DE102011001610B4 - Method for controlling magnetic coils (solenoids) - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Ansteuern von Magnetspulen-Vorrichtungen wobei es folgende Schritte umfasst:synchrone Pulsbreitenmodulation (PWM) eines elektrischen Stroms, der von einer Referenzstromquelle mit einem bestimmten Referenzstrom (I) durch zumindest einen über Komponenten (T,TT) adressierten Strompfad aus einer Anzahl Nwählbaren parallelen Strompfaden geführt wird, wobei kadressierte Strompfade für eine erste wählbare Zeitdauer (T) synchron geöffnet werden und für eine zweite wählbare Zeitdauer (T) synchron geschlossen werden, und aus den NStrompfaden N-knicht adressierte Strompfade für die beiden Zeitdauern (T+T) geschlossen sind;a. synchrone Pulsbreitenmodulation eines Magnet-Spulenstroms (I) durch Kanalisierung desselben durch zumindest einen aus einer Anzahl von Nüber Komponenten (T,TT) adressierbaren parallelen Strompfaden, wobei kadressierte Pfade zeitgleich für die erste wählbare Zeitdauer (T) synchron geöffnet werden und für die zweite wählbare Zeitdauer (T) synchron geschlossen werden, und aus den N) geschlossen sind;b. jedem Pfad kdes Referenzstromes ist mindestens ein Pfad kdes Spulenstromes zugeordnetc. Verwenden der Stromspiegelungsmethode zur Vervielfachung des Referenz-Stromes (I) zur Erlangung eines definierten Spulenstromes (I), wobei jedem adressierten Pfad aus kvon NPfaden für den Referenzstrom ein um das Vielfache breiterer Pfad aus kvon NPfaden für den Spulenstrom zugeordnet ist, sodass diese einander zugeordneten Pfad-Paare das gleiche Verhältnis (Q) der Pfadbreiten bei gegebener gemeinsamer Länge aufweisen;d. Messen aller Spannungsabfälle (e) entlang der NStrompfade für den Referenzstrom (I) und damit entlang der modulierenden Komponenten (T,TT) des Strompfades und Bildung eines ersten Durchschnittswertes (R) daraus, und Messen aller Spannungsabfälle (e) entlang der NStrompfade für die Magnetspule und damit entlang der modulierenden Komponenten (T,TT) für den Magnetspulenstrom und Bildung eines zweiten Durchschnittswertes (S) daraus,e. Erfassen eines ersten Abtastwertes (D) des ersten Durchschnittswertes (R) innerhalb zumindest eines gewählten Zeitschlitzes (6) und Erfassen von zumindest zwei Abtastwerten (Samples) (A, A,...,A) des zweiten Durchschnittswertes (S) innerhalb von zumindest zwei gewählten Zeitschlitzen (3,4,5), wobeialle Abtastwerte zyklisch genommen werden, zumindest jedoch in zwei Perioden des Pulsbreitensignals;f. Verwendung der Abtastwerte (A, A,...,A) des Spulenstromes als charakterisierenden Vektor für die elektrischen Eigenschaften der Spule in Abhängigkeit von Position und Geschwindigkeit des Magnetspulenkernes und Verwendung dieser Abtastwerte (A, A,...,A) zur Pulsbreitenregelung oder zur Detektion von Fehlverhalten (F/V) der Magnetspule;g. Verwenden eines Durchschnittswertes (A) von zumindest zwei der ermittelten Abtastwerte (A, A,...,A) der Spulenstrompfade und Verwenden des ersten Abtastwerts (D) der Referenzstrompfade um ein charakterisierendes Spannungsverhältnis (E) zwischen den Pfaden für den Spulenstrom (I) einerseits und den Pfaden für den Referenzstrom (I) andererseits zu bestimmen.A method of driving magnetic coil devices, comprising the steps of: synchronous pulse width modulation (PWM) of an electrical current flowing from a reference current source having a particular reference current (I) through at least one current path of a number of N selectable ones addressed via components (T, TT) Current paths is performed, wherein caddressed current paths are opened synchronously for a first selectable period of time (T) and closed synchronously for a second selectable period of time (T), and closed from the NStrompfaden N-crest current paths for the two periods (T + T) are; a. synchronous pulse width modulation of a solenoid coil current (I) by channeling it through at least one parallel current path addressable from a number of over components (T, TT), wherein caddressed paths are opened synchronously for the first selectable period (T) and selectable for the second selectable one Duration (T) are closed synchronously, and N) are closed; b. each path k of the reference current is associated with at least one path k of the coil current. Using the current mirroring method to multiply the reference current (I) to obtain a defined coil current (I), where each addressed path of k NPvon NPfaden for the reference current is assigned a multiply wider path of k NPN thread for the coil current such that they are associated with one another Path pairs have the same ratio (Q) of path widths given the common length; d. Measuring all voltage drops (e) along the NS current paths for the reference current (I) and thus along the modulating components (T, TT) of the current path and forming a first average value (R) thereof, and measuring all voltage drops (e) along the NS current paths for the current path Magnet coil and thus along the modulating components (T, TT) for the magnetic coil current and forming a second average value (S) thereof, e. Detecting a first sample (D) of the first average value (R) within at least one selected time slot (6) and detecting at least two samples (A, A, ..., A) of the second average value (S) within at least two selected time slots (3,4,5), where all samples are taken cyclically, but at least in two periods of the pulse width signal; f. Use of the samples (A, A, ..., A) of the coil current as a characterizing vector for the electrical properties of the coil as a function of position and speed of the magnet coil core and use of these samples (A, A, ..., A) for pulse width control or for the detection of faulty behavior (F / V) of the magnetic coil g. Using an average value (A) of at least two of the sampled values (A, A, ..., A) of the coil current paths and using the first sample value (D) of the reference current paths by a characterizing voltage ratio (E) between the paths for the coil current (I ) On the one hand and the paths for the reference current (I) on the other hand to determine.

Description

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Elektrotechnik, insbesondere auf Besonderheiten von Halbleiterschaltkreisen für die Ansteuerung von Solenoiden (Magnetspulen). Gezeigt wird eine Methode um die Bewegungen der beweglichen Teile (Anker) zu steuern und deren aktuelle Position innerhalb der Magnetspulen zu verfolgen. In dieser Erfindung werden Strom-Spiegelung und Abtastung (Sampling) von Spannungsabfällen zu unterschiedlichen Zeitpunkten an parallel verbundenen Transistoren für das Leiten des Magnetspulenstroms verwendet. Diese Transistoren dienen zur Spulenstromsteuerung durch Pulsbreitenmodulation (Pulsewidthmodulation, PWM). Die Erfindung erlaubt eine verbesserte Genauigkeit und eine höhere Geschwindigkeit für elektromechanisch gesteuerte Systeme. Sie ermöglicht das Erkennen von Fehlverhalten wie durch Blockierung des Ankers (des beweglichen Teiles des Solenoides) innerhalb der Magnetspule.The proposed invention relates to the technical field of electrical engineering, in particular to special features of semiconductor circuits for the control of solenoids (magnetic coils). Shown is a method to control the movements of the moving parts (armature) and to track their current position within the magnetic coils. In this invention, current mirroring and sampling of voltage drops at different times on parallel connected transistors are used to conduct the solenoid current. These transistors are used for coil current control by pulse width modulation (PWM). The invention allows improved accuracy and speed for electromechanically controlled systems. It makes it possible to detect misbehavior such as by blocking the armature (the moving part of the solenoid) within the solenoid coil.

Treiber für Magnetspulen werden in vielen Anwendungen verwendet, wie für Dispenser von Fluiden, Ventile und Magnetschalter. Zur Ansteuerung solcher Magnetspulen ist die Verwendung von PWM Signalen vorteilhafter gegenüber jener durch Gleichstrom. Das PWM Signal in dieser Erfindung kann einfach durch eine Zentralprozesseinheit (central processing unit, CPU) erzeugt werden. Die Stromregelung ist dadurch erleichtert. Das PWM Taktverhältnis bestimmt den Wert des Stromes durch die Magnetspule und verursacht somit die Bewegung des Ankers innerhalb der Spule. Der Maximalstrom durch die Magnetspule wird zu Beginn der relativen Bewegung des Ankers gegenüber derselben benötigt, insbesondere beim Übergang zur aktiven Position. Aufgrund der Bewegung des Ankers ändert sich die Induktivität der Magnetspule, auch aufgrund der neuen relativen Position des Ankers gegenüber der Spule.Magnetic coil drivers are used in many applications, such as dispensing fluids, valves and magnetic switches. To control such solenoid coils, the use of PWM signals is more advantageous over that of DC. The PWM signal in this invention can be easily generated by a central processing unit (CPU). The current control is facilitated. The PWM duty cycle determines the value of the current through the solenoid coil and thus causes the movement of the armature within the coil. The maximum current through the solenoid is required at the beginning of the relative movement of the armature relative to the same, in particular during the transition to the active position. Due to the movement of the armature, the inductance of the solenoid changes, also due to the new relative position of the armature relative to the coil.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Verschiedene Vorschläge zur Magnetspulenansteuerung finden sich in der Literatur:

• US 7 740 225 B1 „Self Adjusting Solenoid Driver and Method“ schlägt ein Verfahren zum automatischen Anpassen des Treiberausganges vor, wobei die Versorgungsspannungsdrift kompensiert wird. Der Treiberschaltkreis erzeugt ein Ausgangssignal für die Magnetspule mit einer zeitabhängigen Komponente, welche eine Funktion der Versorgungsspannung ist. Zum Beispiel kann diese Komponente die Spitzenstromdauer sein. Folglich passt sich der Treiber automatisch der Versorgungsspannung an, und kann auch bei unterschiedlichen Versorgungen verwendet werden. Des Weiteren ist in diesem Patent ein Verfahren genannt, worin der Treiberschaltkreis ein Ausgangssignal als Funktion der Versorgungsspannung liefert.
• US 7 161 787 B2 „Low Power Solenoid Driver Circuit“, ein Magnetspulentreiber für geringe Leistungsaufnahme, verwendet ein Steuersignal von dessen Abhängigkeit die Magnetspule mit zwei unterschiedlichen Energieniveaus versorgt wird, ein höherer „Setz-Pegel“ und ein niedrigerer „Halte-Pegel“. Die Erzeugung dieser zwei Pegel wird durch das Steuersignal sichergestellt, sodass der „Setz-Pegel“ immer dann gilt, wenn der Spulenstrom aktiviert wird. Unerwünschte zeitliche Schwankungen des Signals werden dadurch minimiert.
• US 6 175 484 B1 „Energy Recovery Circuit Configuration for Solenoid Injector Driver Circuits“ beschreibt, dass die induzierte Energie in der Spule im Passivverhalten durch Verkoppeln mehrerer Magnetspulen miteinander, wieder genutzt wird. Dazu dienen Schalter für höhere Spannungen.
• US 4 729 056 A beschreibt einen „Solenoid Driver Control Circuit with Initial Boost Voltage“, also einen Magnetspulen-Ansteuerungsschaltkreis mit kurzen Ansprechzeiten und minimierter Verlustleistung und mit geringer Belastung für den Schaltkreis.
• US 5 703 748 A „Solenoid Driver Circuit and Method“ ermöglicht eine Verringerung der Geschwindigkeit des beweglichen Ankers. Patent US 6,061,224 zeigt einen „PWM Solenoid Driver“ also einen Treiber mit Pulsweitenmodulation. Der spart Energie, indem die Signalpulsbreite während der Übergangsphase zwischen zwei Endpositionen des Ankers der Spule reduziert wird.

Various proposals for solenoid control can be found in the literature:

• US 7 740 225 B1 "Self Adjusting Solenoid Driver and Method" proposes a method of automatically adjusting the driver output, compensating for the supply voltage drift. The driver circuit generates an output signal for the solenoid having a time dependent component which is a function of the supply voltage. For example, this component may be the peak current duration. As a result, the driver automatically adapts to the supply voltage and can also be used with different supplies. Furthermore, this patent mentions a method in which the driver circuit provides an output signal as a function of the supply voltage.
• US Pat. No. 7,161,787 B2 Low Power Solenoid Driver Circuit, a low power solenoid driver, uses a control signal whose dependency provides the solenoid with two different energy levels, a higher "set level" and a lower "hold level". The generation of these two levels is ensured by the control signal, so that the "set level" always applies when the coil current is activated. Unwanted temporal fluctuations of the signal are thereby minimized.
• US 6 175 484 B1 "Energy Recovery Circuit Configuration for Solenoid Injector Driver Circuits" describes that the induced energy in the coil is reused in the passive behavior by coupling several solenoids together. These are switches for higher voltages.
• US 4 729 056 A describes a "Solenoid Driver Control Circuit with Initial Boost Voltage", that is, a solenoid drive circuit with short response times and minimized power dissipation and with low stress on the circuit.
• US 5 703 748 A "Solenoid Driver Circuit and Method" allows a reduction in the speed of the moving armature. patent US 6,061,224 shows a "PWM Solenoid Driver" so a driver with pulse width modulation. This saves energy by reducing the signal pulse width during the transition phase between two end positions of the armature of the coil.

Kompensation von Drift, Reduktion von Signalschwankungen und Energieverlust, sowie Geschwindigkeits-Verbesserung sind somit die unterschiedlichen Betrachtungspunkte in den bekannten Erfindungsveröffentlichungen. Dazu werden mehr oder weniger unterschiedliche zusätzliche Anforderungen an die Schaltungen gestellt.Compensation of drift, reduction of signal fluctuations and energy loss, as well as speed improvement are thus the different viewpoints in the known publications of the invention. These are more or less different additional requirements placed on the circuits.

In US 4 604 675 A „Fuel Injection Solenoid Driver Circuit“, wird ein Magnetspulentreiber für Einspritzpumpen verwendet, ein Speicherkondensator zur Energiegewinnung sowie Details zur Verringerung der thermischen Verluste. Unterschiedliche Wege zur Reduktion des Magnetspulenstromes wurden in der Patentliteratur beschrieben. Hat der Spulenanker die Zielposition erreicht wird der Spulenstrom reduziert, z.B. in US 5 347 419 A „A Current Limiting Solenoid Drive“, in US 6 469 885 B1 „A Power Saving Circuit for Solenoid Driver“ und in US 4 890 188 A „A Solenoid Driver System“.In US 4 604 675 A "Fuel Injection Solenoid Driver Circuit" uses a solenoid driver for injection pumps, a storage capacitor for power generation and details to reduce thermal losses. Different ways to reduce the magnetic coil current have been described in the patent literature. If the coil armature has reached the target position, the coil current is reduced, eg in US 5 347 419 A "A Current Limiting Solenoid Drive", in US Pat. No. 6,469,885 B1 "A Power Saving Circuit for Solenoid Driver" and in US 4,890,188 A "A Solenoid Driver System".

Wichtig ist eine genaue Kenntnis der Position des Ankers innerhalb der Magnetspule. Dadurch kann durch Stromreduktion Energie eingespart werden. Die Position des Ankers kann über die Induktionsveränderung ermittelt werden. Ein bekanntes Verfahren zur Induktivitätsermittlung basiert auf der Ansteuerung mit einem Referenzstrom über eine bestimmte Zeitdauer und einer anschließenden Phase zur Bestimmung der Abfallszeit des Stromwertes. Die Unterschiede in den erfassten Stromabnahmedauern dienen der Information über die Ankerposition, da hier eine Abhängigkeit von der Induktivität besteht. Das ist in US 5 053 911 A „Solenoid Closure Detection“ offenbart. It is important to have a precise knowledge of the position of the armature within the solenoid coil. This can save energy through power reduction. The position of the armature can be determined via the induction change. A known method for inductance determination is based on the control with a reference current over a specific period of time and a subsequent phase for determining the fall time of the current value. The differences in the recorded current consumption times serve to inform about the anchor position, since there is a dependence on the inductance. Is in US 5 053 911 A Solenoid Closure Detection disclosed.

US 5 784 245 A „Solenoid Driver and Method for Determining Solenoid“ beschreibt die Verwendung von zwei Referenz-Strom-Pulsen, einer im „aus“-Zustand der andere im „ein“ Zustand von zwei Referenzstrompulsen der Magnetspule. Die Zeitdauer der Stromabkling-phasen und das Verhältnis dieser Zeitdauern werden berechnet. Anhand dieses Verhältnisses kann die Ankerposition über Kalibriertabellen oder Berechnung ermittelt werden. US 5,784,245 A "Solenoid Driver and Method for Determining Solenoid" describes the use of two reference current pulses, one in the "off" state and the other in the "on" state of two reference current pulses of the solenoid. The duration of the current decay phases and the ratio of these time periods are calculated. Based on this ratio, the anchor position can be determined via calibration tables or calculation.

Aus der DE 195 29 433 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zum Überwachen eines Endstufenbausteins bekannt, wobei Referenzstromquellen mit Stromspiegel und zudem parallele Strompfade zur synchronen Stromüberwachung eingesetzt sind.From the DE 195 29 433 A1 In addition, a method for monitoring a power amplifier module is known, with reference current sources with current mirror and also parallel current paths are used for synchronous current monitoring.

ERFINDUNGS-HINTERGRUNDFiction BACKGROUND

Zielgebung solcher Erfindungen ist es, ein Verfahren zu erlangen, den Strom durch eine Magnetspule präzise zu bestimmen und die genaue Position des Ankers innerhalb derselben zu detektieren. Für die Spulenstromerfassung könnte beispielsweise der Spannungsabfall an einem bekannten ohmschen Widerstand gemessen werden, dann verstärkt werden und schließlich weiterverarbeitet werden.The aim of such inventions is to provide a method of accurately determining the current through a solenoid and detecting the exact position of the armature within it. For the coil current detection, for example, the voltage drop across a known ohmic resistance could be measured, then amplified and finally further processed.

In der hier offenbarten Erfindung wird eine genauere Methode zur Bestimmung des Magnetspulenstromes vorgeschlagen. Sie kombiniert die bekannten Verfahren der Stromspiegelung und der Erfassung von Spannungsabfällen an einerseits kleinen Transistoren, die mit einer Referenzstromquelle verbunden sind, und andererseits an größeren Leistungstransistoren, die über die Magnetspule mit der Versorgungsspannung in Verbindung stehen. Die gemessenen Spannungsabfälle zwischen den Source- (bzw. Kollektor) und Drain-(bzw. Emitter-) Anschlüssen der Transistoren werden zu bestimmten Zeitschlitzen abgetastet. Das resultiert in einer einzigartigen Signatur des Solenoids und diese Signatur korreliert zu einer bestimmten Ankerposition in Bezug auf die Magnetspule.In the invention disclosed herein, a more accurate method for determining the solenoid current is proposed. It combines the known methods of current mirroring and the detection of voltage drops on the one hand small transistors which are connected to a reference current source, and on the other hand to larger power transistors which are connected via the magnetic coil to the supply voltage. The measured voltage drops between the source (or collector) and drain (or emitter) terminals of the transistors are sampled at specific time slots. This results in a unique signature of the solenoid and this signature correlates to a particular armature position relative to the solenoid.

Des Weiteren ist eine Fehler-Erkennung möglich. Die Signatur des Solenoides spiegelt die Form der Stromkurve über die Zeit wider. Diese Form wird über die Spannungsabfälle an den Treibertransistoren für die Magnetspulen während der Strom-„EIN“ Phase des PWM-Signales grob erfasst, wobei dieses PWM-Signal an den Gate-(bzw. Basis-)Anschlüssen anliegt und den definierten Strom durchschaltet. Die Signatur hängt einerseits von den Eigenschaften der Magnetspule (der Spuleninduktanz, dem Spulenwiderstand) ab, und andererseits von der Ankerposition, die diese Größen verändert.Furthermore, an error detection is possible. The signature of the solenoid reflects the shape of the current curve over time. This shape is roughly detected via the voltage drops across the driver transistors for the solenoids during the current "ON" phase of the PWM signal, which PWM signal is applied to the gate (or base) terminals and turns on the defined current. The signature depends on the one hand on the properties of the magnetic coil (the coil inductance, the coil resistance), and on the other hand on the anchor position, which changes these sizes.

Eine genaue Messung und Analyse dieser Signatur mithilfe von vorzugsweise eines Mikroprozessors ist die Kernaufgabe der Erfmdung. Die näherungsweise Erfassung der Stromkurven erfolgt über Sample- und Hold-Technik (Abtast- und Halteverfahren). Dabei wird eine Werttabelle von mehreren Abtastwerten über die Zeit gebildet, welche einen Vergleich mit gespeicherten Werten z.B. aus einem Kalibrierzyklus ermöglicht.Accurate measurement and analysis of this signature using preferably a microprocessor is the core object of the invention. The approximate detection of the current curves via sample and hold technique (sample and hold method). A value table of several samples over time is formed, which compares with stored values, e.g. from a calibration cycle.

Wird die Messung eines Spannungsabfalls anhand eines bekannten Widerstandes dazu verwendet den Spulenstrom zu ermitteln, ergäbe sich neben durch die dadurch verursachte Verlustleistung ungewünschte Wärmebildung. Darüber hinaus ist die Integration genauer Widerstände nicht einfach und benötigt in der Produktion Trimmen. Folglich ist eine solche Lösung ungeeignet, insbesondere bei Anwendungen mit höherer Leistung.If the measurement of a voltage drop using a known resistance used to determine the coil current, would result in addition to the power loss caused thereby undesirable heat generation. In addition, the integration of accurate resistances is not easy and requires trimming in production. Consequently, such a solution is unsuitable, especially in higher power applications.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Basierend auf den Stand der Technik wurde ein neues Verfahren gesucht, um eine Magnetspule mit beweglichem Anker anzusteuern, wobei höhere Geschwindigkeit und Positioniergenauigkeit bei möglichst geringem Energiebedarf zu einer verbesserten Performance beitragen sollen. Mögliche Fehler sollen frühzeitig erkannt werden, um mögliche Schäden oder Folgeschäden rechtzeitig zu vermeiden. Der Wert der Stromdichte soll so konstant wie möglich gehalten werden, aber auch an einen großen Strom-Amplitudenbereich anpassbar sein. Die aktuelle Position des Ankers oder bewegten Teiles durch die Magnetspule soll so genau wie möglich bestimmbar sein. Ein einfaches Steuerprinzip wurde gesucht, welches mit Mikroprozess-Kontrolle sowohl die PWM-Ansteuerung ermöglicht aber auch eine Regelung durch einen geschlossenen Regelkreis erlaubt. Änderungen in der Versorgung, beispielsweise aufgrund des Batteriezustands oder aufgrund unterschiedlicher angewandter Versorgungsspannungen innerhalb eines Bereiches, Änderungen aufgrund ändernder Umgebungstemperaturen sollen ebenso berücksichtigt werden, wie produktionsbezogene Schwankungen der Systemeigenschaften. Der Einfluss all dieser Parameter soll minimierbar werden.Based on the prior art, a new method has been sought to drive a magnetic coil with a movable armature, with higher speed and positioning accuracy with the lowest possible energy consumption to improve performance should contribute. Possible errors should be detected early to avoid possible damage or consequential damage in good time. The value of the current density should be kept as constant as possible, but also be adaptable to a large current amplitude range. The current position of the armature or moving part through the solenoid coil should be determined as accurately as possible. A simple control principle was sought, which allows both the PWM control with micro-process control but also allows closed-loop control. Changes in the supply, for example due to the battery condition or due to different applied supply voltages within a range, changes due to changing ambient temperatures should be considered as well as production-related fluctuations of the system properties. Of the Influence of all these parameters should be minimized.

DIE ERFINDUNGTHE INVENTION

Die oben genannten Aufgaben der Erfindung wurden gemäß den dargelegten Ansprüchen gelöst. Dazu zeigt das entwickelte Verfahren zum Ansteuern von Magnetspulen-Vorrichtungen folgende Elemente:The above objects of the invention have been achieved according to the claims set forth. For this purpose, the developed method for driving magnet coil devices shows the following elements:

Strom von einer Referenzstromquelle wird durch zumindest einen - über aus einer Anzahl N₁ Komponenten adressierten Strompfad geführt. Die Komponenten dienen dabei zur gleichzeitigen Pulsweitenmodulation des Stromes und sind elektrisch parallel geschaltet. Jede von der Ansteuerung ausgewählte Komponente der Teilpfade wird für eine erste wählbare Zeitdauer synchron geöffnet und für eine zweite wählbare Zeitdauer synchron geschlossen. Nicht benötigte Pfade sind die gesamte Zeit über geschlossen. Gleichzeitig mit der Pulsbreitenmodulation des Referenzstromes erfolgt die Pulsbreitenmodulation des Magnet-Spulenstromes durch Leitung dieses Stromes durch eine gleiche oder vielzahlige Anzahl von durch weitere N₂ Komponenten adressierbare parallele Strompfade. Auch hier werden die adressierten Pfade zeitgleich für die erste wählbare Zeitdauer synchron geöffnet und für die zweite wählbare Zeitdauer synchron geschlossen und nicht benötigte Pfade die gesamte Zeit über geschlossen.Current from a reference current source is passed through at least one current path addressed by a number N ₁ components. The components serve for the simultaneous pulse width modulation of the current and are electrically connected in parallel. Each component of the subpaths selected by the driver is opened synchronously for a first selectable period of time and closed synchronously for a second selectable period of time. Unnecessary paths are closed the entire time. Simultaneously with the pulse width modulation of the reference current, the pulse width modulation of the solenoid coil current is carried out by passing this current through an equal or multiple number of addressable by further N ₂ components parallel current paths. Again, the addressed paths are opened synchronously at the same time for the first selectable period of time and closed synchronously for the second selectable period of time and unnecessary paths are closed the entire time.

Entlang aller paralleler Strompfade für den Referenzstrom einerseits und für den Spulenstrom andererseits werden die Spannungsabfälle über die der Modulation dienenden Komponenten gemessen und Durchschnittswerte gebildet.Along all the parallel current paths for the reference current on the one hand and for the coil current on the other hand, the voltage drops across the components serving for the modulation are measured and averages are formed.

Der Durchschnittswert für den Referenzstrom-Spannungsabfall wird innerhalb zumindest eines gewählten Zeitschlitzes der gesamten Pulsperiode abgetastet und zwischengespeichert. Der Durchschnittswert für den Spulenstrom-Spannungsabfalls wird innerhalb von zumindest zwei gewählten Zeitschlitzen ebenfalls abgetastet und zwischengespeichert. Alle Abtastwerte werden zyklisch genommen, zumindest jedoch in zwei Perioden des Pulsbreitensignals.The average value for the reference current voltage drop is sampled and buffered within at least one selected time slot of the entire pulse period. The average value for the coil current drop is also sampled and latched within at least two selected time slots. All samples are taken cyclically, but at least in two periods of the pulse width signal.

Die Abtastwerte für den Spulenstrom-bedingten Spannungsabfall-Durchschnittswert an den modulierenden Komponenten dienen als charakterisierender Vektor für die elektrischen Eigenschaften der Spule, in Abhängigkeit von Position und Geschwindigkeit des Magnetspulenkernes. Die Werte dieser so erhaltenen Signatur, gegeben durch den Abtastwerte-Vektor werden durch eine Kontrollvorrichtung zur Pulsbreitenregelung oder zur Detektion von Fehlverhalten der Magnetspule verwendet. Abtastwerte für den Spulenstrom bestimmenden Spannungsabfall werden gemittelt und das Verhältnis zu jenen des Referenzstrompfades bestimmt. Somit wird Referenzstrom und Spulenstrom bestimmbar und genauer kontrollierbar.The sample values for the coil current-related voltage drop average value at the modulating components serve as a characterizing vector for the electrical properties of the coil, as a function of the position and velocity of the magnet coil core. The values of this signature thus obtained, given by the sample vector, are used by a control device for pulse width control or for the detection of magnetic coil malfunction. Sample values for the coil current determining voltage drop are averaged and the ratio to that of the reference current path determined. Thus, reference current and coil current can be determined and more precisely controlled.

Wesentlich für das Verfahrens ist es, dass Stromspiegelung zur Vervielfachung des Referenz-Stromes der Einstellung eines definierten Spulenstromes zur Anwendung kommt. Dazu wird jedem adressierten Pfad für den Referenzstrom ein um das Vielfache breiterer Pfad für den Spulenstrom zugeordnet. Diese einander zugeordneten Pfad-Paare haben jeweils das gleiche Verhältnis der Pfadbreiten zueinander bei einer gegebenen gemeinsamen Länge.It is essential for the method that current mirroring is used for multiplying the reference current of the setting of a defined coil current. For this purpose, each addressed path for the reference current is assigned a multiply wider path for the coil current. These mutually associated path pairs each have the same ratio of the path widths to each other at a given common length.

Jedem Referenzstrompfad ist mindestens ein Spulenstrompfad zugeordnet.Each reference current path is assigned at least one coil current path.

Zur Bildung der Abtastwerte wird vorzugsweise eine bekannte Sample-and-Hold Technik verwendet, wobei die Spannungswerte der PWM modulierten Pfade als gemittelte Signale in zumindest einem kapazitiven Element mithilfe von Schaltelemente zwischengespeichert werden. Dabei dienen Steuersignale beispielsweise aus einem Mikrokontroller der Wahl der Zeitschlitze innerhalb der PWM Signalperiode.To form the samples, a known sample-and-hold technique is preferably used, wherein the voltage values of the PWM modulated paths are latched as averaged signals in at least one capacitive element by means of switching elements. In this case, control signals serve, for example, from a microcontroller to select the time slots within the PWM signal period.

Für das Verfahren ist es günstig, dass zumindest zwei Spannungsmuster aus zwei Zeitfenstern hintereinander erfasst werden und anschließend parallel ausgewertet werden.For the method, it is favorable that at least two voltage patterns from two time windows are detected in succession and then evaluated in parallel.

Eine Analog-Digital-Umsetzung wird vorteilhaft verwendet, um die erfassten Spannungsmuster die in den Speicherkondensatoren analog vorliegen in digitale Register speichern zu können und infolge digital weiterzuverarbeiten.An analog-to-digital conversion is advantageously used in order to be able to store the detected voltage patterns, which are present in analogy in the storage capacitors, in digital registers and to further process them as a result of digital processing.

Mikroprozessor-Verarbeitung wird dazu genutzt, die Signatur (eine zustandscharakterisierende Darstellung) durch Speichern in zueinander bezogene Register zu erfassen und infolge eine Analyse der erfassten Abtastwerte beispielsweise durch Software zu ermöglichen. Insbesondere wird das Spannungsverhältnis zwischen den Spannungen an den modulierenden Elementen der Pfade für den Spulenstrom und dem Spannungsabfall am Referenzstrompfad auch unter Nutzung gespeicherter gewichteter Referenzwerte, die entweder durch Kalibrierung oder Berechnung oder aus Simulationsergebnissen bestimmt, vorzugsweise durch digitale Berechnung.Microprocessor processing is used to acquire the signature (a state-characterizing representation) by storing in registers related to each other, and to allow analysis of the acquired samples, for example, by software. In particular, the voltage relationship between the voltages on the modulating elements of the paths for the coil current and the voltage drop across the reference current path is also determined using stored weighted reference values determined either by calibration or calculation or from simulation results, preferably by digital calculation.

Über einen Mikroprozessor wird vorteilhaft die Pulsbreite über die modulierenden Elemente durch Ansteuersignale an deren Eingängen bestimmt. Diese modulierenden Elemente schalten die Strompfade eine bestimmte Zeit einer Periode ein und die restliche Zeit aus. Dadurch wird der mittlere Stromwert durch die Magnetspule variiert, also der Stromanstieg als auch der Stromabfall geregelt.Via a microprocessor, the pulse width over the modulating elements is advantageously determined by control signals at their inputs. These modulating elements turn on the current paths for a certain period of time and the rest of the time. This will be the mean current value through the solenoid varies, so the current increase as well as the current drop regulated.

Eine Auswahl der involvierten Pfade wird zweckmäßig über Steuersignale ausgewählt. Diese Auswahl dient somit zur Bestimmung der Gesamtstromdichte innerhalb der Pfade.A selection of the involved paths is expediently selected via control signals. This selection thus serves to determine the total current density within the paths.

Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert:

• 1 zeigt die zwei Hauptfunktionsblöcke nämlich das Leistungsmodul 11 und das Abtast-Modul 12. Diese werden normal mit einem Digitalblock für Evaluierungs- und Steuerungsaufgaben verbunden.
• 2 zeigt eine mögliche Realisierung des Leistungsmoduls 11 aus 1 mit Transistoren vom n-Typ um die zwei unterschiedlichen Ströme mit PWM-Signalen zu steuern.
• 3 zeigt einen möglichen Aufbau des Abtastmoduls 12 aus 1 bestehend aus den Blöcken zur Mittelwertbildung 31,32, die Abtasteinheit 33 und dem Block 34 für die Weiterverarbeitung der Abtastwerte.
• 4 zeigt eine mögliche Realisierung der Abtasteinheit 33 von 3 mit Operationsverstärker OPAMP in Spannungsfolger-Schaltung mit Eingangskondensator und Ausgangskondensatoren sowie den erforderlichen Schaltern.
• 5 ist ein Blockschaltbild für den möglichen Aufbau für den Block 34 für die Weiterverarbeitung der Abtastwerte aus 3 mit drei Blöcken: ein Block 51 zur Mittelung zweier abgetasteter Spannungsabfälle die repräsentativ für den Spulenstrom sind; ein zweiter Block 52 zur Durchführung der Signaturprüfung, um entweder eine gültige Signatur oder ein Fehlersignal zu erzeugen und ein dritter Block 53 zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen den gemittelten, Magnetspulenstrom-basierten Spannungsabfall-Abtastwerten und dem Abtastwert aus dem Referenzstrompfad.
• 6 zeigt ein typisches Zeitdiagramm der Steuersignale 3,4,5,6 an den Eingängen der Abtastschalter, am Steueranschluss der Transistoren 1 und das Zeitdiagramm am Ausgang des gemittelten Spannungsabfalls 2a aufgrund des Spulenstromes und des Spannungsabfalls 2b aufgrund des gespiegelten Stromes zum ausgeschalteten Referenz-Strompfad.

The invention is explained in more detail by the following examples:

• 1 Namely, the two main functional blocks show the power module 11 and the sampling module 12. These are normally connected to a digital block for evaluation and control tasks.
• 2 shows a possible implementation of the power module 11 from 1 with n-type transistors to control the two different currents with PWM signals.
• 3 shows a possible construction of the scanning module 12 1 consisting of the averaging blocks 31, 32, the scanning unit 33 and the block 34 for the further processing of the samples.
• 4 shows a possible implementation of the sampling unit 33 of 3 with operational amplifier OPAMP in voltage follower circuit with input capacitor and output capacitors as well as the required switches.
• 5 is a block diagram of the possible structure for the block 34 for the further processing of the samples from 3 with three blocks: a block 51 for averaging two sampled voltage drops representative of the coil current; a second block 52 for performing the signature check to generate either a valid signature or an error signal and a third block 53 for determining the ratio between the averaged, solenoid current-based voltage drop samples and the sample from the reference current path.
• 6 shows a typical timing diagram of the control signals 3,4,5,6 at the inputs of the sampling switches, at the control terminal of the transistors 1 and the timing diagram at the output of the averaged voltage drop 2a due to the coil current and the voltage drop 2b due to the mirrored current to the reference current path turned off.

Die vorgeschlagene Erfindung wird im Wesentlichen durch die Blöcke 11 und 12 wie in 1 gezeigt gelöst. Ein Pulsbreitenmodulationssignal PWM steuert die zwei Ströme I_r und I_s in des Leistungsmoduls 11. Ein Strom ist der Referenzstrom I_r der aus einer definierten Stromquelle stammt. Der andere Strom ist der Magnetspulenstrom I_s. Dieser Pfad verbindet die positive Versorgungsspannung über die Spule und die modulierenden Elemente mit dem negativen Versorgungspotential (power ground).Die Ausgänge des Leistungsmoduls 11 sind die Spannungssignale e_ri, e_sj, welche entlang der modulierenden Elemente eine Abbildung des Stromes durch dieselben darstellen. Ein Teil dieser Spannungssignale gehören zum Referenzstrom I_r und bilden die Spannungsabfälle e_ri entlang der modulierenden Elemente, wie Schalter für den Referenzstrom. Die restlichen Spannungssignale gehören zum Magnetspulenstrom I_s und bilden die Spannungsabfälle e_sj entlang der modulierenden Elemente, z.B. Schalter für den Spulenstrom.The proposed invention is essentially through the blocks 11 and 12 as in 1 shown solved. A pulse width modulation signal PWM controls the two currents I _r and I _s in the power module 11 , A current is the reference current I _r which originates from a defined current source. The other current is the solenoid current I _s . This path connects the positive supply voltage across the coil and the modulating elements to the negative power ground. The outputs of the power module 11 are the voltage signals e _ri , e _sj which represent an image of the current _therealong along the modulating elements. Some of these voltage signals belong to the reference current I _r and form the voltage drops e _ri along the modulating elements, such as switches for the reference current. The remaining voltage signals belong to the magnetic coil current I _s and form the voltage _drops e _sj along the modulating elements, eg switches for the coil current.

In 2 ist eine mögliche Schaltung des Leistungsmoduls 11 gezeigt, die N₁ Transistoren T_r1,T_r2,...,T_rN1 des n-Typs, beispielsweise NMOS-Transistoren verwendet, um die Referenzstromquelle mit dem Referenz-Masse-Anschluss zu verbinden; und sie verwendet N₂ Transistoren T_s1,T_s2,...,T_sN2 desselben Typs um den Magnetspulenstrom mit der Masse (power ground) zu verbinden. Die N₁ (beziehungsweise N₂) Transistoren sind parallel an ihren Drain- und Source Anschlüssen parallel miteinander verbunden. Die zugehörigen Steuerelektroden (Gates) sind an die Signale c_r1,c_r2,...c_ri,...c_rN1 für die Referenzstromseite und an die Signale c_s1,c_s2,...c_si,...c_sN2 für die Leistungsstromseite der Spulenspeisung angeschlossen. Es ist von Bedeutung, dass jeder Referenztransistor T_r1,T_r2,...,T_rN1 einen korrespondierenden Leistungs-Transistor T_s1,T_s2,...,T_sN2 für den Spulenstrom hat, der ein Vielfaches Q in seiner Dimensionierung M_si=i·Q=M_ri·Q aufweist, wobei M_ri=i und i=1,2,3,...In 2 is a possible circuit of the power module 11 shown, the n-type N ₁ transistors T _r1 , T _{r2, ...,} T _rN1 , for example, NMOS transistors used to connect the reference _current source to the reference ground terminal; and it uses N ₂ transistors T _s1 , T _{s2, ...,} T _{sN2 of the} same type to connect the solenoid _current to the ground (power ground). The N ₁ (or N ₂ ) transistors are connected in parallel with each other at their drain and source terminals. The associated control gates are connected to the signals c _r1 , c _r2 ,... C _ri ,... C _rN1 for the reference _{current side} and to the signals c _s1 , c _s2 ,... C _si , _{sN2 is connected} for the power current side of the coil supply. It is important that each reference transistor T _r1 , T _r2,..., T _{rN1 has} a corresponding power transistor T _s1 , T _s2,..., T _sN2 for the coil current, which has a multiple Q in its dimensioning M _si = i * Q = M _ri * Q, where M _ri = i and i = 1,2,3, ...

M stellt für gewöhnlich ein bestimmtes Verhältnis von Breite zu Länge des Transistorkanales dar, und der kleinste Transistor hat den Wert M=1. Dadurch wird ermöglicht, dass bei gleichem Signal am Anschluss s_ri und am Anschluss s_si der Strom des einen Pfades auf den anderen Pfad gespiegelt wird, wobei die Amplitude des gespiegelten Stromes proportional zum Verhältnis der Transistordimensionen M_si/M_ri = Q ist.M usually represents a certain ratio of width to length of the transistor channel, and the smallest transistor has the value M = 1. This allows the same signal at port s _ri and at port s _{si to mirror} the current of one path to the other path, the amplitude of the mirrored current being proportional to the ratio of transistor dimensions M _si / M _ri = Q.

Die Drain-Anschlüsse eines Teiles der Transistoren T_r1,T_r2,...,T_rN1 sind mit Referenz-Masse GND_r verbunden und die zugehörigen Source-Anschlüsse sind mit der Referenzstromquelle I_r verbunden. An jedem modulierendem Transistor T_r1,T_r2,...,T_rN1 wird ein Spannungsabfall e_ri zwischen Drain und Source mithilfe von kleinen Schaltern sw_r1+, sw_r1-, sw_r2+, sw_r2-,..., sw_rN1+, sw_N1-. Abgegriffen.The drain terminals of a portion of the transistors T _r1 , T _{r2, ...,} T _rN1 are connected to reference ground GND _r and the associated source terminals are connected to the reference _current source I _r . At each modulating transistor T _r1 , T _{r2, ...,} T _rN1 , a voltage drop e _ri between drain and source is detected by means of small switches sw _{r1 +} , sw _r1- , sw _{r2 +} , sw _r2- , ..., sw _{rN1 +} , sw _N1- . Tapped.

Gleichermaßen werden die Spannungsabfälle e_sj an den Transistoren T_s1,T_s2,...,T_sN2 über die Schalter sw_s1+, sw_s1-, sw_s2+, sw_s2-,..., sw_sN2+, sw_sN2 abgegriffen. Diese Transistoren leiten den Spulenstrom I_s. Die Transistoren verbinden die Spule mit der Masse GND_p. Die modulierenden Signale c_r1,c_r2,...c_ri,...c_rN1 und c_s1,c_s2,...c_si,...c_sN2 bestimmen welche Transistoren verwendet werden und mit dem Pulsbreitenmodulations-Signal an deren Steuereingang beaufschlagt werden.Similarly, the voltage _drops e _sj at the transistors T _s1 , T _{s2, ...,} T _sN2 via the switch sw _{s1 +} , sw _s1- , sw _{s2 +} , sw _s2- , ..., sw _{sN2 +} , sw _sN2 tapped. These transistors conduct the Coil current I _s . The transistors connect the coil to ground GND _p . The modulating signals c _r1 , c _r2 , ... c _ri , ... c _rN1 and c _s1 , c _s2 , ... c _si , ... c _sN2 determine which transistors are used and with the pulse width modulation signal on whose control input is acted upon.

Diese Ausgangssignale e_ri, e_sj des Leistungsmoduls 11 werden als Eingangssignale in das Abtastmoduls 12 geführt. In diesem Abtastmodul 12 werden weitere Schritte des erfundenen Verfahrens durchgeführt. Diese sind in 3 dargestellt. Zuerst werden die Spannungsabfälle e_ri, e_sj des Leistungsmoduls in den Blöcken 31,32 gemittelt. Im Block 31 wird das Signal S gebildet, welches das zeitabhängige Spannungssignal zwischen den Drain- und Source -Anschlüssen der Spule treibenden Transistoren abbildet und im Block 32 wird R das zeitabhängige Spannungssignal zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen der Transistoren zur Modulation des Referenzstromes gebildet. In der Abtasteinheit 33 werden die beiden Signale S, R in bestimmten Zeitfenstern abgetastet. Ein mögliches Szenario dieser Signale ist in 6 gezeigt, mithilfe der Pulse 3, 4, 5 und 6. Die Abtasteinheit 33 in 3 zeigt die zugehörigen Eingangsanschlüsse c_t1, c_t2, ...,c_tk der Pulse für die Abtastung des S Signals und c_tr für das R Signal. Vorteilhaft ist es die Signale 3,4,5 während PWM im „EIN“ Status und Pulse 6 während PWM im „AUS“ Status zeitlich zu setzten.These output signals e _ri , e _{sj of} the power _module 11 are used as input signals to the scanning module 12 guided. In this scanning module 12 Further steps of the invented method are performed. These are in 3 shown. First, the voltage drops e _ri , e _{sj of} the power module in blocks 31, 32 are averaged. In the block 31 the signal S is formed, which maps the time-dependent voltage signal between the drain and source terminals of the coil driving transistors and in the block 32 R is the time-dependent voltage signal between the drain and source terminals of the transistors for modulation of the reference current is formed. In the scanning unit 33 the two signals S, R are sampled in certain time windows. One possible scenario of these signals is in 6 shown using the pulses 3 . 4 . 5 and 6 , The scanning unit 33 in 3 shows the associated input _terminals c _t1 , c _t2 , ..., c _{tk of} the pulses for sampling the S signal and c _tr for the R signal. Advantageously, it is the signals 3,4,5 during PWM in "ON" status and pulses 6 while PWM is timing in the "OFF" state.

Das Ergebnis sind die Ausgangssignale der Abtasteinheit 33, wie in 3 gezeigt, die Signale A_t1, A_t2,...,A_tk der abgetasteten Amplituden des Eingangssignales S zu k unterschiedlichen Zeitpunkten und das zusätzliche Signal D, das das abgetastete Referenzsignal R darstellt.The result is the output signals of the scanning unit 33 , as in 3 shown, the signals A _t1 , A _t2 , ..., A _{tk of} the sampled amplitudes of the input signal S at k different times and the additional signal D representing the sampled reference signal R.

In 6 sind die Abtastzeitpunkte in Relation zum PWM Signal gezeigt.In 6 the sampling times are shown in relation to the PWM signal.

Eine mögliche Implementation der Abtasteinheit ist in 4 gezeigt, die einen Operationsverstärker OPAMP in Spannungsfolgerschaltung mit einer Verstärkung von 1 zeigt. Ein Kondensator C_s wird in den definierten Zeitpunkten (während den Abtastfenstern 3,4,5 und 6) auf den Wert von den gemittelten Spannungsabfällen S oder R geladen. Dieser Wert wird während denselben Zeitpunkten auch in den Kondensatoren C₁, C₂, ...,C_k und C_D mithilfe der Schalter s_t1,s_t2,...,s_tk und s_tr und dem OPAMP gespeichert.One possible implementation of the sampling unit is in 4 which shows an operational amplifier OPAMP in voltage follower circuit with a gain of 1. A capacitor C _s is charged to the value of the average voltage drops S or R at the defined times (during sampling windows 3, 4, 5 and 6). This value is also stored in the capacitors C ₁ , C ₂ ,..., C _k and C _D by means of the switches s _t1 , s _t2 ,..., S _tk and s _tr and the OPAMP during the same times.

Daraus resultieren die Analogwerte A_t2,...,A_tk und D in den Kondensatoren, welche dann in der in der Weiterverarbeitungseinheit 34 in Fig.3 für weitere Prozesse bereitgestellt werden. Diese Einheit bewertet die Gültigkeit des Amplitudenvektors, zum Beispiel durch Vergleich mit Referenzwerten. Dann wird entweder ein Fehlersignal F oder das Signaturwert-Gültig Signal zur Steuereinheit 35 weitergegeben, die eine Zentralprozessor-Einheit CPU sein kann.This results in the analog values A _t2 , ..., A _tk and D in the capacitors, which then in the in the further processing unit 34 in Fig.3 are provided for further processes. This unit evaluates the validity of the amplitude vector, for example by comparison with reference values. Then either an error signal F or the signature value valid signal is sent to the control unit 35 which may be a central processing unit CPU.

Die Signalverarbeitung der CPU beinhaltet die Steuerung der Pulsweitenmodulations-Signale für die Steuereingänge c_r1,c_r2,...c_ri,...c_rN1 und c_s1,c_s2,...c_si,...c_sN2. Ein zweites Signal der Weiterverarbeitungseinheit 34 ist das Verhältnis E zwischen einem Wert der von allen oder einigen Spulenstrom bezogenen Abtastwerten A_t1, A_t2,...,A_tk der Spannungsabfälle in Form eines Mittelwertes A_m und dem Signal D (E= A_m/D). Die Module der Weiterverarbeitungseinheit 34 aus 3 sind in 5 gezeigt.The signal processing of the CPU includes the control of the pulse width modulation signals for the control inputs c _r1 , c _r2 , ... c _ri , ... c _rN1 and c _s1 , c _s2 , ... c _si , ... c _sN2 . A second signal of the processing unit 34 is the ratio E between a value of the sampled values A _t1 , A _t2 ,..., A _tk related to all or some coil current, of the voltage _drops in the form of an average value A _m and the signal D (E = A _m / D). The modules of the finishing unit 34 out 3 are in 5 shown.

Eine mögliche Vorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens weist folgende Komponenten auf:

1. 1) eine Referenzstromquelle für den Referenzstrom,
2. 2) mindestens zwei parallele Transistor-Kanäle für den Referenzstrom mit Steuer-Gate- oder Basisanschlüssen zur Deaktivierung oder Ansteuerung durch Pulsbreitenmodulation, wobei die Transistorkanäle unterschiedliches Breite zu Längeverhältnis aufweisen,
3. 3) zumindest ebenso viele Transistorkanäle zur Kontrolle des Magnetspulenstroms, wobei jeder Transistorkanal einem der parallelen Transistorkanäle für den Referenzstrom zugeordnet ist. Es können auch mehrere Magnetstrom-Transistorkanäle einem Referenzstrom-Transistorkanal zugeordnet sein. Die Zuordnung erfolgt dadurch, dass die Gate- oder Basisanschlüsse mit demselben PWM Ansteuer(oder Deaktivierungs-)signal verbunden sind. Das Breite zu Längeverhältnis der Magnetstromtransistorenkanäle ist ein konstantes Vielfaches des Breite zu Längenverhältnisses der Referenztransistorkanäle,
4. 4) Spannungsabgreifstrukturen an jedem Transistor für den Referenzstromanteil und an jedem Transistor für die Spulenstromanteile,
5. 5) Vorrichtungen zur Mittelung der Spannungswerte an den Transistoren für den Referenzstromanteil und der Spannungswerte an den Transistoren für die Spulenstromanteile,
6. 6) Sample- und Hold-Strukturen vorzugsweise mit Operationsverstärker, Speicherkondensatoren (C₁,C₂, .., C_k,C_D) und Analogschaltern zur Erfassung der Signatur, welche eine Anzahl zeitliche Abfolge von Abtastwerten während einer PWM-Periode darstellt,
7. 7) einen Zeitgeber und Auswahlblock. Dieser steuert die Gate- bzw. Basisanschlüsse der Transistoren jedes Strompfades für den Referenzstrom oder den Magnetspulenstrom derart, dass der zugehörige Transistorkanal hochohmig gesperrt ist oder über Pulsbreitensignale (PWM) geöffnet und geschlossen wird. Die Auswahl entscheidet die Höhe der Stromdichte erlaubt dadurch den gewünschten Mittelwert des Magnetspulenstromes mehr oder weniger rasch zu erreichen, und um die Zeitschlitze für die Erfassung der Samples mithilfe der Analogschalter über Steuerleitungen (c_t1,c_t2,...c_tk,c_tr) zu bestimmen,
8. 8) einen Evaluierungsblock. Dieser erlaubt es, aus den erfassten Abtastwerte (A_t1, A_t2,...,A_tk) des Spulenstromes - als Signatur für die aktuelle Position des Magnetspulen-Ankers bei einer gegebenen Geschwindigkeit - gegenüber gespeicherten Referenz-Signaturen,
9. 9) einen Rechenblock (53) für das Verhältnis (E) zwischen Abtastwerten (A_t1, A_t2,...,A_tk) der Spannungsabfälle (e_sj) bei zumindest einigen Transistoren für die Spulenstrompfade, wobei die Spannungsabfälle durch eine Vorrichtung (51) gemittelt werden, einerseits und mit zumindest einem Abtastwert (D) des Spannungsabfalls der Referenzstrompfade andererseits, und 10) einen Mikroprozessor.

A possible device for carrying out the method according to the invention has the following components:

1. 1) a reference current source for the reference current,
2. 2) at least two parallel transistor channels for the reference current with control gate or base terminals for deactivation or control by pulse width modulation, wherein the transistor channels have different width to length ratio,
3. 3) at least as many transistor channels for controlling the solenoid current, each transistor channel being associated with one of the parallel transistor channels for the reference current. It is also possible to assign a plurality of magnetic current transistor channels to a reference current transistor channel. The assignment is made by connecting the gate or base terminals to the same PWM drive (or disable) signal. The width to length ratio of the magnetic current transistor channels is a constant multiple of the width to length ratio of the reference transistor channels,
4. 4) voltage tap patterns on each transistor for the reference current component and on each transistor for the coil current components,
5. 5) means for averaging the voltage values at the transistors for the reference current component and the voltage values at the transistors for the coil current components,
6. 6) sample and hold structures, preferably with operational amplifiers, storage capacitors (C ₁ , C ₂ , .., C _k , C _D ) and analog registers for detecting the signature, which represents a number of time series of samples during a PWM period,
7. 7) a timer and selection block. This controls the gate or base terminals of the transistors of each current path for the reference current or the magnetic coil current such that the associated transistor channel is high-impedance locked or opened and closed via pulse width signals (PWM). The choice decides the amount of current density allowed to reach the desired mean value of the solenoid current more or less quickly, and the time slots for the detection of the samples using the analog switches via control lines (c _t1 , c _t2 , ... c _tk , c _tr ) to determine
8. 8) an evaluation block. This allows, from the acquired samples (A _t1 , A _t2 , ..., A _tk ) of the coil current - as a signature for the current position of the solenoid coil at a given speed - against stored reference signatures,
9. 9) a computational block ( 53 ) for the ratio (E) between samples (A _t1 , A _t2 , ..., A _tk ) of the voltage _drops (e _sj ) in at least some transistors for the coil current paths, the voltage drops being caused by a device ( 51 ), on the one hand and with at least one sample (D) of the voltage drop of the reference current paths on the other hand, and 10) a microprocessor.

Claims (6)

Verfahren zum Ansteuern von Magnetspulen-Vorrichtungen wobei es folgende Schritte umfasst: synchrone Pulsbreitenmodulation (PWM) eines elektrischen Stroms, der von einer Referenzstromquelle mit einem bestimmten Referenzstrom (I_r) durch zumindest einen über Komponenten (T_r1,T_r2,...,T_rN1) adressierten Strompfad aus einer Anzahl N₁ wählbaren parallelen Strompfaden geführt wird, wobei k₁ adressierte Strompfade für eine erste wählbare Zeitdauer (T₁) synchron geöffnet werden und für eine zweite wählbare Zeitdauer (T₂) synchron geschlossen werden, und aus den N₁ Strompfaden N₁-k₁ nicht adressierte Strompfade für die beiden Zeitdauern (T₁+T₂) geschlossen sind; a. synchrone Pulsbreitenmodulation eines Magnet-Spulenstroms (I_s) durch Kanalisierung desselben durch zumindest einen aus einer Anzahl von N₂ über Komponenten (T_s1,T_s2,...,T_sN2) adressierbaren parallelen Strompfaden, wobei k₂ adressierte Pfade zeitgleich für die erste wählbare Zeitdauer (T₁) synchron geöffnet werden und für die zweite wählbare Zeitdauer (T₂) synchron geschlossen werden, und aus den N₂ Strompfaden nicht adressierte N₂-k₂ Strompfade während beiden Zeitdauern (T₁+T₂) geschlossen sind; b. jedem Pfad k₁ des Referenzstromes ist mindestens ein Pfad k₂ des Spulenstromes zugeordnet c. Verwenden der Stromspiegelungsmethode zur Vervielfachung des Referenz-Stromes (I_R) zur Erlangung eines definierten Spulenstromes (I_S), wobei jedem adressierten Pfad aus k₁ von N₁ Pfaden für den Referenzstrom ein um das Vielfache breiterer Pfad aus k₂ von N₂ Pfaden für den Spulenstrom zugeordnet ist, sodass diese einander zugeordneten Pfad-Paare das gleiche Verhältnis (Q) der Pfadbreiten bei gegebener gemeinsamer Länge aufweisen; d. Messen aller Spannungsabfälle (e_ri) entlang der N₁ Strompfade für den Referenzstrom (I_r) und damit entlang der modulierenden Komponenten (T_r1,T_r2,...,T_rN1) des Strompfades und Bildung eines ersten Durchschnittswertes (R) daraus, und Messen aller Spannungsabfälle (e_sj) entlang der N₂ Strompfade für die Magnetspule und damit entlang der modulierenden Komponenten (T_s1,T_s2,...,T_sN2) für den Magnetspulenstrom und Bildung eines zweiten Durchschnittswertes (S) daraus, e. Erfassen eines ersten Abtastwertes (D) des ersten Durchschnittswertes (R) innerhalb zumindest eines gewählten Zeitschlitzes (6) und Erfassen von zumindest zwei Abtastwerten (Samples) (A_t1, A_t2,...,A_tk) des zweiten Durchschnittswertes (S) innerhalb von zumindest zwei gewählten Zeitschlitzen (3,4,5), wobeialle Abtastwerte zyklisch genommen werden, zumindest jedoch in zwei Perioden des Pulsbreitensignals; f. Verwendung der Abtastwerte (A_t1, A_t2,...,A_tk) des Spulenstromes als charakterisierenden Vektor für die elektrischen Eigenschaften der Spule in Abhängigkeit von Position und Geschwindigkeit des Magnetspulenkernes und Verwendung dieser Abtastwerte (A_t1, A_t2,...,A_tk) zur Pulsbreitenregelung oder zur Detektion von Fehlverhalten (F/V) der Magnetspule; g. Verwenden eines Durchschnittswertes (A_m) von zumindest zwei der ermittelten Abtastwerte (A_t1, A_t2,...,A_tk) der Spulenstrompfade und Verwenden des ersten Abtastwerts (D) der Referenzstrompfade um ein charakterisierendes Spannungsverhältnis (E) zwischen den Pfaden für den Spulenstrom (I_s) einerseits und den Pfaden für den Referenzstrom (I_r) andererseits zu bestimmen.A method of driving magnetic coil devices, comprising the steps of: synchronous pulse width modulation (PWM) of an electrical current flowing from a reference current source having a particular reference current (I _r ) through at least one of components (T _r1 , T _{r2, ...,} T _rN1 ) addressed current path of a number N ₁ selectable parallel current paths, k ₁ addressed current paths for a first selectable period (T ₁ ) are opened synchronously and closed synchronously for a second selectable period of time (T ₂ ), and from the N ₁ current paths N ₁ -k ₁ unaddressed current paths for the two time periods (T ₁ + T ₂ ) are closed; a. Synchronous pulse width modulation of a magnetic coil current (I _s ) by channeling it through at least one of a number of N ₂ via components (T _s1 , T _{s2, ...,} T _sN2 ) addressable parallel current paths, k ₂ addressed paths at the same time for first selectable period of time (T ₁₎ are synchronously opened and closed synchronously (T ₂₎ for the second selectable period of time, and from the N ₂ flow paths unaddressed N ₂ -k ₂ flow paths during two time periods (T ₁ + T ₂₎ are closed ; b. Each path k _{1 of} the reference current is assigned at least one path k _{2 of} the coil current c. Using the current mirroring method to multiply the reference current (I _R ) to obtain a defined coil current (I _S ), where each addressed path of k ₁ of N ₁ paths for the reference current is a multiply wider path of k ₂ of N ₂ paths for the coil current is assigned, so that these associated path pairs have the same ratio (Q) of the path widths for a given common length; d. Measuring all voltage drops (e _ri ) along the N ₁ current paths for the reference current (I _r ) and thus along the modulating components (T _r1 , T _{r2, ...,} T _rN1 ) of the current path and forming a first average value (R) thereof and measuring all the voltage _drops (e _sj ) along the N ₂ current paths for the magnet coil and thus along the modulating components (T _s1 , T _{s2, ...,} T _sN2 ) for the solenoid _current and forming a second average value (S) therefrom, e. Detecting a first sample (D) of the first average value (R) within at least one selected time slot (6) and detecting at least two samples (A _t1 , A _t2 , ..., A _tk ) of the second average value (S) within at least two selected time slots (3,4,5), wherein all samples are taken cyclically, but at least in two periods of the pulse width signal; f. Use of the samples (A _t1 , A _t2 , ..., A _tk ) of the coil current as a characterizing vector for the electrical properties of the coil as a function of position and velocity of the magnet coil core and use of these samples (A _t1 , A _t2 , ... , A _tk ) for pulse width control or for the detection of faulty behavior (F / V) of the magnetic coil; G. Using an average value (A _m ) of at least two of the sampled values (A _t1 , A _t2 ,..., A _tk ) of the coil current paths and using the first sample value (D) of the reference current paths by a characterizing voltage ratio (E) between the paths for to determine the coil current (I _s ) on the one hand and the paths for the reference current (I _r ) on the other hand. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sample-and-Hold Technik verwendet wird, um Spannungsabfälle (e_ri, e_sj) der Pulsbreiten modulierten Pfade als gemittelte Signale (R,S) in zumindest einem kapazitiven Element (C_s; C₁, C₂,...,C_k; C_D) über Schaltelemente (s_t1,s_t2,...,s_tk und s_tr) zwischenzuspeichern und deren Steuersignale (c_t1, c_t2, ...,c_tk, und c_tr) für gewählte Zeitschlitze zu bestimmen.Method according to Claim 1 , characterized in that a sample-and-hold technique is used to detect voltage drops (e _ri , e _sj ) of the pulse width modulated paths as averaged signals (R, S) in at least one capacitive element (C _s ; C ₁ , C ₂ , ..., C _k , C _D ) are buffered via switching elements (s _t1 , s _t2 , ..., s _tk and s _tr ) and their control signals (c _t1 , c _t2 , ..., c _tk , and c _tr ) for selected time slots. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Spannungsabfälle aus zwei Zeitschlitzen hintereinander erfasst und anschließend parallel ausgewertet werden.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least two voltage drops from two time slots are detected in succession and then evaluated in parallel. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Analog-Digital-Umsetzung verwendet wird um die erfassten Spannungsabfälle in digitale Register speichern zu können und infolge digital weiterzuverarbeiten.Method according to one of Claims 2 or 3 , characterized in that analog-to-digital conversion is used in order to store the detected voltage drops in digital registers and further processing as a result of digital. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroprozessor-Verarbeitung zur Signatur-Bildung und zur Analyse der erfassten Abtastwerte (A_t1, A_t2,...,A_tk) verwendet wird, und durch Bildung des Spannungsverhältnisses zwischen den Spannungsabfälle (e_sj) der Pfade für den Spulenstrom und der Spannungsabfälle (e_ri) der Referenzstrompfade auch unter Nutzung gespeicherter gewichteter Referenzwerte, die entweder durch Kalibrierung oder Berechnung oder aus Simulationsergebnissen ermittelt werden. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that microprocessor processing is used for signature formation and analysis of the acquired samples (A _t1 , A _t2 , ..., A _tk ) and by forming the voltage ratio between the voltage _drops (e _sj ) of the paths for the coil current and the voltage drops (e _ri ) of the reference current paths also using stored weighted reference values, which are determined either by calibration or calculation or from simulation results. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroprozessor zur Erzeugung der Steuersignale (c_r1, c_r2,...c_ri,...c_rN1; c_s1,c_s2,...c_si,...c_sN2) eingesetzt wird.Method according to Claim 5 , characterized in that a microprocessor for generating the control signals (c _r1 , c _r2 , ... c _ri , ... c _rN1 , c _s1 , c _s2 , ... c _si , ... c _sN2 ) is used ,

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