DE10301501A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung eines Pulsweiten-modulierten Signals - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines PWM-Signals (x) einer vorgegebenen PWM-Frequenz, ausgehend von zwei der Schaltungsanordnung eingegebenen Signalen (a, b), wobei das PWM-Signal (x) ein mit der Differenz der Signale (a, b) variierendes Tastverhältnis aufweist. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besitzt einen einfachen Aufbau und ist gekennzeichnet durch: DOLLAR A - einen Signalgenerator (16) zur Erzeugung eines periodischen, insbesondere im Wesentlichen trapezförmigen Vergleichssignals (d), dessen Frequenz gleich der PWM-Frequenz ist und dessen Form von einem (a) der beiden Signale (a, b) abhängt, und DOLLAR A - einen Komparator (18) zum Vergleichen des anderen (b) der beiden Signale (a, b) mit dem Vergleichssignal (d) und zur Bereitstellung des PWM-Signals (x) am Ausgang des Komparators.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines PWM (Pulsweitenmodulation)-Signals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6, insbesondere zur Verwendung bei der Bildung eines Stellsignals eines Regelkreises.
  • Bei der Regelung einer Größe (Regelgröße), wie z. B. des Ausgangsstroms eines Gleichspannung/Gleichspannung(DC/DC)-Wandlers, wird die Regelabweichung, also die Differenz zwischen einem Sollwert (Führungsgröße) und einem Istwert, einem Regler eingegeben, der entsprechend einer Regelcharakteristik eine Stellgröße bereitstellt. Diese Stellgröße wirkt dann unmittelbar oder mittelbar über eine Stelleinrichtung auf die zu regelnde Strecke ein. Im Beispiel des DC/DC-Wandlers dient die Stellgröße üblicherweise zur Ansteuerung einer Transistor-Halbbrücke (Wandler-Leistungsteil).
  • In vielen Anwendungsfällen werden die dem Regler eingegebenen Sollwerte und Istwerte sowie die von dem Regler ausgegebene Stellgröße durch analoge Signale dargestellt. Bei diesen Anwendungen wird wiederum oftmals die Stellgröße jedoch als PWM-Signal zur Ansteuerung der geregelten Strecke bzw. einer vorgeschalteten Stelleinrichtung benötigt. In diesen Fällen ist dann üblicherweise ein PWM-Modulator vorgesehen, der als Teil des Reglers ausgebildet oder dem Regler nachgeordnet ist.
  • Eine solche Regelung sei am Beispiel eines DC/DC-Wandlers in 1 veranschaulicht. Der DC/DC-Wandler 1 umfasst einen Taktgeber 2 zur Taktung eines Dreieckoszillators 3, der ein periodisches Dreiecksignal c (vgl. 2) an einen ersten Eingang eines Komparators 4 liefert. Eine Sollwertausgabeeinheit 5 gibt ein dem Sollwert des Ausgangsstroms entsprechendes analoges Sollwertsignal a an einen Summationspunkt 6 aus, welchem ferner ein dem Istwert (tatsächlicher Stromwert) entsprechendes Istwertsignal b zugeführt wird. Dieses Istwertsignal b wird durch eine Messung des Stroms am Ausgang eines Wandler-Leistungsteils 7 erhalten.
  • An dem Summationspunkt 6 wird wie dargestellt eine vorzeichenbehaftete Summe aus Istwert b und Sollwert a gebildet und als ein dieser Summe entsprechendes analoges Signal an einen zweiten Eingang des Komparators 4 geliefert. Da letzteres Signal proportional zur Regelabweichung ist, wird mit dem Summationspunkt ein so genannter P-Regler realisiert.
  • Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte z. B. zwischen dem Summationspunkt 6 und dem zweiten Eingang des Komparators 4 noch ein weiteres Regelglied zwischengeschaltet sein, mit dem die Regelungscharakteristik in gewünschter Weise eingestellt werden kann, etwa zur Realisierung eines PI-Reglers oder eines PID-Reglers.
  • Wie es nachfolgend beschrieben wird, stellt der Komparator 4 an seinem Ausgang ein zur Ansteuerung des Leistungsteils 7 geeignetes, die Stellgröße repräsentierendes, PWM-moduliertes Stellgrößensignal x bereit. Der Komparator 4 bildet zusammen mit dem Taktgeber 2 und dem Dreieckoszillator 3 also einen "PWM-Modulator" zur Wandlung des vom Summationspunkt (allgemein Regler) stammenden analogen Signals in ein PWM-Signal, also ein periodisches Pulssignal, dessen Tastverhältnis die Stellgröße darstellt (codiert).
  • Wenn bei dem DC/DC-Wandler nach 1 der Sollwert durch eine digitale Steuereinrichtung (z. B. Mikrocontroller) erzeugt wird, so bedeutet die Bereitstellung des Sollwertsignals a in analoger Form einen relativ großen Aufwand.
  • 2 veranschaulicht beispielhaft einen zeitlichen Verlauf der Signale a, b und c. Es sei angenommen, dass der Sollwert a in einem Bereich von amin bis amax variieren kann und im betrachteten Zeitraum einen konstanten Wert von Null besitzt. Wenn nun, wie eingezeichnet, das Istwertsignal b ebenfalls den Wert Null besitzt, also der Istwert gleich dem Sollwert ist, so liefert der durch den Komparator 4 durchgeführte Vergleich der beiden analogen Eingangssignale a, b das in 3 dargestellte Signal x. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Signale a, b, c und x durch Spannungen (U) repräsentiert.
  • Das (Stellgrößen)signal x ist das zur Ansteuerung des Wandler-Leistungsteils 7 benötigte PWM-Ansteuersignal. Es besitzt eine Periode T entsprechend der durch den Taktgeber 2 vorgegebenen Frequenz und in jeder Periode T einen "Anzeit-Anteil" T1 und einen "Auszeit-Anteil" T2. Die Größe dieser Zeitanteile T1, T2 bestimmt das so genannte Tastverhältnis T1/T des PWM-Signals x, welches wiederum den vom Leistungsteil 7 erzeugten Wandler-Ausgangsstrom wesentlich mitbestimmt. Das Leistungsteil 7 ist hierzu beispielsweise in an sich bekannter Weise als Tiefsetzsteller mit Schalttransistoren aufgebaut, die von dem PWM-Stellsignal x angesteuert werden und über eine Drossel die Wandler-Ausgangsspannung an einem Ausgangskondensator erzeugen. Bei einem derartigen Aufbau hängt der für ein bestimmtes Stellsignal x sich ergebende Ausgangsstrom auch von der Wandler-Ausgangsspannung ab. Diese Ausgangsspannung ändert sich z. B. bei plötzlich auftretenden Laständerungen, wie sie durch Ein- und Ausschalten von am Wandler angeschlossenen Verbrauchern hervorgerufen werden.
  • Zurückkommend auf 2 sei nun der Fall betrachtet, bei dem das Istwertsignal b von dem weiterhin mit dem Wert Null angenommenen Sollwertsignal a abweicht, in der Figur mit b' bezeichnet. In diesem Fall ergibt sich das in 4 dargestellte PWM-Stellgrößensignal x', welches die gleiche Periode T, jedoch ein verändertes Tastverhältnis T1'/T besitzt, welches bei der Stromregelung im Sinne einer Angleichung des Istwerts b' an den Sollwert a wirkt.
  • Zusammenfassend wird mit der aus den Komponenten 2, 3, 4 und 6 gebildeten Schaltungsanordnung also ein PWM-Signal x einer vorgegebenen PWM-Frequenz ausgehend von zwei eingegebenen analogen Signalen a und b erzeugt, indem zunächst eine Differenzbildung an den Signalen a und b vorgenommen wird und das Ergebnis dieser Differenzbildung mit einem Dreiecksignal verglichen wird.
  • Nachteilig ist hierbei der Aufwand zur Realisierung der benötigten Differenzbildung sowie eines analogen Sollwertsignals.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren anzugeben, mit denen in einfacher Weise ein PWM-Signal erzeugt werden kann, insbesondere zur Verwendung als Stellgrößensignal im Rahmen einer Regelung.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 6. Die weiteren Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst:
    • – einen Signalgenerator zur Erzeugung eines periodischen Vergleichssignals, insbesondere im Wesentlichen trapezförmigen Signals, dessen Frequenz gleich der PWM-Frequenz ist und dessen Form von einem der beiden Signale abhängt, und
    • – einen Komparator zum Vergleichen des anderen der beiden Signale mit dem Vergleichssignal und zur Bereitstellung des PWM-Signals am Ausgang des Komparators.
  • Die erfindungsgemäße Gestaltung verzichtet auf eine Differenzbildung zwischen den beiden eingegebenen Signalen. Vielmehr wird eines der beiden Signale mit einem Vergleichssignal verglichen, dessen Form von dem anderen der beiden Signale abhängt. Diese Vorgehensweise erhöht zwar im Allgemeinen den Aufwand bei der Erzeugung des periodischen Vergleichssignals, da hier eine Abhängigkeit der Signalform von einer der Größen vorzusehen ist. Praktisch überwiegt jedoch die schaltungstechnische Vereinfachung durch Wegfall der Differenzbildung zwischen den beiden Signalen. Außerdem muss bei der erfindungsgemäßen Gestaltung das eine Signal nicht zwingend als analoges Signal bereitgestellt werden. Vielmehr kann der Signalgenerator z. B. durch ein den Sollwert repräsentierendes digitales Signal angesteuert werden.
  • Der Begriff "im Wesentlichen trapezförmiges Signal", im Folgenden auch kurz als "Trapezsignal" bezeichnet, steht im Rah men der Erfindung für ein periodisches Signal mit Signalmaxima und Signalminima, deren Ausdehnung in Summe wenigstens 10% der Periode ausmacht, wobei der Signalwert jeweils innerhalb einer Ausdehnung nur geringfügig (weniger als 5%) oder gar nicht variiert, und wobei die Signalmaxima und Signalminima durch stetig verlaufende Flanken miteinander verbunden sind, die wenigstens in ihrem mittleren Bereich im Wesentlichen linear verlaufen. Insbesondere kann ein Vergleichssignal vorgesehen sein, bei dem jede Maxima- bzw. Minima-Ausdehnung stets wenigstens 5% der Periode beträgt.
  • Die Erzeugung des Vergleichssignals ist besonders einfach, wenn der Signalgenerator dieses Signal mit einer konstanten Amplitude erzeugt und/oder mit einer konstanten Flankensteilheit erzeugt und das Verhältnis der Signalmaximumdauer (Ausdehnung) zur Signalminimumdauer abhängig von dem einen der beiden Signale variiert.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Flanken des Vergleichssignals durch Abschnitte einer Aufladekurve bzw. Entladekurve eines periodisch mit der vorgegebenen PWM-Periode ge- und entladenen Kondensators dargestellt. Dies lässt sich besonders einfach realisieren, wenn der Signalgenerator aus einem Rechtecksignalgenerator mit nachgeschaltetem RC-Filter gebildet ist. Die RC-Zeitkonstante ist hierbei bevorzugt kleiner als 10% der Periodendauer.
  • Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lässt sich insbesondere ein schaltungstechnisch vereinfachter Regelkreis aufbauen, bei welchem das von dem Komparator erzeugte PWM-Signal eine Stellgröße des Regelkreises darstellt, beispielsweise zur Ansteuerung eines wie oben beschriebenen Leistungsteils eines DC/DC-Wandlers.
  • Auf diese Weise sind insbesondere reine P-Regler sehr einfach zu realisieren (vorgegebene Flankensteilheit des Vergleichssignals). Auch sind kleinere Frequenzgangskorrekturen zur Beeinflussung des Einschwingverhaltens möglich.
  • Vorteilhaft wird die Istwertquelle (Messeinrichtung) nur gering belastet, so dass der Istwert bei einer Stromregelung z. B. direkt ohne Pufferung an einem Bürdenwiderstand abgegriffen werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann das ursprüngliche Rechtecksignal (oder auch das Vergleichssignal bzw. das Trapezsignal selbst) direkt von einer programmgesteuert betriebenen digitalen Steuereinrichtung wie einem Mikrocontroller erzeugt werden. Damit lässt sich die angestrebte Abhängigkeit des zu erzeugenden Vergleichssignals programmgesteuert im Bereich dieser Steuereinrichtung realisieren. Auch kann durch eine solche Steuereinrichtung bei einem DC/DC-Wandler gewünschtenfalls der Einfluss (im Allgemeinen langsamer) Variationen derjenigen Spannung kompensiert werden, mit der ein Wandler-Leistungsteil betrieben (versorgt) wird ("Zwischenkreisspannung").
  • Unter Umständen, z. B. wenn bei einer Regelung der Sollwert stets konstant bleibt, kann ein in seiner Form fest vorgegebenes Vergleichssignal verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
  • 1 ein Blockschaltbild eines DC/DC-Wandlers, der eine Regelung des Ausgangsstroms vorsieht und bei dem ein Leistungsteil mit einem PWM-Stellgrößensignal ansteuert wird,
  • 2 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Erzeugung des in dem Wandler nach 1 verwendeten PWM-Signals,
  • 3 und 4 Darstellungen des in dem Wandler nach 1 erzeugten PWM-Signals für zwei verschiedene Betriebszustände,
  • 5 ein Blockschaltbild eines gemäß der Erfindung aufgebauten DC/DC-Wandlers,
  • 6 und 7 Darstellungen zur Veranschaulichung der Erzeugung des PWM-Stellgrößensignals in dem DC/DC-Wandler nach 5 für zwei verschiedene Betriebszustände,
  • 8 zeitliche Verläufe eines Dreiecksignals sowie eines hierzu äquivalenten, im Wesentlichen trapezförmigen Signals zur Erzeugung eines PWM-Signals, und
  • 9 Simulationsergebnisse zum Vergleich eines herkömmlichen Reglers mit einem gemäß der Erfindung aufgebauten Regler.
  • 5 veranschaulicht die Erfindung am Beispiel eines DC/DC-Wandlers 10 zur Bereitstellung eines geregelten Ausgangsstroms am Ausgang eines Leistungsteils 12 des Wandlers 10.
  • Der Wandler 10 kann z. B. in einem 2-Spannungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs Verwendung finden, um einen Versorgungsstrom für mit einer Nennspannung (z. B. 14 V) zu betreibende elektrische Verbraucher ausgehend von einer primären Bordspannung (z. B. 42 V) bereitzustellen.
  • Das zur Ansteuerung des Wandler-Leistungsteils 12 benötigte PWM-Stellgrößensignal x einer vorgegebenen PWM-Frequenz wird ausgehend von einem (z. B. analogen) Sollwertsignal a und einem analogen Istwertsignal b wie folgt erzeugt: eine Sollwertausgabeeinheit 14 gibt das Sollwertsignal a an einen Signalgenerator 16 aus, welcher ein periodisches, im Wesentlichen trapezförmiges Signal d (vgl. 6) erzeugt, dessen Frequenz gleich der PWM-Frequenz (z. B. einige 100 kHz) ist und dessen Form von dem durch die Einheit 14 vorgegebenen Sollwertsignal a abhängt.
  • Ein Komparator 18 vergleicht das von dem Signalgenerator 16 gelieferte Signal d mit dem aus dem Bereich des Leistungsteils 12 zurückgeführten Istwertsignals b und stellt an seinem Ausgang das zur Ansteuerung des Leistungsteils 12 verwendete PWM-Signal bereit.
  • 6 zeigt beispielhaft einen möglichen zeitlichen Verlauf der Signale d und b für einen bestimmten Sollwert a. Ein Vergleich dieser Signale durch den Komparator 18 führt zu einem PWM-Signal x, wie es in 3 dargestellt ist.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt eine Veränderung des Sollwerts a zu einer Verkürzung der Maximumdauern und einer entsprechenden Verlängerung der Minimumdauern des Trapezsignals d, wie dies in 7 dargestellt ist. Wird dieses alternative Trapezsignal d' wieder mit demselben Istwertsignal b verglichen, so ergibt sich als Vergleichsergebnis ein geändertes PWM-Signal, welches im dargestellten Beispiel dem in 4 dargestellten PWM-Signal x' entspricht.
  • Wie die Abhängigkeit der Trapezform (bzw. allgemein der Form des Vergleichssignals) von dem einen der eingegebenen Signale konkret zu wählen ist, hängt von der gewünschten Variation des Tastverhältnisses bei Änderung der Werte a und b ab. Bei dem oben beschriebenen Beispiel ist eine lineare Variation mit der Differenz der Signale (a – b) gewünscht. Zur Realisierung ist vorgesehen, dass bei einem Trapezsignal die Flankensteilheit konstant gehalten, die Signalsymmetrie jedoch entsprechend verändert wird.
  • Es ist leicht ersichtlich, dass der DC/DC-Wandler 10 die Funktionen des mit Bezug auf 1 beschriebenen Wandlers erfüllt, jedoch ohne eine Differenzbildung zwischen den beiden analogen Signalen a, b auskommt. Auch muss es sich bei dem Sollwertsignal a nicht zwingend um ein analoges Signal handeln. Vielmehr kann prinzipiell eine beliebige Codierung des Sollwerts verwendet werden, z. B. eine digitale Darstellung.
  • Gegenüber der mit Bezug auf 1 beschriebenen Wandlerausführung ist bei dem Wandler 10 die Bauelementeanzahl reduziert (Wegfall einer Differenzbildungsstufe sowie einer Stufe zur Bereitstellung des analogen Sollwertsignals). Außerdem reduziert sich somit die Anzahl derjenigen Bauelemente, deren Werte in Driften eingehen (z. B. Herstellungstoleranzen und/oder Temperaturdriften). Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung des PWM-Signals x (Komponenten 16 und 18) ist schaltungstechnisch weniger aufwändig und tendenziell sogar genauer spezifizierbar.
  • Überschreitet der Istwert b eine durch die Maximalspannung und die Minimalspannung der Trapezform d vorgegebene Grenze, so führt dies zu einer sprunghaften Änderung des Stellwertsignals x. Daraus ergibt sich für die Anwendung der Erfindung zur PWM-Stellgrößenerzeugung im Rahmen einer Regelung ein überraschender Vorteil. Es kommt zu einer inhärenten Begrenzung der geregelten Größe b. Für den Fall des in 5 dargestellten DC/DC-Wandlers 10 wird also das Tastverhältnis des PWM-Signals x und der Ausgangsstrom des Leistungsteils 12 in durch die Trapezform (Amplitude) maßgeblich bestimmten Grenzen gehalten. Eine solche Ausgangsstrombegrenzung ist für DC/DC-Wandlerausgangsstufen (Leistungsendstufe) gängiger Bauart oftmals ohnehin notwendig, um diese vor Überlastung zu schützen. Dieser Überlastschutz kann gemäß der Erfindung ohne sonst dafür notwendige zusätzliche schaltungstechnische Maßnahmen realisiert werden. Dies verringert in diesem Anwendungsfall die Bauelementeanzahl weiter.
  • 8 zeigt nochmals ein herkömmlich verwendetes Dreiecksignal c und im Vergleich dazu ein im Rahmen der Erfindung als Vergleichssignal verwendetes im Wesentlichen trapezförmiges Signal d. Wie es aus der Figur ersichtlich ist, wurden die Flanken des Trapezsignals d in einem hinsichtlich des Wertebereichs des damit zu vergleichenden Signals (z. B. das Signal b in 6) an die Flanken des Signals c angepasst, so dass z. B. ein unter Verwendung des Signals c arbeitender PWM-Modulator bzw. Regler im relevanten Bereich im Wesentlichen dieselbe Charakteristik aufweisen kann.
  • Die Flanken des Signals d sind in diesem Beispiel durch exponentielle Verläufe gebildet, so dass sich eine nennenswerte Abweichung von der idealen Trapezform lediglich an den Enden der Flanken ergibt, wohingegen der Beginn jeder Flanke praktisch einem idealen Trapezverlauf entspricht. Ein solches Signal d kann sehr einfach z. B. dadurch erzeugt werden, dass ein mit der vorgegebenen PWM-Frequenz betriebener Rechtecksignalgenerator mit einem nachgeschalteten RC-Filter versehen wird, also ein Kondensator über einen Widerstand durch ein Rechtecksignal periodisch ge- und entladen wird. Die Flankensteilheit hängt dann bekanntlich von der RC-Zeitkonstante ab und kann somit praktisch beliebig angepasst werden, um eine gewünschte Umsetzungscharakteristik (von dem damit verglichenen analogen Signal b zu dem resultierenden PWM-Signal x) zu erreichen. In dem einfachen Beispiel einer P-Regelung gemäß der 57 ist die Flankensteilheit des Signals d an die gewünschte P-Verstärkung anzupassen. Außerdem ist die Variation des Signals d mit dem anderen der beiden analogen Signale, d. h. die Abhängigkeit des Trapez-Verlaufs von diesem anderen analogen Signal a, an die gewünschte P-Verstärkung anzupassen. Bei Erzeugung des Signals d mittels eines Rechtecksignalgenerators mit nachgeschaltetem RC-Filter kann der Rechtecksignalgenerator z. B. Mittel zum Verstellen des Rechtecksignal-Tastverhältnisses bzw. der Signalsymmetrie abhängig von dem eingegebenen analogen Signal aufweisen.
  • 9 zeigt Ergebnisse einer Simulation eines DC/DC-Wandlers, der sich von der mit Bezug auf 5 beschriebenen Ausführung dadurch unterscheidet, dass der in 5 dargestellten Ausgangsstromregelung eine Ausgangsspannungsregelung im Sinne einer kaskadierten Regelung überlagert ist, d. h. die aktuelle Ausgangsspannung am Ausgang des Leistungsteils 12 gemessen und zur geregelten Verstellung des Stromsollwerts herangezogen wird. Komponenten einer solchen überlagerten Spannungsregelung sind in 5 gestrichelt eingezeichnet (ein Regelglied 20 wertet die am Ausgang des Leistungsteils 12 gemessene Spannung aus und bewirkt eine Verstellung im Sinne einer Spannungsregelung des von der Einheit 14 ausgegebenen Stromwerts a). Diese überlagerte Regelung kann in der Praxis beispielsweise von einer programmgesteuert betriebenen digitalen Steuereinrichtung (Mikrocontroller) durchgeführt werden. Insbesondere in diesem Fall ist es vorteilhaft, die unterlagerte Stromregelung als reine P-Regelung mit vergleichsweise niedriger P-Verstärkung vorzusehen und somit eine mehr oder weniger große Regelabweichung hinsichtlich des Ausgangsstroms zuzulassen, da bei dieser Bemessung des unterlagerten Reglers ein die Ausgangsspannung (bei Laständerungen) stabilisierender Effekt auftritt und die überlagerte Spannungsregelung vergleichsweise langsam vorgesehen werden kann, was die Anforderungen an die Geschwindigkeit der verwendeten digitalen Steuereinrichtung reduziert.
  • 9a zeigt den simulierten zeitlichen Verlauf der Wandlerausgangsspannung beim Einschalten des Wandlers, und zwar einerseits bei Verwendung des herkömmlichen Dreiecksignals c aus 8 zur PWM-Stellgrößenerzeugung (Kurve 30) und andererseits bei Verwendung des im Wesentlichen trapezförmigen Signals d aus 8 (Kurve 32).
  • 9b zeigt die zugehörigen Ausgangsstromverläufe (eine den Ausgangsstrom repräsentierende Spannung) bei Verwendung des Dreiecksignals (Kurve 34) und bei Verwendung des Trapezsignals (Kurve 36). Die relativ hochfrequente Variation in den Kurvenverläufen resultiert aus der getakteten Ansteuerung des Wandlerleistungsteils und der endlichen Integrationszeitkonstante des Wandlerleistungsteils bei der Umsetzung des PWM-Signals in die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom.
  • Aus 9 ist ersichtlich, dass bei Verwendung des Trapezsignals vorteilhaft die oben bereits erwähnte Begrenzung des Ausgangsstroms (flacher Abschnitt der Kurve 36) auftritt, die das Leistungsteil vor einer Überlastung schützt. Demgegenüber tritt eine solche Strombegrenzung bei Verwendung eines Dreiecksignals (vgl. Kurve 34) nicht auf, so dass der Ausgangsstrom beim Einschaltvorgang, wie im Übrigen auch bei im Betrieb auftretenden sprunghaften Lastvergrößerungen, übermäßig hohe Werte annehmen kann.

Claims (7)

  1. Schaltungsanordnung (16, 18) zur Erzeugung eines PWM-Signals (x) mit einer vorgegebenen PWM-Frequenz ausgehend von zwei der Schaltungsanordnung eingegebenen Signalen (a, b), wobei das PWM-Signal (x) ein mit der Differenz der Signale (a, b) variierendes, insbesondere im Wesentlichen linear mit der Differenz variierendes, Tastverhältnis (T1/T) aufweist, gekennzeichnet durch – einen Signalgenerator (16) zur Erzeugung eines periodischen Vergleichssignals, insbesondere eines im Wesentlichen trapezförmigen Signals (d), dessen Frequenz gleich der PWM-Frequenz ist und dessen Form von einem (a) der beiden Signale (a, b) abhängt, und – einen Komparator (18) zum Vergleichen des anderen (b) der beiden Signale (a, b) mit dem Vergleichssignal (d) und zur Bereitstellung des PWM-Signals (x) am Ausgang des Komparators.
  2. Schaltungsanordnung (16, 18) nach Anspruch 1, wobei der Signalgenerator (16) das Vergleichssignal (d) mit einer von dem einen Signal (a) unabhängigen Amplitude, insbesondere mit einer konstanten Amplitude, erzeugt.
  3. Schaltungsanordnung (16, 18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Signalgenerator (16) das Vergleichssignal (d) mit einer von dem einen Signal (a) unabhängigen Flankensteilheit, insbesondere mit einer konstanten Flankensteilheit, erzeugt, und das Verhältnis der Signalmaximumdauer zur Signalminimumdauer abhängig von dem einen Signal (a) variiert.
  4. Schaltungsanordnung (16, 18) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Signalgenerator (16) aus einem Rechtecksignalgenerator mit nachgeschaltetem RC-Filter gebildet ist.
  5. Regelkreis (14, 16, 18, 12) umfassend eine Schaltungsanordnung (16, 18) nach einem der Ansprüche 1 – 4, wobei das von der Schaltungsanordnung erzeugte PWM-Signal (x) eine Stellgröße des Regelkreises darstellt, die aus den als Führungsgröße (a) und Regelgröße (b) des Regelkreises dienenden Signalen (a, b) gebildet wird.
  6. Verfahren zur Erzeugung eines PWM-Signals (x) mit einer vorgegebenen PWM-Frequenz ausgehend von zwei Signalen (a, b), wobei das PWM-Signal (x) ein mit der Differenz der Signale (a, b) variierendes, insbesondere im Wesentlichen linear mit der Differenz variierendes, Tastverhältnis (T1/T) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein periodisches Vergleichssignal, insbesondere im Wesentlichen trapezförmiges Signal (d) erzeugt wird, dessen Frequenz gleich der PWM-Frequenz ist und dessen Form von einem (a) der beiden Signale (a, b) abhängt, und das andere (b) der beiden Signale (a, b) mit dem Vergleichssignal (d) verglichen wird, um das PWM-Signal (x) als Ergebnis des Vergleichs bereitzustellen.
  7. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 6 zur Erzeugung einer Stellgröße (x) eines Regelkreises (14, 16, 18, 12) aus den als Führungsgröße (a) und Regelgröße (b) des Regelkreises dienenden Signalen (a, b).
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