DE102008026846A1

DE102008026846A1 - Circuit arrangement, has comparator unit providing pulse width modulated signal resulting from comparison of presetting signal with comparison signal, where pulse width of modulated signal is based on gradient of steep flank signal

Info

Publication number: DE102008026846A1
Application number: DE200810026846
Authority: DE
Inventors: Martin GÖTZENBERGER
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-24

Abstract

The arrangement has a signal generator unit (SG) generating a comparison signal (S-COMP) based on triangular and steep flank signals. The unit generates the flank signal within a range of maximum and/or minimum of the triangular signal. A comparator unit (MOD) provides a pulse width modulated signal (S-PWM) resulting from comparison of a presetting signal (S-CONT) with the comparison signal, where a pulse width of the signal (S-PWM) is based on gradient of the flank signal when the presetting signal lies within the maximum or minimum or is greater or less than maximum or minimum, respectively.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung umfassend eine Komparatoreinheit, die ausgebildet ist, eingangsseitig ein vorgegebenes Vorgabesignal mit einem Vergleichssignal zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich ausgangsseitig ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Verfügung zu stellen.The The invention relates to a circuit arrangement comprising a comparator unit, which is formed on the input side, a predetermined default signal to compare with a comparison signal and depending on the comparison on the output side a pulse width modulated signal for disposal to deliver.

In vielen elektrischen Anwendungen werden Komponenten mittels pulsweitenmodulierter Ansteuersignale angesteuert. Dabei kann ein Tastverhältnis des jeweiligen pulsweitenmodulierten Ansteuersignals Werte von 0% bis 100% annehmen. So kann beispielsweise eine Halbbrücke eines Spannungswandlers mit einem derartigen pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden. Dabei kann beispielweise ein High-Side-Schalter der Halbbrücke mittels eines High-Pulses des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals eingeschaltet werden und ein Low-Side-Schalter der Halbbrücke mittels eines Low-Pulses des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals.In Many electrical applications use components with pulse width modulated components Control signals activated. It can be a duty cycle of the respective pulse width modulated drive signal values from 0% to 100% accept. For example, a half-bridge of a Voltage converter with such a pulse width modulated drive signal be controlled. Here, for example, a high-side switch the half bridge by means of a high-pulse of the pulse width modulated drive signal is turned on and a low-side switch the half bridge by means of a low pulse of the pulse width modulated drive signal.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die einfach und zuverlässig eine Begrenzung eines pulsweitenmodulierten Signals ermöglicht.The The object underlying the invention is to provide a circuit arrangement to provide a simple and reliable limitation of a pulse width modulated Signal allows.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claim. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims characterized.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Schaltungsanordnung umfassend eine Signalgeneratoreinheit, die ausgebildet ist, ausgangsseitig ein Vergleichsignal zur Verfügung zu stellen und das Vergleichsignal abhängig von einem Dreiecksignal und einem steilflankigen Signal zu erzeugen. Dabei ist die Signalgeneratoreinheit ausgebildet, das steilflankige Signal in einem Bereich von Maxima und/oder Minima des Dreiecksignals so zu erzeugen, dass eine steigende Flanke des steilflankigen Signals einer steigenden Flanke des Dreiecksignals und eine fallende Flanke des steilflankigen Signals einer fallenden Flanke des Dreiecksignals zugeordnet ist. Die jeweilige Flanke des steilflankigen Signals weist betragsmäßig eine größere Flankensteilheit auf als die jeweilige Flanke des Dreiecksignals. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Komparatoreinheit, die ausgebildet ist, ein vorgegebenes Vorgabesignal mit dem Vergleichsignal zu vergleichen und ausgangsseitig ein aus dem Vergleich resultierendes pulsweitenmoduliertes Signal zur Verfügung zu stellen. Dabei ist das Vorgabesignal repräsentativ für ein vorgegebenes Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals. Eine jeweilige Pulsdauer des resultierenden pulsweitenmodulierten Signals ist abhängig von einem Verlauf des steilflankigen Signals, falls das Vorgabesignal in dem Bereich des jeweiligen Maximums oder Minimums des Dreiecksignals liegt oder größer ist als das Maximum oder kleiner ist als das Minimum.The Invention is characterized by a circuit comprising a signal generator unit, which is formed on the output side a comparison signal available and the comparison signal depending on a triangle signal and generate a steep edge signal. In this case, the signal generator unit formed, the steep-flanked signal in a range of maxima and / or minima of the triangular signal to produce a rising Edge of the steep-edged signal of a rising edge of the triangular signal and a falling edge of the falling edge signal of a falling one Flank of the triangular signal is assigned. The respective flank of the steep-edged signal has a larger slope than the magnitude the respective edge of the triangle signal. Furthermore, the circuit arrangement comprises a comparator unit, which is configured with a predetermined default signal to compare the comparison signal and the output side from the Comparison resulting pulse width modulated signal available too put. The default signal is representative of a given duty cycle of the pulse width modulated signal. A respective pulse duration of the resulting pulse width modulated signal is dependent on a course of the If the default signal is in the range of the respective maximum or minimum of the triangular signal is or is greater as the maximum or less than the minimum.

Mittels eines derartigen Vergleichsignals kann besonders einfach und kostengünstig eine Begrenzung des pulsweitenmodulierten Signals erzeugt werden, weil zusätzliche Komponenten zur Begrenzung des pulsweitenmodulierten Signals nicht erforderlich sind. Liegt das Vorgabesignal im Bereich der Minima oder Maxima des Dreiecksignals oder ist größer als die Maxima oder kleiner als die Minima, gibt der Verlauf des steilflankigen Signals die Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Signals vor. Andernfalls wird die Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Signals abhängig von einem Verlauf des Dreiecksignals vorgegeben. Ausgehend von dem Dreiecksignal ohne überlagertem steilflankigen Signal, sind die Minima und Maxima den Scheitelwerten des Dreiecksignals zugeordnet. Das Vorgabesignal, das größer ist als die Maxima des Dreiecksignals oder das kleiner ist als die Minima des Dreiecksignals ist dahingehend zu verstehen, dass das Vorgabesignal einen Wert aufweist, der größer oder kleiner ist als der jeweilige Wert des steilflankigen Signals im Bereich der Maxima oder Minima des Dreiecksignals. Bevorzugt ist die Frequenz des Dreiecksignals identisch zu der Frequenz des steilflankigen Signals. Insbesondere muss nicht jedem Maximum und/oder jedem Minimum das Dreiecksignals jeweils ein positiver bzw. negativer Impuls des steilflankigen Signals zugeordnet sein.through Such a comparison signal can be particularly simple and inexpensive Limitation of the pulse width modulated signal can be generated because additional Components for limiting the pulse width modulated signal not required are. Is the default signal in the range of minima or maxima of the triangle signal or is greater than the maxima or less as the minima, the course of the steep-edged signal gives the Pulse duration of the pulse width modulated signal before. Otherwise it will the pulse duration of the pulse width modulated signal depending on predetermined a course of the triangle signal. Starting from the triangle signal without superimposed steep slopes Signal, the minima and maxima are the peaks of the triangle signal assigned. The default signal that is greater than the maxima of the Triangular signal or less than the minimum of the triangle signal is to be understood that the default signal has a value the bigger one or is smaller than the respective value of the steep edge signal in Range of maxima or minima of the triangle signal. Preferably, the Frequency of the triangular signal identical to the frequency of the steep-edged Signal. In particular, not every maximum and / or minimum is required the triangle signal in each case a positive or negative pulse of the be associated with steep-edged signal.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalgeneratoreinheit zumindest einen Oszillator auf, der ausgebildet ist, ein Rechtecksignal und das Dreiecksignal zur Verfügung zu stellen. Abhängig von dem Rechtecksignal ist das steilflankige Signal erzeugbar. Das Dreiecksignal gibt bevorzugt die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals vor und wird besonders einfach mittels eines Oszillators erzeugt. Mittels des Rechtecksignals kann besonders einfach und kostengünstig das steilflankige Signal erzeugt werden. Ferner kann besonders einfach das steilflankige Signal synchron zu dem Dreiecksignal erzeugt werden.In an advantageous embodiment, the signal generator unit at least one oscillator, which is formed, a square wave signal and the triangle signal available to deliver. Depending on The rectangular signal can be generated with the rectangular signal. The triangle signal preferably specifies the frequency of the pulse width modulated signal and is particularly easily generated by means of an oscillator. through the rectangular signal can be particularly simple and inexpensive the steep-edged signal are generated. Further, it can be particularly simple the steep-edged signal is generated in synchronism with the triangular signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Oszillator als ein Multivibrator mit einem Schmitt-Trigger ausgebildet. Ein derartiger Oszillator ist besonders einfach und zuverlässig zur Erzeugung des Dreiecksignals und des Rechtecksignals verwendbar.In A further advantageous embodiment is the at least one Oscillator designed as a multivibrator with a Schmitt trigger. Such an oscillator is particularly simple and reliable for generation of the triangular signal and the square wave signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest eine Oszillator als ein Multivibrator mit zumindest zwei Invertern ausgebildet. Ein derartiger Oszillator ist beson ders einfach und zuverlässig zur Erzeugung des Dreiecksignals und des Rechtecksignals verwendbar.In a further advantageous embodiment, the at least one oscillator is designed as a multivibrator with at least two inverters. Such an oscillator is FITS easy and reliable for generating the triangle signal and the law ecksignals used.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalgeneratoreinheit zumindest eine erste RC-Einheit auf, die einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator umfasst. Die erste RC-Einheit ist derart mit dem Oszillator gekoppelt, dass der ersten RC-Einheit das Rechtecksignal eingangsseitig zuführbar ist. Ferner ist die erste RC-Einheit ausgebildet, ausgangsseitig das steilflankige Signal zur Verfügung zu stellen. Mittels der ersten RC-Einheit kann besonders einfach und zuverlässig abhängig von dem Rechtecksignal das steilflankige Signal erzeugt werden. Besonders vorteilhaft kann mittels der ersten RC-Einheit dem jeweiligen Maximum und dem jeweiligen Minimum des Dreiecksignals das steilflankige Signal zugeordnet werden. Das mittels der ersten RC-Einheit erzeugte steilflankige Signal weist vorzugsweise einen näherungsweise dreieckförmigen Verlauf auf.In a further advantageous embodiment, the signal generator unit at least a first RC unit having a first resistor and a first capacitor. The first RC unit is like that coupled to the oscillator, that the first RC unit the square wave signal can be fed on the input side is. Furthermore, the first RC unit is formed on the output side to provide the steep-edged signal. By means of First RC unit can be particularly easy and reliable depending on the rectangular signal, the steep-edged signal are generated. Especially Advantageously, by means of the first RC unit the respective maximum and the respective minimum of the triangular signal the steep-edged Signal to be assigned. The generated by the first RC unit steep-edged signal preferably has an approximately triangular course on.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Signalgeneratoreinheit eine zweite RC-Einheit und einen weiteren Schmitt-Trigger auf. Die zweite RC-Einheit umfasst einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator, die an einem Koppelpunkt elektrisch miteinander gekoppelt sind. Der zweite Widerstand ist mit einem vorgegebenen Potential gekoppelt. Die Signalgeneratoreinheit ist so ausgebildet, dass dem zweiten Kondensator das Rechtecksignal des Oszillators zuführbar ist. Der weitere Schmitt-Trigger ist eingangsseitig mit dem Koppelpunkt der zweiten RC-Einheit elektrisch gekoppelt und ausgebildet, ausgangsseitig das steilflankige Signal zur Verfügung zu stellen. Mittels der zweiten RC-Einheit und des weiteren Schmitt-Triggers kann besonders einfach das steilflankige Signal erzeugt werden, das aufgrund des weiteren Schmitt-Triggers ein rechteckförmigen Verlauf aufweist.In a further advantageous embodiment, the signal generator unit a second RC unit and another Schmitt trigger. The second RC unit comprises a second resistor and a second capacitor, which are electrically coupled together at a crosspoint. The second resistor is coupled to a predetermined potential. The signal generator unit is designed such that the second Capacitor, the square wave signal of the oscillator can be fed. The additional Schmitt trigger is on the input side with the crosspoint the second RC unit electrically coupled and formed on the output side to provide the steep-edged signal. By means of second RC unit and the further Schmitt trigger can be special simply the steep edge signal are generated, due to the further Schmitt trigger has a rectangular shape.

Mittels des rechteckförmigen Verlaufs des steilflankigen Signals kann besonders zuverlässig die Begrenzung der Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Signals gewährleistet werden. Das vorgegebene Potential ist bevorzugt einer vorgegebene Gleichspannung zugeordnet.through of the rectangular Course of the steep edge signal can be particularly reliable the Limiting the pulse duration of the pulse width modulated signal guaranteed become. The predetermined potential is preferably a predetermined DC voltage assigned.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings. It demonstrate:

1 eine Halbbrückenschaltung mit einem Schalttreiber, 1 a half-bridge circuit with a switching driver,

2 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals, 2 a circuit arrangement for generating a pulse width modulated signal,

3 eine zeitliche Darstellung eines Vergleichssignals und des pulsweitenmodulierten Signals, 3 a temporal representation of a comparison signal and the pulse width modulated signal,

4a–4d Schaltungsanordnungen zur Erzeugung des Vergleichssignals. 4a - 4d Circuit arrangements for generating the comparison signal.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements same construction or function are cross-figurative with the same Reference number marked.

In 1 ist eine Halbbrückenschaltung mit einem ersten Schaltelement T1 und einem zweiten Schaltelement T2 dargestellt. Das erste Schaltelement T1 ist vorzugsweise als High-Side-Schalter und das zweite Schaltelement T2 ist vorzugsweise als Low-Side-Schalter ausgebildet. Das erste und zweite Schaltelement T1 und T2 sind über Schutzwiderstände R_HS und R_LS mit einem Schalttreiber GD gekoppelt. Der Schalttreiber GD ist ausgebildet, abhängig von einem eingangsseitig anliegenden pulsweitenmodulierten Signal S_PWM das erste und zweite Schaltelement T1 und T2 wechselseitig zum Ein- oder Aus schalten anzusteuern. Beispielsweise wird bei einem High-Puls des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM das erste Schaltelement T1 und bei einem Low-Puls des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM das zweite Schaltelement T2 angesteuert. Da das erste Schaltelement T1 nicht mit einem Bezugspotential GND, das beispielsweise als Masse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, direkt elektrisch gekoppelt ist, wird zur Ansteuerung des ersten Schaltelements T1 eine erhöhte Ansteuerspannung benötigt. Die erhöhte Ansteuerspannung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass einem Ausgang OUT der Halbbrücke, der einem gemeinsamen Anschluss des ersten und zweiten Schaltelements T1 und T2 zugeordnet ist, ein Bootstrapkondensator C_BS zugeordnet ist. Während eines eingeschalteten zweiten Schaltelements T2 ist der Bootstrapkondensator C_BS über die Diode D mit einer Versorgungsspannung VCC gekoppelt und wird somit aufgeladen, um bei einem High-Puls des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM eine ausreichend hohe Spannung zur Ansteuerung des ersten Schaltelements T1 zur Verfügung zu stellen. Aufgrund einer Entladung des Bootstrapkondensators C_BS, beispielsweise aufgrund der Ansteuerung des ersten Schaltelements T1 zum Einschalten, ist eine Pulsdauer des High-Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM, während der das erste Schaltelement T1 zum Einschalten ansteuerbar ist, begrenzt. Ferner ist eine Mindestpulsdauer eines Low-Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM erforderlich, um eine ausreichende Aufladung des Bootstrapkondensators C_BS zu gewährleisten. Somit ist eine Begrenzung des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM erforderlich, um eine zuverlässige Ansteuerung des als High-Side-Schalter ausgebildeten ersten Schaltelements T1 gewährleisten zu können.In 1 a half-bridge circuit with a first switching element T1 and a second switching element T2 is shown. The first switching element T1 is preferably as a high-side switch and the second switching element T2 is preferably designed as a low-side switch. The first and second switching elements T1 and T2 are coupled via protective resistors R_HS and R_LS to a switching driver GD. The switch driver GD is formed, depending on an input side applied pulse width modulated signal S_PWM the first and second switching element T1 and T2 alternately to turn on or off to control. For example, in the case of a high pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM, the first switching element T1 is triggered and, in the case of a low pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM, the second switching element T2 is triggered. Since the first switching element T1 is not directly electrically coupled to a reference potential GND, which is embodied, for example, as the mass of a motor vehicle, an increased drive voltage is required to drive the first switching element T1. The increased drive voltage can be generated, for example, by assigning a bootstrap capacitor C_BS to an output OUT of the half-bridge, which is assigned to a common connection of the first and second switching elements T1 and T2. During a switched-on second switching element T2, the bootstrap capacitor C_BS is coupled to a supply voltage VCC via the diode D and is thus charged in order to provide a sufficiently high voltage for driving the first switching element T1 in the case of a high pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM. Due to a discharge of the bootstrap capacitor C_BS, for example due to the activation of the first switching element T1 for switching on, a pulse duration of the high pulse of the pulse width modulated signal S_PWM, during which the first switching element T1 can be controlled to turn on, limited. Furthermore, a minimum pulse duration of a low pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM is required in order to ensure sufficient charging of the bootstrap capacitor C_BS. Thus, a limitation of the pulse width modulated signal S_PWM is required in order to ensure a reliable control of the designed as a high-side switch first switching element T1 can.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM dargestellt. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Reglereinheit CONT mit einem PI- Regler. Der PI-Regler umfasst einen Operationsverstärker und einen Widerstand R6 und einen Kondensator C4. Alternativ sind auch andere Regler einsetzbar. Abhängig von einem Differenzsignal S_DIFF, welches über einen Widerstand R7 der Reglereinheit CONT zuführbar ist, und einem Bezugssignal S_REF erzeugt die Reglereinheit CONT ausgangsseitig ein Vorgabesignal S_CONT. Das Differenzsignal S_DIFF kann vorzugsweise aus einem Ist-/Sollwert-Vergleich resultieren, während das Bezugssignal S_REF beispielsweise dem Bezugspotential GND zugeordnet ist. Ein Wert des Vorgabesignals S_CONT kann innerhalb der Begrenzungen des Ausgangssignals, die durch den Operationsverstärker vorgegeben sind, liegen.In 2 a circuit arrangement for generating the pulse width modulated signal S_PWM is shown. The circuit order holds a control unit CONT with a PI controller. The PI controller comprises an operational amplifier and a resistor R6 and a capacitor C4. Alternatively, other controllers can be used. Depending on a difference signal S_DIFF, which can be fed to the control unit CONT via a resistor R7, and a reference signal S_REF, the control unit CONT generates a default signal S_CONT on the output side. The difference signal S_DIFF can preferably result from an actual / setpoint comparison, while the reference signal S_REF is assigned to the reference potential GND, for example. A value of the default signal S_CONT may be within the limits of the output signal given by the operational amplifier.

Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Signalgeneratoreinheit SG und eine Komparatoreinheit MOD, die auch als Modulator bezeichnet werden kann. Die Komparatoreinheit MOD umfasst bevorzugt einen Komparator, so z. B. ein LMV7239 mit Push-Pull Ausgang. Die Komparatoreinheit MOD kann alternativ aber auch einen Operationsverstärker, so z. B. ein LM393, umfassen. Die Signalgeneratoreinheit SG stellt ausgangsseitig ein Vergleichsignal S_COMP der Komparatoreinheit MOD zur Verfügung. Ferner ist der Komparatoreinheit MOD das Vorgabesignal S_CONT eingangsseitig zugeführt. Abhängig von dem Vorgabesignal S_CONT und dem Vergleichsignal S_COMP erzeugt die Komparatoreinheit MOD ausgangsseitig das pulsweitenmodulierte Signal S_PWM, welches gemäß der 1 vorzugsweise dem Schalttreiber GD eingangsseitig zuführbar ist. Das Vorgabesignal S_CONT ist vorzugsweise repräsentativ für ein vorgegebenes Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM. Alternativ kann das Vorgabesignal S_CONT auch mittels anderer Komponenten als der Reglereinheit CONT vorgegeben werden.Furthermore, the circuit arrangement comprises a signal generator unit SG and a comparator unit MOD, which can also be referred to as a modulator. The comparator unit MOD preferably comprises a comparator, such. Eg a LMV7239 with push-pull output. The comparator MOD may alternatively but also an operational amplifier, such. A LM393. The signal generator unit SG provides on the output side a comparison signal S_COMP of the comparator unit MOD. Furthermore, the comparator unit MOD is fed to the input signal S_CONT on the input side. Depending on the specification signal S_CONT and the comparison signal S_COMP, the comparator unit MOD generates on the output side the pulse-width-modulated signal S_PWM, which in accordance with FIG 1 preferably the switching driver GD input side is fed. The default signal S_CONT is preferably representative of a predetermined duty cycle of the pulse width modulated signal S_PWM. Alternatively, the default signal S_CONT can also be specified by means of components other than the controller unit CONT.

Anhand einer zeitlichen Darstellung des Vergleichssignals S_COMP und des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM in 3 wird ein Verlauf des Vergleichsignals S_COMP, welches mittels der Signalgeneratoreinheit SG erzeugt wird, beschrieben. Das Vergleichsignal S_COMP wird abhängig von einem Dreiecksignal S_2 und einem steilflankigen Signal S_1 erzeugt, so z. B. mittels einer Überlagerung der beiden Signale. Das Dreiecksignal S_2 gibt vorzugsweise eine Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM vor. Das steilflankige Signal S_1 weist vorzugsweise dieselbe Frequenz wie das Dreiecksignal S_2 auf. Insbesondere muss nicht jedem Maximum und/oder jedem Minimum des Dreiecksignals jeweils ein positiver bzw. negativer Impuls des steilflankigen Signals S_1 zugeordnet sein.Based on a time representation of the comparison signal S_COMP and the pulse width modulated signal S_PWM in 3 a profile of the comparison signal S_COMP, which is generated by means of the signal generator unit SG, is described. The comparison signal S_COMP is generated as a function of a triangular signal S_2 and a steep-edged signal S_1, such. B. by means of a superposition of the two signals. The triangular signal S_2 preferably predefines a frequency of the pulse-width-modulated signal S_PWM. The steep-edged signal S_1 preferably has the same frequency as the triangular signal S_2. In particular, not every maximum and / or minimum of the triangular signal must be assigned a positive or negative pulse of the steep-edged signal S_1.

Eine steigende Flanke des Dreiecksignals S_2 verläuft bis zu einem Zeitpunkt t1 (3). Ab dem Zeitpunkt t1, der einem Bereich um ein Maximum des Dreiecksignals S_2 zugeordnet ist, ist eine steigende Flanke des steilflankigen Signals S_1 dem Dreiecksignal S_2 überlagert. Die steigende Flanke des steilflankigen Signals S_1 weist eine größere Flankensteilheit auf als die steigende Flanke des Dreiecksignals S_2. Nach Erreichen eines Maximums des steilflankigen Signals S_1 schließt eine fallende Flanke des steilflankigen Signals an, die ab einem Zeitpunkt t3 in die fallende Flanke des Dreiecksignals S_2 übergeht. Auch hier weist die fallende Flanke des steilflankigen Signals S_1 betragsmäßig eine größere Flankensteilheit auf als die fallende Flanke des Dreiecksignals S_2. Zu einem Zeitpunkt t4 wiederholt sich die Überlagerung des steilflankigen Signals S_1 in umgekehrter Ausrichtung, wobei der Verlauf des steilflankigen Signals S_1 zu dem Zeitpunkt t4 einem Bereich eines Minimums des Dreiecksignals S_2 zugeordnet ist. Zu einem Zeitpunkt t5 geht die steigende Flanke des steilflankigen Signals S_1 in die steigende Flanke des Dreiecksignals S_2 über. Grundsätzlich ist eine jeweilige steigende Flanke des steilflankigen Signals S_1 einer jeweiligen steigenden Flanke des Dreiecksignals S_2 und eine je weilige fallende Flanke des steilflankigen Signals S_1 einer jeweiligen fallenden Flanke des Dreiecksignals S_2 zugeordnet. Das steilflankige Signal S_1 weist im Bereich zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5, einen dreieckförmigen Verlauf auf. Alternativ kann das steilflankige Signal S_1 in dem Bereich zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 auch einen rechteckförmigen Verlauf aufweisen (siehe gepunktete Darstellung in 3).A rising edge of the triangular signal S_2 runs until a time t1 (FIG. 3 ). From the time t1, which is assigned to a region around a maximum of the triangular signal S_2, a rising edge of the steep-edged signal S_1 is superimposed on the triangular signal S_2. The rising edge of the steep-edged signal S_1 has a greater edge steepness than the rising edge of the triangular signal S_2. After reaching a maximum of the steep-edged signal S_1, a falling edge of the steep-edged signal adjoins, which transitions from a time t3 into the falling edge of the triangular signal S_2. Again, the falling edge of the steep edge signal S_1 in terms of magnitude on a greater slope than the falling edge of the triangular signal S_2. At a time t4, the superimposition of the steep-edged signal S_1 in the reverse orientation is repeated, wherein the profile of the steep-edged signal S_1 at the time t4 is assigned to a region of a minimum of the triangular signal S_2. At a time t5, the rising edge of the steep-edged signal S_1 transitions into the rising edge of the triangular signal S_2. In principle, a respective rising edge of the steep-edged signal S_1 is associated with a respective rising edge of the triangular signal S_2 and a respective falling edge of the steep-edged signal S_1 is associated with a respective falling edge of the triangular signal S_2. The steep-edged signal S_1 has a triangular course in the region between the times t1 and t3 and between the times t4 and t5. Alternatively, the steep-edged signal S_1 may also have a rectangular course in the area between the times t1 and t3 and between the times t4 and t5 (see dotted representation in FIG 3 ).

Zur Beschreibung der Funktionsweise der Komparatoreinheit MOD ist in 3 das Vorgabesignal S_CONT dargestellt. Das Vorgabesignal S_CONT weist einen Signalwert auf, der größer ist als ein Wert, den die Maxima des Dreiecksignals S_2 ohne das überlagerte steilflankige Signal S_1 aufweisen würden. Bei einem derartigen Signalwert des Vorgabesignals S_CONT wird das pulsweitenmodulierte Signal S_PWM abhängig von dem Verlauf des steilflankigen Signals S_1 begrenzt. In der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 überschreitet der Verlauf des steilflankigen Signals S_1 den Signalwert des Vorgabesignals S_CONT, wodurch mittels der Komparatoreinheit MOD dem pulsweitenmodulierten Signal S_PWM ein Low-Puls vorgegeben wird mit einer Pulsdauer, die der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 entspricht. Da die Flankensteilheit des steilflankigen Signals S_1 betragsmäßig größer ist als die des Dreiecksignals S_2, würde eine Vergrößerung des Signalwerts des Vorgabesignals S_CONT zu einer vergleichsweise geringen Veränderung der Pulsdauer des Low-Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM führen. Idealerweise führt ein rechteckförmiger Verlauf des steilflankigen Signals S_1 zu keiner oder nur minimalen Veränderung der Pulsdauer des Low-Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM. Somit bildet in diesem Beispiel eine Pulsdauer des steilflankigen Signals S_1 eine minimale Pulsdauer eines Low- Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM. Dabei ist der Verlauf des steilflankigen Signals S_1 vorzugsweise derart ausgebildet, dass auch bei einem maximalen und/oder minimalen Signalwert des Vorgabesignals S_CONT die durch das steilflankige Signal vorgegebene Begrenzung des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM vorgegeben ist und somit beispielsweise der Bootstrapkondensator C_BS zuverlässig aufladbar ist. Dabei wird vorzugsweise das steilflankige Signal S_1 derart ausgebildet, dass ein Signalwert des Vorgabesignals S_CONT den Verlauf des steilflankigen Signals S_1 betragsmäßig nicht überschreitet. Zusätzlich oder alternativ kann die Pulsdauer, die abhängig von dem steilflankigen Signal S_1 vorgegeben wird, auch einer minimalen Pulsdauer eines High-Pulses des pulsweitenmodulierten Signals S_PWM zugeordnet sein.To describe the operation of the comparator unit MOD is in 3 the default signal S_CONT shown. The default signal S_CONT has a signal value which is greater than a value which the maxima of the triangular signal S_2 would have without the superposed steep-edged signal S_1. With such a signal value of the default signal S_CONT, the pulse-width-modulated signal S_PWM is limited as a function of the course of the steep-edged signal S_1. In the time period between the time t1 and a time t2, the course of the steep-edged signal S_1 exceeds the signal value of the default signal S_CONT, whereby the comparator unit MOD the pulse width modulated signal S_PWM a low-pulse is given with a pulse duration, the time duration between the time t1 and t2 corresponds. Since the edge steepness of the steep-edged signal S_1 is greater in magnitude than that of the triangular signal S_2, an increase in the signal value of the default signal S_CONT would lead to a comparatively small change in the pulse duration of the low pulse of the pulse width modulated signal S_PWM. Ideally, a rectangular course of the steep-edged signal S_1 leads to none or only a minimal change in the pulse duration of the low pulse of the pulse width modulated signal S_PWM. Thus, in this example, a pulse duration of the steep-edge signal S_1 forms a minimum pulse duration of a low pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM. The course of the steep-edged signal S_1 is preferably designed such that even with a maximum and / or minimum signal value of the default signal S_CONT the predetermined by the steep-edged signal limit of the pulse width modulated signal S_PWM is predetermined and thus, for example, the bootstrap capacitor C_BS is reliably rechargeable. In this case, the steep-edged signal S_1 is preferably designed such that a signal value of the specification signal S_CONT does not exceed the profile of the steep-edged signal S_1 in terms of magnitude. Additionally or alternatively, the pulse duration, which is predefined as a function of the steep-edged signal S_1, can also be assigned to a minimum pulse duration of a high pulse of the pulse-width-modulated signal S_PWM.

Ist der Signalwert des Vorgabesignals S_CONT außerhalb des Bereichs der Maxima oder Minima des Dreiecksignals und ist der Signalwert des Vorgabesignals S_CONT kleiner als die Maxima oder größer als die Minima, so wird die Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Signals S_2 vorzugsweise abhängig von dem Verlauf des Dreiecksignals S_2 vorgegeben.is the signal value of the default signal S_CONT outside the range of maxima or minima of the triangular signal and is the signal value of the default signal S_CONT is less than the maxima or greater than the minima, so will the pulse duration of the pulse width modulated signal S_2 preferably dependent on the course of the triangular signal S_2 specified.

Anhand der 4a bis 4d sind Ausführungsbeispiele der Signalgeneratoreinheit SG zur Erzeugung des Vergleichsignals S_COMP dargestellt.Based on 4a to 4d Embodiments of the signal generator unit SG for generating the comparison signal S_COMP are shown.

Die Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4a umfasst einen Oszillator OSC, der als ein Multivibrator mit einem Schmitt-Trigger ausgebildet ist, wobei der Schmitt-Trigger als erster Schmitt-Trigger ST1 bezeichnet ist. Der erste Schmitt-Trigger ST1 ist derart mit einem Oszillatorwiderstand R_OSC und einem Oszillatorkondensator C_OSC elektrisch gekoppelt, dass ausgangsseitig von dem Oszillator OSC ein Rechtecksignal S_3 und das Dreiecksignal S_2 zur Verfügung ge stellt werden. Das Rechtecksignal S_3 ist, aufgrund der invertierenden Ausbildung des ersten Schmitt-Triggers ST1, einem Inverter INV zugeführt, der ausgebildet ist, das Rechtecksignal S_3 ausgangsseitig invertiert zur Verfügung zu stellen. Das invertierte Rechtecksignal ist einer ersten RC-Einheit RC1 eingangsseitig zugeführt. Die erste RC-Einheit RC1 umfasst einen ersten Widerstand R1 und einen ersten Kondensator C1, die bevorzugt elektrisch in Reihe miteinander gekoppelt sind. Dabei ist der erste Kondensator C1 dem Ausgang des Inverters INV zugeordnet. Die erste RC-Einheit RC1 erzeugt aufgrund ihres differenzierenden Verhaltens ausgangsseitig das steilflankige Signal S_1, welches mittels des Widerstandes R3 dem Dreiecksignal S_2 additiv überlagert wird. Ausgangsseitig wird das Vergleichsignal S_COMP zur Verfügung gestellt.The signal generator unit SG according to 4a comprises an oscillator OSC, which is designed as a multivibrator with a Schmitt trigger, wherein the Schmitt trigger is designated as the first Schmitt trigger ST1. The first Schmitt trigger ST1 is so electrically coupled to an oscillator resistor R_OSC and an oscillator capacitor C_OSC that the output side of the oscillator OSC, a square wave signal S_3 and the triangular signal S_2 are available ge. Due to the inverting design of the first Schmitt trigger ST1, the rectangular signal S_3 is supplied to an inverter INV, which is designed to provide the square-wave signal S_3 in an inverted manner on the output side. The inverted rectangular signal is fed to the input side of a first RC unit RC1. The first RC unit RC1 comprises a first resistor R1 and a first capacitor C1, which are preferably electrically coupled together in series. In this case, the first capacitor C1 is assigned to the output of the inverter INV. Due to its differentiating behavior, the first RC unit RC1 generates on the output side the steep-edged signal S_1, which is superimposed additively by means of the resistor R3 to the triangular signal S_2. On the output side, the comparison signal S_COMP is made available.

Alternativ zu dem Multivibrator mit dem ersten Schmitt-Trigger ST1, sind auch andere, einem Fachmann bekannte Ausführungen des Oszillators OSC verwendbar, wie beispielsweise in 4b dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4b umfasst einen Multivibrator mit einem ersten und einem zweiten Inverter INV1 und INV2, der ausgangsseitig das Rechtecksignal S_3 und das Dreiecksignal S_2 zur Verfügung stellt. Auch hier erfolgt die Erzeugung des steilflankigen Signals S_1 mittels der ersten RC-Einheit RC1. Mittels des Widerstandes R3 wird das steilflankige Signal S_1 dem Dreiecksignal S_2 additiv überlagert. Ausgangsseitig wird das Vergleichsignal S_COMP zur Verfügung gestellt.As an alternative to the multivibrator with the first Schmitt trigger ST1, other embodiments of the oscillator OSC known to a person skilled in the art are also usable, such as, for example, in US Pat 4b shown. The embodiment of the signal generator unit SG according to the 4b comprises a multivibrator with a first and a second inverter INV1 and INV2, which provides the square-wave signal S_3 and the triangular signal S_2 on the output side. Again, the generation of the steep-edge signal S_1 by means of the first RC unit RC1. By means of the resistor R3, the steep-edged signal S_1 is superimposed additively to the triangular signal S_2. On the output side, the comparison signal S_COMP is made available.

Bezugnehmend auf die Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4a und 4b wird das steilflankige Signal S_1 vorzugsweise dann erzeugt, wenn eine Flanke des Rechtecksignals S_3, welches von dem Oszillator OSC zur Verfügung gestellt wird, vorliegt. Eine Ausführung der Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4a und 4b hat ferner den Vorteil, dass sowohl den Maxima, wie auch den Minima des Dreiecksignals S_2 das steilflankige Signal S_1 überlagert werden kann.Referring to the signal generator unit SG according to the 4a and 4b the steep-edged signal S_1 is preferably generated when an edge of the square wave signal S_3 provided by the oscillator OSC is present. An embodiment of the signal generator unit SG according to 4a and 4b has the further advantage that both the maxima and the minima of the triangular signal S_2 can be superimposed on the steep-edged signal S_1.

Die Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4c umfasst neben dem Multivibrator mit dem ersten Schmitt-Trigger ST1 eine zweite RC-Einheit RC2. Die zweite RC-Einheit RC2 umfasst einen zweiten Widerstand R2 und einen zweiten Kondensator C2, die über einen Koppelpunkt KP elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind. Dem zweiten Widerstand R2 ist ein vorgegebenes Potential V zugeordnet, das vorzugsweise einer Gleichspannung zugeordnet ist, die vorzugsweise einen Spannungswert aufweist, der dem Spannungswert des High-Pulses des Rechtecksignals S_3 entspricht. Dem zweiten Kondensator C2 ist das Rechtecksignal S_3 des Oszillators OSC zugeordnet. Aufgrund ihres differenzierenden Verhaltens erzeugt die zweite RC-Einheit RC2 bei einer fallenden Flanke des Rechtecksignals S_3 ein impulsförmiges Signal, das über einen Schutzwiderstand R5 einem zweiten Schmitt-Trigger ST2, der als weiterer Schmitt-Trigger bezeichnet werden kann, zuführbar ist. Der zweite Schmitt-Trigger ST2 erzeugt abhängig von dem impulsförmigen Signal ausgangsseitig das steilflankige Signal S_1, dass mittels der Widerstände R4 und R3 dem Dreiecksignals S_2 überlagert wird. Ausgangsseitig von der Signalgeneratoreinheit SG wird das Vergleichsignal S_COMP zur Verfügung gestellt.The signal generator unit SG according to 4c includes in addition to the multivibrator with the first Schmitt trigger ST1 a second RC unit RC2. The second RC unit RC2 comprises a second resistor R2 and a second capacitor C2, which are electrically connected in series via a coupling point KP. The second resistor R2 is associated with a predetermined potential V, which is preferably associated with a DC voltage, which preferably has a voltage value corresponding to the voltage value of the high pulse of the square wave signal S_3. The second capacitor C2 is associated with the square wave signal S_3 of the oscillator OSC. Due to its differentiating behavior, the second RC unit RC2 generates a pulse-shaped signal at a falling edge of the square wave signal S_3, which signal can be supplied via a protective resistor R5 to a second Schmitt trigger ST2, which can be referred to as a further Schmitt trigger. Depending on the pulse-shaped signal, the second Schmitt trigger ST2 generates on the output side the steep-edged signal S_1 that is superimposed on the triangular signal S_2 by means of the resistors R4 and R3. On the output side of the signal generator unit SG, the comparison signal S_COMP is provided.

Die Signalgeneratoreinheit SG in 4d ist analog zu der in 4c ausgebildet, mit dem Unterschied, dass statt dem Multivibrator mit dem ersten Schmitt-Trigger ST1 der Multivibrator mit zwei Invertern INV2, INV3 verwendet wird, der das Rechtecksignal S_3 und das Dreiecksignal S_2 ausgangsseitig zur Verfügung stellt.The signal generator unit SG in 4d is analogous to the one in 4c trained, with the difference that instead of the multivibrator with the first Schmitt trigger ST1 of the multivibrator with two inverters INV2, INV3 is used, which provides the square wave signal S_3 and the triangular signal S_2 output side.

Im Vergleich zu der jeweiligen Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4a und 4b, wird mittels der jeweiligen Signalgeneratoreinheit SG gemäß der 4c und 4d das steilflankige Signal S_1 derart erzeugt, das es einen rechteckförmigen Verlauf aufweist. Die Ausführungsbeispiele gemäß der 4c und 4d sind ferner ausgebildet, das steilflankige Signal S_1 dem jeweiligen Maximum des Dreiecksignals S_2 zu zuordnen.In comparison with the respective signal generator unit SG according to 4a and 4b is determined by means of the respective signal generator unit SG according to 4c and 4d generates the steep-edged signal S_1 so that it has a rectangular shape. The embodiments according to the 4c and 4d are further configured to assign the steep-edged signal S_1 to the respective maximum of the triangular signal S_2.

Wie in 4a bis 4d dargestellt, wird das steilflankige Signal S_1 abhängig von dem Rechtecksignal S_3 erzeugt und somit synchron zum Dreiecksignal S_2. Alternativ kann das steilflankige Signal S_1 auch unabhängig von dem Rechtecksignal S_3 erzeugt werden, wobei darauf zu achten ist, dass eine Synchronisation beider Signale vorgegeben ist, so dass die jeweilige steigende Flanke des steilflankigen Signals S_1 einer steigenden Flanke des Dreiecksignals S_2 und die jeweilige fallende Flanke des steilflankigen Signals S_1 einer fallenden Flanke des Dreiecksignals S_2 zugeordnet ist.As in 4a to 4d shown, the steep-edged signal S_1 is generated depending on the square wave signal S_3 and thus synchronous to the triangular signal S_2. Alternatively, the steep-edged signal S_1 can also be generated independently of the square-wave signal S_3, wherein care must be taken that a synchronization of both signals is predetermined, so that the respective rising edge of the steep-edged signal S_1 a rising edge of the triangular signal S_2 and the respective falling edge of the steep-edged signal S_1 is associated with a falling edge of the triangular signal S_2.

Neben der in den 4a bis 4d dargestellten additiven Überlagerung des steilflankigen Signals S_1 und des Dreiecksignals S_2, sind auch andere Möglichkeiten zur Erzeugung des Vergleichssignals S_COMP anwendbar.In addition to the in the 4a to 4d shown additive superposition of the steep-edge signal S_1 and the triangular signal S_2, other possibilities for generating the comparison signal S_COMP are applicable.

Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele können bevorzugt für die Regelung von Spannungswandlern eingesetzt werden, die zum Beispiel in Kraftfahrzeugen nutzbar sind. Grundsätzlich sind die hier dargestellten Ausführungsbeispiele aber auch in anderen dem Fachmann bekannten Anwendungen einsetzbar, um das Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Signals zu begrenzen.The Embodiments presented here may be preferred for the Control of voltage transformers are used, for example can be used in motor vehicles. Basically, the ones shown here are embodiments but also in other applications known in the art, about the duty cycle to limit a pulse width modulated signal.

Claims

Circuitry comprising A signal generator unit (SG), which is formed on the output side, a comparison signal (S_COMP) for disposal and the comparison signal (S_COMP) depending on a triangular signal (S_2) and a steep-flank signal (S_1), wherein the Signal generator unit (SG) is designed to the steep edge Signal (S_1) in a range of maxima and / or minima of the triangular signal (S_2) so that a rising edge of the steep flank Signal (S_1) a rising edge of the triangular signal (S_2) and a falling edge of the steep edge signal (S_1) of a falling one Edge of the triangular signal (S_2) is assigned and the respective Edge of the steep edge signal (S_1) in terms of magnitude has a greater slope as the respective edge of the triangular signal (S_2), and - a comparator unit (MOD), which is designed, a predetermined default signal (S_CONT) to compare with the comparison signal (S_COMP) and the output side a resulting from the comparison pulse width modulated signal (S_PWM) available with the default signal (S_CONT) representative is for a given duty cycle of pulse width modulated signal (S_PWM) and a respective pulse duration of the resulting pulse width modulated signal (S_PWM) is dependent from a trace of the steep-edge signal, if the default signal (S_CONT) in the range of the respective maximum or minimum of the Triangular signal (S_2) is greater than or equal to the maximum or less than the minimum.

Circuit arrangement according to Claim 1, in which the Signal Generator Unit (SG) has at least one oscillator (OSC), which is formed, a square wave signal (S_3) and the triangular signal (S_2) available to ask, depending from the rectangular signal (S_3), the steep-edged signal (S_1) can be generated is.

Circuit arrangement according to Claim 2, in which the at least one oscillator (OSC) as a multivibrator with a Schmitt trigger (ST1) is formed.

Circuit arrangement according to Claim 2, in which the at least one oscillator (OSC) as a multivibrator with at least two inverters (INV2, INV3) is formed.

Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, wherein the signal generator unit (SG) at least a first RC unit (RC1) comprising a first resistor (R1) and a first capacitor (C1) and the first RC unit (RC1) is so coupled to the oscillator (OSC) that this is the square wave signal (S_3) can be fed on the input side is, and the first RC unit (RC1) is formed, the output side to provide the steep-edged signal (S_1).

Circuit arrangement according to one of Claims 2 to 4, in which the signal generator unit (SG) has at least one second RC unit (RC2) and one further Schmitt trigger (ST2), the second RC unit (RC2) having a second resistor (R2 ) and a second capacitor (C2), which are electrically coupled to one another at a crosspoint (KP), and the second resistor (R2) is coupled to a predetermined potential (V) and the signal generator unit is designed such that the second capacitor ( C2), the square wave signal (S_3) of the oscillator (OSC) can be supplied, and the further Schmitt trigger (ST2) is electrically coupled on the input side to the crosspoint (KP) of the second RC unit (RC2) and is designed to provide the steep-edged signal (S_1) on the output side.