DE102012223055A1

DE102012223055A1 - Verfahren und System zum Minimieren der Schwankung einer Wandlerbezugsspannung

Info

Publication number: DE102012223055A1
Application number: DE201210223055
Authority: DE
Inventors: Antoni Ferré Fàbregas; David Gamez Alari
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-06-20
Also published as: CN103166643A; CN103166643B

Abstract

Ein System zum Minimieren der Schwankung einer Bezugsspannung umfasst einen Bezugsspannungsgenerator und einen Leistungswandler. Der Bezugsspannungsgenerator ist dazu eingerichtet, eine Bezugsspannung aus einer Versorgungsspannung zu erzeugen. Der Leistungswandler, wie etwa ein Sperrwandler, ist dazu eingerichtet, dem Bezugsspannungsgenerator eine einstellbare Versorgungsspannung zuzuführen. Der Bezugsspannungsgenerator erzeugt die Bezugsspannung aus der einstellbaren Versorgungsspannung.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung No. 61/576.681, eingereicht am 16. Dezember 2011, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit hier durch Bezugnahme enthalten ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wandler, wie etwa Analog-Digital-Wandler, die eine Bezugsspannung zum Umwandeln eines analogen Signals in ein digitales Signal und umgekehrt verwenden.
HINTERGRUND
Moderne Fahrzeuge verfügen über Systeme, die komplexe elektrische Schaltkreise haben, um unterschiedliche Funktionen auszuführen. Bekannte Schaltkreise beinhalten einen Analog-Digital-Wandler (”ADC”), der mit einem Sensor in Verbindung steht. Der Sensor misst eine physikalische Größe und erzeugt ein elektrisches Analogsignal, das für die gemessene physikalische Größe kennzeichnend ist. Das analoge Sensorsignal ist normalerweise ein Spannungssignal (d. h. ein Sensoreingang V_IN). Der ADC wandelt die Sensoreingabe V_IN in ein elektrisches Digitalsignal um, indem er die Sensoreingabe V_IN mit einer Bezugsspannung V_REF vergleicht. Die Bezugsspannung V_REF kann extern an den ADC angelegt oder von dem ADC intern erzeugt sein. Die Bezugsspannung V_REF soll eine präzise ”Messlatte” sein, mit der die Sensoreingabe V_IN verglichen wird. Daher muss die Bezugsspannung V_REF präzise sein, damit der ADC eine gegebene Sensoreingabe V_IN präzise in ein Digitalsignal umwandeln kann.
ÜBERSICHT
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Minimierung der Schwankung einer Bezugsspannung, die von einem Bezugsspannungsgenerator für einen Analog-Digital-Wandler (”ADC”) erzeugt wird, wobei die Schwankung der Bezugsspannung dadurch minimiert wird, dass ein Betriebsstrom, der dem Bezugsspannungsgenerator zugeführt wird, in Abhängigkeit von Änderungen der Stromversorgung und/oder Änderungen der Betriebstemperatur des Bezugsspannungsgenerators abgeändert wird.
Zur Lösung der oben genannten und weiteren Aufgaben gibt die vorliegende Erfindung ein System zum Minimieren der Schwankung einer Bezugsspannung an. Das System umfasst einen Bezugsspannungsgenerator, der dazu eingerichtet ist, eine Bezugsspannung aus einer Versorgungsspannung zu erzeugen, und einen Leistungswandler, der dazu eingerichtet ist, dem Bezugsspannungsgenerator eine einstellbare Versorgungsspannung zuzuführen. Der Bezugsspannungsgenerator erzeugt die Bezugsspannung aus der einstellbaren Versorgungsspannung.
Der Leistungswandler ist weiterhin dazu eingerichtet, die einstellbare Versorgungsspannung einzustellen, um auf externe Schwankungen zu reagieren, die andernfalls bewirken würden, dass der Bezugsspannungsgenerator die Bezugsspannung mit entsprechenden Schwankungen erzeugen würde.
Bei einer Ausführungsform ist der Leistungswandler ein Sperrwandler.
Die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, ändert sich in Abhängigkeit der Temperaturänderung des Bezugsspannungsgenerators für eine gegebene Versorgungsspannung. Der Leistungswandler ist dazu eingerichtet, die einstellbare Versorgungsspannung derart einzustellen, dass die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Temperaturänderung des Bezugsspannungsgenerators nicht schwankt.
Der Leistungswandler ist dazu eingerichtet, eine Eingangsspannung in die einstellbare Versorgungsspannung umzuwandeln, und ist weiterhin dazu eingerichtet, die einstellbare Versorgungsspannung unabhängig von der Eingangsspannung einzustellen. Die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, schwankt in Abhängigkeit der Schwankung der Versorgungsspannung. Der Leistungswandler ist dazu eingerichtet, die einstellbare Versorgungsspannung in Gegenwart einer Schwankung der Eingangsspannung derart beizubehalten, dass die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Schwankung der Eingangsspannung nicht schwankt.
Bei einer Ausführungsform umfasst das System weiterhin eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die einstellbare Versorgungsspannung zu wählen und den Leistungswandler zu steuern, die einstellbare Versorgungsspannung zuzuführen. Die Steuereinheit kann weiterhin dazu eingerichtet sein, die einstellbare Versorgungsspannung zu überwachen, die dem Bezugsspannungsgenerator von dem Leistungswandler zugeführt wird, um den Leistungswandler so zu steuern, dass er die einstellbare Versorgungsspannung zuführt.
Bei einer Ausführungsform umfasst das System weiterhin einen Analog-/Digitalwandler, der dazu eingerichtet ist, die Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator zu empfangen und ein Ausgangssignal auf der Basis eines Eingangssignals und der Bezugsspannung zu erzeugen. Der Analog-/Digitalwandler ist ein Analog-Digital-Wandler oder ein Digital-Analog-Wandler. Bei einer Ausführungsform ist der Analog-/Digitalwandler ein Analog-Digital-Wandler, wobei das System weiterhin einen Sensor umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, das für die physikalische Größe kennzeichnend ist. Der Sensor ist weiterhin dazu eingerichtet, das Sensorsignal dem Analog-Digital-Wandler als Eingangssignal zuzuführen.
Weiterhin gibt zur Lösung der oben genannten und weiteren Aufgaben die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Minimieren der Schwankung einer Bezugsspannung an. Das Verfahren umfasst das Erzeugen einer einstellbaren Versorgungsspannung mit Hilfe eines Leistungswandlers. Weiterhin beinhaltet des Verfahren das Zuführen der einstellbaren Versorgungsspannung von dem Leistungswandler zu einem Bezugsspannungsgenerator, der dazu eingerichtet ist, eine Bezugsspannung aus einer Versorgungsspannung zu erzeugen. Das Verfahren umfasst daneben das Erzeugen der Bezugsspannung durch den Bezugsspannungsgenerator aus der einstellbaren Versorgungsspannung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Systems, das über einen Analog-Digital-Wandler (”ADC”) und einen Bezugsspannungsgenerator verfügt;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems, das über den ADC, den Bezugsspannungsgenerator und einen Leistungswandler als Stromversorgung für den Bezugsspannungsgenerator verfügt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Blockschaltbild des Systems aus 2, das über ein detailliertes schematisches Diagramm des Leistungswandlers verfügt; und
4 zeigt einen Graphen, der für beispielhafte Versorgungsspannungen V_DD kennzeichnend ist, die dem Bezugsspannungsgenerator in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Bezugsspannungsgenerators zuzuführen sind, damit der Bezugsspannungsgenerator eine stabile Bezugsspannung V_REF ausgibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden hier detaillierte Ausführungsformen der Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft sind, die in unterschiedlichen alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Details spezieller Bauteile zu zeigen. Somit sind bestimmte konstruktive und funktionelle Details, die hier offenbart sind, nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die unterschiedliche Verwendung der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Systems 10 gezeigt, das über einen Analog-Digital-Wandler (”ADC”) 12 und einen Bezugsspannungsgenerator 16 verfügt. Das herkömmliche System 10 umfasst weiterhin einen Sensor 14. Der Sensor 14 steht mit dem ADC 12 in Verbindung. Der Sensor 14 ist dazu eingerichtet, eine physikalische Größe zu messen und ein analoges Spannungssignal zu erzeugen, das für die gemessene physikalische Größe kennzeichnend ist.
Das analoge Spannungssignal, das von dem Sensor 14 erzeugt wird, wird dem ADC 12 als Sensoreingabe V_IN bereitgestellt. Der ADC 12 wandelt die Sensoreingabe V_IN in ein digitales elektrisches Signal um und gibt das digitale elektrische Signal als einen digitalen Ausgabecode D_OUT aus. Eine Steuereinheit oder dergleichen (in 1 nicht gezeigt) kann den digitalen Ausgabecode D_OUT für die Sensoreingabe V_IN verwenden, um unterschiedliche Funktionen zu steuern.
Der Bezugsspannungsgenerator 16 ist dazu eingerichtet, eine Bezugsspannung V_REF zu erzeugen. Der Bezugsspannungsgenerator 16 und der ADC 12 sind derart verbunden, dass der ADC 12 die Bezugsspannung V_REF von dem Bezugsspannungsgenerator 16 empfängt. Der ADC 12 erzeugt den digitalen Ausgabecode D_OUT für die Sensoreingabe V_IN durch Vergleichen der Sensoreingabe V_IN mit der Bezugsspannung V_REF.
Die Bezugsspannung V_REF soll eine präzise ”Messlatte” sein, mit der die Sensoreingabe V_IN vergleichen wird. Bei fehlerfreier Funktion erzeugt der ADC 12 den digitalen Ausgabecode D_OUT für die Sensoreingabe V_IN gemäß der folgenden Gleichung: Ausgabe = V_IN·(2ⁿ/V_REF), wobei ”Ausgabe” der digitale Ausgabecode D_OUT in Dezimalform und ”n” die Anzahl von Bits der Auflösung des ADC ist. Die Auflösung gibt die Anzahl von diskreten Werten an, die der ADC 12 über den Bereich analoger Werte erzeugen kann. Die Werte werden normalerweise in binärer Form gespeichert, so dass die Auflösung in Bits ausgedrückt wird. Ein ADC mit einer Auflösung von acht Bits kann beispielsweise die Sensoreingabe V_IN zu einer von 256 Stufen codieren, da 2⁸ = 256 ist.
Wie es in der oben gezeigten Gleichung dargestellt ist, schwankt der digitale Ausgabecode D_OUT umgekehrt proportional zu der Bezugsspannung V_OUT. Signifikanter für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie es im folgenden beschrieben wird, ist, dass der digitale Ausgabecode D_OUT eine Funktion der Bezugsspannung V_REF ist. Somit muss die Bezugsspannung V_REF präzise sein, damit der ADC 12 einen präzisen Ausgabecode D_OUT für eine gegebene Sensoreingabe V_IN ausgibt. Ist die Bezugsspannung V_REF nicht präzise oder an sich verrauscht, dann beeinträchtigt sie die Genauigkeit des digitalen Ausgabecodes D_OUT.
Der Bezugsspannungsgenerator 16 empfängt eine Versorgungsspannung V_DD von einer Quelle, wie etwa einer Batterie (nicht gezeigt). Der Bezugsspannungsgenerator 16 verwendet der Versorgungsspannung V_DD bei der Erzeugung der Bezugsspannung V_REF. Ein Problem tritt auf, wenn die Versorgungsspannung V_DD Schwankungen erfährt. Dies ist ein Problem, weil der Bezugsspannungsgenerator 16 die Bezugspannung V_REF mit Schwankungen erzeugt, die den Schwankungen der Versorgungsspannung V_DD entsprechen. Wie es oben erläutert wurde, ist die Bezugsspannung V_REF nicht präzise, wenn sie derartige Schwankungen hat, und wird dadurch die Genauigkeit des resultierenden digitalen Ausgabecodes D_OUT aus dem ADC 12 beeinträchtigen.
Wie es oben erläutert wurde, verursachen Schwankungen der Versorgungsspannung V_DD, dass der Bezugsspannungsgenerator 16 die Bezugsspannung V_REF mit unerwünschten Schwankungen erzeugt. Zudem bewirken Temperaturschwankungen des Bezugsspannungsgenerators 16 ebenfalls, dass der Bezugsspannungsgenerator 16 die Bezugsspannung V_REF mit unerwünschten Schwankungen erzeugt. Wiederum entsprechen derartige Schwankungen der Bezugsspannung V_REF den Temperaturschwankungen, wodurch die Genauigkeit des resultierenden digitalen Ausgabecodes D_OUT aus dem ADC 12 beeinträchtigt wird.
Unter Bezugnahme auf 2 mit kontinuierlicher Bezugnahme auf 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems 20, das über einen ADC 12, einen Bezugsspannungsgenerator 16 und einen Leistungswandler 22 als Stromversorgung für den Bezugsspannungsgenerator 16 verfügt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 10 umfasst ähnliche Bestandteile wie das System 10, das in 1 gezeigt ist, wobei derartige Bestandteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Das System 20 unterscheidet sich im allgemeinen von dem herkömmlichen System 10 dadurch, dass das System 20 einen Leistungswandler 22 zum Bereitstellen der Versorgungsspannung V_DD für den Bezugsspannungsgenerator 16 anstelle einer herkömmlichen Batteriestromquelle oder dergleichen umfasst.
Der Leistungswandler 22 ist dazu eingerichtet, für den Bezugsspannungsgenerator 16 eine abänderbare Versorgungsspannung V_DD anstelle einer unveränderlichen Versorgungsspannung V_DD bereitzustellen, die von einer herkömmlichen Batterieversorgung oder dergleichen bereitgestellt wird. Der Leistungswandler 22 ist dazu eingerichtet, die Versorgungsspannung V_DD abzuändern, um Schwankungen der Stromversorgung entgegenzuwirken, die von dem Leistungswandler 22 für seinen Betrieb verwendet wird. Die Stromversorgung, die von dem Leistungswandler 22 verwendet wird, kann eine herkömmliche Batterieversorgung oder dergleichen sein, die dieselbe wie die Stromversorgung ist, die von dem Bezugsspannungsgenerator 16 in dem herkömmlichen System 10 in 1 verwendet wird oder ihr gleicht. In ähnlicher Weise ist der Leistungswandler 22 dazu eingerichtet, die Versorgungsspannung V_DD abzuändern, um Temperaturschwankungen des Bezugsspannungsgenerators 16 entgegenzuwirken.
Somit kann die Versorgungsspannung V_DD von dem Leistungswandler 22 für den Bezugsspannungsgenerator 16 in Abhängigkeit von Schwankungen in der Stromversorgung, die von dem Leistungswandler 22 verwendet wird, und Schwankungen der Temperatur des Bezugsspannungsgenerators 16 abgeändert werden. Infolgedessen ist die Bezugsspannung V_REF aus dem Bezugsspannungsgenerator 16 stabil und ohne Schwankungen, selbst wenn die Stromversorgung des Leistungswandlers 22 Schwankungen erfährt und/oder wenn der Bezugsspannungsgenerator 16 Temperaturschwankungen erfährt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Leistungswandler 22 ein Sperrleistungswandler, der dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung aus einer Batteriestromversorgung (z. B. eine Gleichstrom-(”DC”-)Eingangsspannung) auf einem Pegel in einer DC-Ausgangsspannung auf einem anderen Pegel umzuwandeln. Die Größe der Eingangsspannung kann größer oder gleich der Größe der Eingangsspannung sein. Der Leistungswandler 22 kann die Ausgangsspannung derart regulieren, dass sie konstant bleibt, wenn sich die Eingangsspannung ändert. Beispielsweise kann der Leistungswandler 22 die Ausgangsspannung derart regulieren, dass sie konstant bleibt, wenn die Eingangsspannung abnimmt, weil eine Batterie, die die Eingangsspannung bereitstellt, sich teilweise entlädt. In ähnlicher Weise kann der Leistungswandler 22 die Ausgangspannung derart regeln, dass sie sich in Übereinstimmung mit einer gewünschten Abänderung ändert, während die Eingangsspannung konstant bleibt oder in anderer Art schwankt. Beispielsweise kann der Leistungswandler 22 die Ausgangsspannung derart regulieren, dass sie sich ändert, um Temperatureinwirkungen des Bezugsspannungsgenerators 16 auszuschalten, wie es oben erläutert wurde.
Das System umfasst weiterhin einen Micro-Controller (”Steuereinheit”) 24. Die Steuereinheit 24 ist dazu eingerichtet, den Leistungswandler 22 zu steuern, um die Ausgangsspannung zu regulieren, die von dem Leistungswandler 22 bereitgestellt wird. Insbesondere steuert die Steuereinheit 24 den Leistungswandler 22 derart, dass er als Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD ausgibt. Wie in 2 gezeigt, ist der Ausgang des Leistungswandlers 22 mit dem ADC 12 verbunden, so dass der Leistungswandler 22 die Versorgungsspannung V_DD an den ADC 12 ausgibt. Der ADC 12 verwendet seinerseits die Versorgungsspannung V_DD, um die Bezugsspannung V_REF zu erzeugen, und wandelt die Sensoreingabe V_IN in den digitalen Ausgabecode D_OUT um, wie es oben erläutert ist.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Ausgang des ADC 12 mit der Steuereinheit 24 derart verbunden, dass die Steuereinheit 24 den digitalen Ausgabecode D_OUT für die Sensoreingabe V_IN von dem ADC 12 empfängt. Die Steuereinheit 24 verwendet im allgemeinen den digitalen Ausgabecode D_OUT für die Sensoreingabe V_IN, um unterschiedliche Funktionen zu steuern. Bei einer Ausführungsform erzeugt der Sensor 14 beispielsweise die Sensoreingabe V_IN, die für eine gemessene physikalische Größe einer Batterie eines elektrischen Fahrzeuges kennzeichnend ist, und steuert die Steuereinheit 24 den Betrieb der Batterie auf der Basis des entsprechenden digitalen Ausgabecodes D_OUT für die Sensoreingabe V^IN.
Die Steuereinheit 24 verfügt über die Konfiguration eines geschlossenen Regelkreises, um den Leistungswandler 22 zu steuern, damit dieser als Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD ausgibt. Insbesondere stellt die Steuereinheit 24 ein V_DD-Steuersignal für den Leistungswandler 22 bereit, um den Pegel der Ausgangsspannung zu steuern, die von dem Leistungswandler 22 erzeugt und dem Bezugsspannungsgenerator 16 als Versorgungsspannung V_DD bereitgestellt wird. Das V_DD-Steuersignal ist für eine Einschaltdauer kennzeichnend, mit der der Leistungswandler 22 arbeiten soll, um die Versorgungsspannung V_DD zu erzeugen. Wie es im folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird, kann der Leistungswandler 22 zwischen geöffneten und geschlossenen Schaltzuständen betrieben werden. Die Ausgangsspannung des Leistungswandlers 22 ist im allgemeinen eine Funktion (i) der Einschaltdauer, bei der der Betrieb des Leistungswandlers 22 zwischen den geöffneten und geschlossenen Zuständen wechselt, und (ii) der Eingangsspannung. Somit stellt die Steuereinheit 24 ein V_DD-Steuersignal bereit, das für eine Einschaltdauer kennzeichnend ist, die dazu führt, dass der Leistungswandler 22 als Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD für den Bezugsspannungsgenerator 16 ausgibt. Die gewünschte Versorgungsspannung V_DD ist die Versorgungsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator 16 benötigt wird, um die Bezugsspannung V_REF ohne Schwankungen selbst bei Betriebsbedingungen zu erzeugen, bei denen die Stromversorgung des Leistungswandlers 22 Schwankungen erfährt und/oder der Bezugsspannungsgenerator 16 Temperaturschwankungen unterliegt. Daher kann die gewünschte Versorgungsspannung V_DD in Entsprechung mit Schwankungen der Stromversorgung des Leistungswandlers 22 und/oder der Temperatur des Bezugsspannungsgenerators 16 schwanken.
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Ausgang des Leistungswandlers 22 zudem mit der Steuereinheit 234 verbunden. Infolgedessen kann die Steuereinheit 24 direkt die Ausgangsspannung des Leistungswandlers 22 überwachen um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD ist. Die Steuereinheit 24 kann ihrerseits die Einschaltdauer dementsprechend einstellen, bis die Ausgangsspannung des Leistungswandlers 22 denselben Wert hat wie die gewünschte Versorgungsspannung V_DD. In diesem Fall gibt der Leistungswandler 22 als Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD aus, die von dem Bezugsspannungsgenerator 16 benötigt wird, damit der Bezugsspannungsgenerator 16 die Bezugsspannung V_REF ohne unerwünschte Schwankungen erzeugen kann.
Unter Bezugnahme auf 3 mit fortgeführter Bezugnahme auf 2 ist ein Blockschaltbild das Systems 20 gezeigt, das über ein detailliertes schematisches Diagramm des Leistungswandlers 22 verfügt. Das detaillierte schematische Diagramm des Leistungswandlers 22 in 3 ist für einen Sperrwandler repräsentativ.
Ein Sperrwandler ist ein Typ eines Auf-/Abwärtswandlers. Ein Abwärtswandler ist ein Tiefsetzsteller, bei dem die Größe der Ausgangsspannung geringer ist als die Größe der Eingangsspannung. Ein Aufwärtswandler ist ein Hochsetzsteller, bei dem die Größe der Ausgangsspannung größer als die Größe der Eingangsspannung ist.
Wie es in dem detaillierten schematischen Diagramm von 3 gezeigt ist, umfasst der Sperrwandler 22 zwei Teilschaltkreise: einen Eingangsteilschaltkreis 32 und einen Ausgangsteilschaltkreis 34. Der Eingangsteilschaltkreis 32 umfasst eine Eingangsspannungsquelle, wie etwa eine Batterie B, und einen Schalter S. Der Schalter S ist zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Schaltstellung beweglich. Der Ausgangsteilschaltkreis 34 gibt die Ausgangsspannung aus, die von dem Sperrwandler 22 erzeugt wird.
Der Eingangsteilschaltkreis 32 und der Ausgangsteilschaltkreis 34 des Sperrwandlers 22 sind durch eine Spule getrennt, die geteilt ist, um einen Transformator T auszubilden. Somit ist der Sperrwandler 22 ein Auf-/Abwärtswandler, bei dem die Spule geteilt ist, um einen Transformator T auszubilden. Infolgedessen können die Spannungsverhältnisse mit dem zusätzlichen Vorteil der Isolation vervielfacht werden. Weiterhin ist das Arbeitsprinzip des Sperrwandlers 22 ähnlich dem Arbeitsprinzip eines Auf-/Abwärtswandlers.
Der Schalter S ist durch ein Steuersignal von der Steuereinheit 24 steuerbar, um zwischen dessen geschlossener und geöffneten Schaltposition umzuschalten. In diesem Zusammenhang kann das Steuersignal ein impulsbreitenmoduliertes (”PWM”) Steuersignal sein, wie es in 3 gezeigt ist. Wenn in diesem Fall beispielsweise die Impulsbreite hoch ist, wird der Schalter S in die geschlossene Schalterstellung geschaltet, und wenn die Impulsbreite gering ist, wird der Schalter in die geöffnete Schalterstellung geschaltet. Das Umschalten des Schalters S zwischen seiner geschlossenen und geöffneten Schalterstellung bewirkt, dass der Sperrwandler 22 zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand wechselt. Somit stellt die Steuereinheit für den Schalter S ein PWM-Steuersignal bereit, das eine Einschaltdauer hat, die dazu führt, dass der Sperrwandler 22 als Ausgangsspannung die gewünschte Versorgungsspannung V_DD ausgibt. Daher arbeitet das PWM-Steuersignal aus der Steuereinheit 24 als V_DD-Steuersignal.
Wies es in 3 gezeigt ist, umfasst das System 20 weiterhin einen Temperatursensor 36. Der Temperatursensor 36 ist dazu eingerichtet, die Temperatur des Bezugsspannungsgenerators 16 zu überwachen. Der Temperatursensor 36 kann weiterhin dazu eingerichtet sein, die Temperatur(en) anderer Bauteile in dem System 20, wie etwa des ADC 12 und des Sensors 14, zu überwachen. Wie es oben beschrieben wurde, kann die Versorgungsspannung V_DD aus dem Leistungswandler 22 für den Bezugsspannungsgenerator 16 abgeändert werden, um Temperaturschwankungen entgegenzuwirken, die dazu führen würden, dass die Bezugsspannung V_REF entsprechende Schwankungen hätte, sofern die Versorgungsspannung V_DD unverändert bleibt.
Wendet man sich nun 4 zu, so ist ein Graph 40 gezeigt, der für die beispielhaften Spannungen V_DD kennzeichnend ist, die dem Bezugsspannungsgenerator 16 in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Bezugsspannungsgenerators 16 zugeführt werden, damit der Bezugsspannungsgenerator 16 eine stabile Bezugsspannung V_REF ausgibt. Der Graph 40 umfasst die Kurven 42, 44, 46 für drei beispielhafte Spannungen: V_DD1 = 4,5 V; V_DD2 = 5,0 V und V_DD3 = 5,5 V. Wie es in dem Graphen 40 zu erkennen ist, soll jede Versorgungsspannung V_DD eine Offset-Spannungsänderung haben, die von der Temperaturänderung des Bezugsspannungsgenerators 16 abhängig ist. Die Bereitstellung der Versorgungsspannung V_DD für den Bezugsspannungsgenerator 16, die gemäß der Offset-Spannungsänderung abgeändert ist, die der Temperatur des Bezugsspannungsgenerators 16 entspricht, ermöglicht es dem Bezugsspannungsgenerator 16, die Bezugsspannung V_REF ohne Schwankungen auszugeben, die andernfalls vorhanden wären. Wie es oben erläutert wurde, ist der Leistungswandler 22 dazu eingerichtet, derartige abänderbare Versorgungsspannungen V_DD zu erzeugen.
Wie es hier erläutert wurde, beziehen sich wenigstens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf das Konzept der Minimierung oder Verringerung der Schwankung der Bezugsspannung, die von einem Bezugsspannungsgenerator für einen Wandler, wie etwa einen ADC, bereitgestellt wird. In dieser Hinsicht wird die Versorgungsspannung, die dem Bezugsspannungsgenerator zugeführt wird, um die Erzeugung der Bezugsspannung zu ermöglichen, in Abhängigkeit von Schwankungen der Stromversorgung und/oder der Temperatur abgeändert. Die abgeänderte Versorgungsspannung, die dem Bezugsspannungsgenerator bereitgestellt wird, bewirkt, dass die Auswirkungen der Schwankungen der Stromversorgung und/oder der Temperatur ausgeschaltet werden können, so dass der Bezugsspannungsgenerator eine stabile und präzise Bezugsspannung erzeugt. Würde die Versorgungsspannung nicht auf diese Weise abgeändert werden, würde der Bezugsspannungsgenerator andernfalls die Bezugsspannung mit Schwankungen erzeugen, die den Schwankungen der Stromversorgung und/oder der Temperatur entsprechen.
Wie es weiter hier erläutert ist, geben wenigstens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein System zum Minimieren der Schwankungen der Bezugsspannung an, die bei Erfassungssystemen verwendet werden, die Hochspannungssysteme umfassen. Der Fehler eines ADC bei der Umwandlung eines analogen Signals, das für eine Messung kennzeichnend ist, in ein digitales Signal ist direkt proportional zu der Schwankung der Bezugsspannung. Da die Bezugsspannung mit der Temperatur und der Stromversorgung schwankt, ist es durch Überwachen und/oder Steuern dieser beiden Parameter möglich, die Schwankungen der Bezugsspannung zu minimieren und somit den Messfehler zu verringern. Wie es hier erläutert ist, ist bei herkömmlichen Systemen die Versorgungsspannung, die dem Bezugsspannungsgenerator zugeführt wird, unveränderlich und kann demzufolge nicht geändert werden. Bei wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Leistungswandler, wie etwa ein Sperrwandler, verwendet, um die Versorgungsspannung zuzuführen. Da der Leistungswandler isoliert ist, kann seine Ausgangsspannung (d. h. die Versorgungsspannung, die dem Leistungswandler zugeführt wird) abgeändert werden. Somit kann die Versorgungsspannung für den Bezugsspannungsgenerator in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen geändert werden, um die Schwankung der Bezugsspannung zu minimieren, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Umgebung bereit, in der der Wandler 12 ein Digital-Analog-Wandler (”DAC”) im Gegensatz zu einem ADC ist. Ein DAC funktioniert in entgegengesetzter Weise zu einem ADC in der Art, dass ein DAC ein digitales Eingangssignal in ein analoges Ausgangssignal umwandelt. Ein DAC verwendet ebenfalls eine Bezugsspannung V_REF bei dieser Umwandlung. Somit muss wie bei einem ADC die Bezugsspannung V_REF präzise sein, damit die Umwandlung präzise ist.
Wenngleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist damit nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen sämtliche möglichen Arten der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die Wörter, die bei dieser Beschreibung verwendet wurden, Wörter der Erläuterung anstelle der Einschränkung, wobei es sich versteht, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale unterschiedlicher angewendeter Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Claims

System zum Minimieren der Schwankung einer Bezugsspannung, wobei das System umfasst: einen Bezugsspannungsgenerator, der dazu eingerichtet ist, eine Bezugsspannung aus einer Versorgungsspannung zu erzeugen; und einen Leistungswandler, der dazu eingerichtet ist, eine einstellbare Versorgungsspannung dem Bezugsspannungsgenerator zuzuführen; wobei der Bezugsspannungsgenerator die Bezugsspannung aus der einstellbaren Versorgungsspannung erzeugt.
System nach Anspruch 1, bei dem: der Leistungswandler weiterhin dazu eingerichtet ist, die einstellbare Versorgungsspannung einzustellen, um externen Schwankungen Rechnung zu tragen, die andernfalls bewirken würden, dass der Bezugsspannungsgenerator die Bezugsspannung mit entsprechenden Schwankungen erzeugt.
System nach Anspruch 1, bei dem: der Leistungswandler ein Sperrwandler ist.
System nach Anspruch 1, bei dem: die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Abhängigkeit der Temperaturschwankung des Bezugsspannungsgenerators für eine gegebene Versorgungsspannung schwankt; wobei der Leistungswandler dazu eingerichtet ist, die einstellbare Versorgungsspannung derart einzustellen, dass die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Temperaturschwankung des Bezugsspannungsgenerators nicht schwankt.
System nach Anspruch 1, bei dem: der Leistungswandler dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung in die einstellbare Versorgungsspannung umzuwandeln, und weiterhin dazu eingerichtet ist, die einstellbare Versorgungsspannung unabhängig von der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen.
System nach Anspruch 5, bei dem: die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Abhängigkeit der Schwankung der Versorgungsspannung schwankt; wobei der Leistungswandler dazu eingerichtet ist, die einstellbare Versorgungsspannung in Gegenwart einer Schwankung der Eingangsspannung derart beizubehalten, dass die Bezugsspannung, die von dem Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Schwankung der Eingangsspannung nicht schwankt.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die einstellbare Versorgungsspannung zu wählen und den Leistungswandler derart zu steuern, dass er die einstellbare Versorgungsspannung zuführt.
System nach Anspruch 7, bei dem: die Steuereinheit die einstellbare Versorgungsspannung überwacht, die von dem Leistungswandler dem Bezugsspannungsgenerator zugeführt wird, um den Leistungswandler derart zu steuern, dass er die einstellbare Versorgungsspannung zuführt.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Analog-/Digitalwandler, der dazu eingerichtet ist, die Bezugsspannung von dem Bezugsspannungsgenerator zu empfangen und ein Ausgangssignal auf der Basis eines Eingangssignals und der Bezugsspannung zu erzeugen.
System nach Anspruch 9, bei dem: der Analog-/Digitalwandler ein Analog-Digital-Wandler oder ein Digital-Analog-Wandler ist.
System nach Anspruch 10, bei dem der Analog-/Digitalwandler der Analog-Digital-Wandler ist und das System weiterhin umfasst: einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, das für eine gemessene physikalische Größe kennzeichnend ist, wobei der Sensor weiterhin dazu eingerichtet ist, das Sensorsignal dem Analog-Digital-Wandler als Eingangssignal bereitzustellen.
Verfahren zum Minimieren einer Bezugsspannung, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer einstellbaren Versorgungsspannung durch einen Leistungswandler; Zuführen der einstellbaren Versorgungsspannung von dem Leistungswandler zu einem Bezugsspannungsgenerator, der dazu eingerichtet ist, eine Bezugsspannung aus einer Versorgungsspannung zu erzeugen; und Erzeugen der Bezugsspannung durch den Bezugsspannungsgenerator aus der einstellbaren Versorgungsspannung.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Einstellen der einstellbaren Versorgungsspannung durch den Leistungswandler, um externen Schwankungen Rechnung zu tragen, die andernfalls bewirken würden, dass der Bezugsspannungsgenerator die Bezugsspannung mit entsprechenden Schwankungen erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem: der Leistungswandler ein Sperrwandler ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Bezugsspannung, die durch den Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Abhängigkeit der Temperaturschwankung des Bezugsspannungsgenerators für eine gegebene Versorgungsspannung schwankt, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Einstellen der einstellbaren Versorgungsspannung durch den Leistungswandler derart, dass die Bezugsspannung, die durch den Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Temperaturänderung des Bezugsspannungsgenerators nicht schwankt.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Umwandeln einer Eingangsspannung durch den Leistungswandler in eine einstellbare Versorgungsspannung, so dass die Einstellung der einstellbaren Versorgungsspannung von der Schwankung der Eingangsspannung unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Bezugsspannung, die durch den Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Abhängigkeit einer Schwankung der Versorgungsspannung schwankt, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Beibehalten der einstellbaren Versorgungsspannung durch den Leistungswandler in Gegenwart einer Schwankung der Eingangsspannung, so dass die Bezugsspannung, die durch den Bezugsspannungsgenerator erzeugt wird, in Gegenwart der Schwankung der Eingangsspannung nicht schwankt.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Wählen der einstellbaren Versorgungsspannung durch eine Steuereinheit; und Steuern des Leistungswandlers durch die Steuereinheit, um die einstellbare Versorgungsspannung zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend: Überwachen der einstellbaren Versorgungsspannung, die von dem Leistungswandler dem Bezugsspannungsgenerator zugeführt wird, durch die Steuereinheit, um den Leistungswandler zu steuern, die einstellbare Versorgungsspannung zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Empfangen der Bezugsspannung durch einen Analog-Digital-Wandler von dem Bezugsspannungsgenerator; und Erzeugen eines Ausgangssignals durch den Analog-Digital-Wandler auf der Basis eines Eingangssignals und der Bezugsspannung.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin umfassend: Erzeugen eines Sensorsignals, das für eine gemessene physikalische Größe kennzeichnend ist und Bereitstellen des Sensorsignals für den Analog-Digital-Wandler als Eingangssignal.