DE102011001610A1 - Method for actuating magnetic coil device, involves determining characterizing voltage ratio between current paths for magnetic coil current and between current paths for reference current based on sample values of measured voltage drops - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Elektrotechnik, insbesondere auf Besonderheiten von Halbleiterschaltkreisen für die Ansteuerung von Solenoiden (Magnetspulen). Gezeigt wird eine trickreiche Methode um die Bewegungen der beweglichen Teile (Anker) zu steuern und deren aktuelle Position innerhalb der Magnetspulen zu verfolgen. In dieser Erfindung werden Strom-Spiegelung und Abtastung (Sampling) von Spannungsabfällen zu unterschiedlichen Zeitpunkten an parallel verbundenen Transistoren für das Leiten des Magnetspulenstroms verwendet. Diese Transistoren dienen zur Spulenstromsteuerung durch Pulsbreitenmodulation (Pulsewidthmodulation, PWM). Die Erfindung erlaubt eine verbesserte Genauigkeit und eine höhere Geschwindigkeit für elektromechanisch gesteuerte Systeme. Sie ermöglicht das Erkennen von Fehlverhalten wie durch Blockierung des Ankers (des beweglichen Teiles des Solenoides) innerhalb der Magnetspule.The proposed invention relates to the technical field of electrical engineering, in particular to special features of semiconductor circuits for the control of solenoids (magnetic coils). Shown is a tricky method to control the movements of the moving parts (armature) and to track their current position within the magnetic coils. In this invention, current mirroring and sampling of voltage drops at different times on parallel connected transistors are used to conduct the solenoid current. These transistors are used for coil current control by pulse width modulation (PWM). The invention allows improved accuracy and speed for electromechanically controlled systems. It makes it possible to detect misbehavior such as by blocking the armature (the moving part of the solenoid) within the solenoid coil.
Treiber für Magnetspulen werden in vielen Anwendungen verwendet, wie für Dispenser von Fluiden, Ventile und Magnetschalter. Zur Ansteuerung solcher Magnetspulen ist die Verwendung von PWM Signalen vorteilhafter gegenüber jener durch Gleichstrom. Das PWM Signal in dieser Erfindung kann einfach durch eine Zentralprozesseinheit (central processing unit, CPU) erzeugt werden. Die Stromregelung ist dadurch erleichtert. Das PWM Taktverhältnis bestimmt den Wert des Stromes durch die Magnetspule und verursacht somit die Bewegung des Ankers innerhalb der Spule. Der Maximalstrom durch die Magnetspule wird zu Beginn der relativen Bewegung des Ankers gegenüber derselben benötigt, insbesondere beim Übergang zur aktiven Position. Aufgrund der Bewegung des Ankers ändert sich die Induktivität der Magnetspule, auch aufgrund der neuen relativen Position des Ankers gegenüber der Spule.Magnetic coil drivers are used in many applications, such as dispensing fluids, valves and magnetic switches. To control such solenoid coils, the use of PWM signals is more advantageous over that of DC. The PWM signal in this invention can be easily generated by a central processing unit (CPU). The current control is facilitated. The PWM duty cycle determines the value of the current through the solenoid coil and thus causes the movement of the armature within the coil. The maximum current through the solenoid is required at the beginning of the relative movement of the armature relative to the same, in particular during the transition to the active position. Due to the movement of the armature, the inductance of the solenoid changes, also due to the new relative position of the armature relative to the coil.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Verschiedene Vorschläge zur Magnetspulenansteuerung finden sich in der Literatur: Patent
Kompensation von Drift, Reduktion von Signalschwankungen und Energieverlust, sowie Geschwindigkeits-Verbesserung sind somit die unterschiedlichen Betrachtungspunkte in den bekannten Erfindungsveröffentlichungen. Dazu werden mehr oder weniger unterschiedliche zusätzliche Anforderungen an die Schaltungen gestellt.Compensation of drift, reduction of signal fluctuations and energy loss, as well as speed improvement are thus the different viewpoints in the known publications of the invention. These are more or less different additional requirements placed on the circuits.
In
Wichtig ist eine genaue Kenntnis der Position des Ankers innerhalb der Magnetspule. Dadurch kann durch Stromreduktion Energie eingespart werden. Die Position des Ankers kann über die Induktionsveränderung ermittelt werden. Ein bekanntes Verfahren zur Induktivitätsermittlung basiert auf der Ansteuerung mit einem Referenzstrom über eine bestimmte Zeitdauer und einer anschließenden Phase zur Bestimmung der Abfallszeit des Stromwertes. Die Unterschiede in den erfassten Stromabnahmedauern dienen der Information über die Ankerposition, da hier eine Abhängigkeit von der Induktivität besteht. Das ist in
ERFINDUNGS-HINTERGRUNDFiction BACKGROUND
Zielgebung solcher Erfindungen ist es, ein Verfahren zu erlangen, den Strom durch eine Magnetspule präzise zu bestimmen und die genaue Position des Ankers innerhalb derselben zu detektieren. Für die Spulenstromerfassung könnte beispielsweise der Spannungsabfall an einem bekannten ohmschen Widerstand gemessen werden, dann verstärkt werden und schließlich weiterverarbeitet werden.The aim of such inventions is to provide a method of accurately determining the current through a solenoid and detecting the exact position of the armature within it. For the coil current detection, for example, the voltage drop across a known ohmic resistance could be measured, then amplified and finally further processed.
In der hier offenbarten Erfindung wird eine genauere Methode zur Bestimmung des Magnetspulenstromes vorgeschlagen. Sie kombiniert die bekannten Verfahren der Stromspiegelung und der Erfassung von Spannungsabfällen an einerseits kleinen Transistoren, die mit einer Referenzstromquelle verbunden sind, und andererseits an größeren Leistungstransistoren, die über die Magnetspule mit der Versorgungsspannung in Verbindung stehen. Die gemessenen Spannungsabfälle zwischen den Source-(bzw. Kollektor) und Drain-(bzw. Emitter-)Anschlüssen der Transistoren werden zu bestimmten Zeitschlitzen abgetastet. Das resultiert in einer einzigartigen Signatur des Solenoids und diese Signatur korreliert zu einer bestimmten Ankerposition in Bezug auf die Magnetspule.In the invention disclosed herein, a more accurate method for determining the solenoid current is proposed. It combines the known methods of current mirroring and the detection of voltage drops on the one hand small transistors which are connected to a reference current source, and on the other hand to larger power transistors which are connected via the magnetic coil to the supply voltage. The measured voltage drops between the source (or collector) and drain (or emitter) terminals of the transistors are sampled at specific time slots. This results in a unique signature of the solenoid and this signature correlates to a particular armature position relative to the solenoid.
Des Weiteren ist eine Fehler-Erkennung möglich. Die Signatur des Solenoides spiegelt die Form der Stromkurve über die Zeit wider. Diese Form wird über die Spannungsabfälle an den Treibertransistoren für die Magnetspulen während der Strom-„EIN” Phase des PWM-Signales grob erfasst, wobei dieses PWM-Signal an den Gate-(bzw. Basis-)Anschlüssen anliegt und den definierten Strom durchschaltet. Die Signatur hängt einerseits von den Eigenschaften der Magnetspule (der Spuleninduktanz, dem Spulenwiderstand) ab, und andererseits von der Ankerposition, die diese Größen verändert.Furthermore, an error detection is possible. The signature of the solenoid reflects the shape of the current curve over time. This shape is roughly detected via the voltage drops across the driver transistors for the solenoids during the current "ON" phase of the PWM signal, which PWM signal is applied to the gate (or base) terminals and turns on the defined current. The signature depends on the one hand on the properties of the magnetic coil (the coil inductance, the coil resistance), and on the other hand on the anchor position, which changes these sizes.
Eine genaue Messung und Analyse dieser Signatur mithilfe von vorzugsweise eines Mikroprozessors ist die Kernaufgabe der Erfindung. Die näherungsweise Erfassung der Stromkurven erfolgt über Sample- und Hold-Technik (Abtast- und Halteverfahren). Dabei wird eine Werttabelle von mehreren Abtastwerten über die Zeit gebildet, welche einen Vergleich mit gespeicherten Werten z. B. aus einem Kalibrierzyklus ermöglicht.Accurate measurement and analysis of this signature using preferably a microprocessor is the core object of the invention. The approximate detection of the current curves via sample and hold technique (sample and hold method). In this case, a value table of several samples is formed over time, which compares with stored values z. B. allows a calibration cycle.
Wird die Messung eines Spannungsabfalls anhand eines bekannten Widerstandes dazu verwendet den Spulenstrom zu ermitteln, ergäbe sich neben durch die dadurch verursachte Verlustleistung ungewünschte Wärmebildung. Darüber hinaus ist die Integration genauer Widerstände nicht einfach und benötigt in der Produktion Trimmen. Folglich ist eine solche Lösung ungeeignet, insbesondere bei Anwendungen mit höherer Leistung.If the measurement of a voltage drop using a known resistance used to determine the coil current, would result in addition to the power loss caused thereby undesirable heat generation. In addition, the integration of accurate resistances is not easy and requires trimming in production. Consequently, such a solution is unsuitable, especially in higher power applications.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Basierend auf den Stand der Technik wurde ein neues Verfahren gesucht, um eine Magnetspule mit beweglichem Anker anzusteuern, wobei höhere Geschwindigkeit und Positioniergenauigkeit bei möglichst geringem Energiebedarf zu einer verbesserten Performance beitragen sollen. Mögliche Fehler sollen frühzeitig erkannt werden, um mögliche Schäden oder Folgeschäden rechtzeitig zu vermeiden. Der Wert der Stromdichte soll so konstant wie möglich gehalten werden, aber auch an einen großen Strom-Amplitudenbereich anpassbar sein. Die aktuelle Position des Ankers oder bewegten Teiles durch die Magnetspule soll so genau wie möglich bestimmbar sein. Ein einfaches Steuerprinzip wurde gesucht, welches mit Mikroprozess-Kontrolle sowohl die PWM-Ansteuerung ermöglicht aber auch eine Regelung durch einen geschlossenen Regelkreis erlaubt. Änderungen in der Versorgung, beispielsweise aufgrund des Batterielzustands oder aufgrund unterschiedlicher angewandter Versorgungsspannungen innerhalb eines Bereiches, Änderungen aufgrund ändernder Umgebungstemperaturen sollen ebenso berücksichtigt werden, wie produktionsbezogene Schwankungen der Systemeigenschaften. Der Einfluss all dieser Parameter soll minimierbar werden.Based on the prior art, a new method has been sought to drive a magnetic coil with a movable armature, with higher speed and positioning accuracy with the lowest possible energy consumption to improve performance should contribute. Possible errors should be detected early to avoid possible damage or consequential damage in good time. The value of the current density should be kept as constant as possible, but also be adaptable to a large current amplitude range. The current position of the armature or moving part through the solenoid coil should be determined as accurately as possible. A simple control principle was sought, which allows both the PWM control with micro-process control but also allows closed-loop control. Changes in the supply, for example due to the battery condition or due to different applied supply voltages within a range, changes due to changing ambient temperatures should also be taken into account, as well as production-related fluctuations of the system characteristics. The influence of all these parameters should be minimized.
DIE ERFINDUNGTHE INVENTION
Die oben genannten Aufgaben der Erfindung wurden gemäß den dargelegten Ansprüchen gelöst. Dazu zeigt das entwickelte Verfahren zum Ansteuern von Magnetspulen-Vorrichtungen folgende Elemente:
Strom von einer Referenzstromquelle wird durch zumindest einen – über aus einer Anzahl N1 Komponenten adressierten Strompfad geführt. Die Komponenten dienen dabei zur gleichzeitigen Pulsweitenmodulation des Stromes und sind elektrisch parallel geschaltet. Jede von der Ansteuerung ausgewählte Komponente der Teilpfade wird für eine erste wählbare Zeitdauer synchron geöffnet und für eine zweite wählbare Zeitdauer synchron geschlossen. Nicht benötigte Pfade sind die gesamte Zeit über geschlossen. Gleichzeitig mit der Pulsbreitenmodulation des Referenzstromes erfolgt die Pulsbreitenmodulation des Magnet-Spulenstromes durch Leitung dieses Stromes durch eine gleiche oder ähnliche Anzahl von durch weitere N2 Komponenten adressierbare parallele Strompfade. Auch hier werden die adressierten Pfade zeitgleich für die erste wählbare Zeitdauer synchron geöffnet und für die zweite wählbare Zeitdauer synchron geschlossen und nicht benötigte Pfade die gesamte Zeit über geschlossen.The above objects of the invention have been achieved according to the claims set forth. For this purpose, the developed method for driving magnet coil devices shows the following elements:
Current from a reference current source is passed through at least one current path addressed by a number N 1 components. The components serve for the simultaneous pulse width modulation of the current and are electrically connected in parallel. Each component of the subpaths selected by the driver is opened synchronously for a first selectable period of time and closed synchronously for a second selectable period of time. Unnecessary paths are closed the entire time. Simultaneously with the pulse width modulation of the reference current, the pulse width modulation of the magnetic coil current is carried by conduction of this current by an equal or similar number of addressable by further N 2 components parallel current paths. Again, the addressed paths are opened synchronously at the same time for the first selectable period of time and closed synchronously for the second selectable period of time and unnecessary paths are closed the entire time.
Entlang aller paralleler Strompfade für den Referenzstrom einerseits und für den Spulenstrom andererseits werden die Spannungsabfälle über die der Modulation dienenden Komponenten gemessen und Durchschnittswerte gebildet.Along all the parallel current paths for the reference current on the one hand and for the coil current on the other hand, the voltage drops across the components serving for the modulation are measured and averages are formed.
Der Durchschnittswert für den Referenzstrom-Spannungsabfall wird innerhalb zumindest eines gewählten Zeitschlitzes der gesamten Pulsperiode abgetastet und zwischengespeichert. Der Durchschnittswert für den Spulenstrom wird innerhalb von zumindest zwei gewählten Zeitschlitzen ebenfalls abgetastet und zwischengespeichert. Alle Abtastwerte werden zyklisch genommen, zumindest jedoch in zwei Perioden des Pulsbreitensignals.The average value for the reference current voltage drop is sampled and buffered within at least one selected time slot of the entire pulse period. The average value for the coil current is also sampled and buffered within at least two selected time slots. All samples are taken cyclically, but at least in two periods of the pulse width signal.
Die Abtastwerte für den Spulenstrom-bedingten Spannungsabfall-Durchschnittswert an den modulierenden Komponenten dienen als charakterisierender Vektor für die elektrischen Eigenschaften der Spule, in Abhängigkeit von Position und Geschwindigkeit des Magnetspulenkernes. Die Werte dieser so erhaltenen Signatur, gegeben durch den Abtastwerte-Vektor werden durch eine Kontrollvorrichtung zur Pulsbreitenregelung oder zur Detektion von Fehlverhalten der Magnetspule verwendet. Abtastwerte für den Spulenstrom bestimmenden Spannungsabfall werden gemittelt und das Verhältnis zu jenen des Referenzstrompfades bestimmt. Somit wird Referenzstrom und Spulenstrom bestimmbar und genauer kontrollierbar.The sample values for the coil current-related voltage drop average value at the modulating components serve as a characterizing vector for the electrical properties of the coil, as a function of the position and velocity of the magnet coil core. The values of this signature thus obtained, given by the sample vector, are used by a control device for pulse width control or for the detection of magnetic coil malfunction. Sample values for the coil current determining voltage drop are averaged and the ratio to that of the reference current path determined. Thus, reference current and coil current can be determined and more precisely controlled.
Eine Besonderheit des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass Stromspiegelung zur Vervielfachung des Referenz-Stromes der Einstellung eines definierten Spulenstromes zur Anwendung kommt. Dazu wird jedem adressierten Pfad für den Referenzstrom ein um das Vielfache breiterer Pfad für den Spulenstrom zugeordnet. Diese einander zugeordneten Pfad-Paare haben jeweils das gleiche Verhältnis der Pfadbreiten zueinander bei einer gegebenen gemeinsamen Länge.A special feature of the method is given by the fact that current mirroring for multiplying the reference current of the setting of a defined coil current is used. For this purpose, each addressed path for the reference current is assigned a multiply wider path for the coil current. These mutually associated path pairs each have the same ratio of the path widths to each other at a given common length.
Es kann vorteilhaft sein jedem Referenzstrompfad mehr als einen Spulenstrompfad zuzuordnen.It may be advantageous to assign more than one coil current path to each reference current path.
Zur Bildung der Abtastwerte wird vorzugsweise eine bekannte Sample-and-Hold Technik verwendet, wobei die Spannungswerte der PWM modulierten Pfade als gemittelte Signale in zumindest einem kapazitiven Element mithilfe von Schaltelemente zwischengespeichert werden. Dabei dienen Steuersignale beispielsweise aus einem Mikrokontroller der Wahl der Zeitschlitze innerhalb der PWM Signalperiode.To form the samples, a known sample-and-hold technique is preferably used, wherein the voltage values of the PWM modulated paths are latched as averaged signals in at least one capacitive element by means of switching elements. In this case, control signals serve, for example, from a microcontroller to select the time slots within the PWM signal period.
Für das Verfahren ist es günstig, dass zumindest zwei Spannungsmuster aus zwei Zeitfenstern hintereinander erfasst werden und anschließend parallel ausgewertet werden.For the method, it is favorable that at least two voltage patterns from two time windows are detected in succession and then evaluated in parallel.
Eine Analog-Digital-Umsetzung wird vorteilhaft verwendet, um die erfassten Spannungsmuster die in den Speicherkondensatoren analog vorliegen in digitale Register speichern zu können und infolge digital weiterzuverarbeiten.An analog-to-digital conversion is advantageously used in order to be able to store the detected voltage patterns, which are present in analogy in the storage capacitors, in digital registers and to further process them as a result of digital processing.
Mikroprozessor-Verarbeitung wird dazu genutzt, die Signatur (eine zustandscharakterisierende Darstellung) durch Speichern in zueinander bezogene Register zu erfassen und infolge eine Analyse der erfassten Abtastwerte beispielsweise durch Software zu ermöglichen. Insbesondere wird das Spannungsverhältnis zwischen den Spannungen an den modulierenden Elementen der Pfade für den Spulenstrom und dem Spannungsabfall am Referenzstrompfad auch unter Nutzung gespeicherter gewichteter Referenzwerte, die entweder durch Kalibrierung oder Berechnung oder aus Simulationsergebnissen bestimmt, vorzugsweise durch digitale Berechnung.Microprocessor processing is used to acquire the signature (a state-characterizing representation) by storing in registers related to each other, and to allow analysis of the acquired samples, for example, by software. In particular, the voltage relationship between the voltages on the modulating elements of the paths for the coil current and the voltage drop across the reference current path is also determined using stored weighted reference values determined either by calibration or calculation or from simulation results, preferably by digital calculation.
Über einen Mikroprozessor wird vorteilhaft die Pulsbreite über die modulierenden Elemente durch Ansteuersignale an deren Eingängen bestimmt. Diese modulierenden Elemente schalten die Strompfade eine bestimmte Zeit einer Periode ein und die restliche Zeit aus. Dadurch wird der mittlere Stromwert durch die Magnetspule variiert, also der Stromanstieg als auch der Stromabfall geregelt.Via a microprocessor, the pulse width over the modulating elements is advantageously determined by control signals at their inputs. These modulating elements turn on the current paths for a certain period of time and the rest of the time. As a result, the average current value is varied by the magnetic coil, so regulated the current increase and the current drop.
Eine Auswahl der involvierten Pfade wird zweckmäßig über Steuersignale ausgewählt. Diese Auswahl dient somit zur Bestimmung der Gesamtstromdichte innerhalb der Pfade.A selection of the involved paths is expediently selected via control signals. This selection thus serves to determine the total current density within the paths.
Über das oben beschriebene Verfahren hinaus ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.Beyond the method described above, the apparatus for carrying out the method is described.
Diese weist somit folgende Komponenten auf:
- 1) eine Referenzstromquelle für den Referenzstrom,
- 2) mindestens zwei parallele Transistor-Kanäle für den Referenzstrom mit Steuer-Gate- oder Basisanschlüssen zur Deaktivierung oder Ansteuerung durch Pulsbreitenmodulation, wobei die Transistorkanäle unterschiedliches Breite zu Längeverhältnis aufweisen,
- 3) zumindest ebenso viele Transistorkanäle zur Kontrolle des Magnetspulenstroms, wobei jeder Transistorkanal einem der parallelen Transistorkanäle für den Referenzstrom zugeordnet ist. Es können auch mehrere Magnetstrom-Transistorkanäle einem Referenzstrom-Transistorkanal zugeordnet sein. Die Zuordnung erfolgt dadurch, dass die Gate- oder Basisanschlüsse mit demselben PWM Ansteuer(oder Deaktivierungs-)signal verbunden sind. Das Breite zu Längeverhältnis der Magnetstromtransistorenkanäle ist ein konstantes Vielfaches des Breite zu Längenverhältnisses der Referenztransistorkanäle,
- 4) Spannungsabgreifstrukturen an jedem Transistor für den Referenzstromanteil und an jedem Transistor für die Spulenstromanteile,
- 5) Vorrichtungen zur Mittelung der Spannungswerte an den Transistoren für den Referenzstromanteil und der Spannungswerte an den Transistoren für die Spulenstromanteile,
- 6) Sample- und Hold-Strukturen vorzugsweise mit Operationsverstärker, Speicherkondensatoren (C1, C2, ..., Ck, CD) und Analogschaltern zur Erfassung der Signatur, welche eine Anzahl zeitliche Abfolge von Abtastwerten während einer PWM-Periode darstellt,
- 7) einen Zeitgeber und Auswahlblock. Dieser steuert die Gate- bzw. Basisanschlüsse der Transistoren jedes Strompfades für den Referenzstrom oder den Magnetspulenstrom derart, dass der zugehörige Transistorkanal hochohmic gesperrt ist oder über Pulsbreitensignale (PWM) geöffnet und geschlossen wird. Die Auswahl entscheidet die Höhe der Stromdichte erlaubt dadurch den gewünschten Mittelwert des Magnetspulenstromes mehr oder weniger rasch zu erreichen, und um die Zeitschlitze für die Erfassung der Samples mithilfe der Analogschalter über Steuerleitungen (ct1, ct2, ... ctk, ctr) zu bestimmen,
- 8) einen Evaluierungsblock. Dieser erlaubt es, aus den erfassten Spannungswerte-Vektoren (At1, At2, ..., Atk) – als Signatur für die aktuelle Position des Magnetspulen-Ankers bei einer gegebenen Geschwindigkeit – gegenüber gespeicherten Referenz-Signaturen,
- 9) einen Rechenblock (
53 ) für das Verhältnis (E) zwischen Abtastwerten (At1, At2, ..., Atk) der Spannungsabfälle (esj) bei zumindest einigen Transistoren für die Spulenstrompfade, wobei die Spannungsabfälle durch eine Vorrichtung (51 ) gemittelt werden, einerseits und mit zumindest einem Abtastwert (D) des Spannungsabfalls der Referenzstrompfade andererseits, - und 10) einen Mikroprozessor.
- 1) a reference current source for the reference current,
- 2) at least two parallel transistor channels for the reference current with control gate or base terminals for deactivation or control by pulse width modulation, wherein the transistor channels have different width to length ratio,
- 3) at least as many transistor channels for controlling the solenoid current, each transistor channel being associated with one of the parallel transistor channels for the reference current. It is also possible to assign a plurality of magnetic current transistor channels to a reference current transistor channel. The assignment is made by connecting the gate or base terminals to the same PWM drive (or disable) signal. The width to length ratio of the magnetic current transistor channels is a constant multiple of the width to length ratio of the reference transistor channels,
- 4) voltage tap patterns on each transistor for the reference current component and on each transistor for the coil current components,
- 5) means for averaging the voltage values at the transistors for the reference current component and the voltage values at the transistors for the coil current components,
- 6) sample and hold structures, preferably with operational amplifiers, storage capacitors (C 1 , C 2 ,..., C k , C D ) and analog signature detection switches, which represent a number of time series of samples during a PWM period .
- 7) a timer and selection block. This controls the gate or base terminals of the transistors of each current path for the reference current or the magnetic coil current such that the associated transistor channel is hochohmic locked or opened and closed via pulse width signals (PWM). The choice decides the amount of current density allowed to reach the desired mean value of the solenoid current more or less quickly, and the time slots for the detection of the samples using the analog switches via control lines (c t1 , c t2 , ... c tk , c tr ) to determine
- 8) an evaluation block. This allows, from the detected voltage value vectors (A t1 , A t2 , ..., A tk ) - as a signature for the current position of the solenoid coil at a given speed - against stored reference signatures,
- 9) a computational block (
53 ) for the ratio (E) between samples (A t1 , A t2 , ..., A tk ) of the voltage drops (e sj ) in at least some transistors for the coil current paths, the voltage drops being caused by a device (51 ) are averaged, on the one hand, and with at least one sample (D) of the voltage drop of the reference current paths on the other hand, - and 10) a microprocessor.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert:The invention is explained in more detail by the following examples:
Die vorgeschlagene Erfindung wird im Wesentlichen durch die Blöcke
Ein Teil dieser Spannungssignale gehören zum Referenzstrom Ir und bilden die Spannungsabfälle eri entlang der modulierenden Elemente, wie Schalter für den Referenzstrom. Die restlichen Spannungssignale gehören zum Magnetspulenstrom Is und bilden die Spannungsabfälle esj entlang der modulierenden Elemente, z. B. Schalter für den Spulenstrom.Some of these voltage signals belong to the reference current I r and form the voltage drops e ri along the modulating elements, such as switches for the reference current. The remaining voltage signals belong to the solenoid current I s and form the voltage drops e sj along the modulating elements, for. B. switch for the coil current.
In
M stellt für gewöhnlich ein bestimmtes Verhältnis von Breite zu Länge des Transistorkanales dar, und der kleinste Transistor hat den Wert M = 1. Dadurch wird ermöglicht, dass bei gleichem Signal am Anschluss sri und am Anschluss spi der Strom des einen Pfades auf den anderen Pfad gespiegelt wird, wobei die Amplitude des gespiegelten Stromes proportional zum Verhältnis der Transistordimensionen Msi/Mri = Q ist.M usually represents a certain ratio of width to length of the transistor channel, and the smallest transistor has the value M = 1. This makes it possible for the same signal at the terminal s ri and the connection s pi the current of one path to the the other path is mirrored, where the amplitude of the mirrored current is proportional to the ratio of the transistor dimensions M si / M ri = Q.
Die Source-Anschlüsse eines Teiles der Transistoren Tr1, Tr2, ..., TrN1 sind mit Referenz-Masse GNDr verbunden und die zugehörigen Drain-Anschlüsse sind mit der Referenzstromquelle Ir verbunden. An jedem modulierendem Transistor Tr1, Tr2, ..., TrN1 wird ein Spannungsabfall eri zwischen Drain und Source mithilfe von kleinen Schaltern swr1+, swr1–, swr2+, swr2+, swr2–, ..., swrN1+, swN1–. Abgegriffen.The source terminals of a portion of the transistors T r1 , T r2 , ..., T rN1 are connected to reference ground GND r and the associated drain terminals are connected to the reference current source I r . At each modulating transistor T r1 , T r2 ,..., T rN1 , a voltage drop e ri between drain and source is detected by means of small switches sw r1 + , sw r1- , sw r2 + , sw r2 + , sw r2- , ... sw rN1 + , sw N1- . Tapped.
Gleichermaßen werden die Spannungsabfälle esj an den Transistoren Ts1, Ts2, ..., TsN2 über die Schalter sws1+, sws1–, sws2+, sws2+, sws2–, ..., swsN2+, swsN2 abgegriffen. Diese Transistoren leiten den Spulenstrom Is. Die Transistoren verbinden die Spule mit der Masse GNDp. Die modulierenden Signale cr1, cr2, ... cri, ... crN1 und cs1, cs2, ... csi, ... csN2 bestimmen welche Transistoren verwendet werden und mit dem Pulsbreitenmodulations-Signal an deren Steuereingang beaufschlagt werden.Likewise, the voltage drops e sj at the transistors T s1 , T s2 , ..., T sN2 become over the switches sw s1 + , sw s1- , sw s2 + , sw s2 + , sw s2- , ..., sw sN2 + , sw sN2 tapped. These transistors conduct the coil current I s . The transistors connect the coil to ground GND p . The modulating signals c r1 , c r2 , ... c ri , ... c rN1 and c s1 , c s2 , ... c si , ... c sN2 determine which transistors are used and with the pulse width modulation signal on whose control input is acted upon.
Diese Ausgangssignale eri, esj des Leistungsmoduls
Das Ergebnis sind die Ausgangssignale der Abtasteinheit
In
Eine mögliche Implementation der Abtasteinheit ist in
Daraus resultieren die Analogwerte At2, ..., Atk und D in den Kondensatoren, welche dann in der in der Weiterverarbeitungseinheit
Die Signalverarbeitung der CPU beinhaltet die Steuerung der Pulsweitenmodulations-Signale für die Steuereingänge cr1, cr2, ... cri, ... crN1 und cs1, cs2, ... csi, ... csN2. Ein zweites Signal der Weiterverarbeitungseinheit
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