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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/011,118, eingereicht am 12. Juni 2014, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Erzeugen eines Erregungssignals für einen Drehmelder.
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HINTERGRUND
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Ein Positionssensor wie z. B. ein Drehmelder ist dazu konfiguriert, die Drehwinkelposition einer Drehvorrichtung wie z. B. einer rotierenden elektrischen Maschine wie eines Motors zu überwachen. Ein Drehmelder gibt eine Signalausgabe (Drehmelderausgabe) aus, die der Motorwinkelposition entspricht. Ein Drehmelder-Digital-Umsetzer (R2D-Umsetzer) setzt die Drehmelderausgabe in die Motorwinkelposition um. Eine Steuereinheit verwendet die Motorwinkelposition, um den Motor zu steuern.
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Der Drehmelder erzeugt die Drehmelderausgabe aus einem Erregungssignal, das zum Drehmelder geliefert wird. Der Drehmelder moduliert das Erregungssignal gemäß der Motorwinkelposition, um die Drehmelderausgabe zu erzeugen. Ein Erregungssignalgenerator liefert das Erregungssignal zum Drehmelder. Der Erregungssignalgenerator sollte wirtschaftlich implementiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein nicht beanspruchtes Verfahren für einen Drehmelder umfasst das Verstärken eines sinusförmigen Eingangssignals unter Verwendung einer invertierenden Verstärkerschaltung, wobei der invertierenden Verstärkerschaltung eine Transistorstufe an einem Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung fehlt, um am Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung ein Erregungssignal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner das Liefern des Erregungssignals am Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung zu einem Drehmelder.
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Gemäß dem nicht beanspruchten Verfahren kann die invertierende Verstärkerschaltung einen Verstärker und eine Rückkopplungsschleife mit einstellbarer Verstärkung umfassen, wobei ein negativer Eingangsanschluss des Verstärkers das sinusförmige Eingangssignal empfängt und das Erregungssignal durch die Rückkopplungsschleife empfängt.
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Gemäß dem nicht beanspruchten Verfahren kann ein positiver Eingangsanschluss des Verstärkers eine Referenzspannung empfangen.
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Das nicht beanspruchte Verfahren kann ferner das Verstärken eines Komplements des sinusförmigen Eingangssignals unter Verwendung einer zweiten invertierenden Verstärkerschaltung umfassen, wobei der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung eine Transistorstufe an einem Ausgang der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung fehlt, um am Ausgang der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung eine zusätzliche Erregungssignalkomponente zu erzeugen. In diesem Fall umfasst das Verfahren ferner das Liefern der zusätzlichen Erregungssignalkomponente am Ausgang der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung zum Drehmelder.
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Gemäß dem nicht beanspruchten Verfahren kann die zweite invertierende Verstärkerschaltung einen zweiten Verstärker und eine zweite Rückkopplungsschleife mit einstellbarer Verstärkung umfassen, wobei ein negativer Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers das Komplement des sinusförmigen Eingangssignals empfängt und die zusätzliche Erregungssignalkomponente durch die zweite Rückkopplungsschleife empfängt.
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Das nicht beanspruchte Verfahren kann ferner das Liefern von Betriebsleistung zur invertierenden Verstärkerschaltung unter Verwendung eines einstellbaren Stromtreibers umfassen.
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Das nicht beanspruchte Verfahren kann ferner das Verbinden des Ausgangs der invertierenden Verstärkerschaltung direkt mit dem Drehmelder umfassen, so dass das Erregungssignal am Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung direkt zum Drehmelder geliefert wird.
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Ein Drehmelder-Erregungssignalgenerator umfasst eine Quelle, die dazu konfiguriert ist, ein sinusförmiges Eingangssignal zu erzeugen, und eine Verstärkerschaltung. Die Verstärkerschaltung umfasst einen Eingang, der mit der Quelle verbunden ist, um das sinusförmige Eingangssignal zu empfangen, und einen Ausgang, dem eine Transistorstufe fehlt. Die Verstärkerschaltung ist dazu konfiguriert, das sinusförmige Eingangssignal zu verstärken, um am Ausgang der Verstärkerschaltung ein Erregungssignal in einer Form einer verstärkten Version des sinusförmigen Eingangssignals für einen Drehmelder zu erzeugen.
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Die Verstärkerschaltung kann eine invertierende Verstärkerschaltung sein. Die invertierende Verstärkerschaltung kann einen Verstärker und eine Rückkopplungsschleife mit einstellbarer Verstärkung umfassen. Ein negativer Eingangsanschluss des Verstärkers empfängt das sinusförmige Eingangssignal und empfängt das Erregungssignal durch die Rückkopplungsschleife. Ein positiver Eingangsanschluss des Verstärkers empfängt eine Referenzspannung.
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Die Quelle kann dazu konfiguriert sein, ein Komplement des sinusförmigen Eingangssignals zu erzeugen. In diesem Fall umfasst der Generator ferner eine zweite invertierende Verstärkerschaltung mit einem Eingang, der mit der Quelle verbunden ist, um das Komplement des sinusförmigen Eingangssignals zu empfangen, und einem Ausgang, dem eine Transistorstufe fehlt. Die zweite invertierende Verstärkerschaltung ist dazu konfiguriert, das Komplement des sinusförmigen Eingangssignals zu verstärken, um an einem Ausgang der zweiten invertierenden Verstärkerschaltung eine zusätzliche Erregungssignalkomponente in einer Form einer verstärkten Version des Komplements des sinusförmigen Eingangssignals für den Drehmelder zu erzeugen.
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Die zweite invertierende Verstärkerschaltung umfasst einen zweiten Verstärker und eine zweite Rückkopplungsschleife mit einstellbarer Verstärkung. Ein negativer Eingangsanschluss des zweiten Verstärkers empfängt das Komplement des sinusförmigen Eingangssignals und empfängt die zusätzliche Erregungssignalkomponente durch die zweite Rückkopplungsschleife.
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Der Generator kann ferner einen einstellbaren Stromtreiber umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine regulierte Betriebsleistung zum Verstärker jeder invertierenden Verstärkerschaltung zu liefern.
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Die Verstärker der invertierenden Verstärkerschaltungen können ein Teil eines elektronischen TCA0372-Operationsverstärkerchips sein.
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Der einstellbare Stromtreiber kann ein einstellbarer NSI45090JDT4G-Konstantstromregulierer sein.
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Ein Drehmeldersystem zum Detektieren einer Winkelposition eines Motors umfasst einen Drehmelder, eine Eingangssignalquelle und eine invertierende Verstärkerschaltung. Der Drehmelder ist dazu konfiguriert, ein Erregungssignal zu verwenden, das zum Drehmelder geliefert wird, um Drehmelder-Ausgangssignale zu erzeugen, die eine Winkelposition eines Motors angeben. Die invertierende Verstärkerschaltung weist einen Eingang, der mit der Quelle verbunden ist, um das Eingangssignal zu empfangen, und einen Ausgang, dem eine Transistorstufe fehlt, auf. Die invertierende Verstärkerschaltung ist dazu konfiguriert, das Eingangssignal zu verstärken, um am Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung eine Erregungssignalkomponente in Form einer verstärkten Version des Eingangssignals zu erzeugen. Der Drehmelder ist mit dem Ausgang der invertierenden Verstärkerschaltung verbunden, um die Erregungssignalkomponente zu empfangen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Elektrofahrzeug-Antriebsstrangs mit einem Drehmelder und einer Drehmelder-Digital-Umsetzeranordnung (R2D-Umsetzeranordnung) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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2 stellt ein Blockdiagramm des Drehmelders und der R2D-Umsetzeranordnung genauer dar;
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3 stellt einen Schaltplan des Drehmelders genauer dar;
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4 stellt einen Schaltplan des Drehmelders, der mit der R2D-Umsetzeranordnung verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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5A stellt einen Schaltplan einer beispielhaften Verstärkerschaltung in Form einer Pufferschaltung, die zwischen einen Erregungssignalgenerator der R2D-Umsetzeranordnung und den Drehmelder geschaltet ist, dar;
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5B stellt ein sehr detailliertes elektrisches Schaltbild einer beispielhaften Verstärkerschaltungsanordnung mit einer Pufferschaltungsanordnung, die zwischen den Erregungssignalgenerator der R2D-Umsetzeranordnung und den Drehmelder geschaltet ist, dar; und
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6 stellt ein sehr detailliertes elektrisches Schaltbild einer Verstärkerschaltungsanordnung, die zwischen den Erregungssignalgenerator der R2D-Umsetzeranordnung und den Drehmelder geschaltet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier offenbart; selbstverständlich sind jedoch die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezifische Struktur- und Funktionsdetails nicht als Begrenzung, sondern lediglich als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns auf dem Gebiet, die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen, interpretiert werden.
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Mit Bezug auf 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Elektrofahrzeug-Antriebsstrangs 10 mit einem Drehmelder 12 und einer Drehmelder-Digital-Umsetzeranordnung (R2D-Umsetzeranordnung) 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Antriebsstrang 10 ist beispielsweise der Antriebsstrang eines Hybrid- oder Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeugs, in welchem Fall der Antriebsstrang ferner eine Kraftmaschine umfasst, oder der Antriebsstrang eines Batterie-Elektrofahrzeugs, in welchem Fall dem Antriebsstrang eine Kraftmaschine fehlt. Der Antriebsstrang 10 umfasst einen Wechselspannungs-Elektromotor 16, der dazu konfiguriert ist, ein Motordrehmoment für den Fahrzeugantrieb zu erzeugen. Das Motordrehmoment wird auf die Fahrzeugantriebsräder (nicht dargestellt) übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine (Hochspannungs-)Traktionsbatterie 18 liefert elektrische Energie zum Motor 16 über einen Wechselrichter 20, damit der Motor das Motordrehmoment erzeugt. Die von der Batterie 18 gelieferte elektrische Energie ist eine elektrische Hochgleichspannungsenergie. Der Wechselrichter 20 invertiert die elektrische Gleichspannungsenergie in elektrische Wechselspannungsenergie zum Empfang durch den Motor 16. Die vom Wechselrichter 20 zum Motor 16 gelieferte elektrische Wechselspannungsenergie ist beispielsweise ein frequenzgesteuertes Dreiphasen-Wechselspannungssignal.
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Der Drehmelder 12 ist ein Positionssensor, der dazu konfiguriert ist, die Drehwinkelposition des Motors 16 zu überwachen. Der Drehmelder 12 gibt eine Signalausgabe (Drehmelderausgabe) 22 entsprechend der Motorwinkelposition aus. Die R2D-Umsetzeranordnung 14 setzt die Drehmelderausgabe 22 in ein Motorpositionssignal 24 um, das die Motorwinkelposition angibt. Eine Steuereinheit (z. B. ein Mikrocontroller) (”Steuereinheit”) 26 verwendet die Motorwinkelposition, um den Motor 16 durch entsprechendes Steuern des Wechselrichters 20 zu steuern. Die durch die R2D-Umsetzeranordnung 14 bereitgestellte Funktionalität kann durch die Steuereinheit 26 durchgeführt werden, in welchem Fall die R2D-Umsetzeranordnung 14 effektiv in die Steuereinheit integriert wäre.
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Der Drehmelder 12 erzeugt eine Drehmelderausgabe 22 aus einem Erregungssignal 28. Die R2D-Umsetzeranordnung 14 erzeugt und liefert das Erregungssignal 28 zum Drehmelder 12. Der Drehmelder 12 moduliert das Erregungssignal 28 gemäß der Motorwinkelposition, um eine Drehmelderausgabe 22 zu erzeugen, die die Motorwinkelposition angibt.
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Mit Bezug auf 2 mit fortgesetztem Bezug auf 1 ist ein Blockdiagramm des Drehmelders 12 und der R2D-Umsetzeranordnung 14 genauer gezeigt. Der Drehmelder 12 ist ein drehbarer Transformator mit einem Rotor und einem Stator. Der Rotor ist mit der Rotorwelle des Motors 16 mechanisch gekoppelt. Der Rotor dreht sich dadurch relativ zum Stator, wenn sich die Rotorwelle des Motors 16 dreht. Der Rotor umfasst eine Primärwicklung 30 daran und der Stator umfasst eine erste und eine zweite Sekundärwicklung 32 und 34 daran. Die Sekundärwicklungen 32 und 34 sind in Bezug aufeinander mechanisch um 90° verschoben, wie in 2 gezeigt.
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Die R2D-Umsetzeranordnung 14 liefert ein Wechselstrom-Erregungssignal (AC-Erregungssignal) 28 zur Primärwicklung 30 des Drehmelders 12. Das Erregungssignal 28 erregt die Primärwicklung 30. Der in der Primärwicklung 30 erzeugte Magnetfluss infolge des Erregungssignals 28 koppelt mit den Sekundärwicklungen 32 und 34. Die Amplitude der Kopplung in die Sekundärwicklungen 32 und 34 ist eine Funktion der Position des Rotors (d. h. des Winkels θ der Rotorwelle des Motors 16) relativ zum Stator. Die Sekundärwicklungen 32 und 34 erzeugen daher ein erstes und ein zweites Drehmelder-Ausgangssignal 22a bzw. 22b, die durch den Sinus und Cosinus des Rotorwellenwinkels θ moduliert werden.
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Die R2D-Umsetzeranordnung 14 umfasst einen R2D-Umsetzer 36 und einen Erregungssignalgenerator 38. Der R2D-Umsetzer 36 verarbeitet die Drehmeldersignale 22a und 22b, um daraus ein Motorpositionssignal 24 zu erzeugen, das die Motorwinkelposition angibt, wie vom Drehmelder 12 detektiert. Der Erregungssignalgenerator 38 ist dazu konfiguriert, das Erregungssignal 28 zu erzeugen und zur Primärwicklung 30 des Drehmelders 12 zu liefern.
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Mit Bezug auf 3 mit fortgesetztem Bezug auf 2 ist ein Schaltplan des Drehmelders 12 genauer gezeigt. Wiederum umfasst der Drehmelder 12 einen Rotor mit einer Primärwicklung 30 und einen Stator mit Sekundärwicklungen 32 und 34. Das Erregungssignal 28, das durch die Primärwicklung 30 empfangen wird (d. h. Spannung R2 – R1, eingegeben in die Primärwicklung 30) weist die Form Vp·sin (ωt) auf, wobei Vp und sin (ωt) die Amplitude bzw. die Frequenz des Erregungssignals sind. Das durch die Sekundärwicklung 32 erzeugte Drehmeldersignal 22a (d. h. die Spannung S3 – S1, ausgegeben aus der Sekundärwicklung 32) weist die Form Vs·sin(ωt)·sin(θ) auf, wobei Vs die Amplitude des Drehmelder-Ausgangssignals 22 ist und θ der Rotorwellenwinkel ist. Das durch die Sekundärwicklung 34 erzeugte Drehmeldersignal 22b (d. h. Spannung S4 – S2, ausgegeben aus der Sekundärwicklung 34) weist die Form Vs·sin(ωt)·cos(θ) auf. An sich werden in Reaktion auf ein Erregungssignal 28 (z. B. sin(ωt)), das in die Primärwicklung 30 eingegeben wird, das Drehmeldersignal 22a (sin(ωt)·sin(θ)) und das Drehmeldersignal 22b (sin(ωt)·cos(θ)), die gemäß dem Rotorwellenwinkel θ moduliert werden, durch die Sekundärwicklungen 32 bzw. 34 mit einer Phasendifferenz von 90° erzeugt.
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Wie beschrieben, liefert der Erregungssignalgenerator 38 das Erregungssignal 28 zur Primärwicklung 30. Der Erregungssignalgenerator 38 ist beispielsweise ein Sinuswellengenerator mit einem Oszillator oder dergleichen, um das Erregungssignal 28 zu erzeugen. Der R2D-Umsetzer 36 empfängt und demoduliert Drehmeldersignale 22a und 22b, um das Motorpositionssignal 24 zu erzeugen, das die Motorwinkelposition angibt.
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Mit Bezug auf 4 mit fortgesetztem Bezug auf 3 ist ein Schaltplan des Drehmelders 12, der mit der R2D-Umsetzeranordnung 14 verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die R2D-Umsetzeranordnung 14 liegt beispielsweise in Form eines elektronischen AD2S1205-Chips vor. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, umfasst der AD2S1205-Chip den R2D-Umsetzer 36 und den Erregungssignalgenerator 38 (d. h. einen programmierbaren Sinusoszillator auf der Platine).
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Der R2D-Umsetzer 36 umfasst ein erstes Paar von Eingangsstiften mit einem Sin-Stift #37 und SinLO-Stift #38 und ein zweites Paar von Eingangsstiften mit einem CosLO-Stift #40 und einem Cos-Stift #41. Die Eingangsstifte #37 und #38 sind mit jeweiligen Enden der Sekundärwicklung 32 des Drehmelders verbunden, um das Drehmeldersignal 22a zu empfangen. Ebenso sind die Eingangsstifte #40 und #41 mit jeweiligen Enden der Sekundärwicklung 34 des Drehmelders 12 verbunden, um das Drehmeldersignal 22b zu empfangen.
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Der Erregungssignalgenerator 38 umfasst einen EXC-Ausgangsstift #34 (Erregungsfrequenz) und einen EXC-Ausgangsstift #35 (Erregungsfrequenzkomplement). Der Erregungssignalgenerator 38 liefert ein sinusförmiges Erregungssignal (EXC) vom EXC-Ausgangsstift #34 und sein Komplementsignal (EXC) vom EXC-Ausgangsstift #35 zu jeweiligen Enden der Primärwicklung 30 des Drehmelders 12. Die Kombination des Erregungssignals (EXC) und des Komplementsignals (EXC) bilden das Erregungssignal 28. Der Oszillator des Erregungssignalgenerators 38 ist programmierbar, um das Erregungssignal (Referenzsignal) mit einer Frequenz von 10 kHz, 12 kHz, 15 kHz oder 20 kHz zu erzeugen.
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Das Erregungssignal (EXC) und sein Komplementsignal (EXC), die aus dem Erregungssignalgenerator 38 (in Form eines elektronischen AD2S1205-Chips) ausgegeben werden, sollen verstärkt werden, um die Primärwicklung 30 mit dem geeigneten Erregungssignal 28 anzusteuern. Folglich umfasst die in 4 gezeigte Anordnung ferner eine externe Verstärkerschaltung, die zwischen den Erregungssignalgenerator 38 und den Drehmelder 12 geschaltet ist. Die Verstärkerschaltungsanordnung liefert eine Verstärkung und zusätzlichen Strom zum Antriebsdrehmelder 12. Die Verstärkerschaltungsanordnung umfasst eine erste Verstärkerschaltung 40a und eine zweite Verstärkerschaltung 40b. Die erste Verstärkerschaltung 40a ist zwischen den EXC-Ausgangsstift #34 und das entsprechende Ende der Primärwicklung 30 geschaltet. Die zweite Verstärkerschaltung 40b ist zwischen den EXC-Ausgangsstift #35 und das andere Ende der Primärwicklung 30 geschaltet. Die erste Verstärkerschaltung 40a verstärkt das Erregungssignal (EXC) vom EXC-Ausgangsstift #34 und liefert das verstärkte Erregungssignal (EXC) zum Drehmelder 12. Ebenso verstärkt die zweite Verstärkerschaltung 40b das Komplement-Erregungssignal (EXC) vom EXC-Ausgangsstift #35 und liefert das verstärkte Komplement-Erregungssignal (EXC) zum Drehmelder 12.
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Mit Bezug auf 5A ist ein Schaltplan einer beispielhaften Verstärkerschaltung 42, die zwischen den Erregungssignalgenerator 38 der R2D-Umsetzeranordnung 14 und den Drehmelder 12 geschaltet ist, gezeigt. Mit Bezug auf 4 ist eine Verstärkerschaltung 42 anstelle der Verstärkerschaltung 40a zwischen den EXC-Ausgangsstift #34 und das entsprechende Ende der Primärwicklung 30 geschaltet. Ebenso ist eine andere Verstärkerschaltung 42 anstelle der Verstärkerschaltung 40b zwischen den EXC-Ausgangsstift #35 und das andere Ende der Primärwicklung 30 geschaltet. Die Verstärkerschaltung 42 liegt in Form einer Pufferschaltung vor, die dazu konfiguriert ist, eine Eingangsspannung mit zusätzlichem Strom auszugeben, und umfasst einen Verstärker 44 und eine komplementäre Bipolartransistorstufe 46. Der Verstärker 44 verstärkt eine Eingangsspannung (z. B. das Erregungssignal (EXC)), um eine Ausgabe zu erzeugen, die durch die komplementäre Bipolartransistorstufe 46 geleitet wird, um eine Ausgangsspannung (z. B. das verstärkte Erregungssignal (EXC)) zu erzeugen. Der ”+”-Anschluss des Verstärkers 44 ist mit der Eingangsspannung verbunden und die Ausgangsspannung ist in einer Rückkopplungsschleife mit dem ”–”-Anschluss des Verstärkers 44 verbunden. Eine Sorge bei der Verstärkerschaltung 42 ist die relativ große Menge an diskreten Komponenten zum Implementieren der komplementären Bipolartransistorstufe 46.
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Mit Bezug auf 5B mit fortgesetztem Bezug auf 4 und 5A ist ein sehr detailliertes elektrisches Schaltbild einer beispielhaften Verstärkerschaltungsanordnung 48, die zwischen den Erregungssignalgenerator 38 der R2D-Umsetzeranordnung 14 und den Drehmelder 12 geschaltet ist, gezeigt. Die Verstärkerschaltungsanordnung 48 verstärkt die Erregungs-/Komplement-Eingangssignale (EXC/EXC) vom Erregungssignalgenerator 38, um das Erregungssignal 28 zu erzeugen. Insbesondere verstärkt ein erster Abschnitt 50a der Verstärkerschaltung 48 das Erregungssignal (EXC), um ein verstärktes Erregungssignal (RES_EXC_H) 52a zu erzeugen, und ein zweiter Abschnitt 50b der Verstärkerschaltung 48 verstärkt das Komplement-Erregungssignal (EXC), um ein verstärktes Erregungssignal (RES_EXC_L) 52b zu erzeugen. Die Kombination der verstärkten Erregungssignale 52a und 52b, die aus der Verstärkerschaltungsanordnung 48 ausgegeben werden, bildet das Erregungssignal 28.
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Mit Bezug auf 5A umfassen der erste und der zweite Abschnitt 50a und 50b der Verstärkerschaltungsanordnung 48 jeweils eine Verstärkerschaltung in Form einer Pufferschaltung mit einem Verstärker 44 und einer komplementären Bipolartransistorstufe 46. Die Verstärkerschaltungsanordnung 48 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine diskrete Schaltungsimplementierung aufgrund der Anwesenheit der komplementären Bipolartransistorstufe 46 aufweist. Im Allgemeinen weist die Verstärkerschaltungsanordnung 48 allgemein die folgenden Mängel auf: eine relativ große Menge an diskreten Komponenten wird verwendet; nicht vor Kurzschlüssen geschützt; kein thermischer Schutz; eine beschädigte Versorgung speist die Schaltung, wenn eine Kurzschlussbedingung vorliegt; alle Funktionen an dieser Versorgung werden deaktiviert, wenn sie kurzgeschlossen wird; und anfällig für Rauschen.
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Mit Bezug auf 6 ist ein sehr detailliertes elektrisches Schaltbild einer Verstärkerschaltungsanordnung 54, die zwischen den Erregungssignalgenerator 38 der R2D-Umsetzeranordnung 14 und den Drehmelder 12 geschaltet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wiederum liegt in dieser Ausführungsform die R2D-Umsetzeranordnung 14 in Form eines elektronischen AD2S1205-Chips vor. Insbesondere liegt die R2D-Umsetzeranordnung 14 in Form eines elektronischen ADW71205WSTZ-Chips vor. Die Verstärkerschaltungsanordnung 54 verstärkt die Erregungs-/Komplement-Eingangssignale (EXC/EXC) vom Erregungssignalgenerator 38, um das Erregungssignal 28 zu erzeugen. Insbesondere verstärkt ein erster Verstärkerabschnitt 56a das eingegebene Komplement-Eingangssignal (EXC), um ein verstärktes Erregungssignal (RES_EXC_H) 58a zu erzeugen, und ein zweiter Verstärkerabschnitt 56b verstärkt das eingegebene Erregungssignal (EXC), um ein verstärktes Erregungssignal (RES_EXC_L) 58b zu erzeugen. Die Kombination der verstärkten Erregungssignale 52a und 52b, die aus der Verstärkerschaltungsanordnung 54 ausgegeben werden, bildet das Erregungssignal 28.
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Der erste Verstärkerabschnitt 56a fungiert als invertierender Verstärker, wenn das verstärkte Erregungssignal (RES_EXC_H) 58a aus dem eingegebenen Komplement-Erregungssignal (EXC) erzeugt wird. Ebenso fungiert der zweite Verstärkerabschnitt 56b als invertierender Verstärker, wenn das verstärkte Erregungssignal (RES_EXC_L) 58b aus dem eingegebenen Erregungssignal (EXC) erzeugt wird. In dieser Hinsicht umfassen der erste und der zweite Verstärkerabschnitt 56a und 56b jeweils eine invertierende Verstärkerstufe. Die invertierende Verstärkerstufe des ersten Verstärkerabschnitts 56a umfasst einen Verstärker 60a und eine Rückkopplungsschleife 62a mit einstellbarer Verstärkung (–1·(Rf/R1)). Der ”–”-Anschluss des Verstärkers 60a ist mit dem eingegebenen Komplement-Erregungssignal (EXC) verbunden und ist mit dem ausgegebenen verstärkten Erregungssignal (RES_EXC_H) 58a durch die Rückkopplungsschleife 62a verbunden. Der ”+”-Anschluss des Verstärkers 60a ist mit einer Spannungsreferenz verbunden. Ebenso umfasst die invertierende Verstärkerstufe des zweiten Verstärkerabschnitts 56b einen Verstärker 60b und eine Rückkopplungsschleife 62b mit einstellbarer Verstärkung (–1·(Rf/R1)). Der ”–”-Anschluss des Verstärkers 60b ist mit dem eingegebenen Erregungssignal (EXC) verbunden und ist mit dem ausgegebenen verstärkten Erregungssignal (RES_EXC_L) 58b durch die Rückkopplungsschleife 62b verbunden. Der ”+”-Anschluss des Verstärkers 60b ist mit einer Spannungsreferenz verbunden.
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Die Verstärkerschaltungsanordnung 54 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine kostengünstige Doppelkanal-Verstärkerstufe aufweist, die durch einen ersten und einen zweiten Verstärkerabschnitt 56a und 56b gebildet ist. Die Doppelkanal-Verstärkerstufe umfasst beispielsweise einen elektronischen TCA0372-Operationsverstärkerchip mit Verstärkern 60a und 60b. Der elektronische TCA0372-Chip weist einen eingebauten thermischen Schutz für die Verstärker 60a und 60b auf.
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Die Verstärkerschaltungsanordnung 54 ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie die Doppelkanal-Verstärkerstufe mit den Verstärkern 60a und 60b in Kombination mit einem einstellbaren Stromtreiber 64 aufweist. Der einstellbare Stromtreiber 64 liefert Betriebsleistung zu den Verstärkern 60a und 60b. Insbesondere liefert der einstellbare Stromtreiber 64 Betriebsleistung zu einem Betriebsleistungs-Eingangsanschluss des elektronischen TCA0372-Chips zum Speisen der Verstärker 60a und 60b. Der einstellbare Stromtreiber 64 umfasst einen einstellbaren Konstantstromregulierer, wie beispielsweise einen einstellbaren NSI45090JDT4G-Konstantstromregulierer. Der einstellbare Stromtreiber 64 wird als integrierte kostengünstige lineare Stromgrenze für die Doppelkanal-Verstärkerstufe verwendet. In dieser Hinsicht erzeugt und liefert der einstellbare Stromtreiber 64 eine regulierte Betriebsspannung V_EXC zur Doppelkanal-Verstärkerstufe. Der einstellbare Stromtreiber 64 reguliert die Betriebsspannung insofern, als der einstellbare Stromtreiber den Betriebsstrom begrenzt, der zu den Verstärkern 60a und 60b geliefert wird. Insbesondere ist der einstellbare Stromtreiber 64 dazu konfiguriert, die Leistungsversorgung für die Verstärker 60a und 60b im Fall eines Kurzschlusses (der infolge der erhöhten Stromlast detektiert wird) abzuschalten. An sich schafft die Verstärkerschaltungsanordnung 54 einen Kurzschlussschutz für die Verstärker 60a und 60b. Im Allgemeinen ist der einstellbare Stromtreiber 64 dadurch gekennzeichnet, dass er die Leistungsversorgung schützt, den Drehmelder 12 schützt, restliche Funktionen an der Leistungsversorgung abkoppelt und ermöglicht, dass sie vollständig funktionieren, und die Diagnose verbessert.
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Wie beschrieben und erläutert, ist die Verstärkerschaltungsanordnung 54 mit der Doppelkanal-Verstärkerstufe, die durch den ersten und den zweiten Verstärkerabschnitt 56a und 56b in Kombination mit dem einstellbaren Stromtreiber 64 gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie integrierte Leistungsstufen und eine geringe Rauschanfälligkeit aufgrund der relativ geringen Menge an Komponenten und Leiterbahnen aufweist. Der Verstärkerschaltungsanordnung 54 fehlt jegliche komplementäre Bipolartransistorstufe, die in einer typischen Verstärkerschaltungsanordnung enthalten ist, wie z. B. in 5B gezeigt. Folglich ist die Verstärkerschaltungsanordnung 54 zum Erzeugen des Erregungssignals 28 dadurch gekennzeichnet, dass sie weniger PCB-Raum als eine typische Verstärkerschaltungsanordnung erfordert, wie z. B. in 5B gezeigt.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung, und selbstverständlich können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
