ES2240633T3 - Procedimiento y disposicion para digitalizar una tension. - Google Patents

Abstract

Procedimiento, que comprende los pasos siguientes, para digitalización de una tensión: un condensador (80) es cargado a través de una impedancia hasta un valor (Um) de tensión, que depende de la tensión, que se quiere digitalizar: se determina en qué margen de una serie de tensiones se halla este valor (Um) de tensión y los dos límites del margen de tensiones determinado se definen como primer límite y segundo límite; la tensión en el condensador (80) es variada por medio de un circuito de variación de la carga, que contiene una impedancia, hasta el primer límite y se mide el primer tiempo (T1) necesario para ello; la tensión del condensador (80) es variada hasta el segundo límite; la tensión en el condensador (80) es variada por medio de un circuito de variación de la carga desde el segundo límite hasta el primer límite y se mide un segundo tiempo (T2) necesario para ello; partiendo del primer tiempo (T1) y del segundo tiempo (T2) se calcula un valor digital, que sirve como medida de la diferencia entre el valor (Um) de tensión en el condensador (80) y uno de los dos límites del margen de tensiones determinado.

Description

Procedimiento y disposición para digitalizar una tensión.

El invento se refiere a un procedimiento para la digitalización de la tensión en un condensador y a un dispositivo para la realización de un procedimiento de esta clase.

Para la digitalización de una tensión analógica se proveen algunos microcontroladores (\muC) de un convertidor A/D, que hace posible una digitalización relativamente basta, por ejemplo con una exactitud de 4 bit. Din embargo, generalmente se necesita, por ejemplo para los reguladores digitales, una exactitud mayor, por ejemplo de 8 bit y, por consiguiente, una resolución de la conversión A/D mayor que la obtenible con el Hardware de un \muC de esta clase.

A través del documento DE 198 36 882 A1 se conoce una disposición para un motor eléctrico, cuyo número de revoluciones deba controlado en función de la temperatura. Para esta temperatura se dispone de un valor analógico con la forma de un primer potencial en un divisor de tensión. Este potencial es asignado a una entrada de un comparador. Esta disposición posee, además, un condensador y la tensión en este condensador es aplicada a la otra entrada del comparador.

Este condensador se carga, partiendo de una tensión 0, a través de un elemento de intensidad constante y al mismo tiempo se mide el tiempo de carga como valor analógico con la forma de un impulso con una longitud dependiente de la temperatura.

La duración del impulso obtenido con ello es digitalizada después por medio de un contador digital y el valor digital obtenido es utilizado para la regulación del número de revoluciones del motor.

A través del documento US 58 31 568 se conoce la utilización de mediciones de tiempo para la digitalización de un potencial eléctrico. Una primera medición del tiempo de la variación de la carga de un condensador de un valor conocido sirve para "aprender" el valor eléctrico de un primer umbral de conexión, para lo que se mide un primer tiempo y se almacena en una memoria.

A continuación tiene lugar, partiendo del primer potencial que debe ser medido, una variación de la carga de este condensador y se mide un segundo tiempo necesario desde el principio de la carga hasta alcanzar el umbral de conexión.

De los valores del primer y del segundo tiempo así como del valor de este condensador y de una resistencia de valor igualmente conocido se calcula después por medio de una determinada fórmula un valor digital, que caracteriza el potencial que se quiere medir.

El objeto del invento es proporcionar un procedimiento nuevo para la digitalización de una tensión así como una disposición para la realización de un procedimiento de esta clase.

Este problema se soluciona según el invento con el procedimiento según la reivindicación 1.

La determinación del primer y del segundo límite puede ser realizada con el Hardware existente en algunos microcontroladores y da lugar a una digitalización basta, es decir a una información basta. La variación activa de la tensión en el condensador, que tiene lugar a continuación, hace posible una digitalización más exacta, desempeñando el valor de este condensador únicamente un papel en el sentido de la duración de la medición, pero no desde el punto de vista de su exactitud. Dado que esta variación activa sólo tiene lugar en un margen de tensiones pequeño, no surgen problemas esenciales debidos a las faltas de linealidad. De esta manera se puede incrementar con medios muy sencillos y sin costes adicionales esenciales la exactitud de una conversión A/D, ya que, además de la información basta se obtiene (por medio del margen de tensiones medido) una información fina del nivel entre el primer y el segundo límite de este margen de tensiones en el que se halla el valor de la tensión en el condensador.

La disposición según el invento es objeto de la reivindicación 7. Una disposición de esta clase posee una construcción sencilla con una exactitud de medida grande.

Otros detalles y perfeccionamientos ventajosos del invento se desprenden del ejemplo de ejecución, que se describirá en lo que sigue y representado en el dibujo, que en modo alguno se debe entender como limitación del invento, así como de las reivindicaciones subordinadas. En el dibujo muestran:

La figura 1, una disposición para la digitalización de una tensión analógica.

La figura 2, una representación esquemática para la explicación del desarrollo del procedimiento.

La figura 3, un diagrama para la explicación del desarrollo del procedimiento.

La figura 4, un esquema, que muestra a título de ejemplo la utilización del invento en un motor 156 con conmutación electrónica.

La figura 5, un cuadro sinóptico de la estructura del programa.

La figura 6, la estructura fundamental de un programa para el mando de un motor y la medición esencialmente simultánea de un valor nominal.

La figura 7, una tabla para la explicación de la figura 6.

La figura 8, un diagrama de una rutina de interrupción-funcionamiento.

La figura 1 muestra en la parte derecha un ordenador 20, por ejemplo un \muC del tipo Microchip 16C621A. Este contiene una cadena 22 de resistencias aplicada a una tensión U_{SS} constante de, por ejemplo, +3,0 V y quince resistencias esbozadas en parte en 24, 26, 28, 30. Algunos puntos nodales entre estas resistencias están indicados en 32, 34, 36, 38. La figura 1 sólo muestra una parte pequeña de este cadena 22 de resistencias.

El \muC 20 contiene, además, un comparador 40, cuya salida 42 está conectada con la lógica 44 de conexión (ALU) del \muC 20, al que se asigna un programa en una ROM 46, que es aquí con preferencia parte del \muC 20 y que usualmente se programa durante la fabricación de él.

La disposición del ejemplo según la figura 1 sirve para digitalizar el potencial en un punto nodal 62 de un divisor 50 de tensión. Este último contiene una resistencia 52 NTC, dispuesta entre la masa 54 y un punto 56 nodal, con la que está conectada en paralelo una resistencia 58, cuya función es optimar el margen de las señales de salida del divisor 50 de tensión para la digitalización siguiente.

El punto 56 nodal está conectado a través de una resistencia 60 con el punto nodal 62 y este está conectado a través de una resistencia 64 con la tensión U_{SS} regulada.

Un comparador 66 está conectado como transformador de impedancia por el hecho de que su salida 68 está conectada con la entrada 70 negativa. La entrada 72 positiva está conectada con el punto 62 nodal. Aquí se puede ver la función de la resistencia 60: cuando la resistencia 52 NTC es cortocircuitada por una avería, se obtiene en el punto 62 nodal, debido a la resistencia 60, un potencial distinto de masa, de manera, que durante la digitalización se señaliza un estado de avería.

El transformador 66 de impedancia es gobernado, por lo tanto, por el potencial en el punto 62 nodal, pero impide, que de su salida se produzca una reacción sobre la resistencia 52 NTC.

La salida 68 del transformador 66 de impedancia está conectada a través de una resistencia 76 con un punto 78 nodal conectado a través de un condensador 80 con la masa 54.

El condensador 80 se carga durante el funcionamiento a través del transformador 66 de impedancia y de la resistencia 76 hasta un valor U_{m} de tensión, que es una función del potencial en el punto 62 nodal, es decir una función de la temperatura de la resistencia 52 NTC. Este valor U_{m} de tensión en el condensador 80 es digitalizado con la disposición según la figura 1, es decir, que es convertido en un valor numérico , que sirve después, por ejemplo, como base para generar un valor nominal del número de revoluciones de un motor 156 con conmutación electrónico (ECM). Este puede servir por ejemplo para el accionamiento de un ventilador 83, que, igual que el motor 156, sólo se representa de manera simbólica. Cuando la temperatura en la resistencia 52 NTC es baja, el ventilador 83 trabaja, por ejemplo, con un número de revoluciones bajo y cuando esta temperatura es alta, con un número de revoluciones alto.

El punto 78 nodal está conectado con la entrada positiva del comparador 40 y a través de una resistencia 84 de bajo valor en comparación con la resistencia 76 está conectado con un punto 86 nodal al que está conectada la conexión D de drenaje de un MOSFET 88 de P canales, cuya fuente S está aplicada a +U_{SS} y a la conexión D de drenaje de un MOSFET 90 de N canales, cuya fuente S está conectada con la masa 54. Los MOSFET 88, 90 son componentes de \muC 20 y sus puertas G son gobernadas a través de conexiones A, B activadas por la unidad 44 lógica de este, de acuerdo con un programa (figura 3) de la ROM 46.

El punto 78 nodal está conectado, además, a través de una resistencia 94 con la conexión de drenaje de un MOSFET 96 de N canales (en el \muC 20), cuya fuente S está conectada a la masa 54. La puerta G del transistor 96 es gobernada por la unidad 44 lógica a través de la conexión 98.

La entrada 100 negativa del comparador 40 puede ser conectada a través de un conmutador 102 electrónico con el punto 32 nodal y a través de un conmutador 104 electrónico con el punto 36 nodal así como a través de un conmutador 106 electrónico con el punto 38 nodal y de manera análoga a través de conmutadores electrónicos adicionales no representados con los restantes puntos nodales de la cadena 22 de resistencias.

El conmutador 102 electrónico es gobernado por la unidad 44 lógica a través de una conexión 108 activa. Igualmente, el conmutador 104 electrónico es gobernado a través de una conexión 110 activa y el conmutador 106 electrónico es gobernado a través de una conexión 112 activa por la unidad 44 lógica igual que los restantes conmutadores electrónicos.

Funcionamiento

De acuerdo con la figura 2, se carga en primer lugar el condensador 80 en una fase = 0 a través del transformador 66 de impedancia y de la impedancia 76 hasta un valor U_{m} de tensión, que en el ejemplo de ejecución es una función de la temperatura en la resistencia 52 NTC.

En una fase = 1 se determina a continuación con la ayuda de la cadena 24, 26,...,28 , 30 de resistencias en cual de los diferentes márgenes de tensión se halla este valor U_{m} de tensión.

El potencial de la masa 54 es 0 V, el del punto 32 nodal 0,2 V, el del punto 34 nodal 0,4 V y así hasta el punto 36 nodal con 2,6 V y el punto 38 nodal con 2,8 V.

Si se cierre el interruptor 102, la entrada negativa del comparador 40 recibe un potencial de 0,2 V y si el potencial en el punto 78 nodal es mayor que 0,2 V, no varía nada en la salida 42 del comparador 40.

En la medición basta se cierran sucesivamente e individualmente los diferentes interruptores 102, 104, 106, etc. Cuando el potencial en el punto 36 nodal (2,6 V) es todavía menor que el valor U_{m} de la tensión en el condensador 80, mientras que el potencial e el punto 38 nodal (2,8 V) es mayor, se sabe, que este valor U_{m} de la tensión se tiene que hallar entre 2,6 y 2,8 V, es decir que el límite inferior del margen de tensiones determinado es 2,6 V y que el límite superior es 2,8 V. De aquí resulta una digitalización basta del valor U_{m}de la tensión o, dicho de otra manera, en la digitalización se obtienen los bit MSB de valor alto.

En la fase = 2 (figura 2) se conecta a continuación el transistor 88, mientras que el transistor 90 permanece bloqueado. Con ello se carga a través del transistor 88 y de la resistencia 84 el condensador 80, como se representa en la figura 2 en 101. El interruptor 106 electrónico permanece cerrado y, cuando el potencial en la entrada de impulsos del comparador 40 alcanza el valor de 2,8 V, se conmuta el comparador 40 y el transistor 88 se vuelve a hacer no conductor a través de la unidad 44 lógica y de su conexión A activa. El tiempo T1 durante el que el transistor 88 permanece cerrado es medido y almacenado.

A continuación se descarga el condensador 80 a través de la resistencia 84 y del transistor 90 hasta el límite inferior del margen de tensiones, por lo tanto por ejemplo hasta +2,6 V, como se representa en la figura 2 en 103. La tensión en el condensador 80 es entonces 2,6 V. Durante este proceso se abre el interruptor 106 y se cierra el interruptor 104.

Después se bloquea el transistor 90, se conecta el transistor 88, se abre el interruptor 104 y se conecta el interruptor 106. Esto se realiza con la unidad 44 lógica gobernada por el programa en la ROM 46.

Con ello se carga el condensador 80 a través del transistor 88 y de la resistencia 84 de +2,6 V hasta +2,8 V, como se representa en la figura 2 en 105. Al mismo tiempo se mide un tiempo T2 durante el que el transistor 88 es conductor. Esto tiene lugar en la fase = 4 (figura 2).

Las diferentes fases en la figura 2 responden a las siguientes razones: si se utiliza el invento en un motor 156 con conmutación electrónica, que es una aplicación preferida, es preciso que el \muC 20 también realice otras muchas funciones, por ejemplo la conmutación del motor, la regulación de su número de revoluciones, su limitación de intensidad, etc., por lo que es favorable subdividir la medición descrita en diferentes módulos cortos, que no son gestionados directamente uno detrás de otro, sino que se puedan gestionar con pequeñas separaciones en el tiempo. El \muC 20 dispone entonces siempre de tiempo para ejecutar entremedias otras funciones críticas desde el punto de vista del tiempo. Por ello, una gran ventaja del procedimiento según el invento y de la disposición según el invento es que la medición puede ser subdividida en diferentes módulos cortos.

Una vez medidos los tiempos T1 y T2 se calcula a partir de ellos con la fórmula

(1)LSBs = (T2 - T1)/T2*16

el valor de los bit (LSBs) de bajo valor.

Si, por ejemplo, T1 = T2, se obtiene con la ecuación (1) el valor binario 0000b.

Dado que se puede considerar, que la carga a través de la resistencia 84 y del transistor 88 es prácticamente lineal, el valor del condensador 80 sólo desempeña un papel desde el punto de vista de que un condensador más grande significa un tiempo de carga mayor, es decir un tiempo de medición mayor. Por ello, en esta clase de mediciones no desempeñan papel alguno las tolerancias del condensador 80 y se obtiene un resultado muy exacto de la digitalización fina.

Si durante la medición en la fase = 1 se comprobara, que el valor U_{m} de la tensión en el condensador 80 es mayor que 2,8 V, se conecta por medio de la unidad 44 lógica el transistor 96, que conecta el punto 78 nodal a través de la resistencia 94 con la masa 54. Las resistencia 76 y 94 forman entonces un divisor de tensión y el valor de la tensión que se debe medir en el condensador 80 es reducido correspondientemente. Con ello se puede descender la tensión en el condensador 80 hasta un margen inferior a 2,8 V, de manera, que resulte posible realizar una medición. El resultado tiene que ser multiplicado después con el factor resultante de la relación entre las resistencias 76 y 94.

Valores preferidos de los componentes

k = kOhm; tensión U_{SS} = 3,1 V

\muC 20	Microchip 16C621A
Comparador 66	Componente del microchip 16C621A
Resistencia 52		NTC, 100 k a 25ºC
Resistencia 58		510 k
Resistencia 60		1 k
Resistencia 64		110 k
Resistencia 76		10 k
Resistencia 84		1 k
Resistencia 94		27 k
Condensador 80	1 \muF

La figura 3 muestra una rutina de programa preferida para la medición. Esta forma con preferencia parte de un programa más grande, por ejemplo para el mando de un motor con conmutación electrónica. La estructura de esta rutina "SW Routine" se basa en la reflexión de que en cada ciclo sólo se ejecutan partes cortas del programa (módulos), cuya duración es, por ejemplo, inferior a 200 \mus.

En primer lugar se explora, después del comienzo 118 de esta rutina, en S120 si el programa de halla en la fase = 0. Esto resulta del estado de un contador de fases o puntero de orden superior, que recorre de manera continua los siguientes estados:

Fase = 0

Fase = 1

Fase = 2

Fase = 3

Fase = 4

Fase = 5

Fase = Sensor Break

Fase = 0

Fase = 1

etc.

Esto también se puede denominar "State Machine", es decir, que se trata en la práctica de una variable en la RAM del procesador, que es llevada de manera continua al estado actual e indica el estadio en el que se encuentra en ese instante la medición del valor nominal.

Si la respuesta en S120 es "Si", el programa pasa a S122 "Charge C", es decir, que los transistores 88, 90 y 96 son bloqueados para que el condensador 80 se pueda cargar hasta el valor U_{m} de tensión que se quiere medir y el programa espera el tiempo correspondiente. A continuación se pasa a través de S149 al final S124 de esta rutina, al mismo tiempo, que el contador de fases es avanzado en S149 de la fase = 0 a la fase = 1.

Si la respuesta en S120 es "No", el programa pasa a S126 donde se controla si el puntero se halla en fase = 1. En caso afirmativo, se determina en S128 "Find N" por conexión y desconexión de los interruptores 102, 104, 106, etc. el margen N de tensiones en el que se halla la tensión en el condensador, que se quiere medir. Si, por ejemplo, la tensión en el condensador 80 es 2,7 V, el margen N de tensiones se halla entre 2,6 y 2,8 V. Con esta clasificación en uno de varios márgenes de tensiones tiene lugar una digitalización basta y se obtienen los bit MSB de valor alto para la digitalización.

El programa pasa, después de la determinación de este margen de tensiones, a través de S149 al final S124 de la rutina y el contador de fases es avanzado en S149 hasta la fase = 2.

Si la respuesta en 126 es "No", el programa pasa a S130. Aquí se controla si el puntero se halla ya en la fase = 3. En caso afirmativo, se descarga en S132 "Discharge to N" el condensador 80 hasta el límite inferior del margen N de tensiones, es decir hasta 2,6 V en el ejemplo descrito. A continuación el programa pasa directamente a S136 "Charge to N + 1" donde el condensador 80 es cargado - en este ejemplo - partiendo de 2,6 V hasta el límite superior del margen N de tensiones, es decir hasta 2,8 V. Durante este paso se mide el tiempo T2. El programa pasa a continuación al final S124 de la rutina y el contador de fases es avanzado en S149 hasta la fase = 4.

Si la respuesta en S130 es "No", el programa pasa a S138. Aquí se controla, si el puntero indica fase = 2. En caso afirmativo, el programa pasa a S136, donde el condensador 80 es cargado desde su tensión U_{m} actual, que se quiere medir, hasta el límite N + 1 superior de tensiones del margen N de tensiones, es decir hasta +2,8 V en el ejemplo descrito. Al mismo tiempo se mide el tiempo T1, véase la figura 2. El programa pasa a continuación al final S124 de la rutina y el contador de fases es avanzado en S149 hasta la fase = 3.

Si la respuesta en S138 es "No", el programa pasa a S140, donde se controla si el puntero indica la fase = 4. En caso afirmativo, se carga en S136 el condensador 80, partiendo del límite inferior del margen N de tensiones (por lo tanto 2,6 V en el ejemplo) hasta el límite N + 1 superior (por lo tanto hasta 2,8 V en el ejemplo) y al mismo tiempo se mide el tiempo T2, como se representa y se describió con detalle en la figura 2. A continuación se avanza el contador de fases en S149 hasta la fase = 5.

Si la respuesta en 140 es "No", el programa pasa a S142 donde se controla si el puntero indica la fase = 5. En caso afirmativo, el programa pasa a S144. Aquí se calculan con la ecuación (1) los bit LSB de valor bajo y se suman con los bit MSB de valor alto, determinados anteriormente en S128. Con ello se ha digitalizado la tensión U_{m} en el condensador 80. A continuación se avanza el contador de fases en S149 hasta la fase = "Sensor Break",

Si la respuesta en S142 es "No", el programa pasa a S146. Aquí se controla si el contador de fases indica la fase = "Sensor Break". En caso afirmativo, el programa pasa a S148 "CTRL Sensor Fault". Aquí se controla si la tensión en el condensador 80 alcanzó aproximadamente el valor U_{SS}, lo que equivale a una interrupción de la conexión con la resistencia 52. En este caso se inicia un proceso apropiado, por ejemplo la emisión de una señal de avería o de alarma y en un motor 156 para un ventilador 83 se incrementa el número de revoluciones hasta un valor, que garantice en cualquier caso la refrigeración. A continuación el programa pasa a través de S149 al final S124 de la rutina.

En el caso de que la respuesta en S146 sea "No", el programa pasa a S150 donde se ejecutan pasos "CALC" de programa cualesquiera. Por ejemplo, el valor digital calculado en S144 puede ser transformado por medio de una tabla en otro valor, que equivalga a un número de revoluciones del motor deseado y se puede formar un valor medio deslizante (moving average; sliding average) de varias mediciones.

A continuación se repone en S152 el puntero nuevamente en la fase = 0, para que en el ciclo siguiente de la rutina de la figura 3 la medición comience nuevamente en S120.

La figura 4 representa una aplicación preferida del invento en un motor 156 (ECM) con conmutación electrónica con dos fases 158, 60 del devanado del estátor y un rotor 162 de imán permanente, que se representa aquí con cuatro polos, en cuya proximidad está dispuesto un generador Hall, que durante el funcionamiento genera en su salida 166 una señal HALL rectangular, cuyos flancos se designan a título de ejemplo con 1, 2, 3, 4. En cada uno de estos flancos se genera un "Hallinterrupt" (figura 8), al mismo tiempo, que estos flancos son contados de manera continua en un contador HALL_CTR 168 de anillo.

El motor 156 posee para la alimentación con una corriente U_{B} continua un filtro 170 EMI y un condensador 172 de filtro. En serie con el ramal 158 se halla el transistor 174, que sirve como primera etapa (PS1) final y en serie con el ramal 160 se halla un transistor 176, que sirve como segunda etapa (PS2) final. Si está conectado el transistor 174, el ramal 158 recibe corriente. Si está conectado el transistor 176, recibe corriente el ramal 160.

Para el mando de los transistores 174, 176 sirve el microcontrolador (\muC) 20. En él se representan simbólicamente diferentes módulos, entre otros un módulo 180 COMM para la conmutación del motor 156, una ROM 182 (en el interior o en el exterior del \muC 20) para el almacenamiento del programa para el motor 156, un módulo 184 n_CTL para la regulación del número de revoluciones, que regula el número de revoluciones del motor 156 a través del módulo 180 así como un módulo 190 SW_CALC para el cálculo del valor nominal SW, que se aplica al regulador 184 del número de revoluciones. El valor actual del número de revoluciones, es decir el valor IW real, es aplicado al regulador 184 en forma de la señal HALL e igualmente a los módulos 180 y 168. El \muC 20 contiene, además, un temporizador 192, que se puede imaginar como un reloj, que suministra un tiempo de base en cualquier instante deseado. El temporizador 192 trabaja con los módulos 168, 184 y 190.

Al módulo 190 se aplica a través del transformador 66 de impedancias una tensión para el cálculo del valor SW nominal. A su entrada 72 positiva se aplica la señal del punto 62 nodal de un divisor 52, 58, 60, 64 de tensión, que se describió con detalle en la figura 1 (véase la descripción hecha allí).

La señal en la salida 68 del transformador 66 de impedancias se transforma en el módulo 190, de acuerdo con las figuras 1 a 3, en un valor nominal, es decir en un número de revoluciones deseado. El motor 156 puede funcionar por ejemplo con 1500 r.p.m., cuando la temperatura en la resistencia 52 es de 20ºC y con 3500 r.p.m., cuando esta temperatura es de 60ºC. A través de una entrada 205 también es posible aplicar al punto 56 nodal desde el exterior un valor nominal en forma de una tensión.

La figura 5 muestra cómo se compaginan las diferentes funciones en un motor de esta clase.

En 214 se genera una señal en la resistencia 52 NTC, que se procesa en el módulo 190, de manera, que se obtenga el valor SW.

En 216 se aplican las señales ON/OFF para la conexión o la desconexión del motor 156, que pasan igualmente por el módulo 190.

En 218 se aplica la tensión U_{B} de funcionamiento, que puede ser tenida en cuenta en el sentido de que con una tensión de funcionamiento demasiado baja se desconecta el motor o que con una tensión de funcionamiento demasiado alta se realizan determinadas modificaciones del programa.

En 164 se representa el IC 164 Hall, que genera la señal HALL, que es procesada en el módulo 220 de procesamiento y suministra información de la posición actual y del número de revoluciones del rotor 162.

Finalmente, se prevé el módulo 180 COMM de conmutación, que gobierna las dos etapas PS1 y PS2 finales en el motor 156.

La figura 5 pone de manifiesto, que existen interacciones entre los diferentes módulos, que es preciso tener eventualmente en cuenta, siempre se utilicen en un ECM 156.

La figura 6 muestra la estructura básica típica de un programa, como el que se utiliza de manera preferida para el mando de las distintas funciones del motor 156.

En el paso S230 tiene lugar, al conectar, una inicialización en la que diferentes parámetros son llevados a sus valores de entrada. En el paso S232 se repone el "Watchdog" WD del ordenador 20 y en el paso S234 tiene lugar en cada ciclo una reinicialización de determinados valores para evitar el desplome del \muC 20. En S236 se gobierna la conmutación. En el paso S238 se explora un "Flag_DoFcts" y si posee el valor 0, el programa regresa a través de un bucle S240 corto a S232. Cuando este "Flag" posee el valor 1, es repuesto a 0 en el paso S242. Este "Flag" (S238) es llevado en cada "Hall-Interrupt" (figura 8) a 1, es decir en la figura 4 a los puntos 1, 2, 3, 4, etc. de la señal HALL:

En el paso S244 siguiente se explora el bit 2 de HALL_CTR 168.

Como se representa en la figura 7, este contador cíclico binario adopta en sus dos puntos más bajos la secuencia 00-01-10-11-10, etc. de números. Si el bit 2 posee el valor 1, el programa se ramifica hacia la izquierda en un ramal 246. Si posee el valor 0, se ramifica hacia la derecha. En el ramal 246 izquierdo se halla a continuación en S248 una de las fases del registro del valor nominal, como se describió en las figuras 1 a 3, y en S250 se lleva el Flag_IW_Done a 0. El programa vuelve después al paso S232.

Si la respuesta en S244 es "No", el programa pasa al paso S252 y controla aquí el valor de Flag_IW_Done. En el caso de que este sea 1, el programa pasa al bucle 254, ejecuta aquí en un paso S256 el registro del valor SW_CALC nominal descrito en las fases de las figuras 1 a 3 y vuelve después a S232.

Si el valor de Flag_IW_Done es 0 en S252, el programa pasa al bucle 258 derecho. Aquí tiene lugar en el paso S260 el registro IW_CALC del valor real, es decir, que el número de revoluciones actual del motor 156 es registrado como valor digital. A continuación tiene lugar en el paso S262 la regulación n_CTL basada en el valor nominal registrado y del valor nominal registrado y después se lleva en S264 el Flag_IW_Done a 1 y el programa vuelve a S232.

Con el motor en funcionamiento se procesa una vez, después de cada variación de la señal HALL, uno de los tres bucles 246, 254 o 258 largos. A continuación sólo se repite hasta la siguiente variación de HALL el bucle 240 corto con pequeños intervalos en el tiempo, por ejemplo cada 100 \mus.

Dado que el registro y el cálculo del valor nominal, como se describieron en las figuras 1 a 3, requiere mucho tiempo, se repartió de manera ventajosa entre los bucles 246 y 254. La figura 4 muestra, que en este ejemplo se producen en cada revolución completa del rotor 162 cuatro variaciones de la señal HALL. Como muestra la figura 7, el ramal 246 es recorrido en cada revolución completa del rotor 162 tetrapolar dos veces, el ramal 254 una vez y el ramal 258 igualmente sólo una vez. Por lo tanto, en cada revolución se ejecuta en tres variaciones de la señal HALL, por ejemplo las variaciones 2, 3 y 4 en la figura 4, una de las fases del cálculo SW_CALC del valor nominal y sólo en el caso de una variación de la señal HALL, por ejemplo la variación 1 de la figura 4, se realiza un registro del valor IW_CALC real. Aquí es ventajoso, que el registro del valor real se pueda realizar con los valores de una revolución completa del rotor, lo que es considerablemente más exacto que el registro con sólo un cuarto de revolución.

Los tres ramales 246, 254 y 158 se diseñan con preferencia de tal modo, que su ejecución tenga aproximadamente la misma longitud.

Es preciso hacer la observación de que en los pasos S248 y S256 de la figura 6 se ejecutan siempre aquellas fases del registro del valor nominal indicadas en ese instante por el contador de fases descrito. Así por ejemplo, puede suceder, que en el paso S256 se ejecute en un ciclo la fase = 0, en el ciclo siguiente la fase = 3, en el siguiente ciclo la fase = Sensor Break, etc: El registro completo del valor nominal se reparte por lo tanto entre aproximadamente dos revoluciones del rotor, lo que es suficientemente exacto, ya que el valor nominal sólo varía poco en este tiempo corto. El cálculo del valor nominal dura bastante tiempo, pero con esta distribución sobre dos revoluciones se puede descomponer en varios tramos cortos y no perturba entonces la conmutación del motor
156.

La figura 8 muestra un rutina S200, que sirve para el manejo de interrupciones, que interrumpen el desarrollo del programa.

La figura 4 muestra la señal HALL de la que se representan cuatro flancos 1, 2, 3, 4. En cada uno de estos flancos se explora la rutina S200 de interrupciones de la figura 8 para que con el "Timer" 192 (figura 4) se pueda medir exactamente el instante en el que apareció el flanco correspondiente.

Si, por ejemplo, el flanco 1 apareció en t1 = 64.327 \mus y el flanco 2 en t2 = 65.400 \mus, el rotor 162 necesita para el giro entre los flancos 1 y 2, es decir un cuarto de revolución, un tiempo de

(2)t2 - t1 = 65.4040 - 64.327 = 1073\ \mu s

Por lo tanto, el rotor necesita para una revolución completa

(3)4*1073 =4292\ \mu s = 0,004292\ segundos

De esta manera se puede calcular por lo tanto muy exactamente el valor IW real del número de revoluciones. Sin embargo, para ello es preciso, que los instantes t1, t2,... se midan con gran exactitud. Estos instantes son también necesario para el mando exacto de la conmutación.

Cuando se produce una interrupción, se controla en primer lugar en S202 si se trata de un "Hall-Interrupt", es decir de uno de los flancos de la señal HALL. Un "Hall-Interrupt" de esta clase posee prioridad máxima e interrumpe los desarrollos de todos los demás programas. En caso afirmativo, el programa pasa a S204 y calcula aquí el valor IW real del número de revoluciones, generalmente con la ecuación (2) precedente, es decir en forma del tiempo que necesita el rotor en ese instante para girar un ángulo de giro predeterminado.

A continuación se realizan en S206 "CALC COMM" cálculos para el mando de la conmutación y el Flag_DoFcts, que controla en los pasos S238, S242 de la figura 6 los procesos de cálculo, es llevado a 1 para que después de cada "Hall-Interrupt" se recorra una vez uno de los bucles 246, 254 o 258 de la figura 6. Eventualmente también se puede explorar en S238 (figura 6) una segunda e incluso una tercera condición para que los bucles 246, 254 o 258 sean ejecutados en un punto deseado de la rotación del rotor, como se describe en la solicitud de patente alemana 101 61 688.0 del 15 de diciembre de 2001(D254) de la solicitante, equivalente a la solicitud PCT.

Después se avanza en S208 el contador Hall HALL_CTR 168 (figura) en una unidad, como se describió en la figura 7. La rutina pasa después a S210 "Return".

Si la respuesta en S202 es "No", el programa pasa a S212, analiza si hay otra interrupción, la ejecuta y vuelve después igualmente a S210 "Return".

La rutina S200 de interrupciones de la figura 8 sirve, por lo tanto, sobre todo, para medir muy exactamente los instantes de tiempo de los flancos 1, 2, 3, 4, ... de la señal HALL (figura 4), ya que un medición exacta de esta clase es la premisa para el funcionamiento tranquilo del motor 156 con el número de revoluciones deseado. Con la activación del Flag_Do Fcts en S 206 y del avance del contador S208 Hall se determina al mismo tiempo cual de los bucles 246, 254 o 258 de la figura 6 es el siguiente, que debe ser ejecutado y de esta manera se pueden integrar las operaciones de cálculo, que deben ser realizadas, de manera óptima en el tiempo de cálculo disponible y se pueden ejecutar en la posición correcta de giro del rotor 162.

El diagrama de la figura 6 puede ser comprendido de la siguiente manera: La exploración en S268 es como un primer semáforo. Este es conectado, gobernado por la posición del rotor 162, cuatro veces por revolución del rotor 162, en verde, en el ejemplo de ejecución por ejemplo allí donde existe un flanco de la señal HALL y en este caso se alcanzan los pasos S242 y S244. Durante el tiempo restante se halla el semáforo en rojo, de manera, que el bucle 240 es recorrido con separaciones muy cortas.

El semáforo siguiente es S244. Este es gobernado por el segundo bit del contador 168 Hall, como se representa en la figura 7. El efecto es como si este "semáforo" fuera gobernado por la rotación del rotor a través de un engranaje de desmultiplicación.

Si este semáforo se halla en verde (Si), se recorre el bucle 246, véase la figura 7. Si se halla en rojo (No), la rutina pasa a S252. Aquí se ramifica el programa hacia el bucle 254 o hacia el bucle 258.

Después de cada uno de los bucles 246, 254 o 258 el programa vuelve a S232.

De esta manera se pueden ejecutar en puntos de giro prefijados del rotor 162 determinados pasos del programa necesarios aquí, por ejemplo los pasos S232, 234, 236 para la conmutación, que tienen que ser ejecutados en los márgenes de tiempo en los que se espera una conmutación. En los pasos, que son necesario para regular el número de revoluciones (S262) o para calcular (S248, S256, S260) los valores para la regulación del número de revoluciones, es suficiente ejecutarlos una vez por revolución del rotor o una vez cada dos revoluciones del rotor, ya que el número de revoluciones varía poco en este intervalo de tiempo.

La medición también se podría realizar de tal modo, que los dos tiempos T1 y T2 no se midan durante la carga del condensador 80, sino durante la descarga. También en este caso, el valor del condensador 80 no desempeña papel alguno para la exactitud de la medición.

Claims (18)

1. Procedimiento, que comprende los pasos siguientes, para digitalización de una tensión:

un condensador (80) es cargado a través de una impedancia hasta un valor (U_{m}) de tensión , que depende de la tensión, que se quiere digitalizar: se determina en qué margen de una serie de tensiones se halla este valor (U_{m}) de tensión y los dos límites del margen de tensiones determinado se definen como primer límite y segundo límite; la tensión en el condensador (80) es variada por medio de un circuito de variación de la carga, que contiene una impedancia, hasta el primer límite y se mide el primer tiempo (T1) necesario para ello; la tensión del condensador (80) es variada hasta el segundo límite; la tensión en el condensador (80) es variada por medio de un circuito de variación de la carga desde el segundo límite hasta el primer límite y se mide un segundo tiempo (T2) necesario para ello; partiendo del primer tiempo (T1) y del segundo tiempo (T2) se calcula un valor digital, que sirve como medida de la diferencia entre el valor (U_{m}) de tensión en el condensador (80) y uno de los dos límites del margen de tensiones determinado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se utiliza un transformador (66) de impedancias, cuya entrada (72) está conectada con la fuente de tensión y cuya salida está conectada con el condensador (80) a través de la impedancia.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que se utiliza una cadena (22) de resistencias con la forma de una conexión en serie de resistencias (24, 26, 28, 30) conectadas a través de puntos (32, 34, 36, 38) de conexión, estando aplicada la conexión en serie a una tensión esencialmente constante, y los potenciales en estos puntos (32, 34, 36, 38) de conexión son comparados uno detrás de otro con el valor (U_{m}) de tensión en el condensador para determinar el primer límite y el segundo límite.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que, cuando el valor (U_{m}) de la tensión en el condensador (80) es mayor que el potencial en todos los puntos de conexión de la cadena de resistencias, se conecta en paralelo con el condensador (80) una resistencia (94) para reducir el valor (U_{m}) de la tensión en el condensador (80) y a continuación se comparan nuevamente los potenciales en los puntos de conexión de las resistencias con el valor (U_{m}) de tensión en el condensador (80) para determinar el primer límite y el segundo límite.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que entre la medición del primer tiempo (T1) y la medición del segundo tiempo (T2) se ejecuta una rutina, cuyos pasos del programa (figura 6: S232, 234, 236) sirven para el mando de un motor (156) eléctrico .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que entre la medición del segundo tiempo (T2) y la evaluación del segundo tiempo se ejecuta una rutina, cuyos pasos del programa (figura 6: S232, 234, 236) sirven para el mando de un motor (156) eléctrico.

7. Disposición para la digitalización de una tensión, que comprende:

un condensador (80);

un circuito (66, 76) de carga, que posee una impedancia (76), para la carga de este condensador hasta un valor (U_{m}) de tensión dependiente de la tensión, que se quiere digitalizar;

un microprocesador (20) para la clasificación basta de este valor (U_{m}) de tensión en uno de varios márgenes de tensión, poseyendo este margen de tensión un primer límite y un segundo límite;

un dispositivo (84, 88) de variación de la carga para la variación de la tensión en el condensador (80) hasta el primer límite del margen de tensiones determinado y para la medición de un primer tiempo (T1) necesario para ello;

un dispositivo (84, 90) de variación de la carga para la variación de la tensión en el condensador (80) hasta el segundo límite del margen de tensiones determinado;

un dispositivo (84, 88) de variación de la carga para la variación de la tensión en el condensador (80) desde el segundo límite hasta el primer límite y para la medición de un segundo tiempo (T2) necesario para ello y

un dispositivo (44) de cálculo para el cálculo de un valor (LSB) digital como función del primer tiempo (T1) y del segundo tiempo (T2).

8. Disposición según la reivindicación 7, en la que el microprocesador (20) sirve para el mando (figura 1: A, B) de al menos un dispositivo (88, 90) de variación de la carga,

9. Disposición según la reivindicación 7 u 8, en la que se prevén dispositivos (94, 96) de conmutación del margen de medida, gobernada por el microprocesador (20), que es activada, cuando el valor (U_{m}) de la tensión en el condensador (80) se halla fuera de los márgenes de tensión existentes.

10. Disposición según una de las reivindicaciones 7 a 9, en la que se prevé un dispositivo (figura 3: S144) de cálculo, que, a partir del valor (MSB) digital obtenido con la clasificación basta y del valor (LSB) calculado como función del primer y del segundo tiempo, forma un valor digital combinado, que posee una mayor exactitud frente al valor digital obtenido con la clasificación basta.

11. Disposición según una de las reivindicaciones 7 a 10, en la que en el circuito (66, 76) de carga del condensador (80) se prevé un transformador (66) de impedancias, que puede ser gobernado en el lado de entrada con una fuente (52, 60, 64) de tensión, cuya tensión analógica deba ser transformada en una señal digital.

12. Disposición según una de las reivindicaciones 7 a 11, en la que el microprocesador (20) sirve también para la conmutación de un motor (156) con conmutación electrónica.

13. Disposición según la reivindicación 12, en la que el programa (figura 3) del microprocesador (20) posee diferentes entradas para la digitalización, al mismo tiempo, que en cada entrada sólo se ejecuta una parte de la digitalización.

14. Utilización de una Disposición según la reivindicación 7 a 13 para el mando en función de la temperatura del número de revoluciones de un ventilador (156, 83).

15. Utilización según la reivindicación 14 para la digitalización de una temperatura para el mando en función de la temperatura del número de revoluciones de un ventilador (156, 83).

16. Utilización según la reivindicación 14 o 15 en la que la disposición para el mando del número de revoluciones es gobernada por la posición momentánea del rotor (162) de un motor (156), que acciona el ventilador (83).

17. Utilización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7 para el mando en función de la temperatura del número de revoluciones de un ventilador (156, 83) y en especial para la digitalización de una temperatura para el mando en función de la temperatura del número de revoluciones de un ventilador (156, 83).

18. Utilización según la reivindicación 17 en la que la ejecución del procedimiento es gobernada (figura 7) por la posición momentánea del rotor (162) de un motor (156), que acciona el ventilador (83).