DE19738148A1

DE19738148A1 - Pulse width modulation drivers with peak current control

Info

Publication number: DE19738148A1
Application number: DE1997138148
Authority: DE
Inventors: Paul C Gottshall; Brian L Boggs; Steven O Hart; Brian G Mcgee
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1998-03-05
Also published as: GB2316775A; JPH10135037A; GB9714579D0; GB2316775B

Abstract

A PWM driver controls current in a resistive or inductive load 60 on the basis of peak current level sensors 46,56. A programmable target current value is supplied which is fixed for a unit amount of time for comparison with the sensed current, and with minimal filtering or phase lag, a controller 30 can utilise the output current at its peak, up to the design limits of the circuit components. Starting at a zero current level, the controller can be given an immediate full scale command by a microprocessor 20, thereby simplifying the control signal which must be provided to the PWM driver in start up situations. The controller 30 also detects and responds to faults such as shorts and open circuits.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein System zum Auf rechterhalten eines gewünschten Strompegels durch eine resistive oder induktive Last gerichtet, und insbesondere auf eine lastunabhängige Spitzenstromsteuerung in einem programmierbaren Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Treiber.The present invention is based on a system maintaining a desired current level through a resistive or inductive load directed, and in particular to a load-independent peak current control in one programmable pulse width modulation (PWM) driver.

Ein PWM-Treiber (PWM = pulse width modulation = Puls breitenmodulation) versucht einen gewünschten Strompegel durch eine Last aufrechtzuerhalten, und zwar durch Modu lieren des Last- bzw. Arbeitszyklusses einer Gleichstrom quelle, die mit einer bezeichneten Frequenz geschaltet wird. Eine PWM-Treibersteuervorrichtung liefert selektiv Trigger- bzw. Auslösesignale mit niedrigem Amperewert an eine geschaltete Leistungsschaltung, beispielsweise an das Gate eines N-Kanal-MOSFET-Transistors, der elektrisch in Reihe mit der Last und der Gleichstromquelle verbunden ist, wie beispielsweise einer Batterie (BATT). Ein ab gefühlter Wert, der den Strom darstellt, der durch die Last fließt, wird wiederum zurück zur Steuervorrichtung geleitet, um zu ermöglichen, daß der Schalter ausgeschal tet wird, wenn der Strom über dem erwünschten Pegel ist, und angeschaltet wird, wenn er unterhalb des erwünschten Pegels ist.A PWM driver (PWM = pulse width modulation = pulse width modulation) tries a desired current level sustained by a load, namely by modu the load or work cycle of a direct current source that switched with a designated frequency becomes. A PWM driver controller provides selectively Trigger or trigger signals with low amperage on a switched power circuit, for example the gate of an N-channel MOSFET transistor that is electrical connected in series with the load and the DC power source such as a battery (BATT). A down felt value that represents the current flowing through the Load flows, in turn goes back to the control device directed to allow the switch to be turned off if the current is above the desired level, and is turned on when it is below the desired Level.

Wenn der PWM-Treiber verwendet wird, um eine induktive Last zu steuern, wie beispielsweise einen Elektromagnet betätiger bzw. eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung für ein Ventil, dessen Position sich mit dem Strom ver ändert, verhindert die Zeitkonstante der daraus resul tierenden Schaltung, daß der Laststrom sich sofort ver ändert, wodurch eine "Sägezahn-Welle" im Laststrom bei der Schaltfrequenz erzeugt wird. Genauso kann eine Träg heit und ein Impuls mechanische Komponenten davon abhal ten, sofort auf große Veränderungen des Laststromes durch eine Spule anzusprechen. Dementsprechend wird das zurück geleitete Signal typischerweise tiefpaßgefiltert, so daß ein gewünschter "Target"- bzw. "Zielstrom" dem durch schnittlichen oder RMS-Strom (RMS = root mean square = Quadratsummenwurzel) entspricht, der durch die Last fließt, auf was im folgenden als Mittelstromsteuerung Be zug genommen wird. Ein Nachteil bei der herkömmlichen Mittelstromsteuerung ist eine Phasenverzögerung, die aus der Filterung folgt, was bewirkt, daß das System notwen digerweise langsam auf Fehler oder Veränderungen des Tar get- bzw. Zielstromwertes anspricht. Komponenten können geschädigt werden, wenn der sofortige Strompegel wesent lich die Zielpegel überschreitet.If the PWM driver is used to make an inductive To control load, such as an electromagnet actuator or a solenoid actuator for a valve whose position ver with the current changes, prevents the time constant of the result turing circuit that the load current ver changes, causing a "sawtooth wave" in the load current the switching frequency is generated. Similarly, a carrier and an impulse to keep mechanical components from doing so large changes in the load current immediately to address a coil. Accordingly, that will go back passed signal typically low pass filtered so that a desired "target" or "target current" through average or RMS current (RMS = root mean square = Square root) corresponds to that caused by the load flows to what is referred to as medium flow control Be is taken. A disadvantage with the conventional Medium current control is a phase lag that comes from filtering follows, which causes the system to be necessary slowly slow to errors or changes in the tar get or target current values. Components can be damaged if the immediate current level is essential Lich exceeds the target level.

Bei gewissen Anwendungen ist es extrem wichtig, daß die Betätigungsvorrichtung stecken bleibt, auch kurz, aber es ist im allgemeinen unmöglich, vorherzusagen, wann ein Steckenbleiben auftreten wird. Dementsprechend kann eine Welle erzeugt werden, auf die manchmal als "dither" oder "Zittern" Bezug genommen wird, und zwar durch Verwendung einer relativ langsamen Schaltfrequenz von zwischen 50 und 450 Hz bei einem PWM-Treiber mit einer Mittelstrom steuerung, in einem Versuch, die Betätigungsvorrichtung konstant in Bewegung zu halten. Der Dither bzw. das Zit tern ist proportional zum Strombefehl aufgrund der elek trischen Charakteristiken einer induktiven Last und ist daher schwer genau vorherzusagen. Auch kann eine optimale Rate und Amplitude für den Dither beim Zielstrom nicht verfügbar sein. Eine Standardisierung der PWM-Treibersteuervorrichtung für einen breiten Bereich von Lasten könnte verbessert werden, wenn die Zielstromsteue rung im wesentlichen lastunabhängig wäre. For certain applications it is extremely important that the Actuator gets stuck, also briefly, but it does is generally impossible to predict when a Getting stuck will occur. Accordingly, a Wave are generated, sometimes referred to as "dither" or "Tremor" is referred to by use a relatively slow switching frequency of between 50 and 450 Hz for a PWM driver with a medium current control, in an attempt to control the actuator keep moving constantly. The dither or the quot tern is proportional to the current command due to the elec tric characteristics of an inductive load and is therefore difficult to predict exactly. Can also be an optimal Rate and amplitude for the dither at the target current is not be available. Standardization of the PWM driver control device for a wide range of Loads could be improved if the target current control tion would be essentially load-independent.

Es ist im allgemeinen erwünscht, zu ermöglichen, daß der Zielstrom variabel unter Steuerung eines programmierten Mikroprozessors ausgewählt wird. Beispielsweise kann der Mikroprozessor die PWM-Treibersteuervorrichtung mit einem Zielstromsteuersignal versorgen, und zwar mit einem Last bzw. Arbeitszyklus, der den erwünschten Laststrom dar stellt, und mit einem Schaltfrequenzsteuersignal mit ei nem Lastzyklus, der die gewünschte Frequenz darstellt. Eine solche Anordnung jedoch bringt zwei serielle Daten leitungen des Mikroprozessors für jeden verwendeten PWM-Treiber mit sich. Auch wenn es möglich ist, daß mehrere PWM-Treiber das gleiche Schaltfrequenzsteuersignal tei len, fordert die kontinuierliche Erzeugung der geeigneten Steuersignale einen zusätzlichen Programmcode und einen gewissen wesentlichen Teil der vom Mikroprozessor verfüg baren Zeit, der zur Gesamtsteuerung des Systems benötigt wird.It is generally desirable to allow the Target current variable under the control of a programmed Microprocessor is selected. For example, the Microprocessor with a PWM driver control device Supply the target current control signal with a load or duty cycle, which represents the desired load current provides, and with a switching frequency control signal with egg a load cycle that represents the desired frequency. However, such an arrangement brings two serial data microprocessor lines for each PWM driver used with yourself. Even if it is possible that several PWM driver tei the same switching frequency control signal len, calls for the continuous generation of suitable ones Control signals an additional program code and a certain essential part of the microprocessor time that is required for overall control of the system becomes.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der oben dargelegten Nachteile zu überwin den.The present invention is directed to a to overcome one or more of the disadvantages set out above the.

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfin dung, eine Spitzenstromsteuerung für einen PWM-Treiber vorzusehen.Accordingly, it is a goal of the present invention dung, a peak current control for a PWM driver to provide.

Es ist ein weiteres Ziel, eine Treibersteuerung vorzuse hen, die im wesentlichen unabhängig von der Last ist.Another goal is to provide driver control hen, which is essentially independent of the load.

Es ist noch ein weiteres Ziel, einen programmierbaren PWM-Treiber vorzusehen, der fähig ist, autonom zu arbei ten, und zwar auf eine Versorgung mit einem Zielstrom und einer Schaltfrequenz hin. There is another goal, a programmable one To provide PWM drivers capable of working autonomously on a supply with a target current and a switching frequency.

Es ist ein weiteres Ziel, einen PWM-Treiber mit einer programmierbaren Dither- bzw. Zitter-Amplituden- und Fre quenzsteuerung vorzusehen.It is another goal to use a PWM driver programmable dither or jitter amplitude and Fre to provide sequence control.

Diese und andere Ziele können mit einem PWM-Treiber er reicht werden, der gemäß den Prinzipien der vorliegen den Erfindung konstruiert ist, bei dem der Laststrom auf Basis der Spitzenstrompegel gesteuert wird. Ein program mierbarer Zielstromwert wird geliefert, der für eine Zeiteinheitsmenge festgelegt ist und bei minimaler Filte rung oder Phasenverzögerung kann ein Controller bzw. ei ne Steuervorrichtung, die gemäß den Prinzipien der vor liegenden Erfindung konstruiert ist, den Ausgangsstrom direkt an der Spitze einfangen, und zwar bis zu den Aus legungsgrenzen der Schaltungskomponenten. Beginnend bei einem Strompegel von Null kann die Steuervorrichtung ei nen sofortigen Befehl im vollen Ausmaß geben, wodurch das Steuersignal vereinfacht wird, welches an den PWM-Treiber in Startsituationen geliefert werden muß.These and other goals can be achieved with a PWM driver be enough, which is according to the principles of the present the invention is constructed in which the load current on Base the peak current level is controlled. A program deliverable target current value is supplied, that for a Time unit amount is set and with minimal filters a controller or egg ne control device, which according to the principles of before lying invention is constructed, the output current Catch directly at the top, up to the end limits of the circuit components. Starting at a current level of zero, the control device can give an immediate, full command, which makes that Control signal is simplified, which is sent to the PWM driver must be delivered in start situations.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung schaltet ein PWM-Treiber autonom zwischen Zuständen, und zwar durch Vergleich eines Wertes, der einen abgefühlten Spit zenstrom darstellt, mit einem Zielwert. Der Zielwert wird durch Berechnung der Summe und der Differenz von zwei ge speicherten Werten mit einer vorbestimmten Rate erzeugt. Entsprechend eines anderen Aspektes der Erfindung wird die vorbestimmte Rate aus einem dritten gespeicherten Wert ausgesucht.In one aspect of the present invention, switches a PWM driver autonomously between states, namely by comparing a value that a sensed spit represents zenstrom with a target value. The target value will be by calculating the sum and the difference of two ge stored values generated at a predetermined rate. According to another aspect of the invention the predetermined rate from a third stored Value selected.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschrei bung von gewissen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbei spielen davon und von gewissen gegenwärtig bevorzugten Verfahren zur Durchführung dieser offensichtlich, und zwar in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Komponenten bezeichnen.These and other objects and advantages of the invention will be by referring to the following detailed description practice of certain currently preferred embodiments play of it and of certain currently preferred Procedures for performing this obviously, and in conjunction with the accompanying drawings, in the same reference numerals the same or similar Identify components.

Fig. 1 veranschaulicht eine programmierbare PWM-Treibersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einem Mikroprozessor, einer Lei stungsschaltung und einer Last; Fig. 1 illustrates a programmable PWM driving controller according to the present invention in combination with a microprocessor, a stungsschaltung Lei and a load;

Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen mittelstrom gesteuerten Pulsbreitenmodulationstreiber; Fig. 2 illustrates schematically a medium current-controlled pulse width modulation driver;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer pro grammierbaren PWM-Treibersteuerung, einer Lei stungsschaltung und einer Last; Fig. 3 is a schematic representation of a programmable PWM driver controller, a power circuit and a load;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Zielgene ratormoduls; Fig. 4 is a schematic representation of a target generator module;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Ska lierungsblockes und von Lastkurzschlußdetek tionselementen; Fig. 5 is a schematic representation of a scaling block and load short-circuit detection elements;

Fig. 6a-6c verdeutlichen repräsentative entsprechende Si gnale an entsprechenden Stellen in einem herkömm lichen in Fig. 2 gezeigten PWM-Treiber; Figures 6a-6c illustrate representative corresponding signals at corresponding locations in a conventional PWM driver shown in Figure 2;

Fig. 7 veranschaulicht graphisch eine Stromwelle und ein Dither bzw. Zittern, welches gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Fig. 7 graphically illustrates a current waveform and a dither or tremor, which is generated according to one aspect of the present invention.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Mikroprozessor 20 in perio discher Verbindung mit der PWM-Treibersteuervorrichtung bzw. dem PWM-Treibercontroller 30 über einen Datenbus 24 und eine Vielzahl von Steuersignalleitungen 22. Der Mi kroprozessor 20 liefert vorzugsweise an die Steuervor richtung 30 Zehn-Bit-Datenworte, die jeweils einen ge wünschten Laststrom darstellen, eine Dither-Halbfrequenz und -Halbamplitude und eines oder mehrere Steuersignal wörter. Die Worte werden innerhalb von (nicht gezeigten) Speicherregistern in der Steuervorrichtung 30 gespei chert, die danach autonom die Schalter 44 und/oder 54 mo duliert, um Strom an die Last 60 zu liefern. Sobald die Initialisierungsroutine laufen gelassen wurde, um die Steuervorrichtung 30 zu enabeln bzw. einzuschalten, fährt die PWM-Stromsteuerung fort, bis der Mikroprozessor 20 eines oder mehrere der Register mit neuen Daten über schreibt, oder bis ein Fehler detektiert wird, wie später beschrieben.With reference to Fig. 1 is a microprocessor 20 in communication with the perio discher PWM driving control device or the PWM driving controller 30 via a data bus 24 and a plurality of control signal lines 22. The microprocessor 20 preferably provides the control device 30 with ten-bit data words, each representing a desired load current, a half-frequency and half-amplitude dither and one or more control signal words. The words are stored within memory registers (not shown) in controller 30 , which then autonomously modulates switches 44 and / or 54 to provide power to load 60 . Once the initialization routine is run to enable or disable the controller 30 , the PWM power control continues until the microprocessor 20 overwrites one or more of the registers with new data or until an error is detected, as described later.

Zu Veranschaulichungszwecken ist die vorliegende Erfin dung in Fig. 1 als eine einzelne PWM-Steuervorrichtung 30 in Verbindung mit Schaltern 44 und 54 auf den Hoch-(BATT)- und Tief-(Erdung) Seiten der Last gezeigt, und zwar durch Modulationseinschalt-(MOD) und Diagnoseein schalt-Leitungen 300 bzw. 310. Die Steuervorrichtung 30 empfängt auch Modulations- und Diagnoserückkopplungs spannungen auf den Leitungen 302 und 312 unter Verwendung von Stromspiegeln 42, 52 und Stromabfühlwiderständen 46, 56, die das Ausmaß des Stroms darstellen, der durch die Last 60 fließt. Es sei bemerkt, daß die Auswahl des An schlusses an der Hoch-Seite als der Modulationsanschluß und die Anwendung von zwei Schaltern und zwei Stromspie geln nur veranschaulichend ist, und nicht Teil der vor liegenden Erfindung bildet. In dem gegenwärtig bevorzug ten Modus bzw. Betriebszustand, der von den Anmeldern in Betracht gezogen wird, sind vier Steuervorrichtungen 30 mit einer einzelnen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kombiniert, und unterschiedliche resistive bzw. Widerstands- und/oder induktive bzw. Induktionslasten können damit verbunden werden.For illustrative purposes, the present invention is shown in FIG. 1 as a single PWM controller 30 in conjunction with switches 44 and 54 on the high (BATT) and low (ground) sides of the load, by modulation turn on ( MOD) and diagnostic switch-on lines 300 or 310 . Controller 30 also receives modulation and diagnostic feedback voltages on lines 302 and 312 using current mirrors 42 , 52 and current sensing resistors 46 , 56 , which represent the amount of current flowing through load 60 . It should be noted that the selection of the connection on the high side as the modulation connection and the use of two switches and two current mirrors is only illustrative and does not form part of the present invention. In the currently preferred mode that applicants are considering, four control devices 30 are combined with a single application specific integrated circuit and different resistive and / or inductive or inductive loads can be associated therewith.

Eine Diode, insbesondere eine Flyback-Diode 48 erdet den geschalteten Anschluß der Last 60, um gespeicherte Ener gie wiederzugewinnen, wenn die Batterie BATT durch den Schalter 44 abgekoppelt ist. A diode, particularly a flyback diode 48 grounds the switched terminal of the load 60 to recover stored energy when the battery BATT is disconnected by the switch 44 .

In der vorliegenden Erfindung basiert die PWM-Treiber steuerung auf Spitzenstrompegeln, obwohl die Last immer noch auf einen niedrigeren RMS-Strom ansprechen kann, da die Schaltfrequenz so schnell ist, daß eine Betätigungs vorrichtung sich nicht als Ergebnis einer Stromwelle merklich bewegt.In the present invention, the PWM driver is based control at peak current levels, although the load always can still respond to a lower RMS current because the switching frequency is so fast that an actuation device not as a result of a current wave noticeably moved.

Es gibt vorzugsweise zumindest vier vom Anwender aus wählbare Schaltfrequenzen, und zwar entsprechend der ge teilten Clock- bzw. Takt-CLK-Eingangsfrequenzen CLK/800, CLK/1600, CLK/3200 und CLK/6400. Für eine Clock- bzw. Takteingangsgröße von 16 Megahertz ist die Schaltfrequenz auswählbar zwischen zweieinhalb und zwanzig Kilohertz, oder alle 50 Mikrosekunden, was die Spitzen- und RMS-Stromwerte sehr nah aneinander legt. Dies gestattet eine Stromsteuerung von innerhalb 3% der vollen Skala bzw. des vollen Bereiches, da die Differenz programmierbar ist und linear ist, und folglich durch Verschieben des Ziel stromwertes korrigierbar ist. Dementsprechend kann durch Vorsehen einer geeigneten Verschiebungskarte bzw. einer Verschiebungsnachschautabelle die vorliegende Spit zenstromsteuerung als eine lastunabhängige Mittelstrom steuerung konfiguriert werden.There are preferably at least four from the user selectable switching frequencies, according to the ge shared clock or clock CLK input frequencies CLK / 800, CLK / 1600, CLK / 3200 and CLK / 6400. For a clock or Clock input size of 16 megahertz is the switching frequency selectable between two and a half and twenty kilohertz, or every 50 microseconds, which is the peak and RMS current values very close to each other. This allows one Current control from within 3% of the full scale or of the full range because the difference is programmable and is linear, and thus by moving the target current value is correctable. Accordingly, by Provide a suitable displacement map or one Shift lookup table the present spit Zen current control as a load independent medium flow control can be configured.

Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 2 schematisch ein PWM-Treibersystem, welches für eine herkömmliche Mittelstrom steuerung konfiguriert ist, um besser die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Ein Mikro prozessor 20 erzeugt ein Schaltfrequenzsteuersignal auf der Eingangsleitung 102, welches als ein Analogspannungs pegel an einen spannungsgesteuerten Oszillator 106 gelie fert wird, und zwar vom Tiefpaßfilter 104 zur Erzeugung einer Dreieckswellenform mit einer Frequenz, die propor tional zum Arbeitszyklus des Signals ist. In ähnlicher Weise wird ein Zielstromsteuersignal auf der Eingangs leitung 108, welches vom Mikroprozessor 20 erzeugt wurde, als ein Zielreferenzspannungspegel V_REF an einen Diffe rentialverstärker 112 geliefert, und zwar durch den Tief paßfilter 110. Ein Fehlersignal V_ERR entsprechend der Differenz zwischen V_REF und einem Ausgangsrückkoppe lungsspannungspegel V_OF, der den Strom darstellt, der durch die Last fließt, wird vom Differentialverstärker 112 zum Differentialverstärker 114 geliefert.In contrast, FIG. 2 schematically shows a PWM driver system configured for conventional medium flow control to better illustrate the advantages of the present invention. A microprocessor 20 generates a switching frequency control signal on the input line 102 , which is delivered as an analog voltage level to a voltage controlled oscillator 106 , namely from the low pass filter 104 to generate a triangular waveform at a frequency that is proportional to the duty cycle of the signal. Similarly, a target current control signal on the input line 108 generated by the microprocessor 20 is supplied as a target reference voltage level V _REF to a differential amplifier 112 through the low pass filter 110 . An error signal V _ERR corresponding to the difference between V _REF and an output feedback voltage level V _OF , which represents the current flowing through the load, is provided from differential amplifier 112 to differential amplifier 114 .

Das Fehlersignal V_ERR wird kontinuierlich mit der Drei eckswellenform F verglichen, die einen gewünschten Last zyklus im Verstärker 114 besitzt, um ein Trigger- bzw. Auslösesignal zu liefern, um den Schalter 44 während ei nes festgelegten Teils des Arbeitszyklusses zu aktivieren, wobei V_ERR den augenblicklichen Wert der Wellenform F
überschreitet. In der in Fig. 2 veranschaulichten Schal tung wird die an den Differentialverstärker 112 gelie ferte Rückkoppelungsspannung V_OF durch Integrieren durch einen Betriebs- bzw. Operationsverstärker 118 gebunden an Null erzeugt, und zwar von Spannungspegeln, die an den Hoch- und Nieder-Spannungsseiten der Last gemessen wur den, und zwar kombiniert durch den Summierungsverstärker 116. Das integrierte Rückkoppelungsspannungssignal be sitzt jedoch eine große Phasenverzögerung, wodurch der Treiber nicht schnell auf große Veränderungen des Last stroms ansprechen kann und potentiell ermöglicht, daß die Last oder die Treiberschaltungen beschädigt werden. Folg lich ist es bis jetzt möglich gewesen, daß der Mikropro zessor eine Reihe von gestuften Zielen bzw. Targets an den PWM-Controller bzw. die PWM-Steuervorrichtung lie fert, beispielsweise eine viertel Skala pro Stufe, um zu ermöglichen, daß die repräsentative Rückkoppelungsspan nung V_OF den tatsächlichen Laststrom erreicht. Dement sprechend wäre es wünschenswert, eine Spitzenstromsteue rung eines PWM-Treibers vorzusehen, um ein sofortiges An sprechen auf Veränderungen des Laststroms zu ermöglichen, und um die Erzeugung der Zielsteuersignale zu vereinfa chen.The error signal V _ERR is continuously compared to the triangular waveform F, which has a desired load cycle in amplifier 114 , to provide a trigger signal to activate switch 44 during a predetermined portion of the duty cycle, where V _ERR the current value of the waveform F
exceeds. In the circuit illustrated in FIG. 2, the feedback voltage V _{OF provided} to differential amplifier 112 is generated by integrating it with an operational amplifier 118 tied to zero, namely from voltage levels on the high and low voltage sides of the Load was measured, combined by the summing amplifier 116 . However, the integrated feedback voltage signal has a large phase delay, which prevents the driver from responding quickly to large changes in the load current and potentially allows the load or driver circuits to be damaged. Consequently, it has been possible so far for the microprocessor to deliver a series of staged targets to the PWM controller or controller, for example a quarter scale per stage, to allow the representative feedback span to be obtained V _{OF reached} the actual load current. Accordingly, it would be desirable to provide a peak current control of a PWM driver to allow immediate response to changes in the load current and to simplify the generation of the target control signals.

Wie zuvor erwähnt, erfordert jeder PWM-Treiber der in Fig. 2 gezeigten Art zwei serielle Datenleitungen vom Mi kroprozessor 20. Die Fig. 6a-6c veranschaulichen in Zei tentsprechung ein Beispiel von dem, was passieren kann, wenn ein gewünschter Laststrom zu verändern ist. In Fig. 6a stellt der Mikroprozessor 20 den Lastzyklus des Ziel stromsteuersignals 108 am Punkt 610 von V₁ auf V₂ ein, wodurch die Referenz- bzw. Bezugsspannung V_REF und der maximale Mittelstrom gesteigert wird, der durch die Last zugelassen wird. Folglich kann die Spannung, die den Laststrom darstellt, und zwar gemessen vom Stromspie gel 42 und in Fig. 6b veranschaulicht, weiter weit über den gewünschten Wert für V_REF ansteigen, da die inte grierte Rückkoppelungsspannung V_OF, die in Fig. 6c ge zeigt ist, noch nicht aufgeholt hat. Dies kann Strompegel über dem zur Folge haben, was als voller Bereich in Be tracht gezogen wird, d. h. die maximale ausgelegte Strom handhabungs- bzw. Strombehandlungsfähigkeit der Last oder des Treibers.As previously mentioned, each PWM driver of the type shown in FIG. 2 requires two microprocessor 20 serial data lines. Figures 6a-6c illustrate in time an example of what can happen when a desired load current is to be changed. In Fig. 6a, the microprocessor 20 sets the duty cycle of the target current control signal 108 at point 610 from V₁ to V₂, thereby increasing the reference voltage V _REF and the maximum mean current that is permitted by the load. As a result, the voltage representing the load current, as measured by current mirror 42 and illustrated in FIG. 6b, may continue to rise well above the desired value for V _REF since the integrated feedback voltage V _{OF shown} in FIG. 6c has not yet caught up. This can result in current levels above what is considered a full range, ie the maximum current handling capability of the load or driver.

Ein damit in Beziehung stehender Nachteil der herkömm lichen Mittelstromsteuerung ist die Schwierigkeit, einen geeigneten Arbeitszyklus für die Steuersignale auszuwäh len, um eine gewünschte Lastspannung zu erreichen, da die Dither- bzw. Zitterperiode und Amplitude abhängig sind von den speziellen Charakteristiken der Last. A related disadvantage of the conventional medium flow control is the difficulty of select suitable duty cycle for the control signals len to achieve a desired load voltage because the Dither or dither period and amplitude are dependent from the special characteristics of the load.

Fig. 7 veranschaulicht andererseits die schnellen Schalt frequenzen und die programmierbare Spitzenstromsteuerung, die mit der vorliegenden Erfindung verfügbar sind. Nicht nur kann die Schaltfrequenz und der Zielspitzenstrom pro grammierbar ausgewählt werden, es kann auch eine Quadrat- bzw. Rechteckswelle der programmierbaren Frequenz und Am plitude überlagert werden und auf dem Zielstrom zentriert werden, um ein zusammengesetztes bzw. Composit-Zielsignal zu erzeugen und es kann sogar der "Dither"-Teil des Sig nals variieren, und zwar abhängig von dem Ziellaststrom, um die Steuerkarten bzw. -nachschautabellen zu optimie ren, und um zu verhindern, daß die Betätigungsvorrichtung stecken bleibt. Somit ist ein Dither bzw. Zittern unab hängig vom Zielstrom und der Schaltfrequenz auswählbar. Fig. 7 veranschaulicht ein moduliertes Rückkoppelungs signal, welches sich zuerst nach oben auf einen Zielpegel ohne Dither verändert, dann bei 620 verändert wird, um plus und minus einer programmierten Dither- bzw. Zitter-Halbamplitude bei einer programmierten Halbfrequenz zu variieren, und zwar entsprechend der Schaltfrequenz des in Fig. 6 veranschaulichten PWM-Treibers. Fig. 7, on the other hand, illustrates the fast switching frequencies and programmable peak current control available with the present invention. Not only can the switching frequency and the target peak current be selected programmably, a square or rectangular wave of the programmable frequency and amplitude can also be superimposed and centered on the target current in order to generate a composite or composite target signal and it can even the "dither" portion of the signal varies depending on the target load current to optimize the control cards or look-up tables and to prevent the actuator from getting stuck. A dither or tremor can thus be selected independently of the target current and the switching frequency. Fig. 7 illustrates a modulated feedback signal which first changes up to a target level without dither, then is changed at 620 to vary plus and minus a programmed dither or dither half amplitude at a programmed half frequency, respectively the switching frequency of the PWM driver illustrated in FIG. 6.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer PWM-Treibersteuer vorrichtung 30 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vor liegenden Erfindung, und zwar zusammen mit einer externen Leistungsschaltung 40 und einer Last 60, die nicht Teil der Erfindung sind. Der Mikroprozessor 20 schreibt das Spitzenstrom-Target bzw. Spitzenstrom-Ziel, die Strom-Dither-Halbfrequenz und die Strom-Dither-Halbamplitude über den Paralleldatenbus 24 in Register 284, 286, 288, die mit dem Zielgeneratormodul 140 assoziiert sind, und zwar gemäß eines gespeicherten Programmes durch Liefern von geeigneten Daten-, Adreß- und Chipauswahlsignalen. Fig. 3 shows a block diagram of a PWM driver control device 30 according to an embodiment of the present invention, together with an external power circuit 40 and a load 60 , which are not part of the invention. Microprocessor 20 writes the peak current target, current dither half frequency, and current dither half amplitude via parallel data bus 24 to registers 284 , 286 , 288 associated with target generator module 140 , in accordance with a stored program by supplying suitable data, address and chip selection signals.

Mit Bezug auf Fig. 4 addiert und subtrahiert der Zielge nerator 240 in den Elementen 420 bzw. 422 irgendeinen programmierten Dither-Halbamplitudendigitalwert, der auf der Leitung 342 empfangen wurde, von der Summe des ge wünschten bzw. Soll-Spitzenstromtargets oder -ziels, wel ches auf der Leitung 340 empfangen wurde und von irgend einer Kalibrationsverschiebung, die in einem Verschie bungslatch bzw. einer Verschiebungsspeichervorrichtung 410 gespeichert ist. Irgendein programmierter Dither-Halbfrequenzwert, der auf der Leitung 344 empfangen wird, wird in einen Zähler 450 geladen, der mit einem Multiple xer 440 verbunden ist, um eine Quadratwellen- bzw. Recht eckswellen-Zielwellenform zu erzeugen, und zwar durch ab wechselndes Umschalten zwischen zwei Werten am Ende jeder Zählperiode. Der Zähler wird durch ein Clock- bzw. Takt signal 372 angetrieben, welches vom Sequenzer 210 empfan gen wird.Referring to FIG. 4, the target generator 240 in elements 420 and 422 adds and subtracts any programmed dither half-amplitude digital value received on line 342 from the sum of the desired peak current target or target, wel ches received on line 340 and of any calibration shift stored in a shift latch 410 . Any programmed half-frequency dither value received on line 344 is loaded into a counter 450 connected to a multiplier 440 to produce a square wave or square wave target waveform by alternately switching between two values at the end of each counting period. The counter is driven by a clock 372 which is received by the sequencer 210 .

Eine Symmetrieprüfunterschaltung 430 bestimmt kontinuier lich, ob oder ob nicht die festgelegte Dither-Amplitude auf der Spitzenstromtarget bzw. dem Spitzenstromziel zen triert werden kann. Dies ist wichtig, da an jedem Ende des Strombereiches, falls die Rechteckswellenhöhe nicht zweimal die Dither-Amplitude ist, und auf dem Ziel zen triert ist, der RMS-Strom von der Linearität abweichen wird und eine nicht-lineare Bewegung der Betätigungsvor richtung zur Folge haben wird. Der Zielgenerator über prüft kontinuierlich die Symmetrie der kombinierten Ziel wellenform und dämpft automatisch die Dither-Amplitude auf einen Punkt, wo sie zentriert bleiben wird. Dieses Merkmal eliminiert irgendeine Notwendigkeit, den Mikro prozessor zu programmieren, nach einer solchen Asymmetrie zu suchen oder sie durch Auswahl von verschiedenen Dither-Befehlswerten nahe der Enden des Strombereiches zu kompensieren. A symmetry check subcircuit 430 continuously determines whether or not the specified dither amplitude can be centered on the peak current target. This is important because at each end of the current range, if the square wave height is not twice the dither amplitude and is centered on the target, the RMS current will deviate from linearity and result in a non-linear movement of the actuator will have. The target generator continuously checks the symmetry of the combined target waveform and automatically dampens the dither amplitude to a point where it will remain centered. This feature eliminates any need to program the microprocessor, look for such asymmetry, or compensate for it by selecting different dither command values near the ends of the current range.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist die augenblickliche Quadrat- bzw. Rechteckswelle einfach ein Digitalwert, der doppel gepuffert ist und einem Komparator bzw. einer Ver gleichsvorrichtung 260 auf einer Leitung 322 mit einem DAC dargeboten wird, und zwar zum Vergleichen des Wertes mit einem skalierten Modulationsrückkoppelungssignal 302. Wenn eine Null (0) Dither-Frequenz oder Amplitude ausge wählt wird, erzeugt der Zielgenerator einfach ein Signal, welches dem Spitzenstromziel plus einer Kalibra tionsversetzung 320 entspricht, falls vorhanden. Der Kom parator 260 liefert das Ergebnis irgendeines Vergleiches zwischen dem Zielstrom und der skalierten Modulations rückkoppelung von der Leitung 324 zum Treibersteuermodul auf der Leitung 320. Das Treibersteuermodul liefert se lektiv Modulations- und Diagnoseanschaltsignale an die Hochseiten- und/oder Tiefseiten-Schalter 44, 54, der ex ternen Leistungsschaltung 40 basierend auf dem Ergebnis des Vergleiches.With reference to FIG. 3, the instantaneous square or rectangular wave is simply a digital value which is buffered double and a comparator or an Ver same device 260 on a line 322 to a DAC presented is, namely scaled for comparing the value with a Modulation feedback signal 302 . If a zero (0) dither frequency or amplitude is selected, the target generator simply generates a signal that corresponds to the peak current target plus a calibration offset 320 , if any. Comparator 260 provides the result of any comparison between the target current and the scaled modulation feedback from line 324 to the driver control module on line 320 . The driver control module selectively provides modulation and diagnostic enable signals to the high side and / or low side switches 44 , 54 , the external power circuit 40 based on the result of the comparison.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein programmierbarer Strombereich, der ermöglicht, daß die PWM-Treibersteuerung 30 mit einer großen Vielzahl von in duktiven oder resistiven Lasten verbunden wird. Der Strombereich muß festgelegt werden, da er eine Funktion des Verhältnisses von Spannung zur Stromrückkoppelung der Stromabfühlwiderstände 46, 56 ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein 0,20 Ohm-Abfühlwiderstand verwendet, um ein Rückkoppelungsverhältnis von zwei Zehn teln eines Volts pro Ampere vorzusehen, welches durch die Leitung hindurchläuft. Auf dieser Basis können program mierbare Strombereiche ausgewählt werden zwischen 0 bis 1 Ampere; 0-2,5 Ampere; 0-3,75 Ampere; oder 0-6,25 Ampere. Wenn das Rückkoppelungsverhältnis auch in der externen Schaltung verändert wird, kann nahezu irgendein Gain bzw. Verstärkungsniveau innerhalb der Leistungshandha bungsmöglichkeit der externen Schaltung erreicht werden. Genauso kann das Rückkoppelungssignal gedämpft werden durch Verändern des externen Abfühlwiderstandes, um einen Strombereich von 0-500 Milliampere zu steuern, und zwar beispielsweise für einen Modulationsskalierblock 270a und einen Diagnoseskalierblock 270b, die auswählbare Gain- bzw. Verstärkungsmultiplikatoren für die Modulations-302 und die Diagnose-312-Rückkoppelungsleitungen liefern.Another feature of the present invention is a programmable current range that enables the PWM driver controller 30 to be connected to a wide variety of inductive or resistive loads. The current range must be determined because it is a function of the voltage to current feedback ratio of the current sensing resistors 46 , 56 . In a preferred embodiment, a 0.20 ohm sense resistor is used to provide a feedback ratio of two tenths of a volt per amp that passes through the line. On this basis, programmable current ranges can be selected between 0 and 1 ampere; 0-2.5 amps; 0-3.75 amps; or 0-6.25 amps. If the feedback ratio is also changed in the external circuit, almost any gain or gain level can be achieved within the power handling capability of the external circuit. Likewise, the feedback signal can be attenuated by changing the external sensing resistor to control a current range of 0-500 milliamps, for example for a modulation scaling block 270 a and a diagnostic scaling block 270 b, the selectable gain or gain multipliers for the modulation 302 and provide the diagnostic 312 feedback lines.

Fig. 5 veranschaulicht den Modulationsrückkoppelungsblock 270a. Ein erster Multiplexer 510 wählt zwischen der Modu lationsrückkoppelungsleitung 302 und einer Referenzspan nung aus, die von einem Spannungsteiler 502 erzeugt wird, und zwar basierend auf einem Kalibrationssteuersignal, welches hier nicht weiter besprochen wird. Unter der An nahme, daß die Modulationsrückkoppelung ausgewählt ist, multipliziert ein Gain- bzw. Verstärkungsblock 520 das Signal mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Verstär kungsfaktoren und entweder das ursprüngliche oder das verstärkte Signal wird vom Multiplexer 530 auf der Lei tung 324 zum DAC 260 ausgegeben. Das Gain- bzw. Verstär kungsregister 280 speichert eine Anzahl von Bits, die an den Multiplexer 530 auf der Leitung 370 geliefert werden, um den gewünschten Verstärkungsfaktor auszuwählen. Fig. 5 illustrates the modulation feedback block 270 a. A first multiplexer 510 selects between the modulation feedback line 302 and a reference voltage generated by a voltage divider 502 based on a calibration control signal, which is not discussed further here. Assuming that modulation feedback is selected, a gain block 520 multiplies the signal by a variety of different gain factors and either the original or the amplified signal is output from multiplexer 530 on line 324 to DAC 260 . Gain register 280 stores a number of bits that are provided to multiplexer 530 on line 370 to select the desired gain.

Zusätzlich besitzt die PWM-Treibersteuerung 30 diagnosti sche Fähigkeiten, die fähig sind, einen Kurzschluß oder offene Schaltungszustände zu detektieren, und die äußere Vorrichtung 40 abzuschalten, genauso wie einen Diagnose code zu speichern, der vom Mikroprozessor 20 ausgelesen werden kann. Es gibt eine Anzahl von unterschiedlichen elektrischen Fehlern, die die Steuerung diagnostizieren und markieren kann. In addition, the PWM driver controller 30 has diagnostic capabilities that are capable of detecting a short circuit or open circuit states and switching off the external device 40 , as well as storing a diagnostic code that can be read by the microprocessor 20 . There are a number of different electrical faults that the controller can diagnose and mark.

Ein erster Fehler, Tiefseiten-Kurzschluß an die Batterie oder Hochseiten-Kurzschluß an Erde, hat zur Folge, daß die gesamte Versorgungsspannung BATT durch einen Strom abfühlwiderstand ausgelassen wird, typischerweise nur ein paar Zehntel Ohm. In diesem Fall muß die Spannungsversor gung sofort abgeschaltet werden, um eine Schädigung des Stromabfühlwiderstandes zu verhindern. Der Kurzschluß stromschaltpunkt basiert jedoch nicht auf einem festen Strompegel, sondern verwendet statt dessen einen Bereich um den gewählten Strombereich. Der Schaltpunkt ist vor zugsweise eine Funktion des ausgewählten programmierbaren Strombereiches und ist insbesondere ungefähr 50% über dem maximal programmierten Strom. Wenn beispielsweise ein Strombereich von 0-1 Ampere ausgewählt ist, ist der Schaltpunkt ungefähr 1,5 Ampere. Wenn die Steuervorrich tung irgendeine Signalart abfühlt, die anzeigt, daß min destens 1,5 Ampere durch die Last fließen, wird sie einen Kurzschlußfehler auslösen.A first mistake, low side short circuit to the battery or high side short to ground, results in that the entire supply voltage BATT by one current sensing resistance is omitted, typically only one couple of tenths of an ohm. In this case the voltage supply be switched off immediately in order to damage the To prevent current sensing resistance. The short circuit However, the current switching point is not based on a fixed one Current level, but uses an area instead around the selected current range. The switching point is before preferably a function of the selected programmable Current range and is in particular about 50% above the maximum programmed current. For example, if a Current range from 0-1 amps is selected Switch point about 1.5 amps. If the tax device device senses any type of signal that indicates that min at least 1.5 amps flow through the load, it will become one Trigger short circuit fault.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird das verstärkungskorrigierte Mo dulationssignal, welches auf der Leitung 324 erzeugt wird, auch im Element 540 mit einer Referenzspannung ver glichen, die beispielsweise von einem Spannungsteiler 504 erzeugt wird, und den oben erwähnten 150-%igen Voll bereichswert besitzt. Wenn das verstärkungskorrigierte Modulationssignal die Referenzspannung überschreitet, dann wird ein Kurzschlußdetektionssignal an die Treiber steuerung 250 über die Leitung 330 erzeugt werden und, wie im folgenden beschrieben, behandelt.With reference to FIG. 5, the gain-corrected Mo is dulationssignal which is generated on line 324, ver with a reference voltage adjusted in the element 540, which is generated for example by a voltage divider 504, and the above-mentioned 150-% strength full range value has . If the gain corrected modulation signal exceeds the reference voltage, then a short circuit detection signal to the driver controller 250 will be generated via line 330 and treated as described below.

Wenn entweder der Kurzschlußzustand oder beides detek tiert wird, schaltet die Steuervorrichtung sofort alle Ausgangstreiberkanäle aus, und zwar durch Steuern der En abel- bzw. Einschaltstifte, erzeugt einen Interrupt bzw. ein Unterbrechungsbefehl an den Mikroprozessor und flagt bzw. signalisiert die Informationen in einem Kurzschluß-Diagnoseregister 282. Abhängig von der Anwendung kann es einen, zwei, drei oder mehrere Sätze von Treiber schaltpunkten an der Hoch- oder Tief-Seite der Last ge ben. Die Treibersteuerung 250 signalisiert bzw. setzt die geeigneten Bits für diesen Kanal im Diagnoseregister, so daß, wenn der Mikroprozessor diese Register ausliest, er fähig ist, ordnungsgemäß den Fehler zu identifizieren, und möglicherweise den Kanal zurückzusetzen, wenn der Fehler intermittierend war oder irrtümlich identifiziert wurde.If either the short-circuit condition or both is detected, the control device immediately switches off all output driver channels by controlling the switch pins, generates an interrupt or an interrupt command to the microprocessor and flags or signals the information in a short circuit Diagnostic register 282 . Depending on the application, there may be one, two, three or more sets of driver switch points on the high or low side of the load. The driver controller 250 signals or sets the appropriate bits for that channel in the diagnostic register so that when the microprocessor reads these registers it is able to properly identify the error and possibly reset the channel if the error was intermittent or mistakenly identified has been.

Kurzschlußschaltungen werden immer den Interrupt bzw. das Unterbrechungssignal erzeugen, da dies ein schwerer Feh ler ist, ein Fehler, der die Elektronik schädigen kann.Short circuits are always the interrupt or the Generate interrupt signal as this is a serious mistake is a mistake that can damage the electronics.

Zweite und dritte Fehler, die detektiert werden können, sind offene Schaltungen. Dies weicht von der Kurzschluß detektion ab, und zwar dahingehend, daß die Treibersteu rung 250 bestimmt, ob ein Zielstrompegel innerhalb eines festen Zeitintervalls erreicht worden ist, typischerweise ein ziemlich langer Zeitintervall, wie beispielsweise un gefähr 1 Millisekunde. Die Steuerung 250 kann auch be stimmen, ob überhaupt kein Strom durch die Leitung fließt, und zwar auf der Basis eines minimalen Stromsig nals auf der Leitung 334 vom Verstärkungsblock 270. Wenn die Steuervorrichtung sich nicht auf dem Targetstrom ver riegeln bzw. einhängen kann, und zwar innerhalb des fest gelegten Zeitintervalls, und es keine minimale Strommenge gibt, die durch die Last fließt, setzt bzw. signalisiert die Steuervorrichtung einen offenen Schaltungszustand. Da eine offene Schaltung im allgemeinen keine sofortige Ge fahr für die Last oder den PWM-Treiber darstellt, kann der normale Betrieb fortfahren, bis der Flag bzw. das Si gnal erkannt wird und gelöscht wird, oder bis der PWM-Treiber abgeschaltet wird.Second and third faults that can be detected are open circuits. This differs from the short-circuit detection in that the driver controller 250 determines whether a target current level has been reached within a fixed time interval, typically a fairly long time interval, such as about 1 millisecond. Controller 250 may also determine whether there is no current flowing through the line at all based on a minimal current signal on line 334 from gain block 270 . If the controller is unable to latch onto the target current within the specified time interval and there is no minimum amount of current flowing through the load, the controller sets or signals an open circuit state. Since an open circuit is generally not an immediate hazard to the load or PWM driver, normal operation can continue until the flag or signal is detected and cleared, or until the PWM driver is turned off.

Ein vierter Fehler, der detektiert werden kann, wird Lastkurzschluß genannt, was typischerweise einen teilwei sen oder vollständigen Kurzschluß in den Lastleitungen bedeutet, beispielsweise in einer Verkabelung bzw. einem Verbinder, was einen wesentlichen Abfall des Widerstandes zur Folge hat, der vom Treiber gesehen wird. Die PWM-Steuervorrichtung bestimmt, ob es einen gewissen minima len Stromfluß durch die Stromabfühlwiderstände gibt, wenn der Schalter 44 ausgeschaltet wird. Bei einer induktiven Last sollte, wenn die Treibertransistoren abgeschaltet sind (disabled) ein kleiner Strom weiter durch den Tief seiten-Stromabfühlwiderstand fließen, und zwar als eine Folge der in der Spule gespeicherten Energie. Wenn dies nicht so ist, dann signalisiert die Treibersteuerung 250 einen Lastkurzschlußzustand im Diagnoseregister. Es muß dies mehrere Male in Reihe auftreten, bevor der Flag bzw. das Signal gesetzt wird, um sicherzustellen, daß es kei nen Fehler gibt, jedoch wird der Lastkurzschlußzustand einfach im Diagnoseregister 282 signalisiert bzw. ge setzt, bis er schließlich vom Mikroprozessor 20 ausge lesen wird.A fourth fault that can be detected is called a load short circuit, which typically means a partial or complete short circuit in the load lines, for example in a wiring or connector, which results in a substantial drop in resistance seen by the driver . The PWM controller determines whether there is some minimum current flow through the current sensing resistors when the switch 44 is turned off. For an inductive load, when the driver transistors are disabled, a small current should continue to flow through the low side current sense resistor as a result of the energy stored in the coil. If not, then driver controller 250 signals a load short condition in the diagnostic register. This must occur several times in a row before the flag or signal is set to ensure that there are no errors, but the load short-circuit condition is simply signaled or set in the diagnostic register 282 until it is finally output by the microprocessor 20 will read.

Offene Schaltungs- und Lastkurzschlußfehler sind nicht notwendigerweise für das System gefährlich, so daß die Steuervorrichtung nicht notwendigerweise einen Interrupt bzw. eine Unterbrechung erzeugen muß. Wie zuvor erwähnt, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wesentlich die Anforderungen an den Mikroprozessor zu verringern. Wenn es jedoch erwünscht ist, daß dem Mikroprozessor so fort ein Lastkurzschluß oder eine offene Schaltung mitge teilt werden, kann die Steuervorrichtung alternativ ein gestellt werden, ein Interrupt bzw. Unterbrechungssignal auf der Lastkurzschlußleitung zu erzeugen, was dem Mikro prozessor überläßt, zwischen den Fehlern zu unter scheiden, und zwar auf der Basis von Daten, die in den Diagnoseregistern gespeichert sind. Durch Einstellen ei nes Bits in einem Register kann jeder Kanal einzeln ein gestellt werden, um zu bestimmen, ob oder ob nicht offene Schaltungen und Lastkurzschlüsse Interrupt bzw. Unterbre chungssignale für den Mikroprozessor erzeugen sollten. Bei offenen Kurzschlüssen und Lastkurzschlüssen werden die Diagnosestifte bzw. -zeichen automatisch gelöscht, wenn der Zustand, der den Fehler bewirkt, nicht weiter besteht. Folglich muß sich der Mikroprozessor 20 nicht um das Löschen von intermittierenden bzw. zeitweisen Fehlern kümmern. Sobald ein Kurzschluß an Erde jedoch diagnosti ziert wird, kann das Flag bzw. Signal nicht gelöscht wer den, außer der Mikroprozessor 20 erzeugt einen Kanal für eine spezielle Rücksetzung oder ein Reset.Open circuit and load short-circuit faults are not necessarily dangerous to the system, so the control device does not necessarily have to generate an interrupt. As previously mentioned, it is an object of the present invention to significantly reduce the demands on the microprocessor. However, if it is desired that the microprocessor be informed immediately of a load short or an open circuit, the control device can alternatively be set to generate an interrupt on the load short line, which leaves the micro processor between the errors differentiate, based on data stored in the diagnostic registers. By setting a bit in a register, each channel can be set individually to determine whether or not open circuits and load shorts should generate interrupt or interrupt signals for the microprocessor. In the event of open short circuits and load short circuits, the diagnostic pins or symbols are automatically deleted if the condition causing the error no longer exists. As a result, the microprocessor 20 does not have to worry about clearing intermittent errors. However, once a short to ground is diagnosed, the flag or signal cannot be cleared unless the microprocessor 20 creates a channel for a special reset.

Die meisten Lasten benehmen sich am besten, wenn sie bei der höchstverfügbaren Frequenz geschaltet werden, es gibt jedoch einen Nachteil. Je höher die Schaltfrequenz ist, desto größer wird das Ausmaß der elektromagnetischen In terferenz (EMI) sein, die erzeugt wird. Die Spitze wird bewirkt durch eine Diode, insbesondere eine Flyback-Diode 48, die in der externen Treiberschaltung vorgesehen ist, um Energie wiederzugewinnen, wenn der Induktor von der Batterie getrennt wird. Um der erzeugten elektromagneti schen Interferenz bzw. EMI entgegenzuwirken, kombiniert die vorliegende Erfindung vier PWM-Treiber unter sequen tieller Steuerung einer Einzelzustandsmaschine. Das heißt, ein Sequenzermodul 210 erzeugt Wellenformen, die phasenverschoben sind über vier unterschiedliche Kanäle, um zu verhindern, daß irgendwelche zwei Kanäle zur glei chen Zeit anschalten und eine Spannungsspitze erzeugen. Während alle vier Kanäle die gleiche Schaltfrequenz tei len bzw. benutzen, muß jede Steuervorrichtung eine ge stufte Zeit bzw. einen gestuften Zeitraum warten, sich anzuschalten, obwohl sich jede zu irgendeinem Zeitpunkt abschalten kann. Für eine Takteingangsgröße mit 16 MHz sind die Startzeiten um 80 Mikrosekunden getrennt, oder grundlegend 8% des Zyklusses der Gesamttrennung.Most loads behave best when switched at the highest available frequency, but there is a disadvantage. The higher the switching frequency, the greater the amount of electromagnetic interference (EMI) that will be generated. The tip is caused by a diode, particularly a flyback diode 48 , which is provided in the external driver circuit to recover energy when the inductor is disconnected from the battery. In order to counteract the electromagnetic interference or EMI generated, the present invention combines four PWM drivers under sequential control of a single-state machine. That is, a sequencer module 210 generates waveforms that are out of phase over four different channels to prevent any two channels from turning on and generating a spike at the same time. While all four channels share the same switching frequency, each controller must wait a staged time or period to turn on, although each can turn off at any time. For a clock input size at 16 MHz, the start times are separated by 80 microseconds, or basically 8% of the cycle of the total separation.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Einschaltsequenz. Beim anfänglichen Einschalten ist der Reset- bzw. Rücksetzstift tief und die PWM-Treibersteu erung 30 schaltet sich in einen Schutzzustand ein. Alle Register oder Flip-Flops sind auf Null gesetzt und eine Einschaltsequenz muß vollendet werden, bevor ein Strom an die externe Last geliefert wird. Es gibt ein Steuerregi ster 280 mit vier Bits (Zehn-Bit-Register), welches er möglicht, daß ein Treiberkanal angeschaltet wird, zwei obere Bits im Dither-Amplitudenregister für jeden Kanal zwingen das Treibersteuermodul 250, irgendwelche externen Treibereinschaltstifte bzw. -zeichen tief zu speichern bzw. zu latchen, in einem (00) Zustand, oder eine externe Treiberschaltung einzuschalten bzw. zu enabeln, so daß sie angeschaltet wird, wenn sie entweder in einem (01) oder einem (11) Zustand ist. Obwohl ein Wert ungleich Null in das Spitzenstromzielregister 284 geschrieben ist, überstimmt das Steuermodul 250 auch automatisch alles und schaltet irgendeine externe Antriebs- bzw. Trei berschaltung ab, was sicherstellt, daß der PWM-Treiber niemals ausläuft.Another feature of the present invention is the power up sequence. When initially turned on, the reset pin is deep and the PWM driver control 30 turns on in a protection state. All registers or flip-flops are set to zero and a power up sequence must be completed before a current is supplied to the external load. There is a four-bit control register 280 (ten-bit register) which allows a driver channel to be turned on, two upper bits in the dither amplitude register for each channel force the driver control module 250 to deep any external driver turn-on pins to store or latch in a (00) state, or to turn on or enable an external driver circuit so that it is turned on when it is in either a (01) or a (11) state. Although a non-zero value is written in the peak current destination register 284 , the control module 250 also automatically overrides everything and turns off some external drive circuitry, ensuring that the PWM driver never expires.

Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird am besten mit Bezug auf ihre Anwendung bei der Steuerung einer Vielzahl von induktiven und/oder resistiven Lasten beschrieben. Beispielsweise kann der Mikroprozessor 20 ein Motorsteu ermodul (ECM = engine control module) sein, welches kon figuriert ist, um eine Vielzahl von hochinduktiven elek tromagnetbetriebenen Ventilen zu steuern, genau so wie primär resistive Lasten, wie beispielsweise Ventilatoren und Warnlichter. Durch Verbinden des ECM-Datenbuses mit irgendeiner Anzahl von PWM-Treibersteuerungen, wie von der vorliegenden Erfindung gelehrt, zusammen mit ge eigneten Kombinationen einer Adreßauslese/Adreßeinschreib-, und Taktleitungen, sieht der Mikroprozessor im wesentlichen nur eine Reihe von aneinander liegenden Speicheradressen. Sobald die PWM-Treibersteuerung von ei ner kurzen Initialisierungsroutine eingestellt wird, wird sie allein laufen, bis ein neuer Befehl eingegeben wird, was den Mikroprozessor freisetzt, andere Funktionen aus zuführen.The operation of the present invention is best described with respect to its application in controlling a variety of inductive and / or resistive loads. For example, microprocessor 20 may be an engine control module (ECM) configured to control a variety of highly inductive solenoid operated valves, as well as primary resistive loads such as fans and warning lights. By connecting the ECM data bus to any number of PWM driver controls as taught by the present invention, along with appropriate combinations of address read / write-in and clock lines, the microprocessor essentially sees only a series of contiguous memory addresses. Once the PWM driver control is set by a short initialization routine, it will run alone until a new command is entered, which frees the microprocessor to perform other functions.

Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung kann eine PWM-Treibersteuerung vorgesehen werden, um zwi schen einem Mikroprozessor und einer Vielzahl von elek trisch betätigten Hydraulikzylindern eine Schnittstelle zu bilden. Während gewisse gegenwärtig bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung und gewisse gegenwärtig be vorzugte Verfahren zur Ausführung derselbigen ver anschaulicht und hier beschrieben worden sind, sei aus drücklich erwähnt, daß die Erfindung nicht darauf einge schränkt ist, sondern anderenfalls in verschiedener Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche verkörpert und ausgeführt werden kann.According to another aspect of the present invention PWM driver control can be provided to switch between microprocessor and a variety of elec hydraulically actuated cylinders an interface to build. While certain currently preferred embodiments Example of the invention and certain presently be preferred method of carrying out the same ver clear and have been described here, is from expressly mentioned that the invention was not intended is restricted, but otherwise in different ways embodied within the scope of the following claims and can be executed.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Ein Pulsbreitenmodulationstreiber, in dem ein Laststrom auf der Basis von Spitzenstrompegeln gesteuert wird, wird offenbart. Ein programmierbarer Ziel- bzw. Targetstrom wert, der für eine Einheitszeit festgelegt ist, und eine minimale Filterung oder Phasenverzögerung aufweist, wird geliefert, eine Steuervorrichtung kann die Ausgangsstrom spannung gerade an der Spitze auffangen, und zwar bis zu den Auslegungsgrenzen der Schaltungskomponenten. Begin nend bei einem Strompegel von Null kann der Steuervor richtung ein sofortiger Befehl für die volle Skala oder Leistung gegeben werden, wodurch das Steuersignal verein facht wird, welches an den Pulsbreitenmodulationstreiber bei Startsituationen gegeben werden muß.In summary, one can say the following:
A pulse width modulation driver in which a load current is controlled based on peak current levels is disclosed. A programmable target current value that is set for a unit time and has minimal filtering or phase lag is provided, a controller can catch the output current voltage just at the top, up to the design limits of the circuit components. Starting at a current level of zero, the control device can be given an immediate command for the full scale or power, thereby simplifying the control signal which must be given to the pulse width modulation driver at start-up situations.

Claims

1. Driver for generating a desired pulse-width modulated current through switched loads, the driver having the following:
a target generator for delivering target values;
a comparator for comparing a signal representing the peak current through a load with the target values; and
a driver controller for selectively generating trigger signals to switch a current through the load in response to a result of the comparison.

2. The driver of claim 1, further comprising:
a sequencer module for generating multiple waveforms, each waveform being out of phase to have a non-overlapping load cycle; and
wherein the driver controller only generates the trigger signal during load cycles for one of the wave forms.

3. Driver according to claim 1 or 2, wherein the driver control only on one of the multitude of waveforms appeals.

4. Driver according to one of the preceding claims, in particular according to claim 1, further comprising:
a variety of memory registers; and wherein the target generator alternately provides the target values as a function of a sum and the difference between first and second values stored in the memory registers.

5. Driver according to one of the preceding claims, in particular according to claim 4, wherein the target genera tor further has means to the sum and the Compare difference with predetermined limits, and the spread or difference between dampen the sum and the difference when the predetermined limit is exceeded.

6. A method for supplying a load with a pulse-width modulated signal, which comprises the following steps:
Generating a periodic waveform;
Generating a target value by alternately generating the sum and the difference between two stored digital values;
Comparing the target value to a value representing a sensed peak current flowing through the load;
Generating a trigger signal to power the load from a DC power source only during a predetermined portion of the periodic waveform when the target value exceeds the sensed value.

7. The method of claim 6, wherein the step of generating a target value comprises:
Storing values representing a desired mean current through the load and a desired dither or jitter amplitude;
Adding and subtracting the dither or amplitude value from the mean current value or mean current value in order to generate sum and difference values; and alternately applying the sum and difference values in a comparison step at a predetermined rate.

8. The method according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 7, wherein the step of generating a target value further comprises:
selecting the predetermined rate from a stored value representing a desired dither frequency.

9. The method according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 6, which further the Multiply the sensed current value with a variety of gain or ver strengthening factors and selecting one of the ver strengthening factors for comparison with the target value having.

10. The method according to any one of the preceding claims, in particular according to claim 6, which further comprises the following:
generating a short circuit fault indication when the value representing a sensed current is greater than a selected maximum current value by more than a predetermined factor.