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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 4.
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In elektronischen Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, insbesondere Steuergeräten für Kraftfahrzeugbremssysteme, wird für die Strom- und Spannungsregelung bzw. Strom- und Spannungssteuerung häufig eine Pulsweitenmodulation (PWM) der Versorgungsspannung vorgesehen. Beispielsweise im Bereich der Ventiltreiberstufen für elektronische Bremssysteme (ESC und ABS) hat es in der Vergangenheit bereits verschiedene Ansätze gegeben den Strom der Ventiltreiberstufen zu regeln und diese Regelung auch zu überwachen. Im Folgenden wird lediglich der Begriff der Pulsweitenmodulation verwendet, wobei durch die vorliegende Erfindung eine Anwendung auf ähnliche wirkende Ansteuerverfahren, beispielsweise mittels Pulsfrequenzmodulation (PFM), ebenso eingeschlossen ist.
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In der
EP 144 230 9 B1 und der
EP 197 750 2 A2 wird dargestellt, wie der Spulenstrom redundant in einem Low-Side Treiber und in einem High-Side Treiber gemessen wird, um einen implementierten Stromregler zu überprüfen.
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Aus der
EP 226 547 8 A1 geht eine PWM-Ansteuerelektronik hervor, bei welcher eine Signal-Konservations-Schaltung vorgesehen ist, die das Messsignal eines Laststroms für eine definierte Haltezeit bereitstellt. Ein High-Side Treiber kann aus Gründen der Kosteneinsparung damit entfallen, womit auch die Möglichkeit nicht mehr besteht, eine redundante Strommessung an dem High-Side Treiber durchzuführen.
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In der
EP 148 086 2 B1 ist die Verringerung von Abweichungen von einem Effektivstrom und einem Sollstrom einer pulsweitenmodulierten Stromregelung eines Ventils eines Kraftfahrzeugbremsensteuergerätes beschrieben, wobei zur Berechnung eines korrigierten Sollstromes zu einem gemessenen Strom temperaturabhängige und versorgungsspannungsabhängige Ausgleichswerte hinzuaddiert werden.
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In einem System mit geschlossener Regelschleife ist es dabei möglich, das Tastverhältnis direkt am Ausgang des Stromreglers zu bewerten, da durch die Rückführung innerhalb der geschlossenen Regelschleife ein Fehler im Ansteuerpfad entdeckt werden kann.
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In der zum Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung nicht veröffentlichten älteren Patentanmeldung
DE 102 011 075 181.5 wird eine PWM-Ansteuerschaltung mit Strombegrenzung beschrieben, bei welcher auf eine aufwändige Stromregelung verzichtet wird, wobei die Versorgungsspannung zusätzlich als Führungsgröße im Sinne einer Vorsteuerung der PWM-Ansteuerregelung genutzt wird. Als Ist-Wert wird die Spannung zwischen einer Last, zum Beispiel einem Hydraulikventil, und einem angesteuertem Leistungstreiber, welcher den Leistungspfad der Last schaltet, erfasst und ausgewertet.
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In an sich bekannter Weise werden Ansteuerschaltungen zur Ansteuerung von Leistungstreibern mittels Pulsweitenmodulation, z.B. in Kraftfahrzeugbremssystemen, als integrierte Schaltung in einem integrierten Schaltkreis (PCU) realisiert. Einzusteuernde Soll-Werte, wie z.B. ein Soll-Spannungswert (V
Soll), erhält die PCU mittels SPI-Schnittstelle von einem Mikrocontroller (MCU). Das Soll-Tastverhältnis wird von der PCU aus dem Soll-Spannungswert (V
Soll) und einer aktuellen Versorgungsspannung (V
Ist) näherungsweise mittels nachfolgender Gleichung berechnet.
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Unter einem Mikrocontroller im Sinne dieser Beschreibung werden auch Mikroprozessoren, Mikrocontrollersysteme sowie Mikroprozessorsysteme verstanden, welche zumindest einen Prozessor aufweisen und über Peripheriefunktionen Signale erfassen sowie ausgeben können.
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Die Sicherheitsanforderungen an elektronische Steuergeräte steigen kontinuierlich. Gleichzeitig besteht jedoch ein erheblicher Kostendruck auf diese Komponenten. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine PWM-Ansteuerschaltung eines Kraftfahrzeugsteuergeräts bereitzustellen, mit welcher die Kosten von Kraftfahrzeugsteuergeräten bei gleichzeitiger Erfüllung der Sicherheitsanforderungen weiter gesenkt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung beschreibt eine Elektronische Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Pulsweitenmodulations-Ansteuerelektronik eines Kraftfahrzeugsteuergeräts, insbesondere eines Kraftfahrzeugbremssystems, umfassend zumindest einen Leistungstreiber zum Schalten eines Leistungspfades mindestens einer Last sowie mindestens ein Überwachungsmittel der Pulsweitenmodulation des Leistungspfades, wobei zumindest ein Signalausgang des Überwachungsmittels mit einem Signaleingang mindestens einer Logikschaltung elektrisch leitfähig verbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Logikschaltung eine Einschaltzeit des Leistungstreibers und/oder eine Periodendauer der Pulsweitenmodulation zur weiteren Verarbeitung, insbesondere durch mindestens einen Mikrocontroller, ausgibt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt daher eine kostengünstige und Ressourcen schonende Möglichkeit zur Überwachung einer PWM-Ansteuerung in einem Kraftfahrzeugsteuergerät dar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Erfassungsmittel zur insbesondere redundanten Erfassung einer aktuellen Versorgungsspannung der Last vorhanden, dessen Signalausgang mit dem Signaleingang der Logikschaltung elektrisch leitfähig verbunden ist.
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Besonders bevorzugt gibt die Logikschaltung eine zu einem Messzeitpunkt der Einschaltzeit und/oder Periodendauer synchronisiert gemessene Versorgungsspannung aus.
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Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung in einem Mikrocontroller und/oder integriertem Schaltkreis vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist als Last eine induktive Last, insbesondere eine Ventilspule einer elektrohydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, und/oder eine Warnbzw. Informationsleuchte vorgesehen. Die Leuchte wird bevorzugt unter Verwendung zumindest eines Pull-Up-Widerstands angesteuert. Damit lassen sich vorteilhafterweise dimmbare Warn- bzw. Informationsleuchten realisieren, wobei eine Rezirkulationsdiode nicht notwendig ist.
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Eine Messung des mittleren Stroms durch den Leistungstreiber wird bevorzugt durch Verwendung eines Serienwiderstandes oder Sense-FET Technologie realisiert.
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Eine Messung der mittleren Spannung über die Last wird bevorzugt durch Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers und/oder Delta-Sigma-Wandlers realisiert.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Überwachung einer Pulsweitenmodulations-Ansteuerelektronik eines Kraftfahrzeugsteuergeräts, insbesondere eines Kraftfahrzeugbremssystems, wobei die Ansteuerelektronik eine Ansteuerung zumindest eines Leistungstreibers im Leistungspfad mindestens einer Last vornimmt, wobei zumindest einer Logikschaltung ein Eingangssignal mindestens eines Überwachungsmittels der Pulsweitenmoduation bereitgestellt wird, wobei sich die Erfindung weiterhin dadurch auszeichnet, dass die Logikschaltung eine Einschaltzeit des Leistungstreibers und/oder eine Periodendauer der Pulsweitenmodulation zur weiteren Verarbeitung, insbesondere an mindestens einen Mikrocontroller, ausgibt.
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Durch die Erfindung werden in vorteilhafter Weise auch dann realistische Messergebnisse ermittelt, wenn keine PWM-Flanken für die Messung von Einschaltzeit des Leistungstreibers und der Periodendauer zur Verfügung stehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses auf der erfindungsgemäßen, elektronischen Schaltungsanordnung ausgeführt.
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Das Verfahren wird bevorzugt vom Mikrocontroller gestartet, wobei vorverarbeitete Messergebnisse von der Logikschaltung dem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise werden die Ressourcen des Mikrocontrollers durch die eigentliche Messung nicht belastet und damit für weitere Anwendungen gewonnen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt durch das Überwachungsmittel der Pulsweitenmodulation eine Berücksichtigung von zumindest einem Schwellwert.
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Wird eine Überwachung einer PWM-Ansteuerung, beispielsweise einer Warn- bzw. Informationsleuchte eines Schalters einer elektrischen Parkbremse gefordert, kann bevorzugt auf eine Speicherung der Versorgungsspannung verzichtet werden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
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Es zeigen:
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1 ein beispielsgemäßes Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen PWM-Ansteuerschaltung,
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2 ein beispielsgemäßes Zustandsübergangsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein Zeitverlaufsdiagramm für eine PWM-Ansteuerung mit allen Komparator-Flanken,
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4 ein Zeitverlaufsdiagramm für eine PWM-Ansteuerung mit eingeschaltetem Leistungstreiber VOx,
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5 ein Zeitverlaufsdiagramm für eine PWM-Ansteuerung mit ausgeschaltetem Leistungstreiber VOx,
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6 ein Zeitverlaufsdiagramm für eine PWM-Ansteuerung beim Übergang zum ausgeschalteten Zustand,
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7 ein Zeitverlaufsdiagramm für eine PWM-Ansteuerung beim Übergang zum eingeschalteten Zustand,
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8 ein Zeitverlaufsdiagramm bei Fehlen einer zweiten fallenden Komparator-Flanke und
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9 ein Zeitverlaufsdiagramm bei ansteigender Komparator-Flanke nach der maximalen Erfassungszeit.
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In 1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung und Überwachung von Ventilspule L eines Hydraulikventils eines elektrohydraulischen Kraftfahrzeugbremssystems dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird von der Versorgungsspannung V1 versorgt. Zur Schaltung des Leistungspfades von Ventilspule L ist Leistungstreiber VOx vorgesehen, wobei dieser durch Ansteuerschaltung (PCU) 2 mit einem Tastverhältnis d angesteuert wird und auf diese Weise die Leistungsregulierung von Ventilspule L erfolgt. Tastverhältnis d wird der PCU 2 durch einen Mikrocontroller (MCU) 4, beispielsweise über eine Busschnittstelle, wie SPI, bereitgestellt. Leistungstreiber VOx ist in 1 als Low-Side-Treiber dargestellt, kann jedoch beispielsweise auch als High-Side-Treiber vorgesehen sein. Rezirkulationsdiode D dient dem Abbau induzierter Spannungsspitzen während der Sperrphasen von Leistungstreiber VOx, wobei diese auch als aktives Bauelement, beispielsweise als Transistor, ausgelegt sein kann. Zur Überwachung von IST-Spannungswerten der Pulsweitenmodulation V1A ist Komparator LTH vorhanden, welcher an Messstelle A gemessene Spannungswerte mit Referenzspannung Vref vergleicht. Alternativ zur Verwendung eines Komparators können alternative, eine ebensolche Funktion erfüllende elektronische Bauelemente oder Schaltungen bzw. Schaltungsteile vorgesehen sein.
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Alle implementierten Treiberstufen 3 teilen sich einen Kanal jeweils von Komparator LTH und/oder Analog-Digital-Wandler ADC, wobei die Werte der aktuellen IST-Versorgungspannung V1B durch den Analog-Digital-Wandler ADC jeweils an Messstelle B erfasst werden. Zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen ist es aus Redundanzgründen notwendig, diesen Kanal unabhängig vom Ansteuerungspfad für die Berechnung des IST-Tastverhältnisses d auszulegen. Es handelt sich daher um eine redundante Spannungsmessung. Die Umschaltung zwischen den Kanälen k zur Messungen an einzelnen Treiberstufen 3 kann beispielsweise mittels zumindest eines Multiplexers vorgenommen werden. Somit können die Einschaltzeit t1 und die Periodendauer T der Treiberstufen im Zeitmultiplex-Betrieb überwacht werden. Werden im Falle einer softwarebasierten Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in MCU 4, Interrupt-Eingänge von MCU 4 verwendet, wobei in diesem Fall auch PCU 2 durch MCU 4 umfasst sein kann, ist pro Treiberstufe 3 ein Eingang vorgesehen oder es ist zumindest ein Multiplexer auf Systemebene vorhanden. Auf die Messung von Periodendauer T kann verzichtet werden, falls beispielsweise die Sollvorgabe der Ansteuerfrequenz herangezogen wird. Ein Teil der Information geht dabei jedoch verloren und eine fehlerhafte Ansteuerfrequenz kann nicht mehr erkannt werden.
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Die Ausgänge von Analog-Digital-Wandler ADC und Komparator LTH sind mit den Eingängen von Logikschaltung FSM elektrisch leitfähig verbunden, sodass Logikschaltung FSM die entsprechenden Ausgangswerte bereitgestellt werden können. Logikschaltung FSM kann ebenfalls, insbesondere bei der Verwendung von Port-Pins von MCU 4, als eingebettete Software in der MCU 4 realisiert werden, wobei auch PCU 2 durch MCU 4 umfasst sein könnte. Die Beschreibung der Funktionsweise von Logikschaltung FSM erfolgt anhand eines Zustandsübergangsdiagramms, wobei auf Basis der Ausgangswerte von Komparator LTH das IST-Tastverhältnis d und die IST-Periodendauer T der Pulsweitenmodulation bestimmt werden. Zur weiteren Verarbeitung durch PCU 2 und/oder MCU 4 gibt Logikschaltung FSM die erfasste Einschaltzeit t1 von Leistungstreiber VOx, die aktuelle Periodendauer T der Pulsweitenmodulation und die zum Messzeitpunkt des Tastverhältnisses synchronisiert gemessene Versorgungsspannung V2 an PCU 2 bzw. MCU 4 aus und/oder speichert die Informationen bzw. Werte in einem dafür vorgesehenen, nicht dargestellten Halbleiterspeicher insbesondere der PCU 2 und/oder MCU 4. Anschließend erfolgt eine weitere Verarbeitung der von Logikschaltung FSM ausgegebenen Werte durch entsprechende Software-Algorithmen der PWM-Regelung durch MCU 4. Zusätzlich wird das aktuelle Ergebnis der Analog-Digital-Wandlung synchron zum jeweiligen Messwert der IST-Versorgungsspannung V1B gespeichert.
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Insbesondere Analog-Digital-Wandler ADC und Komparator LTH können durch PCU 2 umfasst sein, was durch die unterbrochene Linie in 1 verdeutlicht wird. Die Implementierung erfolgt beispielsgemäß auf einem Mixed-Signal-IC, welcher sich in einem separaten IC-Gehäuse oder durch MCU 4 umfasst sein, sich also auf dem gleichen integrierten Schaltkreis mit MCU 4 befinden kann. Mittels einer BUS-Schnittstelle, z.B. SPI, kommuniziert PCU 2 mit MCU 4, wobei durch MCU 4 die Berechnungen der Regelalgorithmen des beispielsgemäßen Kraftfahrzeugbremssystems vorgenommen werden. Logikschaltung FSM wird bevorzugt durch entsprechende Ansteuerung bzw. Steuerbefehl von MCU 4 an PCU 2 gestartet. Vorverarbeitete Messergebnisse von Logikschaltung FSM werden anschließend der MCU 4 bereitgestellt. MCU 4 führt hierfür lediglich Zugriffe auf die im Halbleiterspeicher von PCU 2 abgelegten Werte aus und startet damit eine neue Messung. Damit ist MCU 4 durch die eigentliche Messaufgabe nicht belastet, wodurch diese Ressourcen vorteilhafterweise für weitere Aufgaben genutzt werden können.
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In 2. ist ein Zustandsübergangsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise von Logikschaltung FSM dargestellt, an welchem nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft beschrieben werden soll. Die Beschriftungen in Rechtecken mit unterbrochenen Linien zeigen die Übergangsbedingungen zwischen den einzelnen Zuständen, während die Änderungen interner Variablen oder von Ausgabewerten durch die mit durchgezogenen Linien dargestellten, abgerundeten Rechtecke gezeigt wird.
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Bei nicht Vorhandensein einer Software-Anfrage 10 befindet sich Logikschaltung FSM im inaktiven Zustand 0. Liegt eine entsprechende Software-Anfrage 11 für eine der vorhandenen Treiberstufen 3a des Kraftfahrzeugbremssystems vor, wird Kanal k eines Multiplexers zur Messung ausgewählt und die Messung entsprechend gestartet. Zähler c sowie die synchronisierte Versorgungsspannung V2 werden zu Beginn der Messung auf einen Startwert (c = 0, V2 = 0) gesetzt. Eine Flankenerkennung der IST-Spannungswerte der Pulsweitenmodulation V1A ist für Komparator LTH einer gewählten Treiberstufe 3a beispielsgemäß lediglich einmal implementiert, so dass Logikschaltung FSM einen Synchronisierungszustand der Flankenerkennung 1 aufweist, um das Signal von Komparator LTH der gewählten Treiberstufe 3a auf die Flankenerkennung umzuschalten.
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Ausgehend vom Synchronisierungszustand der Flankenerkennung 1 schaltet Logikschaltung FSM, in Abhängigkeit vom erhaltenen Signal von Komparator LTH, bei einem Low-Pegel (LTH = 0) in den Zustand 2 und bei einem High-Pegel (LTH = 1) in den Zustand 3. Beim Zustandsübergang von Zustand 1 in einen der Zustände 2 oder 3 wird die zum Messzeitpunkt des Tastverhältnisses d synchronisiert gemessene Versorgungsspannung V2 gespeichert (V2 = V1B). Zähler c, die gemessene Einschaltzeit des Leistungstreibers t1 sowie die PWM Periodendauer T behalten ihren Startwert oder werden auf diesen zurückgesetzt.
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In jedem Taktzyklus wird Zähler c in den Zuständen 2 und 3 sowie den weiteren Zuständen 4 und 5 inkrementiert. Anhand des Zählerstandes eines Zählers lässt sich mittels konstanter Zykluszeit eine Zeit berechnen, weshalb der Zählerstand weitgehend gleichbedeutend mit einer seit Beginn einer Messung vergangenen Erfassungszeit ist. Tritt ausgehend von den Flankenerkennungszuständen 2, 3, 4 und 5 innerhalb einer definierten maximalen Erkennungszeit bzw. eines Zählgrenzwertes MAX von Zähler c keine Flankenerkennung auf (c ≙ MAX), werden die Ausgangswerte der Einschaltzeit t1 und der Periodendauer T durch Logikschaltung FSM definiert und es wird dann in den inaktiven Zustand 0 übergegangen. Erfolgt innerhalb der Erkennungszeit MAX eine entsprechende Signaländerung von Komparator LTH, wird eine Flanke erkannt und ebenfalls auf den jeweils nächsten Zustand übergegangen. Sobald der inaktive Zustand 0 wieder erreicht ist, was entweder durch Erreichen des Zählgrenzwertes bzw. der maximalen Erfassungszeit MAX oder durch Erkennung einer fallenden Flanke im Zustand 5 der Flankenerkennung erfolgt, ist die Messung beendet.
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Ausgehend von Zustand 2 erfolgt, im Falle der Erkennung einer ansteigenden Flanke, also eines Übergangs des Signals von Komparator LTH von einem Low- auf einen High-Pegel, innerhalb der maximalen Erkennungszeit, ein Übergang auf Zustand 3. Zähler c wird auf seinen Startwert (c = 0) zurückgesetzt und die gemessene synchronisierte Versorgungsspannung V2 gespeichert. Wird innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX keine ansteigende Flanke erkannt, werden Einschaltzeit t1 und Periodendauer T mit zwei Drittel der maximalen Erfassungszeit MAX (t1 = 2/3·MAX, T = 2/3·MAX) bewertet.
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Ausgehend von Zustand 3 erfolgt, im Falle der Erkennung einer fallenden Flanke, also eines Übergangs des Signals von Komparator LTH von einem High- auf einen Low-Pegel, innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX, ein Übergang auf Zustand 4. Zähler c erhält einen inkrementierten Wert (c = 1) und die gemessene synchronisierte Versorgungsspannung V2 wird gespeichert. Wird innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX keine fallende Flanke erkannt, wird Einschaltzeit t1 mit einem minimalen Wert (t1 = 0) und Periodendauer T mit zwei Drittel der maximalen Erkennungszeit MAX bewertet.
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Ausgehend von Zustand 4 erfolgt, im Falle der Erkennung einer steigenden Flanke innerhalb der maximalen Erkennungszeit, ein Übergang auf den Zustand 5. Einschaltzeit t1 erhält den aktuellen Wert von Zähler c (t1 = c). Wird innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX keine fallende Flanke erkannt, werden Einschaltzeit t1 und Periodendauer T mit zwei Drittel der maximalen Erkennungszeit MAX (t1 = 2/3·MAX, T = 2/3·MAX) bewertet.
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Ausgehend von Zustand 5 erfolgt, im Falle der Erkennung einer fallenden Flanke innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX, ein Übergang auf den inaktiven Zustand 0. Periodendauer T erhält den aktuellen Wert von Zähler c (T = c). Wird innerhalb der maximalen Erkennungszeit MAX keine fallende Flanke erkannt, wird Einschaltzeit t1 auf den Wert des Zählers (t1 = c) gesetzt – mit einer Beschränkung auf zwei Drittel der maximalen Erkennungszeit – und Periodendauer T wird mit zwei Drittel der maximalen Erkennungszeit MAX bewertet.
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Das gemessene Tastverhältnis dMessung lässt sich aus dem Quotienten der ermittelten Werte für die Einschaltzeit t1 und Periodendauer T gemäß Formel 1.1 berechnen. dMessung = t1 / T 1.1
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In Verbindung mit der gemessenen Versorgungsspannung V2 erfolgt eine weitere Verarbeitung und Auswertung durch die Regelsoftware. Einschaltzeit t1, Periodendauer T und gemessene Versorgungsspannung V2 werden PCU 2 bzw. MCU 4 bereitgestellt, wobei das Tastverhältnis dMessung vor einer Weitergabe an MCU 4 alternativ bereits durch PCU 2 berechnet werden kann. Gemäß diesem Fall ist es ausreichend lediglich diesen Wert an MCU 4 zur weiteren Verarbeitung zu übertragen.
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Im Weiteren erfolgt eine Beschreibung der Funktionsweise von Logikschaltung FSM anhand einiger beispielsgemäßer Messungen. In den 3 bis 9 ist dafür jeweils der Zeitverlauf des Ausgangssignals von Komparator LTH für eine PWM-Ansteuerung gemäß 1 dargestellt. Der Start einer Periode wird in den Figuren mit SP sowie zugehörigem Pfeil, welcher den Zeitpunkt definiert, gekennzeichnet. Der Start der Messung ist mit SM und zugehörigem Pfeil gekennzeichnet. Nach Anforderung durch MCU 4 startet eine Messung der Einschaltzeit t1 und Periodendauer T, gemäß Zustandsübergangsdiagramm der 2, durch den Übergang vom inaktiven Zustand 0 in den Synchronisierungszustand der Flankenerkennung 1.
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In dem in 3 gezeigten Beispiel liegt nach Beginn der Messung SM ein Low-Pegel Signal von Komparator LTH vor, weshalb in Zustand 2 übergegangen wird. In diesem Zustand wird begonnen Zähler c zu inkrementieren. Die erst steigende Flanke F1 nach Beginn der Messung SM und innerhalb der maximalen Erfassungszeit MAX, welche mit Inkrementierung von Zähler c startet, führt zu einem Zustandsübergang in Zustand 3 und Rücksetzen von Zähler c auf den Startwert, woraufhin aufgrund der nachfolgenden fallenden Flanke F2 eine weitere Zustandsänderung nach Zustand 4 stattfindet. Ausgehend vom Vorgabewert (c = 1) von Zähler c bei Zustandsübergang von Zustand 3 zu Zustand 4, wird Zähler c entsprechend der in 3 dargestellten Einschaltzeit t1 inkrementiert und beim nächsten, durch die steigende Flanke F3 ausgelösten, Zustandswechsel in Zustand 5 gespeichert. Bei der nächsten fallenden Flanke F4 wechselt der Zustand von Zustand 5 zurück in den inaktiven Zustand 0 und der Stand von Zähler c wird als Periodendauer T gespeichert. Die gespeicherten Werte der Einschaltzeit t1, Periodendauer T und synchronisierte Versorgungsspannung V2 stehen nach Speichern, beispielsweise in einem Register von PCU 2, zur weiteren Verarbeitung durch MCU 4 zur Verfügung. Der vorgehend beschriebene Fall ist der Fall einer Messung von Einschaltzeit t1 und Periodendauer T, bei welchem diese anhand der Flanken direkt bestimmt werden können.
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In den nachfolgend dargestellten Fällen werden ebenfalls realistische Ergebnisse erzeugt, obwohl die für die Messung notwendigen Pegeländerungen bzw. Pegelflanken des Ausgangssignals von Komparator LTH fehlen.
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Die 4 zeigt einen Fall, bei dem Leistungstreiber VOx über die maximale Erfassungszeit MAX eingeschaltet ist und Komparator LTH aufgrund der gewählten Referenzspannung Vref ein Low-Pegel Signal ausgibt. Da keine Pegeländerung nach Beginn der Messung SM auftritt, erreicht Zähler c in Zustand 2 den maximalen Zählerwert bzw. die maximale Erfassungszeit MAX, wobei diese beispielsgemäß dem 1,5-fachen der zu erwartenden Periodendauer entspricht. Die zu erwartende Periodendauer ist dabei insbesondere abhängig von der Sollwertvorgabe der PWM-Frequenz. Die Werte der Einschaltzeit t1 und Periodendauer T werden auf zwei drittel des Wertes der maximalen Erfassungszeit MAX gesetzt, was gleichbedeutend mit einem über die maximale Erfassungszeit MAX eingeschaltetem Leistungstreiber VOx ist.
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Die 5 zeigt einen Fall des über die maximale Erfassungszeit MAX ausgeschalteten Leistungstreibers VOx. Da nach Beginn der Messung ein High-Pegel Signal von Komparator LTH vorliegt, erreicht Zähler c in Zustand 3 den maximalen Erfassungswert MAX, woraufhin der Zustand in den inaktiven Zustand 0 wechselt und die Einschaltzeit t1 auf Null und die Periodendauer T auf zwei drittel der maximalen Erfassungszeit MAX gesetzt wird. Dies ist gleichbedeutend mit dem über die Erfassungszeit ausgeschalteten Leistungstreiber VOx.
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Die 6 zeigt einen Fall, bei dem Leistungstreiber VOx innerhalb der Erfassungszeit ausgeschaltet wird, also lediglich die steigende Flanke F5 vorliegt. Nach Beginn der Messung SM und Übergang von Zustand 1 in Zustand 2 folgt die steigende Flanke F5, welche das Ausschalten von Leistungstreiber VOx signalisiert. Daraufhin erfolgt der Übergang in Zustand 3 und das Rücksetzen von Zähler c auf den Startwert (c = 0). In Zustand 3 wird Zähler c bis zum Erreichen des maximalen Erfassungswerts MAX inkrementiert und Logikschaltung FSM gibt die Werte für einen ausgeschalteten Leistungstreiber VOx aus, wobei die Einschaltzeit t1 gleich Null und Periodendauer T zwei Drittel der maximalen Erfassungszeit MAX ist.
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Gemäß 7 erfolgt nach Beginn der Messung SM das Einschalten von Leistungstreiber VOx. Nach fallender Flanke F6 wird Zähler c in Zustand 4 bis zum maximalen Erfassungswert MAX inkrementiert. Die Werte der Einschaltzeit t1 und Periodendauer T werden somit auf zwei Drittel des Wertes der maximalen Erfassungszeit MAX gesetzt.
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Die 8 stellt einen Fall dar, bei welchem Einschaltzeit t1 gemessen werden kann, jedoch eine zur Messung der Periodendauer T notwendige fallende Flanke des Ausgangssignals von Komparator LTH fehlt. Zähler c wird somit in Zustand 5 bis zum maximalen Erfassungswert MAX inkrementiert. Die solchermaßen bestimmte Einschaltzeit t1 wird übernommen und für die Periodendauer T der Erwartungswert, welcher zwei Drittel des maximalen Erfassungswertes MAX ist, verwendet
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In der 9 ist ein Fall dargestellt, bei dem eine Einschaltzeit t1 vorliegt, welche größer als Periodendauer T ist. Dies kann beispielsweise bei Änderung des Tastverhältnisses d auftreten. Wird in Zustand 4 der maximale Zählerstand erreicht, wird der Wert der Einschaltzeit t1 sowie Periodendauer T auf zwei Drittel des Wertes der maximalen Erfassungszeit MAX festgelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1442309 B1 [0003]
- EP 1977502 A2 [0003]
- EP 2265478 A1 [0004]
- EP 1480862 B1 [0005]
- DE 102011075181 [0007]
