DE102008003631B4

DE102008003631B4 - Verfahren zum Regeln eines Stromes durch eine Last

Info

Publication number: DE102008003631B4
Application number: DE102008003631A
Authority: DE
Inventors: Joseph Rochester Hills Funyak; Kyle Shawn Howell Williams
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: DE102008003631A1; US7667446B2; US20080169798A1

Abstract

Ein Regelsystem mit einem Controller, der dazu ausgebildet ist,
eine Last unter Berücksichtigung eines Lastsollwertes anzusteuern,
eine Lastkenngröße der Last zu messen und eine Durchschnittslastkenngröße zu berechnen,
und einen korrigierten Sollwert unter Berücksichtigung des berechneten Durchschnitts zu ermitteln durch Vergleichen der Durchschnittslastkenngröße mit einem anfänglichen Sollwert und Summieren des hierdurch erhaltenen Ergebnisses mit dem anfänglichen Sollwert und einem Hystereseabstandswert,
und wobei der Controller weiterhin dazu ausgebildet ist, die Last basierend auf dem korrigierten Sollwert anzusteuern.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Regelverfahren und -systeme, und genauer ein kompensiertes Hystereseregelsystem zum Regeln einer Durchschnittslastkenngröße (engl.: average load characteristic), die in Beziehung zu der Last steht.
Hintergrund der Erfindung
In vielen Aspekten der heutigen, sich rasch ändernden Wirtschaft müssen erfolgreiche Unternehmen Qualitätsprodukte ausliefern und den Nutzen für Ihre Kunden maximieren, um fortzubestehen. Diese einfach Realität gilt noch immer, selbst im Bereich elektronischer High-Tech-Regelungen.
Zwei Arten, auf welche Anbieter von Regelungssystemen Nutzen bringen, sind die Bereitstellung genauerer Regelungslösungen und die Bereitstellung schnellerer Controller. Folglich besteht in der Elektronikindustrie ein Bedarf ein Regelungssystem bereitzustellen, das eine Last schneller und genauer ansteuern kann.
Die DE 40 19 218 A1 beschreibt ein System zur Regelung des durch eine Last fließenden mittleren Stromes auf Grundlage einer variablen Anfangs-Steuerinformation. Bei diesem Verfahren wird basierend auf der Anfangs-Steuerinformation ein theoretischer Mittelwert des Stromes berechnet, und zu diesem berechneten Mittelwert des Stromes wird ein Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Signals berechnet, das einem Generator zur Ansteuerung der Last zugeführt ist. Bei dem Verfahren wird außerdem der tatsächliche Strommittelwert gemessen und mit dem theoretischen Mittelwert des Stromes verglichen. Abhängig von diesem Vergleich wird ein Korrektursignal für das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals berechnet, und das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals wird durch diesen Korrekturwert korrigiert.
Die DE 10 2004 010 914 A1 beschreibt einen Hysterese-Stromregler zur Regelung eines Stromes durch eine Last, bei dem eine Spannungsversorgung für die Last eingeschaltet wird, wenn der Strom durch die Last auf einen unteren Sollwert absinkt, und ausgeschaltet wird, wenn der Strom auf einen oberen Sollwert ansteigt. Eine Hysterese zwischen dem unteren Sollwert und dem oberen Sollwert wird hierbei abhängig von einem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Einschaltzeitpunkten oder zwei aufeinander folgenden Ausschaltzeitpunkten variiert.
Die DE 603 09 155 T2 und DE 698 00 081 T2 beschreiben weitere Beispiele von Stromreglern, die zur Regelung eines Mittelwertes eines eine induktive Last durchfließenden Stromes getaktet eine Versorgungsspannung an die induktive Last anlegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die folgenden Ausführungen repräsentieren eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung, um ein grundsätzliches Verständnis einiger Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Diese Zusammenfassung ist keine ausführliche Übersicht über die Erfindung, und es ist weder beabsichtigt Schlüsselelemente oder kritische Elemente der Erfindung anzugeben, noch den Umfang der Erfindung zu beschränken. Vielmehr besteht der Zweck der Zusammenfassung darin, einige Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als eine Einführung für die detaillierte Beschreibung, die später folgt, darzustellen.
Bei einer Ausführungsform misst und kompensiert ein Regelsystem einen Strom zum Ansteuern einer Last. Das Regelsystem weist einen Controller auf, der dazu ausgebildet ist eine Lastkenngröße einer Last an einem Eingang hiervon zu messen und die Last unter Berücksichtigung eines Sollwertes der Last anzusteuern, und eine Durchschnittslastkenngröße zu berechnen. Der Controller des Regelsystems ist außerdem dazu ausgebildet, einen korrigierten Sollwert unter Berücksichtigung des berechneten Durchschnitts zu ermitteln und die Last basierend auf dem korrigierten Sollwert bei einem gewünschten Lastkenngrößenwert anzusteuern.
Die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung dienende Aspekte und Ausführungen der Erfindung. Diese zeigen jedoch lediglich wenige der unterschiedlichen Möglichkeiten auf, wie die Prinzipien der Erfindung angewendet werden können.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Regelsystems zum Ansteuern einer Last,
2A und 2B sind Blockdiagramme von Ausführungsformen des Regelsystems der 1, das zum Ansteuern einer Last verwendet wird,
3 ist eine Signalform des Ausgangssignals des Regelsystems der 2A, während dieses die Last ansteuert,
4 ist eine Signalform des Ausgangssignals des Regelsystems der 2B, während dieses die Last ansteuert,
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern einer Last entsprechend einer Ausführungsform, und
6 und 7 sind Flussdiagramme anderer Ausführungsformen des Verfahrens der 5, das zum Ansteuern der Last verwendet wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben, in denen gleich nummerierte Elemente gleiche Teile repräsentieren. Die Figuren und die zugehörige Beschreibung der Figuren dienen zur Veranschaulichung und begrenzen nicht in irgendeiner Weise den Umfang der Ansprüche.
1 zeigt eine Ausführungsform eines kompensierten Hystereseregelsystems 100, das einen Controller 102 aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Lastkenngröße einer Last (nicht gezeigt) an einem Eingang 106 hiervon zu messen, und der weiter dazu ausgebildet ist, die Last unter Berücksichtigung eines Sollwertes der Last anzusteuern. Das Regelsystem 100 weist weiter eine Korrekturschaltung 104 auf, die dazu ausgebildet ist, eine Durchschnittslastkenngröße zu berechnen und einen korrigierten Sollwert unter Berücksichtigung des berechneten Durchschnitts zu ermitteln. Der Controller ist außerdem dazu ausgebildet, basierend auf dem korrigierten Sollwert die Last anzusteuern, sobald diese an den Ausgang 108 hiervon angeschlossen ist.
Bei einer Ausführungsform weist das kompensierte Hystereseregelsystem 100 einen Hysterese-Controller 102 auf, der dazu ausgebildet ist, digital eine Lastkenngröße (in anderen Ausführungsformen: einen Laststrom, eine Spannung, ein magnetisches Feld, eine Lichtenergie oder eine Leistung) einer Last (in anderen Ausführungsformen: ein Elektromagnet, ein Motor, ein Licht, eine induktive Last) an einem Eingang 106 hiervon zu messen, und der außerdem die Last unter Berücksichtigung eines Sollwertes (in anderen Ausführungsformen: ein Laststromsollwert, ein Spannungssollwert, ein Magnetfeldsollwert, ein Lichtenergiesollwert, und ein Leistungssollwert) der Last ansteuern kann. Das Regelsystem 100 der Ausführungsform hat darüber hinaus eine Korrekturschaltung 104, die eine Durchschnittslastkenngröße unter Verwendung der gemessenen Lastkenngröße 110 über eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen (in anderen Ausführungsformen: Lastschaltzyklen, oder die Zyklen einer anderen zeitbasierten Signalquelle) berechnen kann.
Die Korrekturschaltung 104 der vorliegenden Ausführungsform ist dazu ausgebildet, einen korrigieren Sollwert 112 anhand des berechneten Durchschnitts zu ermitteln durch Vergleichen (in anderen Ausführungsformen: Vergleichen oder Berechnen der Differenz zwischen zwei Werten) der Durchschnittslastkenngröße mit einem ersten Sollwert (in anderen Ausführungsformen: einen vorbestimmten Eingangssollwert, eine von einem Benutzer bereitgestellte Einstellung, eine programmierte Einstellung) und durch Summieren des Ergebnisses dieses Vergleichs mit dem Eingangssollwert und einem Hysteseabstandswert (in anderen Ausführungsformen: Spitzenwert, oder Spitzenwert-zu-Spitzenwert-Abstand einer erlaubten Variation der Lastkenngrößenwerte). Der Controller steuert dann die Last an, sobald diese betriebsbereit an dessen Ausgang 108 angeschlossen ist, und zwar basierend auf dem zweiten oder korrigierten Sollwert 112, der durch die Korrekturschaltung 104 ermittelt wird, und optional um eine Anzeige 114 des An/Aus-Status des Ansteuerausgangs 108 bereitzustellen.
Die 2A und 2B veranschaulichen Ausführungsformen des kompensierten Hystereseregelsystems der 1, das zum Ansteuern einer Last in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2A veranschaulicht beispielsweise eine Ausführungsform eines kompensierten Hystereseregelsystems 200 ähnlich dem der 1. Das Regelsystem 200 weist einen Hysterese-Controller 102, eine Korrekturschaltung 104 und weitere externe Ansteuer- und Lastkomponenten 201 auf, einschließlich eines Shunt-Widerstandes 204 und einer Last 206, die von komplementären Ansteuertransistoren 210 und 212 angesteuert werden, die von differenziellen Ansteuerausgängen 108a, 108b des Controllers 102 angesteuert werden. Die externen Ansteuer- und Lastkomponenten 201 erhalten eine Spannungsversorgung zwischen der Versorgungsspannung V_bat 202 und der Massespannung V_gnd 203. Das Regelsystem 200 der Ausführungsform kann in einer Ausführungsform einen Strom regeln, der an die Last 206 geliefert wird (in anderen Ausführungsformen: ein Elektromagnet, ein Motor, ein Licht oder eine induktive Last), durch selektives Erhöhen oder Verringern des Stromes zur geeigneten Ansteuerung der Last derart, dass der Strom aufrechterhalten wird durch Ansteuern (in einer Ausführungsform: Schalten) der Last zwischen einer voreingestellten oberen Grenze und einer unteren Grenze – was manchmal als Hystereseschalten bezeichnet wird – innerhalb eines Hystereseabstandes, wie dies in Verbindung mit der unteren 3 weiter ausgeführt werden wird. Die Frequenz dieses Lastschaltens kann durch die besondere Lastkenngröße, die verwendete Versorgungsspannung und den gewählten Hystereseabstand festgelegt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform der 2A hat der Controller 102 ein Paar von differentiellen Eingängen 106a, 106b, die einen Spannungsabfall über dem Shunt-Widerstand 204, der proportional zu dem Laststrom durch die Last 206 ist, erkennen. Ein Hall-Effekt-Sensor kann ebenfalls an dem Eingang 106 verwendet werden, wobei ein magnetisches Feld zu dem Strom durch die Last 206 in Beziehung steht und eine zu dem magnetischen Feld proportionale Spannung als Lastkenngrößeneingangssignal zur Verfügung gestellt werden kann. Wenn der Strom durch den Shunt-Widerstand 204 oder Hall-Effekt-Sensor beispielsweise zunimmt, nimmt daher der Shunt-Widerstand oder die Sensorspannung üblicherweise proportional zu. Falls der Strom durch den Sensor abnimmt, nimmt in ähnlicher Weise die Sensorspannung üblicherweise proportional ab, obwohl andere Konventionen ebenfalls verwendet werden könnten.
Nachdem der Shunt-Widerstand 204 die Sensorspannung bereitstellt, liegt die Sensorspannung an dem Paar von differenziellen Eingängen 106a, 106b des Controllers 102 an, von dem eine Ausführungsform im Folgenden detaillierter erläutert wird.
Der. Differenzverstärker 116 erfasst beispielsweise die Differenzspannung an 106a, 106b, oder eine andere Lastkenngröße dieser Art (in anderen Ausführungsformen: ein Laststrom, eine Spannung, ein Magnetfeld, eine Lichtenergie, und eine Leistung), die die Last repräsentiert und die bei 117 an den Analog-Digital-Wandler (ADC) 118, der aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, übermittelt wird. Der ADC 118 stellt einen digitalen Messwert 110 des Laststroms, oder eine andere Lastkenngröße dieser Art, einem digitalen Komparator 120 in dem Controller 102 und einem Durchschnittsbildungsfunktionsblock 130 in der Korrekturschaltung 104 zur Verfügung.
Dort, wo ein gewünschter Sollwert der Lastkenngröße mit der gemessenen Lastkenngröße in einem analogen Komparator verglichen wird, erhält – bei der Ausführungsform der 2A – der digitale Komparator einen korrigierten Sollwert 112, der eine genaue Repräsentation eines gemessenen Durchschnitts der Lastkenngröße darstellt. Entsprechend erhält der Block 130 zur Durchschnittsbildung die gemessene Lastkenngröße 110 (in einer Ausführungsform: ein Lastrom) über ein bekanntes Zeitintervall, oder eine Anzahl von Zyklen einer Signalquelle, die als Zeitbasis verwendet wird, wie die Lastschaltzyklen oder beispielsweise ein Dither-Signal, und berechnet die Durchschnittslastkenngröße 130b gemessen über dieses Zeitintervall. Eine synchrone serielle Peripherieschnittstelle SPI 132 oder eine andere Schnittstelle dieser Art kann verwendet werden, um einen Eingangssollwert der Lastkenngröße (in einer Ausführungsform: eine Eingangsstromeinstellung) 132a an einen Stromeinstellfunktionsblock 134 und einen Korrekturblock 140 zu liefern, und um einen Hystereseabstandswert 132b zu liefern, der einem Hysteresefunktionsblock 136 zur Verfügung gestellt wird.
Der Korrekturblock 140 vergleicht oder berechnet die Differenz zwischen der berechneten Durchschnittslastkenngröße 130b und dem Eingangssollwert 132a, um einen Korrekturfehler 141 zu erhalten. Der Korrekturfehler 141 wird bei einer Ausführungsform danach in einem digitalen Summierfunktionsblock 142 summiert mit einer digitalen Repräsentation des Eingangssollwertes 135, die von dem Stromeinstellungsblock 134 zur Verfügung gestellt wird, und mit einem Hystereseabstandswert 137 vom Hystereseblock 136, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob der von der SPI 132 gelieferte Hystereseabstandswert 132b unter Berücksichtigung des An/Aus-Status 114, der vom Logikblock 122 angezeigt wird, addiert oder subtrahiert werden soll.
Die Summation (oder eine andere geeignete Operation in anderen Ausführungsformen) innerhalb des digitalen Summierers 142 führt zu einem korrigierten Sollwert 112 von der Korrekturschaltung 104 zu dem digitalen Komparator 120 des Controllers 102. Der digitale Komparator 120 vergleicht dann den korrigierten Sollwert 112 mit der gemessenen Lastkenngröße 110, um für den Logikblock 122 ein Ansteuerkontrollsignal 121 bereitzustellen. Der Logikblock 122 gibt dann ein Ansteuersignal an den Ausgangstreiber 124, um die externen Ansteuertransistoren 210 und 212 anzusteuern oder zu schalten, und gibt zudem den An/Aus-Status 114 an den Hystereseblock 136 aus, um anzuzeigen, ob die Last in einer Richtung angesteuert wird, die zu einem Ansteigen oder Absinken der Lastkenngröße führt. Daher kann die vorliegende Ausführungsform der Erfindung dazu verwendet werden, die Durchschnittslastkenngröße einer Last, beispielsweise einen Laststrom eines Elektromagneten, zu regulieren.
Bei einer Ausführungsform der Korrekturschaltung 104 kann die synchrone serielle Peripherieschnittstelle SPI 132 oder eine andere Schnittstelle dieser Art verwendet werden, um anfängliche Einstellungen für die geforderten Lastkenngrößensollwerte (in einer Ausführungsform: ein Laststrom von 500 mA), den Hystereseabstandswert (bei einer Ausführungsform: Laststrom +/–10 mA), die Dither-Amplitude (bei einer Ausführungsform: P-P 150 mA), die Dither-Frequenz (bei einer Ausführungsform: 175 Hz) oder beispielsweise die Anzahl von Dither-Zyklen, über die ein Durchschnitt gebildet werden soll, zur Verfügung zu stellen.
Bei einer Ausführungsform der Korrekturschaltung 104 weist der digitale Summierfunktionsblock 142 einen digitalen Addierer oder Subtrahierer auf, oder eine andere Prozessorfunktion dieser Art, die es ermöglicht den Eingangssollwert 135, den Hystereseabstandswert 137, den Fehlerkorrekturwert 141, und optional die Amplitudenkomponente 139 des Dither-Signals zu summieren oder zu mischen, um einen korrigierten Sollwert 112 zu liefern.
Bei einer Ausführungsform des Controllers 102 wird das Ausgangssignal 121 (bei einer Ausführungsform: ein Ergebnis in Form eines digitalen Wortes) des Komparators 120 dem Logikblock 122 zur Verfügung gestellt, um ein Ansteuer-Logiksignal 123 einem Gate-Treiber oder einem Ausgangstreiber 124 bereitzustellen und um ein An/Aus-Status 114 dem Hystereseblock 136 bereitzustellen. Dieses Ansteuer-Logiksignal 123 kann beispielsweise verzögert sein oder kann auf das Komparatorausgangssignal 121 mittels irgendeiner anderen Zustandsmaschine bezogen sein, die bei einer Ausführungsform in dem Logikblock vorhanden umfasst ist. Das Ansteuer-Logiksignal 123 wird danach an den Gate-Treiber oder Ausgangstreiber 140 weitergeleitet, der das Signal verstärken oder anderweitig aufbereiten kann, um das Treibersignal 108b und das invertierte Treibersignal 108a einem ersten Feldeffekttransistor FET 210 bzw. einem zweiten Feldeffekttransistor FET 212 bereitzustellen.
Daher misst bei einer Ausführungsform das Regelsystem 100 eine Lastkenngröße einer Last 206 und stellt eine Lastkenngröße einer Last 206, beispielsweise einen Laststrom zwischen einer oberen Grenze und einer unteren Grenze ein, um die Last effizient und genau anzusteuern, wobei der Ausgangstreiber 140 bei einer Ausführungsform ein unsymmetrischer (engl: single ended) oder ein differentieller Treiber sein kann, der in der Lage ist einen oder mehrere externe oder interne Treibertransistoren anzusteuern.
2B veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Regelsystems 220, das ein kompensiertes Hystereseregelsystem 100, mit einem Controller 102 und einer Korrekturschaltung 104 umfasst, und eine externe Last und Treiberkomponenten 201 aufweist. Das Regelsystem 220 ist dem Regelsystem 200 der 2A ähnlich und muss daher der Kürze halber nicht nochmals vollständig beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform weist die Korrekturschaltung 104 zusätzlich einen Dither-Generator 138 auf, der ein Dither-Signal basierend auf den Amplituden- und Frequenzeinstellungen 132c, die von der SPI 132 geliefert werden, zur Verfügung stellt. Der Dither-Generator 138 bewirkt eine im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last (bei anderen Ausführungsformen: der Kern oder Anker eines Elektromagneten oder eines Motors), sobald diese betriebsbereit hieran angeschlossen ist, und stellt eine Zeitbasisquelle für den Block 130 über 131a zum Berechnen der Durchschnittslastkenngröße 130b über eine ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklen zur Verfügung. Die Amplitudenkomponente 139 des Dither-Signals wird ebenfalls bei der vorliegenden Ausführungsform der 2B im Summierblock 142 summiert (oder anderweitig verwendet) mit dem Eingangssollwert 135, dem Hystereseabstandswert 137, und dem Fehlerkorrekturwert 141, um einen korrigierten Sollwert 112 zu liefern, der außerdem auf den Dither-Signalamplituden- und Periodeneinstellungen 132c basiert.
Der Dither-Block 138 erhält bei einer Ausführungsform die Grund-Dither-Frequenz oder -Periode, die er dann geeignet modifiziert, um zu ermöglichen, dass das Zeitbasissignal an 131a und dass die Amplitudenkomponente 139 bereitgestellt wird. Bei einer Ausführungsform stellt der Dither-Block 138 ein periodisches Signal zur Verfügung, das ein Dreiecksignal von ungefähr 150 bis 200 Hz ist, das der Frequenz entspricht, bei der die Last um einen Eingangssollwert oszilliert. Beispielsweise bei einer Ausführungsform, bei der die Last 206 einen Elektromagneten umfasst, stellt der Dither-Block 138 ein periodisches Signal zur Verfügung, das dem Durchschnittsstrom überlagert ist, um den Anker des Elektromagneten zur Vermeidung statischer Reibung (Haftreibung) vor und zurück zu bewegen.
3 veranschaulicht eine Signalform 300 des Ausgangssignals der Regelsystemausführungsform 200 der 2A während des Ansteuerns der Last 206. Die Lastkenngröße oder der Laststrom, wird bei einem Durchschnittslaststrom I_AVG 310 durch Ansteuern (bei einer Ausführungsform: Schalten) der Last 206 zwischen einer voreingestellten oberen I_MAX 312 und unteren I_MIN 314 Grenze, die einen Hystereseabstand 316 definieren, gehalten. Der Hystereseabstand 316 kann beispielsweise innerhalb der seriellen Schnittstelle SPI 132 zusammen mit anderen anfänglichen Einstellungen programmiert sein. Die Frequenz oder Periode 318 dieses Lastschaltens ist allgemein bestimmt durch die besonderen Lastkenngrößen, die verwendete Versorgungsspannung und den gewählten Hystereseabstand 316.
4 veranschaulicht eine Signalform des Ausgangssignal 400 der Ausführungsform des Regelsystems 220 gemäß 2B das ein Dither-Signal 219 aufweist und das die Last 206 ansteuert. Die Lastkenngröße, oder beispielsweise der Laststrom, wird bei einem Durchschnittslaststrom I_AVG 410 durch Ansteuern (bei einer Ausführungsform: Schalten) der Last 206 zwischen der voreingestellten oberen I_MAX 412 und unteren I_MIN 414 Grenze, die einen Hystereseabstand 416 definieren, gehalten. Der Hystereseabstand 416 kann beispielsweise innerhalb der SPI 132 zusammen mit anderen Eingangseinstellungen programmiert sein. Die Frequenz oder Periode 418 dieses Lastschaltens wird allgemein bestimmt durch die besonderen Lastkenngrößen, die benutzte Versorgungsspannung und den gewählten Hystereseabstand 416.
Zusätzlich kann das Dither-Signal 419, das eine Dither-Amplitude 139 und eine Dither-Frequenz oder Dither-Periode 412 aufweist, in den Dither-Einstellungen 132c bereitgestellt werden, die von der seriellen Schnittstelle SPI 132 geliefert werden. Der Dither-Generator 138 kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last (bei anderen Ausführungsformen: der Kern oder Anker eines Elektromagneten oder eines Motors) zu bewirken, sobald diese betriebsbereit hieran angeschlossen ist, und um eine Zeitbasisquelle für den Durchschnittsbildungsblock 130 über 131a zur Berechnung der Durchschnittslastkenngröße 130b über eine ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklusperioden 422 bereitzustellen. Die Amplitudenkomponente 139 des Dither-Signals wird bei der Ausführungsform gemäß 2B im Summierblock 142 mit dem Eingangssollwert 135, dem Hystereseabstandswert 137, und dem Fehlerkorrekturwert 141 summiert (oder anderweitig verwendet), um einen korrigierten Sollwert 112 zu liefern, der außerdem auf den Einstellungen der Dither-Signalamplitude 139 und -periode 132c basiert. 2B kann entnommen werden, dass die Signalform 400 des Ausgangssignals im Wesentlichen das Dither-Signal 419 als Wechselsignal (engl.: AC-Signal) aufweist, das auf dem Hystereselastschaltsignal oder der Signalform 300 des Ausgangssignals der 4 ohne Dither verläuft oder zu diesem summiert ist.
Bei einer Ausführungsform kann das Regelsystem 100 einen Durchschnittsstrom bereitstellen, dem ein periodische Signal überlagert ist, und wobei das periodische Signal eine Frequenz aufweist, die mit einer Lastschaltfrequenz, mit der die Last angesteuert wird, beispielsweise bei einer Frequenz von ungefähr 2 bis 10 KHz, in Beziehung steht, und zwar abhängig von der Lastkenngröße, der Versorgungsspannung, und dem Hystereseabstandswert, wie sie für das System gewählt sind.
Zusätzlich oder als Ersatz für eine oder mehrere der dargestellten Komponenten schließen das dargestellte Hystereseregelsystem oder andere Systeme der Erfindung geeignete Schaltungstechnik, Zustandsmaschinen, Firmware, Software, Logik, etc. ein, um die unterschiedlichen Verfahren und Funktionen, die hier dargestellt und beschrieben sind, auszuführen, einschließlich der, aber nicht beschränkt auf die im Folgenden beschriebenen Verfahren. Während die hier dargestellten Verfahren als eine Abfolge von Vorgängen und Ereignissen dargestellt und beschrieben werden, wird erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung durch die dargestellte Reihenfolge dieser Vorgänge und Ereignisse nicht beschränkt ist. Beispielsweise können in Übereinstimmung mit der Erfindung einige Vorgänge in unterschiedlicher Folge und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen stattfinden, die sich von den hier dargestellten und/oder beschriebenen unterscheiden. Auch müssen nicht alle beschriebenen Schritte zur Anwendung einer Methodik in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erforderlich sein. Weiterhin können die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl in Verbindung mit dem Betrieb von Systemen, die hier dargestellt und beschrieben werden (bei anderen Ausführungsformen: Schaltung 100 der 1, 2A und 2B) ausgeführt werden, als auch in Verbindung mit anderen nicht dargestellten Systemen, wobei all diese Anwendungen als von der vorliegenden Erfindung und den beigefügten Ansprüchen umfasst angesehen werden. Im Folgenden bezugnehmend auf die 5 bis 7 kann man eine oder mehrere Ausführungsformen eines Verfahrens 500 in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Erfindung in Beziehung mit den Regelsystemen der 1, 2A, und 2B erkennen. In dem Verfahren 500 wird eine Lastkenngröße (bei anderen Ausführungsformen: ein Laststrom, eine Spannung, ein magnetisches Feld, eine Lichtenergie oder eine Leistung) die in Beziehung steht zu einer Last 206 (bei anderen Ausführungsformen: ein Elektromagnet, ein Motor, ein Licht oder eine induktive Last), die bei einem Sollwert angesteuert wird, gemessen und an 510 bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform kann diese Messung 110 digital ausgeführt werden unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers 118, um ein die Lastkenngröße repräsentierendes digitales Wort 110 zu liefern, um Berechnungen der Lastkenngrößenmessungen zu erleichtern, beispielsweise durch softwarebasiertes Bilden eines Durchschnitts und andere mathematische Funktionsprogramme dieser Art.
Bei 520 wird eine Durchschnittslastkenngröße 130 unter Verwendung der Lastkenngrößenmessung berechnet. Bei einer Ausführungsform kann das Bilden des Durchschnittswertes durch einen Durchschnittsfunktionsblock 130 innerhalb der Korrekturschaltung 104 erfolgen, und zwar gemessen und den Durchschnitt bildend über beispielsweise eine Zeitperiode, eine Anzahl von Schaltzyklen oder Dither-Zyklen, oder ein anderes bekanntes Zeitintervall.
Bei 530 wird ein Korrektursollwert 112 unter Berücksichtigung der Durchschnittslastkenngrößenberechnung 130 ermittelt. Bei einer Ausführungsform wird ein Sollwert von 500 mA ausgewählt, bei dem ein Elektromagnet betrieben werden soll, und der Sollwert wird kompensiert durch die Funktionen zum Bilden des Durchschnittswertes 130 und Korrigieren 140, um einen korrigierten Sollwert 112 bereitzustellen, der die Lastkenngröße und dynamischen Schwankungen des Systems kompensiert, um einen genaueren Durchschnittsstrom 130b zur Verfügung zu stellen.
Bei 540 wird die Last 206 basierend auf dem korrigierten Sollwert 112 angesteuert. Bei einer Ausführungsform wird die Last 206 beispielsweise durch einen Ausgangstreiber 124 angesteuert, der ein Treibersignal und ein komplementäres Treibersignal aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens 500 – und wie bei 511 in 6 dargestellt – wird nach der Lastmessung des Schritts 510 ein Dither-Signal 419 bei 512 erzeugt, um eine Bewegung der Last zu bewirken, sobald diese betriebsbereit an das Regelsystem 100 angeschlossen ist. Anschließend wird bei 514 eine Durchschnittslastkenngröße unter Verwendung der Lastkenngrößenmessung 110 über eine ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklen 131a berechnet, und das Verfahren fährt bei Schritt 520 fort.
Bei einer anderen Ausführungsform des Schrittes 530 des Verfahrens 500 kann der korrigierte Sollwert 112, wie in 7 gezeigt, durch Vergleichen oder Berechnen des Differenzergebnisses der Durchschnittslastkenngröße 130b und des Eingangssollwertes 132a bei Schritt 532 erhalten werden, und danach folgt ein Summieren des Differenzergebnisses 141 mit dem Sollwert 135 und dem Hystereseabstandswert 137 bei Schritt 534.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich einer oder mehrerer Darstellungen dargestellt und beschrieben worden ist, können Abänderungen und/oder Modifikationen an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne von dem Wesen und dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Beispielsweise könnte bei einer Ausführungsform die Last ein Elektromagnet sein. Weiter könnte solch ein Elektromagnet in einem Fahrzeugsystem eingesetzt sein, wie einem automatischen Getriebe. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Last eine beliebige andere Last sein, die ein Benutzer bei einer Durchschnittslastkenngröße und Frequenz anzusteuern wünscht.
Weiterhin könnten, obwohl bei der dargestellten Ausführungsform die ersten und zweiten Ansteuertransistorbauelemente n-Typ Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) sind, p-Typ MOSFETs einschließlich weiterer Typen von Schaltvorrichtungen benutzt werden (bei anderen Ausführungsformen: Transistoren, Bipolar-Sperrschicht-Transistoren (engl.: bipolar junction transistors, BJTs), Vakuumröhren, Relais, etc.).
Bei einer anderen Ausführungsform kann einer der ersten oder zweiten Ansteuertransistoren eine Diode sein, beispielsweise der FET 212 der 2A und 2B, wobei lediglich der FET 210 die Last 206 ansteuert. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Positionen des Shunt 204 und der Last 206 vertauscht sein. Bei noch einer weiteren Ausführungsform können die FETs 210 und 212 der 2A und 2B an der Hochseite der Last angeordnet sein, nämlich an die Spannungsversorgung V_bat 202, und nicht an die Masse V_gnd 203. Eine Vielzahl anderer solcher Abänderungen sind ebenfalls innerhalb der Grundidee und des Umfangs der Erfindung möglich und daher von dieser umfasst.
Darüber hinaus könnten, obwohl unterschiedliche Ausführungsformen darauf hindeuten könnten, dass ein zu einer Last gelieferter Strom zunehmen könnte, sobald eine Spannung eine andere übersteigt, die hier verwendeten Konventionen ebenso vertauscht sein. Es ist daher verständlich, dass Erhöhungen oder Verringerungen der Spannung oder anderer Variablen bei unterschiedlichen Ausführungsformen transponiert oder anderweitig umgestaltet sein könnten.
Weiterhin können bei unterschiedlichen Ausführungsformen Teile des Regelsystems 100 in einem integrierten Schaltkreis integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsformen das Regelsystem aus diskreten Bauelementen bestehen kann. Bei einer Ausführungsform können die ersten und zweiten Vorrichtungen oder externen Ansteuerkomponenten in einem einzelnen IC zusammen mit dem Controller 102 und/oder der Korrekturschaltung 104 integriert sein. Der Lastkenngrößensensor kann beispielsweise in den gleichen IC wie der Controller integriert sein, oder kann in die gleiche Baugruppe wie der Controller integriert sein, oder kann auf der gleichen PCB-Platine integriert sein, oder kann anderweitig, abhängig von der Ausführung, mit dem Regelsystem in Beziehung stehen.
Unter besonderer Berücksichtigung der unterschiedlichen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten und Strukturen ausgeführt werden (Blöcke, Einheiten, Maschinen (engl.: engines), Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltkreise, Systeme, etc.), ist es beabsichtigt, dass die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf ein ”Mittel”), die zur Beschreibung dieser Komponenten benutzt werden, jeder Komponente oder Struktur – wenn nicht anders angezeigt – entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente (oder eine funktional gleichwertige andere Ausführungsform) ausführt, selbst dann, wenn diese nicht strukturell gleichwertig zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungen der Erfindung ausführt. Darüber hinaus kann, wenn ein besonderes Merkmal der Erfindung hinsichtlich lediglich einer von mehreren Ausführungen offenbart sein sollte, dieses Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen anderer Ausführungen kombiniert werden, wie dies für eine gegebene oder besondere Anwendung wünschenswert und vorteilhaft ist. Weiterhin ist beabsichtigt, dass in dem Umfang, in dem die Ausdrücke ”einschließlich”, ”schließt ein”, ”aufweisend” ”hat” ”aufweisend” oder Varianten hiervon in entweder der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, diese Ausdrücke einschließend sind in einer Weise ähnlich dem Ausdruck ”umfassend”. Zusätzlich sollen in dem Umfang, in dem die Ausdrücke ”Anzahl”, ”Vielzahl”, ”Serien”, oder Varianten hiervon in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, diese Ausdrücke jede Anzahl einschließen, ohne hierauf beschränkt zu sein: positive Zahlen, negative Zahlen, Null, und andere Werte.

Claims

Ein Regelsystem mit einem Controller, der dazu ausgebildet ist, eine Last unter Berücksichtigung eines Lastsollwertes anzusteuern, eine Lastkenngröße der Last zu messen und eine Durchschnittslastkenngröße zu berechnen, und einen korrigierten Sollwert unter Berücksichtigung des berechneten Durchschnitts zu ermitteln durch Vergleichen der Durchschnittslastkenngröße mit einem anfänglichen Sollwert und Summieren des hierdurch erhaltenen Ergebnisses mit dem anfänglichen Sollwert und einem Hystereseabstandswert, und wobei der Controller weiterhin dazu ausgebildet ist, die Last basierend auf dem korrigierten Sollwert anzusteuern.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem die Lastkenngröße ein Laststrom, eine Spannung, ein magnetisches Feld, eine Lichtenergie oder eine Leistung der Last ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei der der Controller weiter einen Dither-Generator aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen Dither-Signal zu erzeugen, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last zu bewirken, sobald diese betriebsbereit hieran angeschlossen ist, und um eine Zeitbasisquelle für die Durchschnittslastkenngrößenberechnung bereitzustellen, wobei der Controller die Durchschnittslastberechnung über eine ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklen berechnet.
Das System gemäß Anspruch 1, bei der die Durchschnittslastkenngröße über eine ganzzahlige Anzahl von Lastschaltzyklen berechnet ist.
Das System gemäß Anspruch 1, bei dem der Controller weiterhin dazu ausgebildet ist, die Lastkenngröße der Last digital zu messen.
Ein Verfahren zum Regeln eines Durchschnittsstroms in einer Last, das aufweist: Messen einer Lastkenngröße, die zu der Last in Beziehung steht, sobald diese bei einem Sollwert angesteuert wird, Berechnen einer Durchschnittslastkenngröße unter Verwendung der Messung der Lastkenngröße, Ermitteln eines korrigierten Sollwertes unter Berücksichtigung der Durchschnittslastkenngrößenberechnung, und Ansteuern der Last basierend auf dem korrigierten Sollwert, wobei das Ermitteln eines korrigierten Sollwertes aufweist: das Vergleichen der Durchschnittslastkenngröße mit einem Eingangssollwert und Summieren des Ergebnisses hiervon mit dem Eingangssollwert und einem Hystereseabstandswert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Lastkenngröße ein Laststrom, eine Spannung, ein Magnetfeld, eine Lichtenergie oder eine Leistung der Last ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, das weiterhin aufweist: Erzeugen eine Dither-Signals um eine im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last zu bewirken, sobald diese betriebsbereit hieran angeschlossen ist, und Berechnen der Durchschnittslastkenngröße unter Berücksichtigung der Lastkenngrößenmessung über eine ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das Messen der Lastkenngröße ein digitales Messen der Lastkenngröße der Last umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Berechnen einer Durchschnittslastkenngröße das Verwenden und Bilden eines Durchschnitts der gemessenen Lastkenngröße über eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der Hystereseabstandswert einem An- oder Aus-Status eines Ansteuerns der Last entspricht.