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Hintergrund der Erfindung
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In
vielen Aspekten der heutigen, sich rasch ändernden Wirtschaft müssen erfolgreiche
Unternehmen Qualitätsprodukte
ausliefern und den Nutzen für
Ihre Kunden maximieren, um fortzubestehen. Diese einfache Realität gilt noch
immer, selbst im Bereich elektronischer High-Tech-Regelungen.
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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.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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Bei
einer Ausführungsform
ist ein Regelsystem dazu ausgelegt, eine Last unter Berücksichtigung
eines Sollwerts der Last, einer gemessenen Lastkenngröße und einer
Versorgungsspannung der Last anzusteuern. Der Controller ist dazu
ausgelegt, unter Berücksichtigung
der roller ist dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung der Lastkenngröße, des
Sollwerts und der Versorgungsspannung ein Tastverhältnis zu
bestimmen. Der Controller ist weiterhin dazu ausgelegt, die Last
basierend auf dem Tastverhältnis
anzusteuern.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Regelsystems zum Ansteuern einer Last;
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2A und 2B sind
Signalformen des Spulenausgangsstroms bzw. der Versorgungsspannung des
Regelsystems der 1, die das Ausgangsansprechverhalten
auf die Ansteuerung der Last während
eines scharf zunehmenden Versorgungsspannungsübergangs darstellen;
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2C und 2D sind
Signalformen des Spulenausgangsstroms bzw. der Versorgungsspannung des
Regelsystems der 1, die das Ausgangsansprechverhalten
auf die Ansteuerung der Last während
eines scharf abnehmenden Versorgungsspannungsübergangs darstellen;
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2E veranschaulicht
mehrere Regelsystemsignalformen und eine Versorgungsspannungssignalform
des Regelsystems der 1, die die Regelansprechverhalten
auf die Ansteuerung der Last während
eines scharf zunehmenden Versorgungsspannungsübergangs darstellen;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Steuerschaltung zum Ansteuern einer Last gemäß verschiedenen
Aspekten der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Regelsystems zum Ansteuern einer Last gemäß einem oder mehreren Aspekten
der vorliegenden Erfindung;
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5A und 5B sind
Signalformen des Spulenausgangsstroms bzw. der Versorgungsspannung der
Steuerschaltungen der 3 und 4, die das
verbesserte Ausgangsansprechverhalten auf die Ansteuerung der Last
während
eines scharf zunehmenden Versorgungsspannungsübergangs darstellen;
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5C und 5D sind
Signalformen des Spulenausgangsstroms bzw. der Versorgungsspannung der
Steuerschaltungen der 3 und 4, die das
verbesserte Ausgangsansprechverhalten auf die Ansteuerung der Last
während
eines scharf abnehmenden Versorgungsspannungsübergangs darstellen;
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5E veranschaulicht
mehrere Regelsystemsignalformen und eine Versorgungsspannungssignalform
der Steuerschaltungen der 3 und 4,
wobei die Regelantwort auf die Ansteuerung der Last während eines
scharf zunehmenden Versorgungsspannungsübergangs dargestellt ist;
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6 ist
eine idealisierte Laststrom-Ausgangssignalform der Regelsysteme
der 3 und 4 während des Ansteuerns der Last
ohne Verwendung eines Dither-Signals;
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7 ist
eine idealisierte Laststrom-Ausgangssignalform der Regelsysteme
der 3 und 4 während des Ansteuerns der Last
unter Verwendung eines Dither-Signals,
um eine im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last zu bewirken,
sobald die Last betriebsbereit hieran angeschlossen ist;
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8 ist
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ansteuern einer Last gemäß einer Ausführungsform;
und
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9–11 sind
Flußdiagramme
anderer Ausführungsformen
des Verfahrens der 8 zum Ansteuern der Last.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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.
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1 veranschaulicht
ein Spulen-Regelsystem 10 zum Ansteuern einer Last. Das
Regelsystem 10 weist eine kompensierende Schaltsteuerschaltung 100 und
eine externe Ansteuerschaltung 160 auf. Regelsystem 10 schaltet
eine Spulenlast 166 EIN und AUS, um unter Berücksichtigung
eines gewünschten
Stromsollwerts einen Durchschnittsstrom in der Last 166 bereitzustellen.
Steuerschaltung 100 mißt
einen Laststrom der Spulenlast 166 an einem differenziellen
Eingang 106 mittels eines Spannungsabfalls an dem Shuntwiderstand 164,
der in Reihe zu der Last 166 geschaltet ist, unter Berücksichtigung
eines Stromsollwerts 135 für die Last 166. Die Steuerschaltung 100 berechnet
einen Durchschnittslaststrom und bestimmt unter Berücksichtigung
des berechneten Mittelwerts einen Durchschnittsstromfehlerwert.
Die Steuerschaltung 100 steuert die Last 166 basierend
auf dem korrigierten Sollwert auch an, wenn die Last betriebsbereit
an einen Ausgang 108 hiervon angeschlossen ist.
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Unter
Verwendung des Verstärkers 116 und
des Analog/Digital-Umsetzers (A/D) 118 nimmt die Steuerschaltung 100 den
Laststrom von dem Eingang 106 auf und mißt diesen,
um eine Digitalwort-Messung (l_wd) 110 des Laststroms zu
erzeugen. Diese Laststrommessung l_wd 110 wird dann über einen
oder mehrere Schaltzyklen gemittelt 130. Dann wird ein
Dither-Signal 133 aus einem Dither-Generator 132 mit
dem Stromsollwert 135 summiert, wodurch ein Ergebnis 138 bereitgestellt
wird, das dann von dem berechneten Durchschnittslaststrom 131 subtrahiert
wird, um ein Stromfehlerergebnis 141 bereitzustellen. Das
Stromfehlerergebnis 141 wird in einem digitalen Controller 144 verarbeitet,
um die Ansprechkenngrößen der
Steuerschaltung anzupassen, der ein Controller-Ausgangsdigitalwortsignal
Control_out-Signal 145 liefert.
Ein PWM-Erzeugungsblock 150 empfängt das Control_out-Signal 145,
das dann durch ein Taktsignal 151 moduliert wird, um ein
pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal PWM_out 112 bereitzustellen.
In dieser Schaltung wird das Tastverhältnis des Ausgangssignals PWM-out 112 bereitgestellt,
das proportional zu dem digitalen Controller-Ausgangssignal Control_out 145 ist.
Das Ausgangssignal PWM_out 112 wird einem Gate-Treiber 124 zugeführt, der
dieses Ausgangssignal an dem Ausgang 108 der Steuerschaltung 100 puffert
und ansteuert.
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Die
externe Ansteuerschaltung 160 schließt einen Shuntwiderstand 164,
der zu der Last 166 in Reihe geschaltet ist, die durch
einen Ansteuertransistor 170 angesteuert wird, der auch über den
Widerstand 172 durch den Ansteuerausgang 108 der
Steuerschaltung 100 angesteuert wird, ein. Die externe
Ansteuerschaltung 160 erhält eine Versorgungsleistung
zwischen der Versorgungsspannung VBAT 162 und der Massespannung
Vgnd 163. Die externe Ansteuerschaltung weist außerdem eine
Klemmdiode 174, um Rück-EMF
zu begrenzen, und einen Filterkondensator 176, um das Schalten
zu glätten,
auf. Das Regelsystem 10 kann einen an die Last 206 gelieferten
Strom verarbeiten durch selektives Vergrößern oder Verkleinern des Stroms
um die Last mit einem Strom anzusteuern, der grundsätzlich als
ein Mittelwert durch Schalten der Last aufrechterhalten wird bei
einer Frequenz, die das Taktsignal 151 berücksichtigt.
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2A ist
die Spulenausgangsstrom-Ansprechsignalform 210 des Regelsystems 10 der 1 beim Ansteuern
der Last 166 während
eines scharf zunehmenden Versorgungsspannungsübergangs, wie zum Beispiel
des der Signalform 202 der 2D.
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2C ist
die Spulenausgangsstrom-Ansprechsignalform 210 des Regelsystems 10 der 1 beim Ansteuern
der Last 166 während
eines scharf abnehmenden Versorgungsspannungsübergangs, wie zum Beispiel
des der Signalform 212 der 2D.
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2A und 2C veranschaulichen
ein wesentliches Überschwingen
des Spulen-Ansteuerstroms (Isolenoid) 200 und 210 als
Folge des plötzlichen Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT 202 bzw. 212. Tatsächlich nimmt
in 2A der Spulenstrom während des Übergangs der Span nungsversorgung
VBAT 202 gemäß 2B von
etwa 1 Ampere auf etwa 1,5 Ampere zu und benötigt etwa 45–50 ms,
um wieder einen einigermaßen
stabilen Zustand von etwa 1 Ampere zu erreichen. Ähnlich fällt in 2C der
Spulenstrom Isolenoid 210 während des Übergangs der Spannung der Spannungsversorgung
VBAT 212 gemäß 2D von etwa
1 Ampere auf etwa 0,7 Ampere ab und benötigt wieder etwa 45 bis 50
ms, um einen einigermaßen
stabilen Zustand von etwa 1 Ampere zu erreichen. Somit stellt die
Steuerschaltung der 1 letztendlich den Spulenstrom
auf den gewünschten
Stromsollwert ein, aber die Steuerschaltung 10 der 1 reagiert
möglicherweise
jedoch nicht schnell genug, um den erwarteten Versorgungsspannungstransienten
bestimmter Anwendungen Rechnung zu tragen.
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2E veranschaulicht
mehrere Regelsystemsignalformen 220 und eine Versorgungsspannungssignalform
VBAT 162 des Regelsystems der 1, wobei
das Steueransprechverhalten auf das Ansteuern der Last (z. B. der
Spule 166) während
eines scharf zunehmenden Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT 162 dargestellt ist.
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Zum
Beispiel geht VBAT
162 zum Zeitpunkt t0 von einer niedrigeren
Versorgungsspannung
162a zu einer höheren Versorgungsspannung
162b über. Vor
dem Zeitpunkt t0 wird angenommen, daß Control_out
145 sich
in einem einigermaßen
stabilen Zustand befindet, wobei der Durchschnittsausgangsstrom
(z. B.
131) etwa mit dem Sollwertstrom (z. B.
135) übereinstimmt,
so daß das
Signal Control_out
145 stabil ist. Das Signal
240 der
2E ist
das Ausgangssignal eines Zählers
in dem PWM-Erzeugungsblock
150,
der durch ein Taktsignal, das auf dem Taktsignal
151 beruht,
zurückgesetzt
wird, um die PWM-Zeitbasis festzulegen. Das interne PWM-Signal
240 kann
ein Rampensignal sein, das verwendet wird, um das Signal Control_out
145 zu
modulieren, um PWM-out
112 zu erzeugen, wie dies durch
den PWM-Erzeugungsblock
150 der
1 hergestellt wird.
In der beispielhaften Steuerschaltung gemäß
1 werden
das Signal Control_out
145 und das Rampensignal
240 verglichen,
um PWM-out
112 zu bilden, das eine Periode (c) und ein
Tastverhältnis
aufweist, das eine EIN-Zeit (a) und eine AUS-Zeit (b) aufweist.
Somit weist das Tastverhältnis
ein Verhältnis
der EIN-Zeit (a) bezogen auf die AUS-Zeit (b) auf, das dargestellt werden
kann als:
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Außerdem weist
in der beispielhaften Steuerschaltung 100 der 1 das
Rampensignal 240 eine Konstante oder festgelegte Steigung
(ϕ) und eine festgelegte Amplitude (A) auf. Zum Zeitpunkt
t0 geht die Versorgungsspannung VBAT 162 von der niedrigeren
Versorgungsspannung VBAT 162a zu einer höheren Versorgungsspannung
VBAT 162b über.
Nach dem Zeitpunkt t0 beginnt das Signal Control_out 145 langsam
abzunehmen, während
der zunehmende Durchschnittsstrom 131 in der Last gemessen
und gemittelt wird und die Differenz bezogen auf den Stromsollwert 135 zunimmt.
Während
das Signal Control_out 145 abnimmt, nimmt die EIN-Zeit
(z. B. a1, a2, a3) auch allmählich
bezogen auf die AUS-Zeit (z. B. b1, b2, b3) ab. Diese abnehmende
EIN-Zeit des Tastverhältnisses
bewirkt letztendlich, daß der
Strom in der Spule abnimmt bis der Durchschnittslaststrom 131 mit
der neuen höheren
Versorgungsspannung VBAT 162b wieder gleich dem Sollwertstrom 135 ist.
Wie in 2A und 2C dargestellt,
kann dieser Stabilisierungspunkt jedoch 45–50 ms Verzögerung in der Ansprechzeit
erfordern.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch erkannt, daß solche
Versorgungsspannungs-Ansprechverzögerungen überwunden werden können durch
Hinzufügen
einer Last-Versorgungsspannungs-Kompensationsschaltung, um drastisch
die Ausgangsansprechgeschwindigkeit während schneller Versorgungsspannungsübergänge zu vergrößern. Insbesondere
weist die vorliegende Erfindung eine Spannungsversorgungs-Meßschaltung
und einen innovativen Schaltungsblock zur PWM-Erzeugung auf, der
ein Tastverhältnis
erzeugt, das nicht nur proportional zu dem Durchschnittslaststrom
ist, sondern auch umgekehrt proportional zu der Spulen-Versorgungsspannung
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die Spulen-Versorgungsspannung durch einen Analog/Digital-Umsetzer
in ein digitales Wort umgesetzt. Die digitale Darstellung der Spulen-Versorgungsspannung
ist ein Eingangssignal für
den PWM-Erzeugungsblock. Eine Zunahme der Spulen-Versorgungsspannung führt dann
zu einer proportionalen Abnahme des Tastverhältnisses. Bei vorhandenen Lösungen würde das
Tastverhältnis
in der Regel durch die Steuerschaltung korrigiert werden, was zu
einer unvermeidbaren transienten Störung in dem Durchschnittsausgangsstrom
für die
Last führt.
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3 veranschaulicht
eine Ausführungsform
einer Steuerschaltung 300 zum Ansteuern einer Last mit einem
konstanten Strom gemäß verschiedenen
Aspekten der vorliegenden Erfindung. Die Steuerschaltung 300 weist
einen Controller 302 auf, der dazu ausgelegt ist, einen
Laststrom l_wd 310 einer (nicht dargestellten) Last an
einem Eingang 306 (z. B. den differenziellen Eingängen RPx 306a und
RNx 306b) hiervon und eine Lastspannung V_wd 311 der
last an einem Eingang Vx 314 hiervon zu messen und weiterhin
dazu ausgelegt ist, die Last unter Berücksichtigung eines Sollwerts 315 der
Last anzusteuern. Die Steuerschaltung 300 weist weiterhin
eine Korrekturschaltung 304 auf, die dazu ausgelegt ist,
unter Berücksichtigung
des gemessenen Laststroms l_wd 310, des Sollwerts 315 und
der gemessenen Lastspannung V_wd 311 ein Tastverhältnis 312 zu
bestimmen. Der Controller ist außerdem dazu ausgelegt, die
Last basierend auf dem durch die Korrekturschaltung 304 bestimmten
Tastverhältnis 312 anzusteuern,
wenn die Last betriebsbereit an einen Ausgang 308 hiervon
angeschlossen ist.
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Bei
einer Ausführungsform
weist die Steuerschaltung oder der Stromcontroller 300 eine
kompensierte Schalt-Steuerschaltung
auf, wie zum Beispiel eine Zustandsmaschine, einen Mikrocontroller
oder eine andere solche angepaßte
integrierte Schaltung. Die Steuerschaltung 300 weist einen
Controller 302 auf, der dazu ausgelegt ist, einen Laststrom
l_wd 310 (z. B. mittels eines gemessenen Laststroms, einer
Spannung, eines Magnetfelds, einer Lichtenergie oder einer Leistung)
einer Last (bei anderen Ausführungsformen:
einer Spule, eines Motors, einer Lampe, einer induktiven Last),
der an einem Eingang 306 (z. B. differenzielle Eingänge RPx 306a und
RNx 306b) hiervon gemessen wird, und eine Lastspannung
V_wd 311 der Last an einem Eingang Vx 314 hiervon
digital zu messen, und weiterhin die Last unter Berücksichtigung
eines Sollwerts 315 (bei anderen Ausführungsformen: eines Laststrom-Sollwerts,
eines Spannungs-Sollwerts, eines Magnetfeld-Sollwerts, eines Lichtenergie-Sollwerts
oder eines Leistungs-Sollwerts) der Last ansteuern kann.
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Die
Steuerschaltung 300 der vorliegenden Ausführungsform
besitzt außerdem
eine Korrekturschaltung 304, die unter Verwendung des gemessenen
Laststroms l_wd 310 über
eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen (bei anderen Ausführungsformen:
Lastschaltzyklen, Taktzyklen oder Zyklen einer anderen Signalzeitbasisquelle)
einen Durchschnittslaststrom berechnen kann. Die Korrekturschaltung 304 der
Ausführungsform
ist außerdem
dazu ausgelegt, den berechneten Durchschnittslaststrom mit dem Stromsollwert 315 (bei
anderen Ausführungsformen:
einem vorbestimmten Anfangs-Sollwert, einer vom Benutzer angegebenen
Einstellung, einer programmierten Einstellung) und einem Dither-Signal
(bei anderen Ausführungsformen:
einem Signal zum Bewirken einer im Wesentlichen kontinuierlichen
Bewegung der Spule zur Vermeidung der Auswirkungen von "Hägenbleiben" oder zur Überwindung statischer Reibung)
zu kombinieren und unter Berücksichtigung des
berechneten Durchschnittslaststroms bezogen auf den Sollwert 315 einen
Fehler zu bestimmen. Die Korrekturschaltung 304 ist weiterhin
dazu ausgelegt, ein Tastverhältnis
PWM_out 312 (z. B. ein pulsweitenmoduliertes(PWM-)Signal,
das ein EIN- und AUS-Zeitverhältnis
zum Schalten der Last repräsentiert)
durch Modulieren (bei anderen Ausführungsformen: Mischen, Vergleichen
oder Berechnen der Differenz zwischen zwei Signalen oder Werten)
des Stromcontrollerausgangssignal 345 mit der gemessenen
Versorgungsspannung V_wd 311 zu bestimmen. Der Controller 302 ist
außerdem
dazu ausgelegt, die Last basierend auf dem durch die Korrekturschaltung 304 bestimmten
Tastverhältnis
PWM_out 312 anzusteuern, wenn die Last betriebsbereit an
einen Ausgang 308 hiervon angeschlossen ist.
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4 veranschaulicht
eine Ausführungsform
eines Regelsystems 400 zum Ansteuern einer Last gemäß einem
oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel
weist das Regelsystem 400 ein kompensiertes Spulen-Regelsystem 400 auf,
das geeignet ist, eine Kraftfahrzeug-Getriebespule 366 mit
einem im Wesentlichen konstanten Strom anzusteuern, und ermöglicht Lastspannungskompensation
für das Ausgangstastverhältnis, wodurch
ein schnelles Ansprechen auf Versorgungsspannungstransienten ermöglicht wird.
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Das
Regelsystem 400 weist einen Controller 302, eine
Korrekturschaltung 304 und eine externe Ansteuerschaltung 360 auf,
die einen Shuntwiderstand 364 und eine Last 366 einschließt, die
durch einen über den
Reihenwiderstand 372 von dem Ansteuerausgangssignal Gx 308 des
Controllers 302 angesteuerten MOS-Ansteuertransistor 370 angesteuert
werden. Die externe Ansteuerschaltung 360 erhält Versorgungsleistung
zwischen der Versorgungsspannung VBAT 362 und der Massespannung
Vgnd 363.
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Das
Regelsystem 400 der Ausführungsform kann bei einer Ausführungsform
einen an die Last 366 (bei anderen Ausführungsformen: einer Spule,
ein Motor, eine Lampe oder eine induktive Last) abgelieferten Strom
durch selektives Vergrößern oder
Verkleinern des Durchschnittstastverhältnisses, mit dem die Last durch
Schalten angesteuert wird, so handhaben, daß durch pulsweitenmoduliertes(PWM-)Schalten
der Last gemäß einem
voreingestellten, programmierten oder anderweitig eingegebenen Stromsollwert 315 ein
konstanter Durchschnittsstrom aufrechterhalten wird. Das PWM-Signal
kann unter Verwendung eines Taktsignalinputs bereitgestellt werden,
während
die Frequenz des PWM-Signals durch die konkreten Lastkenngrößen, die
verwendete Versorgungsspannung und andere solche gewählten Variablen
bestimmt werden kann.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
der 4 besitzt der Controller 302 zwei differenzielle
Eingänge 306a, 306b,
die einen Spannungsabfall an dem Shuntwiderstand 364 proportional
zu dem Laststrom durch die Last 366 messen. Ein Halleffekt-Sensor
kann ebenfalls an dem Eingang 306 verwendet werden, wobei
ein Magnetfeld mit dem Strom in der Last 366 in Zusammenhang
steht, und eine zu dem Magnetfeld proportionale Spannung als der
Laststromeingang bereitgestellt wird. Mit zunehmendem Strom durch
den Shuntwiderstand 364 oder beispielsweise Halleffekt-Sensor
nimmt somit die Shuntwiderstand- oder Sensorspannung in der Regel
proportional zu. Während
der Strom durch den Sensor abnimmt, nimmt auf ähnlichle Weise die Sensorspannung
in der Regel proportional ab, obwohl auch andere Konventionen verwendet
werden könnten.
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Nachdem
der Shuntwiderstand 364 die gemessene Spannung bereitstellt,
wird die (den Laststrom repräsentierende)
gemessene Spannung zu den beiden differenziellen Eingängen 306a, 306b des
Controllers 302 geleitet, wovon eine Ausführungsform
nun ausführlicher
erörtert
wird.
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Der
Differenzialverstärker 316 misst
zum Beispiel die Differenzspannung an 306a, 306b oder
eine andere solche Lastkenngröße (bei
anderen Ausführungsformen:
einen Laststrom, eine Spannung, ein Magnetfeld, eine Lichtenergie
oder eine Leistung), die die Last anzeigt, die bei 317 zu
einem Analog/Digital-Umsetzer A/D 318 übermittelt wird, der aus dem
Stand der Technik wohlbekannt ist. Der A/D 318 führt einem
digitalen Mittelungs-Funktionsblock 330 in
der Korrekturschaltung 304 eine digitale Messung des Laststroms
l_wd 310 oder einer anderen solchen Lastkenngröße zu. Der
Mittelungs-Funktionsblock 330 kann
zum Beispiel einen berechneten Durchschnittslaststrom 331 über einen
oder mehrere Lastschaltzyklen, wie zum Beispiel PWM-Schaltzyklen,
PWM-Tastverhältnisperioden „c" oder Zyklen des
Taktsignals 351 bereitstellen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
gemäß 4 wird
dann ein gewünschter
Sollwert 315 (z. B. bei einer Ausführungsform mit einer digitalen
Darstellung des gewünschten
Stromsollwerts) des Durchschnittslaststroms in einem digitalen Summierer 336 mit
einem Dither-Signal 333 summiert,
das von einem Dither-Generator 332 bereitgestellt wird,
um ein Summierungsergebnis 338 hiervon zu erhalten.
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Bei
einer Ausführungsform
liefert der Dither-Generator 332 ein periodisches Signal 333,
das ein Dreiecksignal von ungefähr
150 bis 200 Hz ist, das der Frequenz entspricht, mit der die Last
um einen anfänglichen,
durch den Stromsollwert 315 festgelegten Sollwert herum
oszilliert. Bei einer Ausführungsform,
bei der die Last 366 eine Spule einschließt, liefert
der Dither-Block 332 zum Beispiel ein periodisches Signal,
das dem Durchschnittsstrom 331 überlagert wird, um den Spulenanker
hin- und herzubewegen, um statische Reibung (Haftreibung) zu vermeiden.
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Der
berechnete Durchschnittslaststrom 331 wird dann bei der
Ausführungsform
gemäß 4 durch einen
digitalen Subtrahierer 340 von dem Summierungsergebnis 338 subtrahiert,
um ein Stromfehlersignal oder Ergebnis 341 bereitzustellen.
Das Stromfehlersignal 341 gibt effektiv den Unterschied
zwischen dem gewünschten
Sollwertstrom 315 und dem berechneten Durchschnittslaststrom 331 wieder.
Da das Dither-Signal nur eine Wechselstromkomponente und keine Gleichstromkomponente
zu dem Sum mierungsergebnis 338 oder zu dem Stromfehlersignal 341 addiert,
wirkt sich das Dither-Signal 333 nicht auf den von der
Last 366 „gesehenen" Gesamtdurchschnittsausgangsstrom
aus, wenn über
eine oder mehrere Perioden des Dither-Signals 333 gemittelt
wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
der 4 wird das Stromfehlersignal 341 dann
mit einem PID-Regler (Proportional-Integral-Differential) 344 verarbeitet,
der die Ansprechkenngrößen der
Steuerschaltung 300 einstellt oder anderweitig maßschneidet.
Zum Beispiel können
Koeffizienten der Proportional-, Integral- und Differentialparameter,
die das Verhalten der Regelschleife wiedergeben, in dem Chip der
Steuerschaltung 300 voreingestellt oder vorprogrammiert
werden, um ein Gleichgewicht stabiler Ansprechkenngrößen über den
erwarteten Bereich der Last, Modussteuerung und Versorgungsspannungsbedingungen
der beabsichtigten Anwendung bereitzustellen. Der PID-Regler 344 verarbeitet
somit das Stromfehlersignal 341, um ein Steuerungsausgangssignal
Control_out 345 bereitzustellen. Ein PWM-Erzeugungsblock 350 empfängt das Signal
Control_out 345 und ein Taktsignal 351 als eine
Zeitbasis und moduliert das Signal Control_out 345 mit der
gemessenen Lastspannung V_wd 311, um ein pulsweitenmoduliertes
Ausgangssignal PWM_out 312 bereitzustellen. Die Lastspannung
VBAT 362 wird an Vx 314 empfangen und aus einer
Analogspannung in ein digitales Wort umgesetzt, das die gemessene
Lastspannung V_wd 311 repräsentiert.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auch erkannt, daß bei einer
anderen Ausführungsform die
an Vx 314 empfangene Lastspannung VBAT 362 vor
dem Eingang in Vx 314, zum Beispiel durch Verwendung einer
externen Filterkapazität,
oder nach Vx 314, zum Beispiel durch Verwendung eines zusätzlichen Tiefpaßfilterelements
zwischen Vx 314 und dem A/D-Umsetzer 120, weiter
gefiltert werden kann.
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In
der Steuerschaltung 300 ist das Tastverhältnis (z.
B. prozentuale EIN-Zeit) des Ausgangssignals PWM_out 312 proportional
zu dem Laststrom (z. B. dem Laststrom-Sollwert 315) und umgekehrt
proportional zu der Lastspannung (z. B. V_wd 311).
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Das
Tastverhältnis
kann somit dargestellt werden als:
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Im
Gegensatz zu der Schaltung gemäß 1 und
bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 4 ermöglicht die
Addition und Verwendung der in den PWM-Erzeugungsblock 350 eingegebenen
Lastspannung V_wd 311 eine optimale Einstellung der Koeffizienten
des PID-Reglers 344 unabhängig von dem Wert der Versorgungsspannung.
Die Schaltung der 1 erfordert entweder eine kompromissbehaftete
Einstellung der Koeffizienten, um akzeptable Leistungsfähigkeit über den
Betriebsbereich der Versorgungsspannung hinweg zu erzeugen, oder
ein Mittel zum Einstellen der Koeffizienten abhängig von dem gemessenen Wert
der Versorgungsspannung. Die Schaltung der 4 beseitigt
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Abhängigkeit
des dynamischen Ansprechverhaltens der geschlossenen Regelschleife
von der Versorgungsspannung.
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Danach
wird das Ausgangssignal PWM_out 312 einem Gate-Treiber 324 zugeführt, der
dieses Ausgangssignal an dem Ausgang 308 der Steuerschaltung 300 puffert
und ansteuert.
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Bei
einer Ausführungsform
des Controllers 302 kann das Ansteuersignal PWM_out 312 zu
dem Gate-Treiber 324 zum Beispiel verzögert oder anderweitig mit den
Eingangssignalen in Beziehung gesetzt werden, die durch den PWM-Funktionsblock 350 oder
durch eine andere bei einer Ausführungsform
in dem PWM-Funktionsblock 350 enthaltene Zustandsmaschine
empfangen werden. Der Gate-Treiber oder ein anderer solcher Ausgangstreiber 324 kann
das Signal verstärken
oder anderweitig aufbereiten, um das Ansteuersignal bei 308 einem
Feldeffekttransistor FET 370 zuzuführen. Bei einer Ausführungsform
kann der Ausgangstreiber 324 ein unsymmetrischer oder ein
differenzieller Treiber sein, der zum Beispiel einen oder mehrere externe
oder interne Ansteuertransistoren ansteuern kann.
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Die
externe Ansteuerschaltung 360 weist einen Shuntwiderstand 364 auf,
der zu der Last 366 (z. B. Spule) in Reihe geschaltet ist,
die durch einen Ansteuertransistor 370 angesteuert wird,
der auch über
den Widerstand 372 aus dem Ansteuerausgang 308 der
Steuerschaltung 300 angesteuert wird. Die externe Ansteuerschaltung 360 empfängt Versorgungsleistung
zwischen der Versorgungsspannung VBAT 362 und der Massespannung
Vgnd 363. Die externe Ansteuerschaltung 360 weist
außerdem
eine Klemmdiode 374, um Rück-EMF zu begrenzen, und einen
Tiefpaß-Filterkondensator 376 auf,
um das Schalten zu glätten.
Das Regelsystem 400 kann somit einen an die Last 366 bereitgestellten
Strom durch selektives Vergrößern oder
Verkleinern des Durchschnittstastverhält nisses handhaben, bei dem
die Last durch Schalten angesteuert wird, derart, daß durch
pulsweitenmoduliertes (PWM-)Schalten der Last gemäß einem
voreingestellten, programmierten oder anderweitig eingegebenen Stromsollwert 315 ein
konstanter Durchschnittsstrom aufrechterhalten wird. Das PWM-Signal
kann unter Verwendung eines Taktsignaleingangs 351 bereitgestellt
werden, während die
Frequenz des PWM-Signals durch die besonderen Lastkenngrößen, die
verwendete Versorgungsspannung und andere solche gewählten Variablen
bestimmt oder vorbestimmt werden kann.
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Somit
kann die vorliegende Ausführungsform
der Erfindung zum Regeln des Durchschnittslaststroms einer Last,
zum Beispiel eines Laststroms einer Spule, verwendet werden.
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Bei
einer Ausführungsform
der Korrekturschaltung 304 kann eine synchrone serielle
Peripherieschnittstelle oder eine andere solche Schnittstelle verwendet
werden, um beispielsweise die Anfangseinstellungen für die erforderlichen
Laststrom-Sollwerte 315 (bei einer Ausführungsform: einen Laststrom
von 500 mA), die Amplitude des Dither-Signals 333 (bei
einer Ausführungsform:
150 mA P-P), die Dither-Frequenz (bei einer Ausführungsform: 175 Hz), die Frequenz
des PWM-Taktsignals 351 (bei einer Ausführungsform: 1–2 kHz)
bereitzustellen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Korrekturschaltung 304 können der digitale Summiererfunktionsblock 336 und
der digitale Subtrahierer 340 einen digitalen Addierer
oder Subtrahierer oder eine andere solche Prozessorfunktion umfassen,
die fähig
ist, den Stromsollwert 315, das Dither-Signal 333 und
den berechneten Durchschnitts- Strom 331 zu
summieren oder zu mischen, um das Stromfehlersignal 341 bereitzustellen.
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5A ist
eine Spulenausgangsstrom-Ansprechsignalform 510 der Steuerschaltungen 300 der 3 und 4,
die das verbesserte Ansprechen des Ausgangsstroms 510 auf
die Ansteuerung der Last 366 während eines scharf zunehmenden Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT, wie zum Beispiel das der Signalform 502 der 5B,
darstellen.
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5C ist
eine Spulenausgangsstrom-Ansprechsignalform 510 der Steuerschaltungen 300 der 3 und 4,
die das verbesserte Ansprechen des Ausgangsstroms 510 auf
die Ansteuerung der Last 366 während eines scharf abnehmenden Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT, wie zum Beispiel das der Signalform 512 der 5D,
darstellen.
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5A und 5C veranschaulichen
ein wesentlich verringertes Überschwingen
des Spulen-Ansteuerstroms (Isolenoid) 500 und 510 als
Folge des plötzlichen Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT 502 bzw. 512. Tatsächlich ist
zu beobachten, daß zum
Beispiel der Durchschnittsspulenstrom über eine Dither-Zyklusperiode 504 in
beiden Figuren auf dem Anfangswert von etwa 1 Ampere bleibt. Zum
Beispiel ist in 5A während des ins Positive gehenden Übergangs
der Spannungsversorgung VBAT 502 gemäß 5B nur
ein Schaltzyklus bzw. nur eine PWM-Periode „c" notwendig, um einen einigermaßen stabilen Stromwert
von etwa einem Ampere wiederherzustellen. Ähnlich ist in 5C während des
ins Negative gehenden Übergangs
der Spannungsversorgung VBAT 512 gemäß 5D nur
ein Schaltzyklus oder nur eine PWM-Periode „c" notwendig, um wieder einen einigermaßen stabilen
Stromwert von etwa Stromwert von etwa einem Ampere herzustellen.
Die Steuerschaltung 300 gemäß 3 und 4 regelt
somit nahezu unmittelbar den Laststrom l_wd 310 der Spule
oder einer anderen solchen Last 366 auf den gewünschten
Stromsollwert 315, wodurch ein schnelles Ansprechen gewährleistet
wird, das ausreicht, um den Versorgungsspannungstransienten der
erwarteten Anwendungen Rechnung zu tragen.
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5E veranschaulicht
mehrere Regelsystem-Signalformen 520 und
eine Versorgungsspannungssignalform VBAT 562 der Steuerschaltungen 300 und
des Systems 400 gemäß 3 und 4,
wobei das Steueransprechverhalten auf die Ansteuerung der Last (z.
B. der Spule 366) während
eines scharf zunehmenden Übergangs
der Versorgungsspannung VBAT 362 dargestellt ist.
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Zum
Beispiel geht VBAT 362 zum Zeitpunkt t0 von einer niedrigeren
Versorgungsspannung 362a zu einer höheren Versorgungsspannung 362b über. Vor
dem Zeitpunkt t0 wird angenommen, daß sich das Fehlersignal Control_out 345 in
einem einigermaßen
stabilen Zustand befindet, wobei der Durchschnittsausgangsstrom
(z. B. 331) etwa mit dem Sollwertstrom (z. B. 315) übereinstimmt,
so daß das
Signal Control_out 345 stabil ist. Das Signal 540 der 5E ist
das Ausgangssignal eines Zählers
in dem PWM-Erzeugungsblock, der durch ein auf dem Taktsignal 351 beruhendes
Taktsignal zurückgesetzt
wird, um die PWM-Zeitbasis festzulegen. Das interne PWM-Signal 540 ist
ein Sägezahn-
oder Rampensignal, das verwendet wird, um das Signal Control_out 345 zu
modulieren, um das durch den PWM-Erzeugungsblock 350 gemäß 3 und 4 produzierte
PWM_out 312 zu erzeugen. In der beispielhaften Steuerschaltung 300 gemäß 3 und 4 können ein
Signal Control_out 345 und das Rampensignal 540 verglichen
und dann durch die Lastspannungsmessung V_wd 311 moduliert
werden, um das Ausgangssignal PWM_out 312 zu bilden. Das
Ausgangssignal PWM_out 312 weist eine Periode (c) und ein
Tastverhältnis
auf, das eine EIN-Zeit
(a) und eine AUS-Zeit (b) aufweist. Das Tastverhältnis des Ausgangssignals PWM_out 312 weist
ein Verhältnis
der EIN-Zeit (a) bezogen auf die AUS-Zeit (b) auf, wobei das Tastverhältnis proportional
zu dem Laststrom (z. B. dem Laststrom-Sollwert 315) und
außerdem
umgekehrt proportional zu der Lastspannung (z. B. V_wd 311)
ist.
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Somit
kann das Tastverhältnis
auch dargestellt werden als:
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Außerdem werden
in der beispielhaften Steuerschaltung 300 gemäß 3 und 4 die
Steigung (ϕ) und Amplitude (A) des Rampensignals 540 mittels
der Kompensation der gemessenen Lastspannung V_wd 311 bezogen
auf den Strom in der Last 366 durch die Stromversorgungsspannung
VBAT 362 moduliert. Vor dem Zeitpunkt t0 und während sich
die Schaltung 300 und der Strom in einem stabilen Zustand
befinden, besitzt das Rampensignal 540 eine Steigung (ϕ)
und eine Amplitude (A), wie bei 544 dargestellt. Zum Zeitpunkt t0
geht die Stromversorgungsspannung VBAT 362 von der niedrigeren
Versorgungsspannung VBAT 362a zu einer höheren Versorgungsspannung
VBAT 362b über.
Nach dem Zeitpunkt t0 bleibt das Signal Control_out 345 stabil.
Gleichzeitig bewirkt jedoch das Kompensationseingangssignal der
gemessenen Lastspannung V_wd 311 in den PWM-Funktionsblock 350 auch
eine sofortige Zunahme des Rampensignals 540 von der Steigung
(ϕ) und Amplitude (A) zu der Steigung (ϕ') und der Amplitude
(A'), wie bei 546 dargestellt.
Die vergrößerte Steigungsgeschwindigkeit
(ϕ') und
Amplitude (A'),
die sich in dem PWM-Ausgangszählersignal 540 widerspiegelt,
bewirkt eine sofortige Abnahme der EIN-Zeit des Tastverhältnisses
und einen im Wesentlichen stabilen Laststrom bei der neuen höheren Versorgungsspannung
VBAT 362b.
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Wie
in 5A und 5C dargestellt,
erzielen die Schaltungen und Systeme der vorliegenden Erfindung
diesen neuen Schaltungsstabilisierungspunkt nahezu augenblicklich,
wodurch in bezug auf Lastspannungsänderungen oder -transienten
kompensiert wird.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben somit erkannt, daß solche
Versorgungsspannungs-Ansprechverzögerungen durch Hinzufügung einer
Lastspannungskompensations- oder Korrekturschaltung überwunden
werden können,
um die Ausgangsansprechgeschwindigkeit während schnellen Versorgungsspannungsübergängen drastisch
zu vergrößern. Insbesondere
weist die vorliegende Erfindung eine Spannungsversorgungs-Meßschaltung
und einen innovativen PWM-Erzeugungs-Schaltungsblock auf, der ein
Tastverhältnis erzeugt,
das nicht nur proportional zu dem Durchschnittslaststrom ist, sondern
auch umgekehrt proportional zu der Spulen-Versorgungsspannung.
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6 veranschaulicht
eine Ausgangssignalform 600 der Regelsystemausführungsform 300 gemäß 4 während der
Ansteuerung der Last 366 ohne Verwendung eines Dither-Signals 333.
Der Laststrom wird zum Beispiel auf einem Durchschnittslaststrom
IAVG 610 gehalten, indem die Last 366 zwischen
der voreingestellten oberen Grenze IMAX 612 und
Untergrenze IMIN 614 angesteuert
(bei einer Ausführungsform
geschaltet) wird, die ein PWM-Modulationsband 616 definieren.
Das PWM-Modulationsband 616 kann zusammen mit anderen Anfangseinstellungen
zum Beispiel in der Steuerschaltung 300 programmiert werden,
wobei die Amplitude der PWM-Modulation bei den vorliegenden Ausführungsformen
zum Beispiel als Ergebnis der Frequenz oder Periode 618 des
Taktsignals 351, der zugeführten Lastspannung VBAT, des
Lastwiderstands und induktiver Komponenten des Systems auftritt.
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7 veranschaulicht
eine Ausgangssignalform 700 der Regelsystemausführungsform 400 gemäß 4 mit
einem Dither-Signal 333 und Ansteuerung der Last 366.
Der Laststrom wird zum Beispiel auf einem Durchschnittslaststrom
IAVG 710 gehalten, indem die Last 366 zwischen
der voreingestellten Obergrenze IMAX 712 und
Untergrenze IMIN 714 angesteuert
(bei einer Ausführungsform
geschaltet) wird, die ein PWM-Modulationsband 716 definieren.
Das PWM-Modulationsband 716 kann zusammen mit anderen Anfangseinstellungen
zum Beispiel in dem Chip der Steuerschaltung 300 programmiert
werden. Die Frequenz oder Periode 418 dieser Lastschaltung
wird im allgemeinen durch die Frequenz oder Periode 618 des
Taktsignals 351, die konkreten Lastströme, den Wert der verwendeten
Versorgungsspannung und das gewählte
PWM-Modulationsband 716 bestimmt.
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Zusätzlich kann
der Dither-Generator 332 das Dither-Signal 333 mit einer Dither-Amplitude 739 und einer
Dither-Frequenz oder Dither-Periode 722 bereitstellen.
Der Dither-Generator 332 kann verwendet werden, um eine
im Wesentlichen kontinuierliche Bewegung der Last (bei anderen Ausführungsformen:
des Kerns oder Magnetkerns einer Spule oder Motors) zu bewirken,
sobald die Last betriebsbereit hieran angeschlossen ist. Obwohl
das Taktsignal 351 im allgemeinen die Zeitbasis für alle Berechnungen
der Steuerschaltung 300 liefern kann, kann das Dither-Signal 333 als
Alternative bei einer Ausführungsform
zur Berechnung des Durchschnittslaststroms 331 über eine
ganzzahlige Anzahl von Dither-Zyklusperioden 722 eine
Zeitbasisquelle für den
Mittelwertblock 330 bereitstellen. Die Amplitudenkomponente 739 des
Dither-Signals kann bei der Ausführungsform
der 3 und 4 in dem Summierungsblock 336 mit
dem Stromsollwert 315 und dem berechneten Durchschnittslaststrom 331 summiert
(oder anderweitig berücksichtigt)
werden, um einen Laststromfehler 341 zu liefern. Aus 7 ist
zu ersehen, daß die
Ausgangssignalform 700 im Wesentlichen das Dither-Signal 333 als
ein Wechselstromsignal aufweist, das auf dem Lastansteuersignal
PWM_out 312 bzw. der Ausgangssignalform 600 der 6 mit
Dither reitet bzw. mit diesem summiert ist.
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Bei
einer Ausführungsform
kann das Regelsystem 400 einen im Wesentlichen konstanten
Durchschnittsstrom liefern, dem eine periodische Welle überlagert
wird und wobei die periodische Welle eine Frequenz aufweist, die
mit einem Taktsignal 351 und einer PWM-Schaltfrequenz für die Last
assoziiert ist, wie zum Beispiel bei einer Frequenz von etwa 2–10 kHz,
abhängig
von den Lastströmen,
der Versorgungsspannung und anderen Betriebsbedingungen des Systems.
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Zusätzlich oder
als Ersatz für
eine oder mehrere der dargestellten Komponenten schließen die
dargestellte Steuerschaltung, das kompensierte Regelsystem und 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 300 gemäß 3 und 4)
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.
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Nunmehr
mit Bezug auf 8–11 sind
eine oder mehrere Ausführungsformen
eines Verfahrens 800 gemäß Aspekten der vorliegenden
Erfindung im Kontext der Steuerschaltungen 300 und des
Systems 400 gemäß 3 und 4 dargestellt.
Bei dem Verfahren 800 wird ein Laststrom (bei anderen Ausführungsformen:
ein Strom, eine Spannung, ein Magnetfeld, eine Lichtenergie oder
eine Leistung), der mit einer Last 366 (bei anderen Ausführungsformen:
einer Spule, einem Motor, einer Lampe oder einer induktiven Last)
in Zusammenhang steht, die mit ei nem Stromsollwert (z. B. 315)
angesteuert wird, und eine Lastspannung (z. B. VBAT 362),
die mit einer Last 366 in Zusammenhang steht, bei 810 gemessen
und bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform können die
Messung des Laststroms l_wd 310 und die Lastspannungsmessung
V_wd 311 digital unter Verwendung eines Analog/Digital-Umsetzers A/D 318 und
A/D 320 durchgeführt
werden, um eine Digitalwortdarstellung des Laststroms 310 bzw.
der Lastspannung 311 bereitzustellen, und um Berechnungen
der Lastmessungen zum Beispiel unter Verwendung von auf Software
basierender Mittelung und anderer solcher mathematischer Funktionen
besser zu ermöglichen.
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Bei 820 wird
ein Tastverhältnis
(z. B. a/(a + b), mit dem die Last (z. B. 366) unter Berücksichtigung
des gemessenen Laststroms (z. B. l_wd 310) und der gemessenen
Lastspannung (z. B. V_wd 311) angesteuert wird, bestimmt.
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Bei 830 wird
die Last basierend auf dem bestimmten Tastverhältnis angesteuert. Bei einer
Ausführungsform
wird die Last 366 durch den MOSFET 370 angesteuert,
der zum Beispiel unter Verwendung eines Ansteuersignals PWM_out 312 durch
einen Ausgangstreiber 324 angesteuert wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
von Schritt 820 des Verfahrens 800 kann die Tastverhältnisbestimmung
wie in 9 dargestellt durch Berechnen eines Durchschnittslaststroms 331 im
Schritt 821 unter Verwendung der Laststrommessung (z. B.
l_wd 310) zum Beispiel über
eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen des Taktsignals 351 oder
Dither-Zyklen 722 erhalten werden.
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Bei 822 wird
unter Berücksichtigung
des berechneten Durchschnittslaststroms 331 bezogen auf
den Stromsoll wert 315 ein Stromsteuer-Ausgangssignal (z.
B. Control_out 345) bestimmt.
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Danach
wird bei 823 das Tastverhältnis (z. B. a/(a + b) durch
Modulieren des Stromsteuer-Ausgangssignals mit der gemessenen Lastspannung
(z. B. V_wd 311) bestimmt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
eines Verfahrens 800 kann nach Schritt 820 und
im Schritt 829 gemäß 10 ein
Dither-Signal 333 erzeugt werden, um eine kontinuierliche
Bewegung der Last 366 zu bewirken, sobald die Last betriebsbereit
hieran angeschlossen ist. Danach kehrt das Verfahren 800 der 10 zum
Schritt 830 zurück.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
von Schritt 820 des Verfahrens 800 kann die Tastverhältnisbestimmung
wie in 11 dargestellt durch Berechnen
eines Durchschnittslaststroms 331 im Schritt 824 unter Berücksichtigung
einer Messung und Mittelung des Laststroms (z. B. I_wd 310)
zum Beispiel über
eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen (z. B. Zyklen des Taktsignals 351 oder
Dither-Zyklen 722)
erhalten werden.
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Bei 825 wird
der Stromsollwert 315 mit einem Dither-Signal 333 summiert und das
Ergebnis hiervon von dem berechneten Durchschnittslaststrom 331 subtrahiert,
um ein Stromfehlerergebnis 341 zu bestimmen.
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Bei 826 wird
das Ergebnis 341 mit einem Satz Proportional-, Integral-
und Differentialkoeffizienten entsprechend einem gewünschten
Lastschaltansprechverhalten eingestellt, um ein Stromsteuer-Ausgangssignal (z.
B. Control_out 345) bereitzustellen.
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Danach
wird bei 827 das Stromsteuer-Ausgangssignal (z. B. Control_out 345)
mit einem Rampensignal (z. B. 540 der 5E)
verglichen und das Ergebnis hiervon mit der gemessenen Lastspannung
(z. B. V_wd 311) moduliert, wobei das resultierende Tastverhältnis proportional
zu dem Durchschnittsstrom (z. B. Laststrom-Sollwert 315)
und umgekehrt proportional zu der gemessenen Lastspannung (z. B.
V_wd 311) ist, wodurch das Tastverhältnis (d. h. das Tastverhältnis des
Ausgangssignals PWM_out 312) bereitgestellt wird.
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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.
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Beispielsweise
könnte
bei einer Ausführungsform
die Last eine Spule sein. Weiter könnte solch eine Spule 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.
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Weiterhin
könnten,
obwohl bei der dargestellten Ausführungsform der eine oder die
mehreren Transistoren 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.).
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Bei
einer anderen Ausführungsform
können
zwei oder mehr Ansteuertransistoren, die dem FET-Transistor 370 ähnlich sind,
zum Schalten der Last 366 verwendet werden. Bei einer weiteren
Ausführungsform kann
sich der FET 370 gemäß 3 und 4 auf
der hohen Seite der Last befinden und an die Stromversorgung VBAT 362 angeschlossen
werden, statt an die Masse Vgnd 363. Eine Vielzahl anderer
solcher Abänderungen
sind ebenfalls innerhalb der Grundidee und des Umfangs der Erfindung
möglich
und daher von dieser umfasst.
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Darüber hinaus
könnten,
obwohl unterschiedliche Ausführungsformen
darauf hindeuten könnten,
dass ein zu einer Last gelieferter Strom zunehmen könnte, sobald
eine der gemessenen Spannungen 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.
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Weiterhin
können
bei unterschiedlichen Ausführungsformen
Teile des Steuerschaltung 300 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 302 und/oder
der Korrekturschaltung 304 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,
abhän gig
von der Ausführung,
mit dem Regelsystem in Beziehung stehen.
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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", "mit", 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 be schränkt
zu sein: positive Zahlen, negative Zahlen, Null, und andere Werte.