DE4136980A1

DE4136980A1 - Vorrichtung zur veraenderung des tastverhaeltnisses oder der pulszahldichte einer signalfolge

Info

Publication number: DE4136980A1
Application number: DE19914136980
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl Ing Klose
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-05-13
Also published as: WO1993010598A1

Description

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Tastverhältnisses oder der Pulszahldichte einer Signal folge nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Derartige, im allgemeinen als Pulsweiten-Modulatoren bzw. Pulsanzahl-Modulatoren bezeichnete Vorrichtungen werden in vielen Schaltungskonzepten als Digital-/Analog-Umsetzer eingesetzt, oder sie dienen zur Steuerung von Stellgliedern od. dgl. Man nutzt hierbei aus, daß ein solcher Pulsweiten- Modulator zusammen mit den immer vorhandenen Kapazitäten bzw. Induktivitäten eines angesteuerten Geräts, z. B. eines Elektromotors, einen Tiefpaß bildet, so daß sich der Gleich anteil der erzeugten Signalfolge automatisch auswirkt.

Eine bekannte und verbreitete Vorrichtung zur Veränderung des Tastverhältnisses einer Signalfolge besteht aus einem freilaufenden Zähler, einem als Latch bzw. Register ausge bildeten Speicher, welcher den Schwellenwert enthält, und einem Komparator, welcher den aktuellen Zählerstand mit dem Speicherwert vergleicht. Ist der Zählerwert kleiner als der Speicherwert, so wird der Komparatorausgang auf den logischen Wert "High" gesetzt, anderenfalls auf den logischen Wert "Low". Wird nun der Wert im Speicher geändert, so stellt sich bereits beim nächsten Zählerüberlauf das neue Tastverhältnis ein. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen eine sprunghafte Änderung des Tastverhältnisses un erwünscht ist, z. B. bei der Motorsteuerung. Die maximale mögliche Änderungsrate des Tastverhältnisses muß dann be grenzt werden. Üblicherweise wird hierzu von einem Steuer rechner eine Folge von Tastverhältnissen berechnet und sequentiell in den Speicher geladen. Hierdurch wird jedoch der Steuerrechner sehr stark belastet, wodurch gegebenen falls in Verbindung mit seinen anderen Aufgaben die Rechen geschwindigkeit nicht ausreicht.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ihr be liebige Werte von einem Steuerrechner oder von anderen Steuervorrichtungen vorgegeben werden können, die auch sehr große Sprünge im Tastverhältnis bedeuten würden. Dennoch wird durch diese Vorrichtung das Tastverhältnis automatisch und allmählich an den neuen Wert herangeführt. Der Steuer rechner muß nur einen einzigen neuen Wert berechnen und wird dadurch nur gering belastet. Die Änderung des Tast verhältnisses kann dabei nahezu kontinuierlich erfolgen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Der erste Speicher ist zweckmäßigerweise als digitaler Zähler und der zweite Speicher als Latch, Register oder ebenfalls als digitaler Zähler ausgebildet. Auch der Rampen generator ist in vorteilhafter Weise als ständig in eine Zählrichtung zählender, beim Überlauf wieder auf den Ur sprungswert rückgesetzter Zähler ausgebildet. Als Vergleichs stufe eignet sich bei dieser Ausbildung ein digitaler Kompa rator. Hierdurch kann die gesamte Vorrichtung durch wenige, kostengünstige und leicht erhältliche übliche digitale Bauteile realisiert werden.

Als Mittel zur Anpassung des Speicherwerts hat sich ein vom digitalen Komparator gesteuerter, bei Ungleichheit der Speicherwerte des ersten und zweiten Speichers Zähl signale dem als Zähler ausgebildeten ersten Speicher zu führender Signalgenerator als besonders günstig erwiesen, insbesondere wenn dieser Signalgenerator als bei einem vorgebbaren Zählerstand oder Zählerstandsbereich des als Zähler ausgebildeten Rampengenerators eine Anzahl von Zähl signalen erzeugender Pulsbüschelgenerator ausgebildet ist. Durch Einstellen des Pulsbüschels, also der Anzahl der in jedem Zyklus erzeugten Zählsignale, kann eine praktisch beliebig wählbare schnelle oder langsame Annäherung an das jeweils neue Tastverhältnis erzielt werden. Im ein fachsten Falle kann dieser Pulsbüschelgenerator in jedem Zählzyklus des Rampengenerators dieselbe Anzahl von Zähl signalen erzeugen, jedoch kann diese Anzahl auch variieren, wenn z. B. eine nichtlineare Annäherung an das neue Tast verhältnis erforderlich ist.

Um die Zählrichtung des als Zähler ausgebildeten ersten Speichers so festlegen zu können, daß eine Anpassung an den Speicherwert des zweiten Speichers erfolgt, ist der Zählrichtungseingang des ersten Speichers mit einem die relative Größe der Speicherinhalte der beiden Speicher zueinander bewertenden Steuerausgang der als Komparator ausgebildeten Vergleichsstufe verbunden.

ZEICHNUNG

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Rampengenerator 10 als freilaufender digitaler Zähler ausgebildet. Dieser zählt fortlaufend eine Zähltaktfrequenz, die seinem Takteingang C zugeführt ist. Bei Erreichen seines höchsten Zählerstandes wird er jeweils automatisch auf den Wert Null rückgesetzt. Prinzipiell ist es selbstverständ lich auch möglich, daß der Rampengenerator als rücklaufender Zähler ausgebildet ist, der bei Erreichen des Zählerstandes Null wieder auf seinen höchsten Wert rückgesetzt wird. Der Zählvorgang kann auch zwischen zwei festlegbaren Zähler werten ablaufen.

Die Zahlenausgänge des Rampengenerators 10 sind mit ersten Vergleichseingängen eines digitalen Komparators 11 ver bunden, dessen zweite Vergleichseingänge mit den Zahlen ausgängen eines als digitaler Zähler ausgebildeten ersten Speichers 12 verbunden sind. Der Ausgang 13 des digitalen Komparators 11 bildet den Ausgang der gesamten elektroni schen Vorrichtung, an dem die Signalfolge mit dem gewünsch ten Tastverhältnis anliegt.

Die Zahlenausgänge des ersten Speichers 12 sind weiterhin mit ersten Vergleichseingängen eines weiteren digitalen Komparators 14 verbunden, dessen zweite Vergleichseingänge mit Zahlenausgängen eines zweiten Speichers 15 verbunden sind, der beispielsweise als Latch, Register oder digitaler Zähler ausgebildet sein kann. Der zweite Speicher 15 wird über Eingänge 16 von außen mit Zahlenwerten beaufschlagt, die das jeweils gewünschte Tastverhältnis vorgeben sollen. Diese Zahlenwerte werden beispielsweise durch einen ex ternen Steuerrechner erzeugt.

Der Ausgang eines Pulsbüschelgenerators 17 ist mit einem Takteingang C des als Zähler ausgebildeten ersten Speichers 12 verbunden. Dieser Pulsbüschelgenerator 17 ist über einen Sperreingang D vom weiteren Komparator 14 aus gesperrt, wenn in den beiden Speichern 12 und 15 gleiche Zahlen- bzw. Speicherwerte vorliegen. Bei Ungleichheit dieser Spei cherwerte befindet er sich im aktivierten Zustand, das heißt, bei jedem Überlaufsignal des Rampengenerators 10 erzeugt er ein Pulsbüschel, also eine bestimmte Anzahl von Zählsignalen, die dem ersten Speicher 12 zugeführt werden. Die Zählrichtung wird dabei vom Komparator 14 aus über den Zählrichtungseingang U/D des ersten Speichers 12 so festgelegt, daß ein Aufwärtszählvorgang dann statt findet, wenn der Speicherwert des ersten Speichers 12 unter dem Speicherwert des zweiten Speichers 15 liegt und umge kehrt.

Die Zahl der Zählsignale eines Pulsbüschels des Pulsbüschel generators 17 kann variiert werden, um die gewünschte An passungsgeschwindigkeit an ein neues Tastverhältnis festzu legen. In einer einfacheren Ausführung kann der Pulsbüschel generator 17 auch entfallen, und es wird dann jeweils das Überlaufsignal des Rampengenerators 10 dem Speicherwert des ersten Speichers 12 zugefügt bzw. von diesem abgezogen.

Diese Überlaufsignale können erforderlichenfalls auch ver vielfacht werden.

Anstelle eines Pulsbüschelgenerators 17 kann auch ein Spei cher treten, z. B. ein Latch, ein Register oder ein digi taler Zähler, dessen Speicherwert jeweils dem Speicherwert des ersten Speichers 12 zugefügt oder von diesem abgezogen wird, wenn ein Überlaufsignal des Rampengenerators 10 er zeugt wird und wenn die Speicherwerte der beiden Speicher 12 und 15 ungleich sind.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungs beispiels wird im folgenden anhand des in Fig. 2 dargestell ten Signaldiagramms erläutert.

Zunächst soll in beiden Speichern 12 und 15 derselbe Speicher wert S₁ vorliegen, der eine bestimmte Ausgangssignalfolge U₁₃ mit einem entsprechenden gewünschten Tastverhältnis zur Folge hat. Zum Zeitpunkt t₁ wird nun der Speicherwert des zweiten Speichers 15 auf den Wert S₂ abgesenkt, was durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Im ersten Speicher 12 verbleibt der Speicherwert S₁, der durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Übersteigt der Zähler stand des Rampengenerators 10 den Speicherwert S₁ des ersten Speichers 12, so wird das Ausgangssignal U₁₃ auf den Wert Null bzw. "Low" gesetzt. Bei Erreichen des Überlaufs im Rampengenerator 10 wird dessen Zählerstand wieder auf den Wert Null rückgesetzt, was eine Anhebung des Ausgangssignals U₁₃ auf den Wert 1 bzw. "High" zur Folge hat. Zu diesem Zeitpunkt liegt eine Differenz der Speicherwerte in den Speichern 12 und 15 vor, so daß der digitale Komparator 14 den Pulsbüschelgenerator 17 freigibt. Bei einem Überlauf signal des Rampengenerators 10 wird daher ein Pulsbüschel U₁₇ dem ersten Speicher 12 zugeführt, und die entsprechende Anzahl von Signalen (in der Darstellung vier Signale) wird vom Speicherwert S₁ abgezogen. Dies hat zur Folge, daß sich die Signallänge des Signals U₁₃ im darauffolgenden Zyklus verkürzt und entsprechend der Signalabstand ver größert. Beim nächsten Überlauf des Rampengenerators 10 erfolgt derselbe Vorgang, das heißt, der Speicherwert S₁ im ersten Speicher 12 verringert sich erneut, und die Signal länge der Signalfolge U₁₃ nimmt entsprechend ab. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis sich der Speicherwert S₁ an den Speicherwert S₂ angepaßt hat, also bis in den Speichern 12 und 15 gleiche Speicherwerte vorliegen. Dieser Fall tritt nach dem dritten dargestellten Zyklus ein, so daß für die darauffolgenden Zyklen der Pulsbüschelgenerator 17 durch den Komparator 14 gesperrt wird. Nach dem vierten und fünften Zyklus wird daher kein Pulsbüschel mehr dem ersten Speicher 12 zugeführt, und das durch die Vorgabe des neuen Speicherwerts S₂ zu erzielende Tastverhältnis ist erreicht.

Die Annäherung an ein neues vorzugebendes Tastverhältnis wird in einer praktischen Ausführung wesentlich langsamer erfolgen, tritt also nicht bereits nach drei Zyklen ein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurden jedoch die darge stellten Verhältnisse gewählt. Die Änderungsgeschwindigkeit des Tastverhältnisses kann durch Einstellung des Pulsbüschel generators 17 beliebig gewählt werden, nämlich durch eine vorwählbare Anzahl von Impulsen pro Impulsbüschel.

Die als Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung be trifft einen sogenannten Pulsweiten-Modulator. Die Erfindung kann jedoch auch bei einem sogenannten Pulsanzahl-Modulator angewandt werden, bei dem sich anstelle des Tastverhält nisses die Zahl der Ausgangsimpulse pro Zeiteinheit ver ändert. Beispielsweise könnte hierzu der Ausgang 13 des Komparators 11 einen Signalgenerator steuern.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel führte eine Herab setzung des Speicherwerts des ersten bzw. zweiten Speichers 15 zu einer Verkürzung der Signallängen und zu einer Ver längerung der Signalabstände der Ausgangssignalfolge U₁₃. Dies kann selbstverständlich auch durch Invertierung des Ausgangssignals am Ausgang 13 in umgekehrter Weise reali siert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Veränderung des Tastverhältnisses oder der Pulszahldichte einer Signalfolge, mit einem Rampen generator und einem einen veränderbaren, das Tastverhältnis oder die Pulszahldichte vorgebenden Speicherwert aufweisen den ersten Speicher, wobei Ausgangssignale der Signalfolge bei über oder unter dem Speicherwert liegenden Rampenwerten des Rampengenerators auslösbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, mit unterschiedlichen Speicherwerten zur Vorgabe des Tastverhältnisses oder der Pulszahldichte der Signaldichte beaufschlagbarer Speicher (15) mit einer die Speicherwerte des ersten (12) und des zweiten Speichers (15) miteinander vergleichenden Vergleichsstufe (14) ver bunden ist, und daß Mittel (17) zur allmählichen Anpassung des Speicherwerts des ersten Speichers (12) an den Speicher wert des zweiten Speichers (15) bei Vorliegen einer von der Vergleichsstufe (14) festgestellten Differenz vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (12) als digitaler Zähler und der zweite Speicher (15) als Latch, Register oder digitaler Zähler ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rampengenerator (10) als ständig in eine Zählrichtung zählender, beim Überlauf wieder auf den Ur sprungswert rückgesetzter Zähler ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufe (14) als digitaler Komparator ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anpassung der Speicherwerte einen vom digitalen Komparator (14) gesteuerten, bei Ungleichheit der Speicherwerte des ersten (12) und des zweiten Speichers (15) Zählsignale dem als Zähler ausgebildeten ersten Speicher (12) zuführenden Signalgenerator (17) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (17) als bei einem vorgebbaren Zählerstand oder Zählerstandsbereich des als Zähler ausge bildeten Rampengenerators (10) eine Anzahl von Zählsignalen erzeugender Pulsbüschelgenerator ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Zählerstand der maximale Zählerstand ist, bei dem ein Zählerüberlauf erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der als Pulsbüschelgenerator ausgebildete Signalgenerator (17) in jedem Zählzyklus des Rampengenerators (10) dieselbe Anzahl von Zählsignalen erzeugt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählrichtungseingang (U/D) des als Zähler ausgebildeten ersten Speichers (12) mit einem die relative Größe der Speicherinhalte der beiden Speicher (12, 15) zueinander bewertenden Steuerausgang der als Kompa rator ausgebildeten Vergleichsstufe (14) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicher (15) einen mit einem Steuerrechner verbindbaren Dateneingang (16) zur Übernahme der Speicherwerte aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ausgangszahlenwerte des Rampengenerators (10) und des ersten Speichers (12) miteinander vergleichender, die ausgangsseitige Signal folge erzeugender Komparator (11) vorgesehen ist.