DE102012214717A1 - Method for controlling power or voltage of load e.g. electric heater of diesel engine to monitor exhaust gas composition, involves changing duty factor of pulse width modulation such that actual voltage corresponds to reference voltage - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mit Hilfe einer Leistungsendstufe, wobei die Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt und wobei eine Periode der Puls-Weiten-Modulation aus einem Einschaltbereich, einem Ausschaltbereich und zwei Flankenbereichen gebildet wird.The invention relates to a method for power control or voltage control of an electrical load by means of a power output stage, wherein the power control or voltage control via a pulse width modulation (PWM) with an adjustable duty cycle and wherein a period of the pulse width modulation of a switch-on , a turn-off and two edge regions is formed.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers mit Hilfe einer Leistungsendstufe, wobei die Leistungssteuerung über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) mit einem einstellbaren Tastverhältnis erfolgt und wobei eine Periode der Puls-Weiten-Modulation durch einen Einschaltbereich, einen Ausschaltbereich und zwei Flankenbereiche gebildet ist.The invention further relates to a device for power control or voltage control of an electrical consumer by means of a power output stage, wherein the power control via a pulse-width modulation (PWM) with an adjustable duty cycle and wherein a period of the pulse width modulation by a switch-on, a Ausschaltbereich and two edge regions is formed.
Zur Einstellung einer Leistung, einer effektiven Spannung oder eines effektiven Stroms ist es bekannt, elektrische Verbraucher über eine Puls-Weiten-Modulation (PWM) anzusteuern. Dabei wird eine beispielsweise konstante Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers in einem vorgegebenen Tastverhältnis (TV) ein- und ausgeschaltet. Über das Verhältnis der Einschalt- zur Ausschaltzeit können die dem Verbraucher zugeführte elektrische Leistung, die effektive Spannung und der effektive Strom eingestellt werden. To set a power, an effective voltage or an effective current, it is known to drive electrical consumers via a pulse-width modulation (PWM). In this case, for example, a constant supply voltage of the electrical load in a predetermined duty cycle (TV) on and off. The ratio of the switch-on to switch-off time can be used to adjust the electrical power supplied to the load, the effective voltage and the effective current.
Der Schaltvorgang kann über eine entsprechend angesteuerte Leistungsendstufe erfolgen. Das Tastverhältnis kann dabei geregelt oder gesteuert vorgegeben werden. The switching process can be carried out via a correspondingly controlled power output stage. The duty cycle can be specified regulated or controlled.
Die Einstellung des Tastverhältnisses erfolgt bei gesteuerten Systemen unter der Annahme eines idealen Verhaltens der verwendeten elektronischen Bauteile und somit des zeitlichen Verlaufs der dem Verbraucher zugeführten Spannung. Abweichungen von diesem idealen Verhalten, beispielsweise durch eine begrenzte Flankensteilheit oder durch Verzögerungszeiten, wirken sich unmittelbar auf die dem Verbraucher zugeführte Leistung beziehungsweise den effektiven Strom und die effektive Spannung aus. Die Abweichungen können dabei im, gegebenenfalls durch Bauteiltoleranzen unterschiedlichen, Ansprechverhalten der verwendeten elektronischen Bauteile begründet sein. Die Flankensteilheit kann zusätzlich durch Anforderungen bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) begrenzt sein. The adjustment of the duty cycle takes place in controlled systems, assuming an ideal behavior of the electronic components used and thus the time course of the voltage supplied to the consumer. Deviations from this ideal behavior, for example due to a limited slope or delay times, have a direct effect on the power supplied to the load or the effective current and the effective voltage. The deviations can be justified in the, possibly by component tolerances different, response of the electronic components used. The edge steepness can additionally be limited by requirements in terms of electromagnetic compatibility (EMC).
Abweichungen von dem idealen Verhalten wirken sich besonders stark bei kleinen Tastverhältnissen der Puls-Weiten-Modulation aus. Kleine Tastverhältnisse können sich beispielsweise dadurch ergeben, dass elektrische Verbraucher mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden. So beschreibt die
Abgassonden, beispielsweise Lambdasonden, wie sie heute bei modernen Brennkraftmaschinen zur Überwachung und Regelung der Abgaszusammensetzung verwendet werden, weisen häufig einen elektrischen Heizer zur Einstellung einer vorgegebenen Betriebstemperatur der Abgassonde auf. Die Heizleistung wird durch eine Puls-Weiten-Modulation eingestellt, die beispielsweise auf eine 12V Versorgungsspannung ausgelegt ist. Eine mögliche Verwendung der Abgassonde in einem 24V System führt zu sehr kleinen Tastverhältnissen. Abweichungen vom idealen Verhalten der Puls-Weiten-Modulation werden im geregelten Betrieb ab einer bestimmten Zelltemperatur durch einen Temperaturregler ausgeglichen. Im gesteuerten Betrieb, beispielsweise während eine Messgröße von der Abgassonde zum Betrieb einer Regelung nicht verfügbar ist, können die beschriebenen Abweichungen von dem idealen Verhalten zu starken Temperaturabweichungen mit entsprechend hohem Risiko zu Ausfällen infolge eines Fehlbetriebs führen.Exhaust gas sensors, for example, lambda sensors, such as are used today in modern internal combustion engines for monitoring and controlling the exhaust gas composition, often have an electric heater for setting a predetermined operating temperature of the exhaust gas probe. The heating power is set by a pulse-width modulation, which is designed for example to a 12V supply voltage. A possible use of the exhaust probe in a 24V system leads to very small duty cycles. Deviations from the ideal behavior of pulse-width modulation are compensated for in regulated operation from a certain cell temperature by a temperature controller. In controlled operation, for example, while a measure of the exhaust gas probe for operating a control is not available, the described deviations from the ideal behavior to strong temperature deviations with a correspondingly high risk can lead to failures due to a malfunction.
Um dennoch einen gesteuerten Betrieb zu ermöglichen, können schnelle, eng tolerierte Leistungsendstufen für die Ansteuerung verwendet werden. Dies führt jedoch zu einer unzulässig hohen EMV-Abstrahlung. In order to nevertheless enable a controlled operation, fast, closely tolerated power output stages can be used for the control. However, this leads to an inadmissibly high EMC radiation.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines DC/DC-Wandlers an Stelle der Puls-Weiten-Modulation. Dies führt zu hohen Kosten. Zusätzliche Nachteile sind ein großer Platzbedarf sowie die bei dem Verfahren auftretende hohe Verlustwärme. Another possibility is to use a DC / DC converter instead of pulse width modulation. This leads to high costs. Additional disadvantages are a large space requirement and the high heat loss occurring during the process.
Ebenfalls hohe Kosten und ein hoher Platzbedarf bei gleichzeitig hohem Hardware-Aufwand entstehen bei der Messung und Einstellung eines geeigneten Strommittelwerts. Also high costs and a high space requirement with simultaneous high hardware expenditure arise in the measurement and setting of a suitable average current value.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine genaue und kostengünstige Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers über Puls-Weiten-Modulation auch bei kleinen Tastverhältnissen ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a method which an accurate and cost-effective power control of an electrical load via pulse-width modulation even at low duty cycle allows.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen. It is a further object of the invention to provide a corresponding device.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Spannungsverlauf über dem elektrischen Verbraucher ermittelt wird, dass aus dem Spannungsverlauf eine tatsächliche effektive Spannung über dem elektrischen Verbraucher berechnet wird, dass die tatsächliche effektive Spannung mit einer vorgegebenen effektiven Sollspannung verglichen wird und dass das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation derart verändert wird, dass die tatsächliche effektive Spannung der vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht.The object of the invention relating to the method is achieved by determining a voltage profile across the electrical load, calculating an actual effective voltage across the electrical load from the voltage profile, comparing the actual effective voltage with a predetermined effective setpoint voltage, and the duty cycle of the pulse-width modulation is changed such that the actual effective voltage of the predetermined effective target voltage corresponds.
Der Spannungsverlauf wird dabei so hoch aufgelöst erfasst, dass er auch den tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Spannung in den Flankenbereichen der Pulse beschreibt. The voltage profile is detected so high that it also describes the actual time course of the voltage in the edge regions of the pulses.
Durch den tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Spannung über dem elektrischen, insbesondere ohmschen Verbraucher ist bei einem bekannten Lastwiderstand des elektrischen Verbrauchers die dem Verbraucher tatsächlich zugeführte elektrische Leistung bestimmt und durch den daraus berechneten tatsächlichen Effektivwert der Spannung beschrieben. Durch den Vergleich der tatsächlichen effektiven Spannung mit der zur Erreichung der gewünschten Leistung vorgegebenen effektiven Sollspannung kann eine Leistungsabweichung, wie sie durch ein nicht ideales Verhalten der Puls-Weiten-Modulation begründet ist, erkannt und durch eine entsprechende Anpassung des Tastverhältnisses der Puls-Weiten-Modulation ausgeglichen werden. Due to the actual time profile of the voltage across the electrical, in particular ohmic consumer, the electrical power actually supplied to the load is determined in a known load resistance of the electrical load and described by the actual effective value of the voltage calculated therefrom. By comparing the actual effective voltage with the effective target voltage specified for achieving the desired power, a power deviation, as caused by a non-ideal behavior of the pulse-width modulation, can be detected and adjusted by a corresponding adjustment of the pulse duty factor. Modulation be compensated.
Auch wenn der Lastwiderstand, beispielsweise durch einen Betrieb des elektrischen Verbrauchers bei verschiedenen Temperaturen und einem entsprechenden Temperaturkoeffizienten des elektrischen Verbrauchers, nicht bekannt ist, so führt auch hier ein direkter Vergleich der tatsächliche effektive Spannung mit der vorgegebenen effektiven Sollspannung und einer entsprechenden Anpassung des Tastverhältnisses der Puls-Weiten-Modulation zu einer deutlich verbesserten Steuerung des Leistungseintrags in den elektrischen Verbraucher.Even if the load resistance, for example, by an operation of the electrical load at different temperatures and a corresponding temperature coefficient of the electrical load, is not known, so leads here a direct comparison of the actual effective voltage with the predetermined effective target voltage and a corresponding adjustment of the duty ratio of Pulse-width modulation to a significantly improved control of the power input in the electrical load.
Die Anpassung des Tastverhältnisses ermöglicht eine genaue Leistungssteuerung beziehungsweise Spannungssteuerung bei elektrischen Verbrauchern, insbesondere auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen. Es können kostengünstige Endstufen ohne besondere Anforderungen an die Bauteiletoleranzen verwendet werden. Begrenzt zulässige Flankensteilheiten können ausgeglichen und somit die Anforderungen an die EMV erfüllt werden. Das Verfahren ist kostengünstig und mit einem geringen Hard- und Softwareeinsatz bei gleichzeitig geringem Platzbedarf auf einer geeigneten elektronischen Schaltung umsetzbar. Dabei ist das Verfahren unabhängig von dem verwendeten Endstufentyp (diskret, integriert, High-Side, Low-Side) anwendbar. Zusätzliche Funktionen, beispielsweise zur Diagnose der verwendeten Leistungsendstufen, können durch eine einfache Softwareerweiterung umgesetzt werden. The adaptation of the duty cycle allows accurate power control or voltage control in electrical consumers, especially for very small duty cycles. Cost-effective power amplifiers can be used without any special demands on the component tolerances. Limited allowable edge slopes can be compensated and thus meet the requirements of the EMC. The method is inexpensive and can be implemented with a small amount of hardware and software while having a small footprint on a suitable electronic circuit. The method is applicable regardless of the type of amplifier used (discrete, integrated, high-side, low-side). Additional functions, for example to diagnose the power output stages used, can be implemented by means of a simple software extension.
Der Spannungsverlauf kann zumindest über eine Periode der Puls-Weiten-Modulation oder über zumindest einen Puls der Puls-Weiten-Modulation oder über zumindest eine Flanke des Pulses der Puls-Weiten-Modulation bestimmt werden. Dadurch kann in Abhängigkeit von der geforderten Genauigkeit der Leistungssteuerung der notwendige Mess- und Rechenaufwand reduziert werden. Beispielsweise kann für bestimmte Anwendungen ein möglicher Stromfluss im Auszustand vernachlässigt werden, so dass hier keine Bestimmung des Spannungsverlaufs notwendig ist und lediglich die Ausschaltzeit in die Berechnung der tatsächlichen effektiven Spannung einfließt. Bauteilstreuungen (slew rate rise, slew rate fall, delays etc.) wirken sich insbesondere in den Flankenbereichen der Pulse aus und können durch eine entsprechende Messung des Spannungsverlaufs in den Flankenbereichen bestimmt und korrigiert werden. The voltage profile can be determined at least over one period of the pulse-width modulation or via at least one pulse of the pulse-width modulation or over at least one edge of the pulse-width modulation pulse. As a result, depending on the required accuracy of the power control, the necessary measurement and calculation effort can be reduced. For example, for certain applications, a possible current flow in the off state can be neglected, so that no determination of the voltage curve is necessary here and only the switch-off time is included in the calculation of the actual effective voltage. Component scatters (slew rate rise, slew rate case, delays, etc.) have an effect in particular in the flank regions of the pulses and can be determined and corrected by a corresponding measurement of the voltage profile in the flank regions.
Eine einfache und kostengünstige Bestimmung des Spannungsverlaufs über den elektrischen Verbraucher kann dadurch erfolgen, dass der Spannungsverlauf aus mit einem Analog-Digital-Wandlers (ADC) zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten bestimmten Spannungswerten ermittelt wird und dass die Abtastzeitpunkte des Analog-Digital-Wandlers an den erwarteten Spannungsverlauf angepasst werden. A simple and cost-effective determination of the voltage profile over the electrical load can take place in that the voltage profile is determined from voltage values determined with an analog-to-digital converter (ADC) at predetermined sampling times, and that the sampling times of the analog-to-digital converter match the expected voltage curve be adjusted.
Die Vorgabe der Abtastzeitpunkte sichert eine ausreichend hohe Auflösung bei der Bestimmung des Spannungsverlaufs, insbesondere in den für die Ermittlung der effektiven tatsächlichen Spannung notwendigen Bereichen. Daher kann es vorgesehen sein, dass in den Flankenbereichen des Pulses der Puls-Weiten-Modulation eine erhöhte Abtastrate vorgesehen wird und dass im Ausschaltbereich und im Einschaltbereich der Puls-Weiten-Modulation eine reduzierte Abtastrate vorgesehen wird. Aus wenigen Messungen im Ausschalt und im Einschaltbereich kann üblicherweise auf den Rest dieser Bereiche geschlossen werden. Dadurch kann der Umfang der zu erfassenden Messpunkte ohne Beschränkung hinsichtlich der Pulsdauer stark eingeschränkt und das Verfahren effizient umgesetzt werden. Kann der Stromfluss in dem Ausschaltbereich vernachlässigt werden, so kann die Abtastrate in diesem Bereich auf null gesetzt werden. The specification of the sampling times ensures a sufficiently high resolution in the determination of the voltage profile, in particular in the areas necessary for the determination of the effective actual voltage. It can therefore be provided that an increased sampling rate is provided in the edge regions of the pulse-width modulation pulse and that a reduced sampling rate is provided in the switch-off region and in the switch-on region of the pulse-width modulation. From a few measurements in the switch-off and in the switch-on can be usually concluded on the rest of these areas. As a result, the scope of the measurement points to be detected can be severely restricted without limitation with regard to the pulse duration, and the method can be implemented efficiently. Can the current flow in the turn-off range neglected If so, the sample rate in this range can be set to zero.
Entsprechend einer bevorzugten Variante des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass der Spannungsverlauf während jeder Periode oder während einer vorgegebenen Auswahl an Perioden der Puls-Weiten-Modulation bestimmt wird. Bei typischen PWM-Frequenzen und Ansteuerungen kann üblicherweise von einem einzelnen Puls auf viele Pulse geschlossen werden. Schwankungen der Ansteuerung finden vergleichsweise langsam statt, wodurch die Auswertung einer reduzierten Anzahl von Pulsen ausreichend ist. Die Häufigkeit der auszuwertenden Pulse hängt von der geforderten Genauigkeit bei der Leistungssteuerung ab. Durch eine reduzierte Anzahl an auszuwertenden Perioden kann die Anforderung an die Rechenleistung einer verwendeten CPU deutlich reduziert werden. According to a preferred variant of the method it can be provided that the voltage profile is determined during each period or during a predetermined selection of periods of the pulse-width modulation. At typical PWM frequencies and drives, it is usually possible to deduce many pulses from a single pulse. Fluctuations of the control take place comparatively slowly, as a result of which the evaluation of a reduced number of pulses is sufficient. The frequency of the pulses to be evaluated depends on the required accuracy in the power control. Due to a reduced number of periods to be evaluated, the requirement for the computing power of a CPU used can be significantly reduced.
Die Bestimmung der effektiven tatsächlichen Spannung über dem Verbraucher kann dadurch erfolgen, dass die Spannungswerte über dem elektrischen Verbraucher an den jeweiligen Abtastzeitpunkten quadriert werden, dass die Quadrate der Spannungswerte auf die aktuelle Abtastrate und die Periodendauer der Puls-Weiten-Modulation bezogen und summiert werden und dass die tatsächliche effektive Spannung aus der Wurzel der so erhaltenen Summe bestimmt wird.The determination of the effective actual voltage across the load can be carried out by squaring the voltage values across the electrical load at the respective sampling instants, by relating and sizing the squares of the voltage values to the current sampling rate and the period duration of the pulse width modulation, and that the actual effective voltage is determined from the root of the sum thus obtained.
Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass eine variable Abtastrate verwendet wird, dass die Spannungswerte über dem elektrischen Verbraucher an den jeweiligen Abtastzeitpunkten quadriert werden, dass die Summe gebildet wird aus den Produkten der Quadrate der Spannungswerte mit den Quotienten aus den Zeitdifferenzen zwischen jeweils zwei Abtastzeitpunkten und der Periodendauer der Puls-Weiten-Modulation und dass die tatsächliche effektive Spannung aus der Wurzel der so erhaltenen Summe bestimmt wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass eine beispielsweise über einen Puls der Puls-Weiten-Modulation variable Abtastrate bei der Bestimmung der Spannungswerte berücksichtigt wird. Alternatively, it can be provided that a variable sampling rate is used, that the voltage values across the electrical load are squared at the respective sampling times, that the sum is formed from the products of the squares of the voltage values with the quotients of the time differences between every two sampling times and the period of the pulse-width modulation and that the actual effective voltage is determined from the root of the sum thus obtained. It is advantageous here that a sampling rate that is variable, for example, over a pulse of the pulse-width modulation is taken into account in the determination of the voltage values.
Eine einfache Korrektur des Tastverhältnisses kann dadurch erfolgen, dass ein Faktor aus dem Verhältnis zwischen der tatsächlichen effektiven Spannung und der vorgegebenen effektiven Sollspannung gebildet wird und dass das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation mit dem Faktor korrigiert wird oder dass aus der Abweichung der tatsächlichen effektiven Spannung und der vorgegebenen effektiven Sollspannung ein Offset gebildet wird und dass das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation mit dem Offset korrigiert wird jeweils für sich betrachtet oder in Kombination der Verfahren. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Korrektur iterativ über mehrere aufeinander folgende Pulse erfolgt. Vor einer ersten Korrektur wird der Faktor vorzugsweise auf einen Wert von 1 gesetzt, der Offset auf einen Wert von 0. Der zulässige Bereich des Faktors kann in Abhängigkeit von der verwendeten Leistungsendstufe begrenzt werden.A simple correction of the duty cycle can take place in that a factor is formed from the ratio between the actual effective voltage and the predetermined effective nominal voltage and that the duty cycle of the pulse width modulation is corrected by the factor or that from the deviation of the actual effective Voltage and the predetermined effective target voltage offset is formed and that the duty cycle of the pulse width modulation is corrected with the offset, each considered alone or in combination of the method. It can be provided that the correction is iterative over several consecutive pulses. Before a first correction, the factor is preferably set to a value of 1, the offset to a value of 0. The permissible range of the factor can be limited depending on the power output stage used.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zur Bestimmung eines Spannungswertes über dem elektrischen Verbraucher eine Referenzspannung über der Leistungsendstufe in einem Ausschaltbereich bestimmt wird und dass der Spannungswert aus der Differenz der Referenzspannung und einer während eines Flankenbereichs oder eines Einschaltbereichs über der Leistungsendstufe bestimmten Messspannung bestimmt wird. Bei einer Reihenschaltung des elektrischen Verbrauchers und der Leistungsendstufe, bei welcher die Leistungsendstufe einseitig auf Masse liegt, entspricht die Referenzspannung der Versorgungsspannung. Die Differenz zwischen der Referenzspannung und der aktuell über der Leistungsendstufe anliegenden Spannung entspricht dem Spannungsabfall über dem elektrischen Verbraucher in dem jeweiligen Messpunkt. Änderungen der Versorgungsspannung können so bei der Bestimmung des Spannungsverlaufs über dem elektrischen Verbraucher berücksichtigt werden. Bei einer einseitig auf Betriebsspannung liegenden Endstufe erfolgt die Auswertung in analoger Weise.According to a particularly preferred embodiment variant of the invention, provision may be made for determining a voltage value across the electrical load a reference voltage across the power output stage is determined in a turn-off and that the voltage value of the difference of the reference voltage and during a flank region or a switch-on above Power output stage specific measurement voltage is determined. In a series connection of the electrical load and the power output stage, in which the power output stage is grounded on one side, the reference voltage corresponds to the supply voltage. The difference between the reference voltage and the voltage currently present across the power output stage corresponds to the voltage drop across the electrical load in the respective measuring point. Changes in the supply voltage can thus be taken into account when determining the voltage profile across the electrical load. In the case of a single-ended power amplifier, the evaluation takes place in an analogous manner.
Überschreitet die Versorgungsspannung den Messbereich eines verwendeten Analog-Digital-Wandlers kann es vorgesehen sein, dass die Spannung über der Leistungsendstufe mit Hilfe eines Spannungsteilers zur Anpassung an den Messbereich des Analog-Digital-Wandlers bestimmt wird. If the supply voltage exceeds the measuring range of an analog-to-digital converter used, it can be provided that the voltage across the power output stage is determined with the aid of a voltage divider to adapt to the measuring range of the analog-to-digital converter.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung Mittel zur Bestimmung eines Spannungsverlaufs über dem elektrischen Verbraucher enthält, dass die Vorrichtung einen Programmablauf zur Berechnung einer tatsächlichen effektiven Spannung über dem elektrischen Verbraucher aus dem Spannungsverlauf enthält, dass die Vorrichtung eine Vergleichsstufe zum Vergleich der tatsächlichen effektiven Spannung mit einer vorgegebenen effektiven Sollspannung enthält und dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das Tastverhältnis der Puls-Weiten-Modulation derart zu verändern, dass die tatsächliche effektive Spannung der vorgegebenen effektiven Sollspannung entspricht. Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des beschriebenen Verfahrens. The object of the invention relating to the device is achieved in that the device contains means for determining a voltage profile across the electrical load, that the device contains a program sequence for calculating an actual effective voltage across the electrical load from the voltage curve, that the device is a comparison stage for comparing the actual effective voltage with a predetermined effective target voltage and that the device is adapted to change the duty cycle of the pulse-width modulation such that the actual effective voltage of the predetermined effective target voltage corresponds. The device enables the implementation of the method described.
Eine einfach umzusetzende Leistungssteuerung beziehungsweise Spannungssteuerung kann dadurch erreicht werden, dass der elektrische Verbraucher als ohmscher Verbraucher ausgebildet ist.An easily implemented power control or voltage control can be achieved by designing the electrical load as an ohmic load.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich bevorzugt zur Leistungssteuerung oder Spannungssteuerung eines elektrischen Heizers einer Abgassonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine anwenden. The method and the device can preferably be used for power control or voltage control of an electrical heater of an exhaust gas probe in the exhaust gas passage of an internal combustion engine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. It shows:
Verbrauchersconsumer
Der elektrische Heizer
Die Darstellung des Steuergeräts
Zur Steuerung der dem elektrischen Heizers
Auf Grund eines nicht idealen Verhaltens der ansteuernden Bauteile, beispielsweise durch begrenzte Flankensteilheit oder Verzögerungszeiten, weicht der Spannungsverlauf Heizer
Abweichungen von dem idealen Spannungsverlauf führen direkt zu einer Abweichung der in dem elektrischen Heizer
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Lambdasonde je nach vorliegender Bordspannung bei Versorgungsspannungen
Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, den tatsächlichen Spannungsverlauf über den elektrischen Verbraucher, im vorliegenden Ausführungsbeispiel über den Heizer
Entsprechend der in der
- 1. Bestimmung der Messspannung U_mess_i über der Leistungsendstufe
16 bei gesperrtem FET über eine vorgegebene Anzahl an Messpunkten. - 2. Berechnung des Mittelwertes über die bestimmten Messwerte U_mess_i als Referenzspannung U_ref. Die Referenzspannung U_ref entspricht der
Versorgungsspannung 24 . - 3. Messung
des Spannungsverlaufs Endstufe 21 zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten (U_mess_i). Anschließend für jeden Abtastzeitpunkt: – Berechnung des Spannungsabfalls U_Heizer_i überden Heizer 14 als Differenz zwischen der Referenzspannung und der jeweiligen Spannung U_mess: (U_Heizer_i = U_ref – U_mess_i). – Bildung des Quadrats von U_Heizer_i. - 4. Bildung der Summe der Quadrate von U_Heizer_i über die Abtastzeitpunkte.
- 5. Bezug auf eine Periode der Puls-Weiten-Modulation: – Signal_1 = Summe ((U_Heizer_i)2/(Periodendauer PWM × f_sample)), wobei f_sample die Abtastrate darstellt.
- 6. Bestimmung der effektiven Spannung U_heff über
den Heizer 14 als Wurzel aus dem Signal_1. Die effektive Spannung charakterisiert die aktuellen Eigenschaften desSpannungsverlaufs Heizer 23 inklusive von Flankentoleranzen, Verzögerungen, Strombegrenzungen und des Innenwiderstands der Leistungsendstufe16 . - 7. Vergleich mit einer vorgegebenen effektiven Sollspannung U_hsoll durch Bildung eines Faktors F: F = U_heff/U_hsoll.
- 8. Korrektur des Tastverhältnisses der Puls-Weiten-Modulation auf Basis des Faktors F.
- 1. Determination of the measuring voltage U_mess_i over the
power output stage 16 with locked FET over a predetermined number of measuring points. - 2. Calculation of the mean value over the determined measured values U_mess_i as reference voltage U_ref. The reference voltage U_ref corresponds to the
supply voltage 24 , - 3. Measurement of the voltage curve of the
power amplifier 21 at predetermined sampling times (U_mess_i). Then for each sampling time: - Calculation of the voltage drop U_Heizer_i via theheater 14 as the difference between the reference voltage and the respective voltage U_mess: (U_Heizer_i = U_ref - U_mess_i). - Formation of the square of U_Heizer_i. - 4. Forming the sum of the squares of U_Heizer_i over the sampling times.
- 5. Referring to a period of pulse width modulation: - Signal_1 = Sum ((U_Heizer_i) 2 / (Period PWM × f_sample)), where f_sample represents the sample rate.
- 6. Determination of the effective voltage U_heff across the
heater 14 as the root of Signal_1. The effective voltage characterizes the current characteristics of thevoltage curve heater 23 including edge tolerances, delays, current limits and the internal resistance of thepower output stage 16 , - 7. Comparison with a given effective target voltage U_hsoll by forming a factor F: F = U_heff / U_hsoll.
- 8. Correction of the duty cycle of the pulse-width modulation on the basis of the factor F.
Alternativ kann anstatt der Punkte 4 und 5 folgender Ablauf verwendet werden. Der alternative Ablauf zeigt den Vorteil, dass variabel Abtastraten über den Puls enthalten sind:
- 4a. Berechnung der quadrierten Werte von U_Heizer
- 5a. Berechnung des Summenwerts mit Berücksichtigung der Abtastung des ADC Signal_1 = Summe((U_heizer_i)2·Δt_ADC_i/Periodendauer PWM), wobei Δt_ADC_i die Dauer des jeweiligen Signalabschnitts beschreibt.
- 4a. Calculation of the squared values of U_Heizer
- 5a. Calculation of the sum value taking into account the sampling of the ADC Signal_1 = sum ((U_heizer_i) 2 · Δt_ADC_i / period duration PWM), wherein Δt_ADC_i describes the duration of the respective signal section.
Der Spannungsverlauf Endstufe
Das Verfahren lässt sich mit einem geringen Hardware-Aufwand bei geringem Platzbedarf in dem Steuergerät
Um Rechenleistung einzusparen ist es vorteilhaft, die Abtastzeitpunkte an den erwarteten Spannungsverlauf Endstufe
Bauteilstreuungen sind insbesondere im Bereich der Flanken der Pulse relevant, so dass hier hohe Abtastraten sinnvoll sind. Component scattering is particularly relevant in the region of the edges of the pulses, so that high sampling rates make sense here.
Bei typischen PWM-Frequenzen und Ansteuerungen kann von der Auswertung eines einzelnen oder weniger Pulse auf viele Pulse geschlossen werden, so dass nur ein vorgegebener Anteil der Pulse gemessen und ausgewertet werden muss. Für eine typische Breitband-Lambdasonde liegt die Frequenz bei der Puls-Weiten-Modulation bei ca. 100Hz. Hier kann es ausreichend sein, nur beispielsweise jeden hundertsten Puls auszuwerten, was zu einer deutlichen Reduzierung des Mess- und Rechenaufwands führt. At typical PWM frequencies and controls, it can be concluded from the evaluation of a single or fewer pulses to many pulses, so that only a predetermined proportion of the pulses must be measured and evaluated. For a typical broadband lambda probe, the pulse width modulation frequency is about 100 Hz. Here it may be sufficient to evaluate only every 100th pulse, for example, which leads to a significant reduction of the measurement and calculation effort.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2993465A4 (en) * | 2013-02-27 | 2016-07-13 | Bosch Corp | Lambda sensor preheating control method and lambda sensor driving control device |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010001004A1 (en) | 2010-01-19 | 2011-07-21 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Method and device for controlling actuators |
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WO2004030420A1 (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-08 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Electronic ballast for a discharge lamp |
JP2010115104A (en) * | 2008-10-27 | 2010-05-20 | O2 Micro Inc | Circuit and method for power conversion |
CN201570444U (en) * | 2009-11-23 | 2010-09-01 | 天津市松正电动科技有限公司 | Main contactor energy-saving circuit with wide-range voltage input |
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-
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010001004A1 (en) | 2010-01-19 | 2011-07-21 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Method and device for controlling actuators |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2993465A4 (en) * | 2013-02-27 | 2016-07-13 | Bosch Corp | Lambda sensor preheating control method and lambda sensor driving control device |
US9714917B2 (en) | 2013-02-27 | 2017-07-25 | Bosch Corporation | Method of controlling lambda sensor preheating and lambda sensor drive controller |
DE102015202729A1 (en) | 2015-02-16 | 2016-08-18 | Robert Bosch Gmbh | Method and control unit for correcting a power control |
DE202016105554U1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-01-09 | Tridonic Gmbh & Co Kg | Adaptive analog-to-digital converter circuit |
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