kann damit die
Auflösung
um genau den Faktor n erhöht
werden. Die höhere
Auflösung
führt bei
DC/DC-Wandern daher auch zu einer höheren Regelgenauigkeit. Die
Alternative – die
Taktfrequenz entsprechend zu erhöhen – dies ist
in der Regel wesentlich schwieriger und teurer zu realisieren. Das
Verfahren ist analog auch bei der Ansteuerung im PSK-Verfahren (PSK
= Phase Shift Keying = Phasenumtastung) anwendbar. Hier wird dann
nicht die Pulsbreite verändert,
sondern die Phasenverschiebung um einen Taktzyklus vergrößert.
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Bezüglich der
in 2 dargestellten Signalverläufe ist anzumerken, dass das
Steuertaktsignal eine Frequenz von 10 MHz zur Erzeugung der PWM-Signale
aufweist. Die PWM-Signalfrequenz beträgt dann 1 MHz. Auf klassische
Art kann das Tastverhältnis
des PWM-Signals nur in Schritten von einem Takt-Zyklus verändert werden. Bei den beispielhaft
genannten Parametern clock = 10 MHz, und einer PWM-Frequenz = 1
MHz lassen sich also nur Tastverhältnisse von 0, 10%, 20%, und..,
100% einstellen. Die Erfindung besteht nun insbesondere darin, dass
aus einer Gruppe von Pulsen (im Beispiel 5 Pulse) einzelne PWM-Pulse
z.B. um einen Takt-Zyklus verlängert
werden. Damit ergibt sich für
das Signal pwm_12 (ein über
fünf Pulse
gemitteltes) effektives Tastverhältnis
von (4·10%
+ 1·20%)/5
= 12%. Dito verhält
es sich mit den Signal pwm_88: Hier werden vier Pulse um sie einen
Takt verlängert,
das effektive Tastverhältnis
ist dann also (4·90%
+ ein·80 Prozent)/5
= 88%.
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Man
kann jetzt also in feineren Schritten das effektive Tastverhältnis einstellen,
nämlich
in Schritten von 2% statt vorher 10%. Die Zahl der Pulse pro Gruppe
ist beliebig: je höher,
desto feiner die Auflösung.
Natürlich
hat diese "Gruppenbildung" zur Folge, dass
im Ausgangssignal die Leistung mit 1 MHz/5 schwankt – dies ist
aber um so unproblematischer je höher die PWM-Frequenz ist und genau da besteht dann
auch die Notwendigkeit, die Auflösung
zu verbessern.
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Als
Anwendungen des vorstehend beschriebenen Ansatzes kann der Einsatz
dieses Verfahrens ist in einem DC/DC-Wandler betrachtet werden,
der aus einer Hochvoltbatterie ein 12 V-Bordnetz versorgt, dessen
Leistungstransistoren mit diesem PWM-Verfahren angesteuert werden.
Ohne die Erfindung wären
nur relativ grobe Sprünge
in der Leistung möglich,
was dann zu erhöhten
Spannungsschwankungen auf dem 12 V-Bordnetz führen würde.
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- 10
- Ansteuersignal
- 12
- erster
Ansteuersignalabschnitt
- 14
- zweiter
Ansteuersignalabschnitt
- 16
- Signalsprung
- 18
- erster
Teil eines Ansteuersignalabschnitts
- 20
- zweiter
Teil eines Ansteuersignalabschnitts
- 22
- Steuertaktgeber
- 24
- Signalgeber
- 26
- Verbindung
zwischen Steuertaktgeber und Signalgeber
- 28
- Ausgang
des Signalgebers
- Clock
- Steuertakt
- pwm_10
- PWM-Signal
mit 10% Tastverhältnis
- pwm_20
- PWM-Signal
mit 20% Tastverhältnis
- pwm_80
- PWM-Signal
mit 80% Tastverhältnis
- pwm_12
- PWM-Signal
mit 12% der Tastverhältnis
effektiv
- pwm_88
- PWM-Signal
mit 88% Tastverhältnis effektiv
- A,
B, C, D
- Transistoren
- 30
- Übertrager
- VCC
- Versorgungsspannung
- GND
- Masse