EP1586156A2 - Pulsweitenmodularschaltung und verfahren zur ansteuerung einer pulsweitenmodularschaltung - Google Patents

Pulsweitenmodularschaltung und verfahren zur ansteuerung einer pulsweitenmodularschaltung

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Publication number
EP1586156A2
EP1586156A2 EP04700677A EP04700677A EP1586156A2 EP 1586156 A2 EP1586156 A2 EP 1586156A2 EP 04700677 A EP04700677 A EP 04700677A EP 04700677 A EP04700677 A EP 04700677A EP 1586156 A2 EP1586156 A2 EP 1586156A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
value
pulse width
cycle
width modulator
memory register
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04700677A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Rademacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minebea Co Ltd
Original Assignee
Minebea Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minebea Co Ltd filed Critical Minebea Co Ltd
Publication of EP1586156A2 publication Critical patent/EP1586156A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33515—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with digital control

Definitions

  • the invention relates to a pulse width modulator circuit for generating a reference signal which has a desired duty cycle and to a method for controlling a pulse width modulator circuit in which a pulse width control signal is generated with a desired duty cycle.
  • the invention is applicable, for example, in the field of power supply devices for controlling a switched-mode power supply or for regulating the output current of a switched-mode power supply depending on a setpoint.
  • the output current of the switching power supply is measured, and depending on the measured output current and a setpoint, a reference or control signal is set in a pulse width modulator, which serves to control switching means in the switching power supply.
  • FIG. 1 An example of such a regulated switching power supply according to the prior art is shown in FIG. 1.
  • the power supply shown in Fig. 1 basically consists of an input rectifier, a circuit breaker and an output filter.
  • the rectifier is constructed from four rectifier diodes 10, 12, 14, 16, which are arranged in the form of a bridge circuit.
  • the rectified output voltage of the bridge circuit is supplied via a storage and smoothing choke 18, which is flowed through by a current in only one direction, to a controllable electronic switch 20 which is connected across the output of the bridge rectifier.
  • the electronic switch 20 can be a MOS-FET or an IGBT or any other suitable transistor switch.
  • the transistor switch 20 is assigned an output / free-wheeling diode 22 which rectifies the chopped output voltage of the transistor switch 20.
  • a unipolar storage capacitor 24 for storing and smoothing the output voltage is connected to the output of the switching power supply.
  • a load resistor 26 is connected to the output and results in an output voltage Uo.
  • the pulse width modulation module 34 is shown with an input amplification stage 36. It also includes at least one memory register and a counter, which form a setting unit (not shown in the figure) of the pulse width modulator.
  • a control signal UT is generated at the output of the pulse width modulator module 34 and is applied to the transistor switch 20.
  • the invention is not limited to the use of a pulse width modulator circuit described. It can be used wherever a reference signal is required in a control loop or where a pulse width modulator is generally used to generate a control signal or other output signal.
  • pulse width modulators In practice, the problem with the use of pulse width modulators is that they work with a fixed, predetermined resolution.
  • the output signal of the pulse width modulator can be set, for example, via a memory register, the width of which is predetermined in practice by the register width of a microcontroller.
  • a register width is, for example, 8, 10, 11 or 12 bits in the prior art.
  • This resolution, given by the fixed register width can be too low in certain applications. For example, if a pulse width modulator with a register width of 10 bits is used in a power supply that can generate an output current in the range from 0 to 50 amperes, changing one bit in the memory register means a current jump of approximately 50 mA, which may be too high can be.
  • the register width is predetermined by the microcontroller, the resolution of the pulse width modulator cannot be easily improved.
  • This object is achieved by a pulse width modulator circuit according to claim 1 and by a method according to claim 6.
  • the pulse width modulator circuit serves to generate a reference signal which has a desired duty cycle.
  • an adjustment unit is provided which comprises at least one memory register and one counter.
  • the memory register can be a conventional memory register of a microcontroller. It is used to store values which correspond at least approximately to the desired duty cycle and which are set in the pulse width modulator circuit for generating the reference signal during a working cycle.
  • a number of cycles is set in the counter, which indicates how often a stored first value is read out of the memory register during the working cycle in order to set the pulse duty factor of the pulse width modulator circuit.
  • the value stored in the memory register can be changed during the working cycle, so that the duty cycle can be set to a second value during the working cycle after the cycle number set in the counter has expired.
  • an adder can in particular be provided which receives the stored first value from the memory register and changes it when the number of cycles is reached in order to generate a second value which is set after the number of cycles has been reached during the rest of the working cycle.
  • the first value stored in the memory register can be changed in another way when the number of cycles is reached or can be predetermined externally in order to store a second value which is set after the number of cycles has been reached during the rest of the working cycle.
  • the memory register is 8 bits and the counter is 3 bits. Those skilled in the art will understand that this is only an example and that both memory registers and counters can be more or less bits.
  • the invention also provides a power supply device with switching means and with a pulse width modulator circuit of the type described above, the pulse width module lator circuit outputs a control signal with a desired duty cycle to the switching means.
  • the invention further provides a method for controlling a pulse width modulator circuit, by means of which a pulse width control signal with a desired duty cycle is generated.
  • a first value and a second value are defined, each of which corresponds at least approximately to the desired duty cycle and are output a total of A times during a work cycle for generating the pulse width control signal, where A is a predetermined integer.
  • a cycle number Y is set, which determines how often the first and how often the second value are read out during the work cycle, in order to set the desired duty cycle depending on an average value of the first and second values output during the work cycle.
  • a weighted average is achieved according to the invention by outputting the first value Y times and the second value (A-Y) times.
  • the first value is an integer X and the second value is an integer X + 1, wherein the first value can be stored in a memory register, while the second value by adding the first value with 1 is produced.
  • A is the number of cycles of the working cycle
  • Y is the number of cycles set in the counter
  • X is the first value
  • X + 1 is the second value
  • the invention can be implemented as software, in particular in the form of a computer program.
  • Figure 1 is a schematic circuit diagram of a power supply according to the prior art, in which the pulse width modulator circuit according to the invention is used.
  • Fig. 2 is a flowchart of the inventive method for controlling the pulse width modulator circuit.
  • the power supply shown as an example in FIG. 1 is only one of many possible applications of the pulse width modulator according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention as it could be implemented in a computer program.
  • the value stored in the memory register is denoted by X
  • Z denotes the current counter reading of the counter
  • Y denotes the predetermined number of cycles, which indicates how often the value X is used during the working cycle.
  • the flow of FIG. 2 is shown in the manner of an interrupt subroutine which is called A times during a work cycle.
  • the method begins at a box 40 labeled Start, which may indicate the beginning of an interrapt subroutine.
  • Start which may indicate the beginning of an interrapt subroutine.
  • a query is initially shown in a box 42, in which it is determined whether the value X stored in the storage register is the maximum possible value. If so, the process is immediately ended and the interrupt subroutine is exited at an end box 54. In this case, the control or reference signal of the pulse width modulator is simply the maximum possible signal.
  • the method continues with a further query at box 44, in which it is checked whether the counter reading Z has already reached a predetermined number of cycles Y. If not, the pulse width modulator is activated with the value X stored in the memory register. If so, the pulse width modulator is controlled with the value X + 1 stored in the memory register. This is represented by boxes 46 and 48. Assuming that the routine shown in FIG. 2 is run A times during the working cycle and the value X stored in the memory register is not the maximum value, the pulse width modulator is therefore for the counter values from 0 to Yl with the value X controlled and controlled for the counter readings Y to A with the value X + l. The duty cycle of the pulse width modulator thus results from a weighted average of the values X and X + 1.
  • the counter After determining the control value for the pulse width modulator in boxes 46 and 48, the counter is incremented, which is shown at 50. To delete a possible overflow, the counter is masked at 52 in such a way that only the relevant bits of the counter, for example the three least significant bits, are used further. For this purpose, the counter reading can be linked, for example, with bOOOOOl 11 AND.
  • the program then exits the interrupt subroutine via box 54.
  • X ma is the highest number X that can be stored in the memory register.
  • the output signal of the pulse width modulator can be used wherever a reference signal is required, which should be set with high resolution.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung eines Referenzsi­gnals, das ein gewünschtes Tastverhältnis aufweist, umfassend eine Einstelleinheit, die we­nigstens ein Speicherregister und einen Zähler aufweist, wobei das Speicherregister zum Speichern von Werten konfiguriert ist, die dem gewünschten Tastverhältnis zumindest ungefähr entsprechen und während eines Arbeitszyklus in der Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung des Referenzsignals eingestellt werden, und der Zähler eine Zykluszahl Y einstellt, die angibt, wie oft ein gespeicherter erster Wert X während des Arbeitszyklus A aus dem Speicherregister ausgelesen wird, wobei der in dem Speicherregister gespeicherte Wert wäh­rend des Arbeitszyklus veränderbar ist.

Description

Pulsweitenmodularschaltung und Verfahren zur Ansteuerung einer Puls eitenmodularschaltung
Die Erfindung betrifft eine Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung eines Referenzsignals, das ein gewünschtes Tastverhältnis aufweist sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer Pulsweitenmodulatorschaltung, bei dem ein Pulsweitensteuersignal mit einem gewünschten Tastverhältnis generiert wird.
Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar auf dem Gebiet der Stromversorgungseinrichtungen zur Ansteuerung eines Schaltnetzteils, oder zur Regelung des Ausgangsstroms eines Schaltnetzteils abhängig von einem Sollwert. Hierbei wird der Ausgangsstrom des Schaltnetzteils gemessen, und abhängig von dem gemessenen Ausgangsstrom und einem Sollwert wird in einem Pulsweitenmodulator ein Referenz- oder Steuersignal eingestellt, das zur Ansteuerung von Schaltmitteln in dem Schaltnetzteil dient.
Ein Beispiel eines solchen geregelten Schaltnetzteils gemäß dem Stand der Technik ist in Fig. 1 gezeigt.
Die in Fig. 1 gezeigte Stromversorgung besteht grundsätzlich aus einem Eingangsgleichrichter, einem Leistungsschalter und einem Ausgangsfilter. Insbesondere ist der Gleichrichter aus vier Gleichrichterdioden 10, 12, 14, 16 aufgebaut, die in Form einer Brückenschaltung angeordnet sind. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung der Brückenschaltung wird über eine Speicher- und Glättungsdrossel 18, die in nur einer Richtung von einem Strom durchflössen wird, einem steuerbaren elektronischen Schalter 20 zugeführt, der über dem Ausgang des Brückengleichrichters angeschlossen ist. Der elektronische Schalter 20 kann ein MOS-FET oder ein IGBT oder jeder andere geeignete Transistorschalter sein. Dem Transistorschalter 20 ist eine Ausgangs/Freilaufdiode 22 zugeordnet, welche die zerhackte Ausgangsspannung des Transistorschalters 20 gleichrichtet. Am Ausgang des Schaltnetzgeräts ist ein unipolarer Speicherkondensator 24 zur Speicherung und Glättung der Ausgangsspannung angeschlossen. Mit dem Ausgang ist ein Lastwiderstand 26 verbunden, an dem sich eine Ausgangsspannung Uo ergibt.
Zur Regelung der Ausgangsspannung U0 wird diese bei dem gezeigten Beispiel über einen Spannungsteiler 28, 30 und ein P-Glied, das durch einen Operationsverstärker 32 gebildet wird, an einem Pulsweitenmoduiationsbaustein 34 angelegt. Der Spannungsteiler 28, 30 ist so dimensioniert, daß bei der gewünschten Ausgangsspannung U0 am Anschluß zwischen den Widerständen 28 und 30 eine Spannung erzeugt wird, die im wesentlichen der Referenzspannung UREF am Eingang des P-Gliedes 32 entspricht. Demgemäß erzeugt das P-Glied 32 eine P-Glied-Steuerspannung, die an den Pulsweitenmoduiationsbaustein 34 angelegt wird, um das Schaltnetzteil so anzusteuern, daß sich die gewünschte Ausgangsspannung ergibt. In der Darstellung der Fig. 1 ist der Pulsweitenmoduiationsbaustein 34 mit einer Eingangsverstärkungsstufe 36 dargestellt. Er umfaßt ferner wenigstens ein Speicherregister und einen Zähler, welche eine (in der Figur nicht gezeigt) Einstelleinheit des Pulsweitenmodulators bilden.
Am Ausgang des Pulsweitenmodulatorbaustein 34 wird ein Steuersignal UT erzeugt, das an den Transistorschalter 20 angelegt wird.
Die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen Einsatz einer Pulsweitenmodulatorschaltung beschränkt. Sie kann überall da zur Anwendung kommen, wo in einem Regelkreis ein Referenzsignal benötigt wird oder wo ein Pulsweitenmodulator allgemein zur Erzeugung eines Steuersignals oder anderen Ausgangssignals eingesetzt wird.
In der Praxis besteht bei der Verwendung von Pulsweitenmodulatoren das Problem, daß diese mit einer festen, vorgegebenen Auflösung arbeiten. Das Ausgangssignal des Pulsweitenmodulators kann beispielsweise über ein Speicherregister eingestellt werden, dessen Breite in der Praxis durch die Registerbreite eines Mikrocontrollers vorgegeben ist. Eine solche Registerbreite beträgt im Stand der Technik beispielsweise 8, 10,11 oder 12 Bit. Diese durch die feste Registerbreite vorgegebene Auflösung kann in bestimmten Anwendungen zu gering sein. Wenn beispielsweise ein Pulsweitenmodulator mit einer Registerbreite von 10 Bit in einer Stromversorgung eingesetzt wird, die ein Ausgangsstrom im Bereich von 0 bis 50 Ampere erzeugen kann, bedeutet die Änderung eines Bits in dem Speicherregister ein Stromsprung von ca. 50 mA, was unter Umstände zu hoch sein kann. Da die Registerbreite durch den Mi- krocontroller vorgegeben ist, läßt sich die Auflösung des Pulsweitenmodulator jedoch nicht ohne weiteres verbessern.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Pulsweitenmodulatorschaltung und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Pulsweitenmodulatorschaltung anzugeben, mit denen es möglich ist, die Auflösung eines Pulsweitenmodulators zu erhöhen und insbesondere ein Referenzsignal zu erzeugen, das mit hoher Auflösung feiner eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Pulsweitenmodulatorschaltung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.
Die Pulsweitenmodulatorschaltung gemäß der Erfindung dient zur Erzeugung eines Referenzsignals, das ein gewünschtes Tastverhältnis aufweist. Hierzu ist eine Einstelleinheit vorgesehen, die wenigstens ein Speicherregister und einen Zähler umfaßt. Das Speicherregister kann ein übliches Speicherregister eines Mikrocontrollers sein. Es dient zum Speichern von Werten, die dem gewünschten Tastverhältnis zumindest ungefähr entsprechen und während eines Arbeitszyklus in der Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung des Referenzsignals eingestellt werden. Erfindungsgemäß ist in dem Zähler eine Zykluszahl eingestellt, die angibt, wie oft ein gespeicherter erster Wert während des Arbeitszyklus aus dem Speicherregister ausgelesen wird, um das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulatorschaltung einzustellen. Der in dem Speicherregister gespeicherte Wert ist während des Arbeitszyklus veränderbar, so daß das Tastverhältnis während des Arbeitszyklus nach Ablauf der in dem Zähler eingestellten Zykluszahl auf einen zweiten Wert eingestellt werden kann. Durch Einstellen des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulatorschaltung auf einen ersten Wert und auf einen zweiten Wert während des Arbeitszyklus ist es möglich, das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulatorschaltung insgesamt auf einen gewichteten Mittelwert zwischen dem ersten und dem zweiten Wert einzustellen, und so ein gewünschtes Tastverhältnis zu erreichen bzw. optimal anzunähern.
Erfmdungsgemäß kann insbesondere ein Addierer vorgesehen sein, der den gespeicherten ersten Wert von dem Speicherregister empfängt und bei Erreichen der Zykluszahl verändert, um einen zweiten Wert zu erzeugen, der nach dem Erreichen der Zykluszahl während des Restes des Arbeitszyklus eingestellt wird. Alternativ kann der in dem Speicherregister gespeicherte erste Wert bei Erreichen der Zykluszahl auf andere Weise verändert oder extern vorgegeben werden, um einen zweiten Wert zu speichern, der nach dem Erreichen der Zykluszahl während des Rest des Arbeitszyklus eingestellt wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt das Speicherregister 8 Bit, und der Zähler umfaßt 3 Bit. Der Fachmann wird verstehen, daß dies lediglich als ein Beispiel dient und daß sowohl Speicherregister als auch Zähler mehr oder weniger Bit umfassen können.
Die Erfindung sieht auch eine Stromversorgungseinrichtung mit Schaltmitteln und mit einer Pulsweitenmodulatorschaltung der oben beschriebenen Art vor, wobei die Pulsweitenmodu- latorschaltung ein Steuersignal mit einem gewünschten Tastverhältnis an die Schaltmittel ausgibt.
Die Erfindung sieht weiter ein Verfahren zur Ansteuerung einer Pulsweitenmodulatorschaltung vor, durch das ein Pulsweitensteuersignal mit einem gewünschten Tastverhältnis generiert wird. Erfindungsgemäß werden ein erster Wert und ein zweiter Wert definiert, die dem gewünschten Tastverhältnis jeweils zumindest ungefähr entsprechen und während eines Arbeitszyklus zur Erzeugung des Pulsweitensteuersignals insgesamt A-mal ausgegeben werden, wobei A eine vorgegebene, ganze Zahl ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Zykluszahl Y eingestellt, die bestimmt, wie oft der erste und wie oft der zweite Wert während des Arbeitszyklus ausgelesen werden, um das gewünschte Tastverhältnis abhängig von einem Mittelwert der während des Arbeitszyklus ausgegebenen ersten und zweiten Wert einzustellen. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein gewichteter Mittelwert erzielt, indem der erste Wert Y-mal und der zweite Wert (A-Y)-mal ausgegeben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner der erste Wert eine ganze Zahl X, und der zweite Wert ist eine ganze Zahl X+l, wobei der erste Wert in einem Speicherregister gespeichert sein kann, während der zweite Wert durch Addition des ersten Wertes mit 1 erzeugt wird.
Während beim Stande der Technik somit eine Pulsweitenmodulatorschaltung nur in ganzzahligen Schritten eingestellt werden kann, kann die Einstellung der Pulsweitenmodulatorschaltung gemäß der Erfindung wesentlich feiner abgestimmt werden.
Wenn insbesondere A die Anzahl der Zyklen des Arbeitszyklus ist, Y die in dem Zähler eingestellte Zykluszahl ist, X der erste Wert und X+l der zweite Wert ist, so gilt für den Mittelwert des Pulsweitensignals der Pulsweitenmodulatorschaltung gemäß der Erfindung, daß diese in Schrittweiten von :
[γ*X + A-Y)*(X + l)] _ χ Y
A . A
eingestellt werden kann. Die Auflösung der Pulsweitenmodulatorschaltung beträgt z.B. 8 + 3 = 11 Bit.
Die Erfindung kann insbesondere in Form eines Computeφrograrnms als Software realisiert werden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schaltplan einer Stromversorgung gemäß dem Stand der Technik, in dem die erfindungsgemäße Pulsweitenmodulatorschaltung eingesetzt ist; und
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung der Pulsweitenmodulatorschaltung.
Wie erwähnt, ist die in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Stromversorgung lediglich eine von vielen möglichen Anwendungen des erfindungsgemäßen Pulsweitenmodulators.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung des Pulsweitenmodulators ist im folgenden mit Bezug auf Fig. 2 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in einem Computerprogramm implementiert sein könnte. In der Figur ist der in dem Speicherregister gespeicherte Wert mit X bezeichnet, Z bezeichnet den aktuellen Zählerstand des Zählers , und Y bezeichnet die vorgegebene Zykluszahl, die angibt, wie häufig der Wert X während des Arbeitszyklus verwendet wird. Der Ablauf der Fig. 2 ist nach Art einer Interrupt-Unterroutine dargestellt, die während eines Arbeitszyklus A-mal aufgerufen wird.
Das Verfahren beginnt bei einem mit Start bezeichneten Kästchen 40, das den Beginn einer Interrapt-Unterroutine kennzeichnen kann. In einem Kästchen 42 ist zunächst eine Abfrage dargestellt, bei der ermittelt wird, ob der in dem Speicherregister gespeicherte Wert X der maximale mögliche Wert ist. Wenn ja, ist das Verfahren unmittelbar beendet, und die Interrupt-Unterroutine wird bei einem Ende-Kästchen 54 verlassen. In diesem Fall ist das Steueroder Referenzsignal des Pulsweitenmodulators einfach das maximal mögliche Signal.
Falls der in dem Speicherregister gespeicherte Wert X nicht gleich der maximale Wert, z.B. nur OxFF, ist, fährt das Verfahren mit einer weiteren Abfrage beim Kästchen 44 fort, bei dem geprüft wird, ob der Zählerstand Z bereits eine vorgegebene Zykluszahl Y erreicht hat. Wenn nein, wird der Pulsweitenmodulator mit dem in dem Speicherregister gespeicherten Wert X angesteuert. Wenn ja, wird der Pulsweitenmodulator mit dem in dem Speicherregister gespeicherten Wert X+l angesteuert. Dies ist durch die Kästchen 46 und 48 dargestellt. In der Annahme, daß die in Fig. 2 dargestellte Routine wähend des Arbeitszyklus A-mal durchlaufen wird und der in dem Speicherregister gespeicherte Wert X nicht gleich der maximale Wert ist, wird der Pulsweitenmodulator somit für die Zählerstände von 0 bis Y-l mit dem Wert X angesteuert und für die Zählerstände Y bis A mit dem Wert X+l angesteuert. Das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulators ergibt sich somit aus einem gewichteten Mittelwert der Werte X und X+l.
Nach der Bestimmung des Ansteuerwertes für die Pulsweitenmodulator in den Kästen 46 bzw. 48 wird der Zähler inkrementiert, was bei 50 dargestellt ist. Zur Löschung eines möglichen Überlaufs wird der Zähler bei 52 derart maskiert, daß nur die relevanten Bit des Zählers, beispielsweise die drei niedrigstwertigen Bit weiter verwendet werden. Dazu kann der Zählerstand beispielsweise mit bOOOOOl 11 UND verknüpft werden.
Anschließend verläßt das Programm die Interrupt-Unterroutine über das Kästchen 54.
Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Computerprogramm dient lediglich als beispielhafte Erläuterung der Erfindung. Erfmdungsgemäß ist vorgesehen, daß der beschriebene Ablauf während eines Arbeitszyklus A-mal wiederholt wird, um das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulators wie folgt einzustellen:
wobei Xma die höchste, im Speicherregister ablegbare Zahl X ist. Bei einer Registerbreite von 8 Bit beträgt Xmax = 28 = 256. '
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Auflösung eines Pulsweitenmodulators ohne Veränderung der Registergröße erheblich zu verbessern. Das Ausgangssignal des Pulsweitenmodulators kann überall da eingesetzt werden, wo ein Referenzsignal benötigt wird, das hochauflösend eingestellt werden soll.
Die in der bevorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltung von Bedeutung sein. Bezugszeichenliste:
10, 12, 14, 16 Gleichrichterdioden
18 Glättungsdrossel
20 Transistorschalter
22 Ausgangs/Freilaufdiode
24 Speicherkondensator
26 Lastwiderstand
28, 30 Spannungsteiler
32 Verstärker, P-Glied
34 Pulsweitenmoduiationsbaustein
36 Eingangsverstärkungsstufe
40, 42, 44, 46, 48, 54 Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung eines Referenzsignals, das ein gewünschtes Tastverhältnis aufweist, umfassend eine Einstelleinheit, die wenigstens ein Speicherregister und einen Zähler aufweist, wobei das Speicherregister zum Speichern von Werten konfiguriert ist, die dem gewünschten Tastverhältnis zumindest ungefähr entsprechen und während eines Arbeitszyklus in der Pulsweitenmodulatorschaltung zur Erzeugung des Referenzsignals eingestellt werden, und der Zähler eine Zykluszahl (Y) einstellt, die angibt, wie oft ein gespeicherter erster Wert (X) während des Arbeitszyklus (A) aus dem Speicherregister ausgelesen wird, wobei der in dem Speicherregister gespeicherte Wert während des Arbeitszyklus veränderbar ist.
2. Pulsweitenmodulatorschaltung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Addierer, der den gespeicherten ersten Wert von dem Speicherregister empfängt und bei Erreichen der Zykluszahl (Y) verändert, um einen zweiten Wert (X+l) zu erzeugen, der nach Erreichen der Zykluszahl (Y) während des Restes des Arbeitszyklus eingestellt wird.
3. Pulsweitenmodulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der in dem Speicherregister gespeicherte erste Wert bei Erreichen der Zykluszahl (Y) veränderbar ist, um einen zweiten Wert (X+l) zu speichern, der nach Erreichen der Zykluszahl (Y) während des Restes des Arbeitszyklus eingestellt wird.
4. Pulsweitenmodulatorschaltung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Speicherregister 8 Bit und der Zähler 3 Bit umfaßt.
5. Stromversorgungseinrichtung mit Schaltmitteln (20) und einer Pulsweitenmodulatorschaltung (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ein Steuersignal mit einem gewünschten Tastverhältnis an die Schaltmittel (20) ausgibt, das dem Referenzsignal entspricht.
6. Verfahren zur Ansteuerung einer Pulsweitenmodulatorschaltung, bei dem ein Pulsweiten- steuersignal mit einem gewünschten Tastverhältnis generiert wird, wenigstens ein erster Wert und ein zweiter Wert definiert werden (46,48), die dem ge- wünschten Tastverhältnis zumindest ungefähr entsprechen und während eines Arbeitszyklus zur Erzeugung des Pulsweitensteuersignals insgesamt A-mal ausgegeben werden, wobei A eine vorgegebene Zahl ist, und eine Zykluszahl Y eingestellt wird (44), die bestimmt, wie oft der erste und wie oft der zweite Wert während eines Arbeitszyklus ausgelesen wird, um das gewünschte Tastverhältnis abhängig von einem Mittelwert der während des Arbeitszyklus ausgegebenen ersten und zweiten Werte einzustellen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erste und der zweite Wert an einen Pulsweitenmodulator (34) ausgegeben werden, um das Pulsweitensteuersignal zu erzeugen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert Y-mal und der zweite Wert (A-Y)-mal ausgegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert eine ganze Zahl X und der zweite Wert eine ganze Zahl X+l ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert (X) in einem Speicherregister gespeichert wird und der zweite Wert (X+l) durch Addition des ersten Wertes mit Eins erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zykluszahl Y in einem Zähler eingestellt wird, bis zum Erreichen der Zykluszahl Y während jedes Zahltages der erste Wert ausgegeben wird (46) und nach dem Erreichen der Zykluszahl Y bis zum Ende des Arbeitszyklus A während jedes Zähltaktes der zweite Wert ausgegeben wird (48).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler am Ende jedes Arbeitszyklus zurückgesetzt wird (52).
13. Verfahren zur Ansteuerung einer Stromversorgungseinrichtung, bei dem ein Pulsweitensteuersignal gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12 erzeugt und an Schaltmittel (20) zur Erzeugung eines Ausgangsstroms angelegt wird.
4. Computerprogramm umfassend einen Programmcode zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 13.
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