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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zum Regeln eines Stroms in Abhängigkeit eines vorgegebenen Sollwerts.
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Vom Markt her bekannt sind integrierte Schaltungen zum Regeln eines Stroms, bei denen eine von einem pulsbreitenmodulierten Signal geschaltete Endstufe verwendet wird. Dabei wird der an eine Last abgegebene Strom über einen Messwiderstand ermittelt. Das pulsbreitenmodulierte Signal (PWM, Choppersignal) kann in seinem Tastverhältnis von Chopperperiode zu Chopperperiode neu eingestellt werden. Ein Mittelwert des über die Last fließenden Stroms kann damit im allgemeinen Fall sehr genau geregelt werden.
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In einigen Anwendungsfällen kann zur Verbesserung des Verhaltens der angeschlossenen Last ein sogenanntes Dithersignal aufmoduliert werden. Abhängig von der Last, dem Choppersignal und dem Dithersignal können unter bestimmten Umständen Verzerrungen des Signals auftreten, welche zu sogenannten Chopperaussetzern, das heißt Schalt-Aussetzern der den Strom abgebenden Endstufe führen. Mögliche Ursachen für solche Chopperaussetzer sind z. B.:
- - eine ungeeignete Abstimmung der Stromreglerparameter auf eine Zeitkonstante einer beispielsweise induktiven Last.
- - Ungeeignete Vorgaben eines Sollwerts des Stroms und/oder ungeeignete Parameter des Dithersignals. Beispielsweise erfolgt dies, falls der Vorgabewert des Sollstroms kleiner ist als die Ditheramplitude (Amplitude der aufmodulierten Schwingung) beträgt, oder wenn die Vorgabe des Sollstroms plus der Ditheramplitude größer ist als eine Versorgungsspannung dividiert durch einen Widerstand im Lastkreis, wobei eine Reglereinstellung zu berücksichtigen ist.
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Die Stromregelung wird nach einem solchen Vorfall als wieder eingeschwungen betrachtet, sobald sie einen aktuell geforderten Sollstrom erreicht hat. Dabei ist es jedoch möglich, dass eine vorangegangene Mittelwertverschiebung durch eine in der Halbleiter-Endstufe enthaltene Regelung nicht oder nicht ausreichend korrigiert werden kann.
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Häufig wird in solchen Reglern das Tastverhältnis des PWM-Signals und damit ein Mittelwert des über die Last fließenden Stroms mit jeder Chopperperiode neu ermittelt und eingestellt. Abhängig von vorliegenden Reglerparametern zur Erreichung einer geforderten Dynamik und/oder Ditheramplitude kann ein Fall eintreten, dass innerhalb einer Chopperperiode ein Sollwert des Stroms nicht eingestellt werden kann, falls eine Zeitkonstante der angeschlossenen Last träger als die Dynamik des Reglers ist. Dies kann beispielsweise bei induktiven Lasten der Fall sein. In einem solchen Fall ist es möglich, dass die Regelung beziehungsweise das PWM-Signal in eine Daueransteuerung übergeht. Das bedeutet, dass die die Last treibende Endstufe vorübergehend für eine oder mehrere Chopperperioden eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet bleibt und folglich nicht mehr schaltet. Dieser Vorgang wird als Chopperaussetzer bezeichnet.
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Der zeitliche Verlauf des über die Last fließenden Stroms ist bei der derart erfolgten Daueransteuerung der Endstufe von der Zeitkonstanten der angeschlossenen beispielsweise induktiven Last abhängig. Sofern diese zu träge ist, um der durch das PWM-Signal bestimmten Vorgabe zu folgen, so ergeben sich daraus Verschiebungen des Strommittelwerts entweder zu höheren oder zu niedrigeren Mittelwerten hin.
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Aus der
DE 10 2008 036 113 A1 ist ein Stromregler und ein Verfahren zur Regelung eines Stromes durch eine Last bekannt, welches vorsieht, eine pulsweisenmodulierte Versorgungsspannung an die Last anzulegen, die ein von einem Regelsignal abhängiges Tastverhältnis aufweist.
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Aus der
DE 10 2008 015 619 A1 ist eine Regelsystem bekannt, welches dazu ausgelegt ist, eine Last unter Berücksichtigung einers Sollwertes, einer gemessenen Lastkenngröße und einer Versorgungsspannung der Last anzusteuern.
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Aus der
DE 102 42 790 A1 ist ein Verfahren zum Regeln des Stroms durch ein elektromagnetisches Stellglied bekannt, bei dem dem Stellglied eine Freilaufdiode parallelgeschaltet ist. Ein erster Schalter wird von einer Regelung und einer Pulsgenerierung mittels eines PWM-Signals derart geschlossen und geöffnet, dass der von der Strommessschaltung gemessene, durch das Stellglied fließende Strom auf einen Sollwert geregelt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung beschreibt eine elektronische Schaltung, welche als diskrete Schaltung, als integrierte Schaltung, als kundenspezifische integrierte Schaltung, als frei programmierbare integrierte Schaltung, als Mikrocontroller und/oder als digitaler Signalprozessor ausgeführt ist und die dazu ausgebildet ist, einen Sollwert eines Stroms in einem äußeren Regelkreis mit einem in Abhängigkeit eines Dithersignals ermittelten Mittelwert des über eine Last fließenden Stroms zu vergleichen, wobei ein aus diesem ersten Vergleich gebildetes Signal über einen zu dem äußeren Regelkreis gehörenden äußeren Regler geführt wird, wobei das Ausgangssignal des äußeren Reglers mit dem Dithersignal und mit einem in Abhängigkeit eines Choppersignals ermittelten Mittelwert des Stroms verglichen wird, wobei ein aus diesem zweiten Vergleich gebildetes Signal über einen inneren Regler geführt wird, wobei das Ausgangssignal des inneren Reglers das Choppersignal zeitlich moduliert, wobei die Last in Abhängigkeit des modulierten Choppersignals angesteuert wird, und wobei die elektronische Schaltung Mittel aufweist, um den Strom in Abhängigkeit des vorgegebenen Sollwerts zu regeln, wobei die elektronische Schaltung Mittel aufweist, um ein das Choppersignal repräsentierendes erstes periodisches Signal mit einer ersten Frequenz und ein das Dithersignal repräsentierendes zweites periodisches Signal mit einer zweiten Frequenz zu erzeugen, wobei das Dithersignal das Choppersignal zeitlich moduliert, um das modulierte Choppersignal zu erhalten, wobei die elektronische Schaltung Mittel aufweist, den über die Last fließenden Strom zu ermitteln, wobei wobei die elektronische Schaltung Mittel aufweist, um die Bildung des ersten Mittelwerts des Stroms in Abhängigkeit von einer Periode des Choppersignals und die Bildung des zweiten Mittelwerts des Stroms in Abhängigkeit von einer Periode des Dithersignalsdurchzuführen, und wobei die elektronische Schaltung Mittel aufweist, um eine den ersten Mittelwert charakterisierende erste Größe und eine den zweiten Mittelwert charakterisierende zweite Größe dazu zu verwenden, einen Mittelwert des über die Last fließenden Stroms in Abhängigkeit von dem Sollwert zu regeln.
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Unter einer „zeitlichen Modulation“ wird dabei ein Vorgang verstanden, welcher dazu geeignet ist, beliebige Flanken des Choppersignals zeitlich zu verschieben, insbesondere dazu, Impulse bzw. Impulspausen des Choppersignals zu verlängern und/oder zu verkürzen.
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Der Strom wird mittels einer elektronischen Schaltung geregelt. Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass heutige Halbleitertechnologien kleine Strukturgrößen ermöglichen, wodurch es auf einfache Weise ermöglicht wird, Zusatzlogik in einem Regler-Baustein zu integrieren. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren vollständig mittels elektronischer Schaltungen durchzuführen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die Steuereinheit an der Regelung des Stromes beteiligt ist. Auf diese Weise kann die Regelung des Stroms, insbesondere die Korrektur des Mittelwertes aufgrund von Chopperaussetzern, dezentral und sehr schnell ausgeführt werden. Außerdem sind keine zusätzlichen Steuerleitungen von einem Stromregler-Baustein zu einer Steuereinheit erforderlich.
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Dadurch wird ein Blockschaltbild für eine elektronische Schaltung beschrieben, welche vorliegend zwei ineinander verschachtelte Regelkreise umfasst. Dabei führt der innere Regelkreis eine Regelung des über die Last fließenden Stroms nach dem Stand der Technik in Abhängigkeit der Chopperperiode aus. Der äußere Regelkreis vergleicht den über eine Ditherperiode ausgewerteten bzw. gemittelten Strom unmittelbar mit dem durch die Steuereinheit vorgegebenen Sollwert des Stroms. Der Vergleichswert liegt beispielsweise als eine Differenz vor, und wird nachfolgend über den äußeren Regler geführt. Das Ausgangssignal des äußeren Reglers stellt somit einen korrigierten Strommittelwert bereit, welcher nachfolgend mittels des inneren Regelkreises nach dem vorbekannten Stand der Technik geregelt werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die elektronische Schaltung eine diskrete Schaltung, eine integrierte Schaltung, eine kundenspezifische integrierte Schaltung, eine frei programmierbare integrierte Schaltung, ein Mikrocontroller und/oder ein digitaler Signalprozessor ist.
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Besonders vorteilhaft ist die elektronische Schaltung eine kundenspezifische integrierten Schaltung (ASIC). Dadurch sind besonders kleine Halbleiterstrukturen möglich, welche optimal im Hinblick auf das Verfahren ausgelegt werden können. Jedoch ist das Verfahren auch mittels einer frei programmierbaren integrierten Schaltung (FPGA) durchführbar. Weiterhin kann das Verfahren auch durch einen Mikrocontroller durchgeführt werden, welcher entweder ein diskretes Bauelement darstellt, oder als integrierte Schaltungsstruktur in eine kundenspezifische Schaltung übernommen wird. Ebenso ist ein digitaler Signalprozessor möglich.
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Dadurch, dass die erste und die zweite Größe beide dazu verwendet werden, den über die Last fließenden Strom zu regeln, können Mittelwertverschiebungen, die sich durch einen oder mehrere so genannte Chopperaussetzer ergeben, zeitnah erkannt und korrigiert werden, so dass der vorgegebene Sollwert des Stroms (also ein vorgegebener Mittelwert) auch tatsächlich an der Last eingeregelt werden kann. Es kann also vermieden werden, dass eine durch Chopperaussetzer erfolgte Begrenzung des über die Last fließenden Stroms den Mittelwert des Stroms unkorrigierbar verändert. Ebenso kann erreicht werden, dass der Sollwert des Stroms auch dann korrekt berücksichtigt wird, wenn die angeschlossene Last vorübergehend nicht in der Lage ist, den geforderten Sollstrom zu übernehmen. Dies kann beispielsweise bei induktiven Lasten der Fall sein.
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Somit findet eine erste Auswertung des über die Last fließenden Stroms und die daraus resultierende Mittelwertbildung beispielsweise über eine Chopperperiode statt und zum andern findet eine zweite Auswertung des Stroms und die daraus resultierende Mittelwertbildung beispielsweise über eine Ditherperiode statt.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass mittels der elektronischen Schaltung ein Strommittelwert einer Regelung auch dann einem Sollwert entsprechend genau geregelt werden kann, wenn bei einem so genannten Ditherbetrieb Chopperaussetzer stattfinden. Dies kann unabhängig von Parametern des Regelkreises und/oder Zeitkonstanten der angeschlossenen Last erfolgen. Weiterhin ist keine zusätzliche Rechenleistung in einem übergeordneten Steuergerät erforderlich, und es kann bei mehreren zu steuernden Strömen eine individuelle und von den übrigen Strömen unabhängige Korrektur der Strommittelwerte beispielsweise mit jeder neuen Ditherperiode durchgeführt werden..
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die elektronische Schaltung Mittel aufweist umd die erste und/oder die zweite Größe zu einem Sollwert des Stroms und/oder zu einer aus dem Sollwert abgeleiteten Folgegröße aufzuschalten.
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Beispielsweise kann die zweite Größe zu dem Sollwert des Stroms addiert beziehungsweise von dem Sollwert des Stroms subtrahiert werden, und das Ergebnis über einen Regler aufbereitet werden. Das Ausgangssignal dieses Reglers stellt somit eine Folgegröße dar, auf die beispielsweise die erste Größe aufgeschaltet werden kann, beispielsweise kann diese addiert oder subtrahiert werden. Damit ergeben sich viele Möglichkeiten, um die erste und die zweite Größe in einem vorhandenen Regelkreis erfindungsgemäß zu verwenden.
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Die erste Frequenz kann ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Frequenz sein. Dadurch kann die erste und die zweite Frequenz - also die Chopperfrequenz und die Ditherfrequenz - aufeinander synchronisiert werden, so dass sich eine besonders einfache Lösung für die Regelung ergeben kann.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass Mittel vorgesehen sind, die erste Mittelwertbildung des Stroms über eine Periode des Choppersignals (Chopperperiode), einen Teil der Chopperperiode, oder ein ganzzahliges Vielfaches der Chopperperiode durchzuführen. Damit kann die Auswertung bzw. Mittelwertbildung des über die Last fließenden Stroms in einer zeitlichen Abhängigkeit des ersten periodischen Signals erfolgen. Das Choppersignal ist ein zweiwertiges Signal (Binärsignal), das heißt, es wird zwischen einer maximalen Ansteuerung und einer minimalen Ansteuerung periodisch umgeschaltet. Damit erfolgt die wirksame Ansteuerung abhängig von einem Verhältnis der zeitlichen Dauer eines Chopperimpulses zu einer Periode des Choppersignals. Dabei kann die Ansteuerinformation besonders gut über eine Chopperperiode oder ein ganzzahliges Vielfaches der Chopperperiode vorgegeben werden. Entsprechend der vergleichsweise hohen Frequenz des Choppersignals kann eine von dieser Auswertung bzw. Mittelwertbildung abhängige Regelung besonders schnell regeln.
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Es können Mittel vorgesehen sein, die zweite Mittelwertbildung des Stroms über eine Periode des Dithersignals (Ditherperiode), einen Teil der Ditherperiode, oder ein ganzzahliges Vielfaches der Ditherperiode durchzuführen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, durch Chopperaussetzer verursachte Verschiebungen des Strommittelwertes über der Last zu erkennen und zu korrigieren. Die Auswertung bzw. Mittelwertbildung des Stroms ist besonders einfach, wenn sie über eine volle Ditherperiode oder ein ganzahliges Mehrfaches einer Ditherperiode erfolgt.
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In einer Ausgestaltung werden eine Mehrzahl von Strömen geregelt, wobei die Regelung für jeden Strom unabhängig von den übrigen Strömen erfolgt. Damit können in von einander unabhängigen Einheiten ein Strom oder beliebig viele Ströme gleichzeitig geregelt werden. Die Steuereinheit gibt dazu einen beziehungsweise mehrere Sollwerte (also Mittelwerte) der Ströme vor. Jeder dieser Ströme wird erfindungsgemäß so geregelt, dass Mittelwertverschiebungen, beispielsweise durch Chopperaussetzer, für jeden Strom einzeln und unabhängig von den übrigen Strömen erkannt und korrigiert werden können, und eine Mittelwertverschiebung der jeweiligen Ströme nicht auftritt. Dies ist insbesondere deshalb möglich, weil erfindungsgemäß das Regeln des beziehungsweise der Ströme ohne eine Unterstützung durch ein auf der Steuereinheit ablaufendes Computerprogramm erfolgt. Die erfindungsgemäße Regelung der Ströme erfolgt somit unabhängig von der Steuereinheit und benötigt somit keine zusätzliche Rechenleistung. Dadurch ist es besonders einfach, nahezu beliebig viele Ströme gleichzeitig zu regeln.
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Darüber hinaus können Mittel vorgesehen sein, den in Abhängigkeit der Ditherperiode ausgewertete Strom und/oder der in Abhängigkeit der Chopperperiode ausgewertete Strom an eine Steuereinheit zu übermitteln. Damit ist es vorteilhaft möglich, jederzeit eine Rückmeldung an die Steuereinheit zu schicken, so dass die ordnungsgemäße Funktion der Stromregelung durch die Steuereinheit überprüft werden kann.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die elektronische Schaltung Mittel aufweist, mindestens eine der folgenden Maßnahmen durchzuführen, um den über die Last fließenden Strom in Abhängigkeit von dem zweiten Mittelwert zu korrigieren:
- - Es wird der Sollwert des Stroms unmittelbar korrigiert;
- - es wird ein Ausgangswert eines den Strom beeinflussenden Reglers korrigiert;
- - es wird eine Amplitude des Dithersignals verändert; und/oder
- - es wird eine Amplitude und/oder eine Frequenz und/oder ein Tastverhältnis des Choppersignals verändert.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Zeitdiagramm eines durch ein Dithersignal zeitlich modulierten Choppersignals;
- 2 ein Zeitdiagramm eines durch ein moduliertes Choppersignal geregelten Stroms, wobei eine Verschiebung eines Mittelwerts nicht stattfindet;
- 3 ein Zeitdiagramm ähnlich zu der 2 mit einer Verschiebung des Mittelwerts; und
- 4 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt beispielhaft ein pulsbreitenmoduliertes Signal PWM über der Zeit t. Innerhalb einer Zeitspanne TD sind vorliegend zehn Perioden TC eines Choppersignals 10 dargestellt. Das Choppersignal 10 ist mit einem Dithersignal 12 zeitlich moduliert. Die Darstellung der 1 entspricht vorliegend einer ganzen Periode TD des Dithersignals 12. Vorliegend weist das modulierende Dithersignal 12 einen in etwa rechteckförmigen Verlauf aus. In einem ersten Zeitabschnitt T1 werden die dargestellten Chopperimpulse 14 um eine konstante Ditheramplitude DW zeitlich verlängert („+“). In einem zweiten Zeitabschnitt T2 der Darstellung werden die Chopperimpulse 14 um dieselbe Ditheramplitude DW zeitlich verkürzt („-“).
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Man erkennt, dass die zeitliche Modulation des Choppersignals 10 durch das Dithersignal 12 vorliegend nicht zu einer Verschiebung eines vorgegebenen Mittelwerts führt, da die mit „+“ und „-“ bezeichneten Veränderungen des Choppersignals 10 sich über die Periode TD genau aufheben. Eine unerwünschte Verschiebung kann jedoch dann auftreten, wenn eine Regelung des Choppersignals 10 die Chopperimpulse 14 zeitlich so verlängert, dass das überlagerte Dithersignal 12 mit seiner Ditheramplitude DW einen zeitlich darauf folgenden Chopperimpuls 14 berührt. Dies stellt sich als ein sogenannter Chopperaussetzer dar. Dadurch kann es beispielsweise im Zeitabschnitt T1 möglich sein, dass eine Impulspause 16 zumindest zeitweise verschwindet. Umgekehrt kann es während des Zeitabschnitts T2 geschehen, dass der Chopperimpuls 14 dann verschwindet, wenn die Länge des Chopperimpulses 14 kleiner als die Ditheramplitude DW des Dithersignals 12 ist. Dieser Effekt kann beispielsweise auftreten, wenn die Ditheramplitude DW ungünstig zu einem Regelbereich des Choppersignals 10 gewählt ist.
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In einem anderen Fall kann es möglich sein, dass eine in Abhängigkeit des modulierten Choppersignals 10 angesteuerte Last infolge einer induktiven Komponente nicht in der Lage ist, vorübergehend einen vorgegebenen Sollwert eines über die Last fließenden Stroms zu übernehmen. In diesem Fall ist es möglich, dass eine Regelung des Choppersignals 10 die Impulslänge des Chopperimpulses 14 vergrößert, um einen Strom durch die Last zu erzwingen. In diesem Fall berühren sich zwei aufeinanderfolgende Chopperimpulse 14, so dass wiederum die Impulspause 16 verschwindet. Dies ist in der Zeichnung der 1 jedoch nicht dargestellt.
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Die erfindungsgemäße zusätzliche Auswertung des über die Last fließenden Stroms während einer oder mehrerer Ditherperioden TD ermöglicht es jedoch, solche Chopperaussetzer zu erkennen, beziehungsweise, die dadurch verursachte Mittelwertverschiebung zu korrigieren. Dies ist sowohl dann möglich, wenn sich zwei aufeinanderfolgende Chopperimpulse 14 berühren, oder umgekehrt, wenn eine Impulspause 16 über eine Chopperperiode TC hinausgeht, so dass einer oder mehrere Chopperimpulse 14 zumindest zeitweise verschwinden.
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Es versteht sich, dass die zeitliche Modulation des Choppersignals 10 durch das Dithersignal 12 auch einen anderen als den dargestellten rechteckförmigen Verlauf aufweisen kann, beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf.
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2 zeigt einen zeitlichen Verlauf des über die Last fließenden Stroms I, der mittels des durch das Dithersignal 12 modulierten Choppersignals 10 geregelt wird. Auf der Abszisse des dargestellten Koordinatensystems ist die Zeit t aufgetragen, und auf der Ordinate ist der über die Last fließende Strom I aufgetragen. Drei senkrechte gestrichelte Linien kennzeichnen entsprechend der 1 die Dauer einer Ditherperiode TD, sowie den ersten Zeitabschnitt T1 und den zweiten Zeitabschnitt T2.
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Vorliegend weist die Last einen erheblichen induktiven Anteil auf, und entsprechend weist der Strom I - abweichend von der Darstellung des PWM-Signals der 1 - sowohl in Bezug auf die Chopperperiode TC als auch in Bezug auf die Ditherperiode TD abschnittsweise einen in etwa exponentiellen Zeitverlauf auf.
Man erkennt in der 2, dass das Choppersignal 10 im vorliegenden Zeitraster durch regelmäßige Chopperimpulse 14 und daran anschließende regelmäßige Impulspausen 16 charakterisiert ist. Das bedeutet, dass die Last jedes Mal innerhalb einer Chopperperiode TC in der Lage ist, einen Sollwert für den Mittelwert des Stroms I in einen entsprechenden Istwert des Mittelwerts umzusetzen. In dem in der 2 gezeigten Fallbeispiel kann es daher ausreichend sein, eine Auswertung des Mittelwerts des Stroms I nur in Abhängigkeit der Periode TC des Choppersignals 10 durchzuführen.
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3 zeigt in einer zu der 2 vergleichbaren Darstellung ein Fallbeispiel, bei dem der Istwert des Mittelwerts des Stroms I nicht in allen Perioden TC des Choppersignals 10 den geforderten Sollwert erreichen kann.
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Man erkennt, dass an beispielhaft mit den Pfeilen 22 bezeichneten Stellen jeweils mindestens ein Chopperimpuls 14 fehlt, und an beispielhaft mit den Pfeilen 24 bezeichneten Stellen mindestens eine Impulspause 16 des Choppersignals 10 fehlt. Eine Regelung, welche allein auf Mittelwerten basiert, die in Abhängigkeit der Periode TC des Choppersignals 10 ermittelt werden, kann daher zu einer erheblichen Verschiebung des Mittelwerts des Stroms I führen.
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Wird dagegen ein zweiter Mittelwert des Stroms I über eine oder mehrere Periode(n) TD des Dithersignals 12 gebildet, so kann die Regelung des Stroms I derart beeinflusst werden, dass eine Verschiebung des Mittelwerts nicht stattfindet. Die Mittelwertverschiebung kann auch gefiltert, integriert oder in ihrer (zeitlich darstellbaren) Fläche bewertet werden und an einer geeigneten Stelle im Regelkreis korrigiert werden. Dazu sind mehrere Möglichkeiten gegeben:
- (a) es wird eine direkte Korrektur der Führungsgröße, das heißt, des vorgegebenen Sollwerts des Stroms I vorgenommen;
- (b) es wird ein zusätzlicher Regelkreis verwendet, der ergänzend zu der Regelung des ersten Mittelwerts des Stroms I über einer Periode TC des Choppersignals 10, den über die Periode TD des Dithersignals 12 ermittelten zweiten Mittelwert verwendet, um den vorgegebenen Sollwert des Stroms I zu korrigieren;
- (c) es wird ein Ausgangswert eines Reglers abhängig von dem zweiten Mittelwert korrigiert;
- (d) es wird mindestens zeitweise eine Amplitude des Dithersignals 12 verändert, vorzugsweise verkleinert; und/oder
- (e) es wird mindestens zeitweise eine Amplitude und/oder eine Frequenz und/oder ein Tastverhältnis des Choppersignals 10 verändert.
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Dabei können die unter den Punkten (a) bis (e) beschriebenen Möglichkeiten auch kombiniert werden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Regelung einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein, oder mehrere Regelstufen können ineinander verschachtelt sein. Ebenso kann die Regelung des Stroms I analog, digital oder in einer beliebigen Weise gemischt ausgeführt werden.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Regelung in diskreter Technik, mittels einer oder mehrerer integrierter Schaltungen, kundenspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), frei programmierbarer integrierter Schaltungen (FPGA), einem Mikrocontroller (MC) und/oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) ausgeführt sein.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung 30. In einem oberen Bereich der 4 sind vier Vorwärtsglieder der Regeleinrichtung 30 angeordnet, wobei die Abarbeitung im Wesentlichen in der Zeichnung von links nach rechts erfolgt. Im unteren Bereich der 4 sind zwei Rückführungen der Regeleinrichtung 30 angeordnet. Vorliegend ist die Regeleinrichtung 30 als eine elektronische Schaltung 31 ausgeführt.
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In einem Block 32 ganz links in der Zeichnung wird ein Sollwert 34 eines Stroms I von einem nicht dargestellten Steuergerät vorgegeben. Nach Abarbeitung durch die Regeleinrichtung 30 ergibt sich daraus in der Zeichnung rechts ein Istwert des Stroms I, welcher nachfolgend durch eine (nicht dargestellte) Last fließt. Zunächst werden Blöcke der Regeleinrichtung 30 beschrieben, wie sie für eine Regelung in Abhängigkeit von der Periode TC des Choppersignals 10 verwendet werden. In einem Addierer 36 wird zu einer von dem Sollwert 34 abgeleiteten Folgegröße 66 das Dithersignal 12 eines Dithergenerators 40 addiert. Ein Ausgangssignal 42 des Addierers 36 wird nachfolgend über einen ersten Regler 44 geführt, und ein Ausgangssignal 46 des Reglers 44 wird anschließend über eine Regelstrecke 48 geführt, woraus sich der Strom I ergibt. Die Regelstrecke 48 umfasst einen (nicht dargestellten) Generator zur Erzeugung des Choppersignals 10, wobei ein Verhältnis der Chopperimpulse 14 zu den Impulspausen 16 in Anhängigkeit des Ausgangssignals 46 eingestellt wird. Weiterhin umfasst die Regelstrecke 48 eine Treiberstufe und/oder eine Endstufe zur Abgabe des Stroms I an die Last.
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In einem Block 50 wird der Strom I ermittelt. Aus dem ermittelten Istwert des Stroms I werden in einem Block 52 fortlaufend für jede Periode TC des Choppersignals 10 erste Mittelwerte 53 ermittelt. Nach dem Ende jeder Periode TC des Choppersignals 10 liegt somit jeweils ein neuer erster Mittelwert 53 vor.
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Eine den ersten Mittelwert 53 charakterisierende erste Größe 54 wird vorliegend mit inversem Vorzeichen dem Addierer 36 zugeführt, wodurch ein im Wesentlichen durch die Blöcke 44, 48, 50 und 52 gebildeter erster (innerer) Regelkreis gebildet wird. Der erste Regelkreis ist somit dazu ausgebildet, den Strom I entsprechend dem Sollwert 34 in einem durch das Choppersignal 10 bestimmten Zeitraster zu regeln.
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Nachfolgend werden Blöcke der Regeleinrichtung 30 beschrieben, wie sie erfindungsgemäß zusätzlich zu dem beschriebenen ersten Regelkreis verwendet werden. Ein Block 56 ermittelt fortlaufend beispielsweise für jede Periode TD des Dithersignals 12 zweite Mittelwerte 57. Beispielsweise nach dem Ende jeder Periode TD des Dithersignals 12 liegt somit jeweils ein neuer zweiter Mittelwert 57 vor.
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Eine den zweiten Mittelwert 57 charakterisierende zweite Größe 58 wird vorliegend mit inversem Vorzeichen einem Addierer 60 zugeführt. Ein Ausgangssignal 62 des Addierers 60 wird einem zweiten Regler 64 zugeführt, und ein Ausgangssignal 66 des zweiten Reglers 64 wird dem Addierer 36 zugeführt, wodurch ein im Wesentlichen durch die Blöcke 64, 44, 48, 50 und 56 gebildeter zweiter Regelkreis gebildet wird.
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Man erkennt, dass der zweite Regelkreis in der Regeleinrichtung 30 in Bezug auf den ersten (inneren) Regelkreis einen „äußeren“ Regelkreis bildet. Beide Regelkreise benutzen die Blöcke 36, 44, 48 und 50 gemeinsam und sind somit ineinander verschachtelt. Weil vorliegend die Periode TD des Dithersignals 12 mehrere Perioden TC des Choppersignals 10 umfasst, kann der zweite Regelkreis durch den Betrieb des ersten Regelkreises auftretende mögliche Verschiebungen eines Mittelwerts 68 des Stroms I erfindungsgemäß ausregeln. Dies erfolgt, indem der Sollwert 34, welcher eine Führungsgröße der Regeleinrichtung 30 darstellt, unmittelbar durch die zweite Größe 58 und mittels des Addierers 60 korrigiert werden kann. Dies gelingt besonders gut für solche Verschiebungen des Mittelwerts 68, die abhängig von dem Dithersignal 12 entstehen und/oder mit der Periode TD des Dithersignals 12 zeitlich korreliert sind.
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Der Mittelwert 68 des über die Last fließenden Stroms I kann unabhängig von dem Mittelwert 57 ermittelt werden; er stellt eine außerhalb der Regeleinrichtung 30 messbare Größe dar und wird vorzugsweise ebenfalls über ganzzahlige Vielfache der Periode TD des Dithersignals 12 ermittelt.
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Die Auswertung des Stroms I beziehungsweise die Bildung des Mittelwerts 53 kann über eine Periode TC des Choppersignals 10, über einen Teil der Periode TC, oder über ein ganzzahliges Vielfaches der Periode TC erfolgen. In ähnlicher Weise kann auch die erfindungsgemäße Auswertung des Stroms I beziehungsweise die Bildung des Mittelwerts 57 über eine Periode TD des Dithersignals 12, über einen Teil der Periode TD, oder über ein ganzzahliges Vielfaches der Periode TD erfolgen.
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Weiterhin können auch mehrere Ströme I mittels der Regeleinrichtung 30 unabhängig voneinander geregelt werden, indem jeder der Ströme I durch eine eigene Regeleinrichtung 30 geregelt wird. Dies ist in der 4 jedoch nicht dargestellt.
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Es versteht sich, dass die Regeleinrichtung 30 nach der 4 technisch vielfältige Ausgestaltungen ermöglicht. Beispielsweise kann die Regeleinrichtung 30 analog oder digital oder gemischt analog und digital ausgeführt sein. Außerdem kann sie als eine diskrete Schaltung, eine integrierte Schaltung, eine kundenspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine frei programmierbare integrierte Schaltung (FPGA), ein Mikrocontroller und/oder als ein digitaler Signalprozessor (DSP) ausgeführt sein.
