DE19744893C2

DE19744893C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals

Info

Publication number: DE19744893C2
Application number: DE19744893A
Authority: DE
Inventors: Detlev Hermann
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: DE29619746U1; DE19744893A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals mit einem Komparator, an dessen erstem Eingang ein Spannungssignal zur Festlegung des Tastverhältnisses des pulsweitenmodulierten Signals anliegt und an dessen zweitem Eingang ein zeitlich ansteigendes und/oder abfallendes Spannungssignal anliegt.

Das bekannte Schaltungsprinzip zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals besteht darin, einen ersten Komparatoreingang mit einem zeitlich ansteigenden und/oder abfallenden Spannungssignal (z. B. Sägezahn- oder Dreieckspannung) zu beaufschlagen und dem zweiten Komparatoreingang eine Spannung zuzuführen, deren Höhe das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals bestimmt.

Dieses Prinzip ist z. B. aus "U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, 9. Auflage, Springer-Verlag 1989, Seite 567, Fig. 18.41 und 18.42, und Beschreibung Seite 566 bis 567" bekannt. Die Vorgabe der Spannung am ersten Komparatoreingang, welche das Tastverhältnis bestimmt, erfolgt hier durch einen Regler, bestehend aus Regelverstärker, Subtrahierer und einer Referenzspannungsquelle.

Angesichts der Tatsache, daß moderne Steuergeräte, die pulsweitenmodulierte Signale verwenden, zumeist auch standardmäßig einen Microcontroller aufweisen, stellte sich die Aufgabe, eine möglichst einfache und kostengünstig aufgebaute Schaltungsanordnung zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Signals unter Verwendung eines Microcontrollers zu schaffen, die eine genaue Einstellung und Einhaltung des Tastverhältnisses des pulsweitenmodulierten Signals ermöglicht.

Eine bekannte Lösung dieser Aufgabe zeigt die DE 40 15 854 C2. Hierbei liest ein Microprozessor eine der Impulsform des pulsweitenmodulierten Signals entsprechende digitale Signalfolge in ein Schieberegister ein. Die digitale Signalfolge läuft im Schieberegister ständig um, wodurch das pulsweitenmodulierte Signal am Ausgang des Schieberegisters ansteht.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein Microcontroller vorgesehen ist, der einen Tristate-Ausgang besitzt und der einen Eingang aufweist, der mit einem in den Microcontroller integrierten Analog-Digital-Wandler verbunden ist, daß der Tristate-Ausgang über ein erstes RC-Glied mit dem ersten Eingang des Komparators verbunden ist und daß der Komparatorausgang über ein zweites RC-Glied mit dem Eingang des Microcontrollers verbunden ist.

Zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals werden somit außer dem Microcontroller und dem Komparator nur noch zwei (bzw. eventuell drei) einfache RC-Glieder benötigt, wodurch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Aufbau besonders einfach und kostengünstig ist.

Der Microcontroller und der Komparator bilden hierbei einen vollständigen digitalen Regelkreis, der eine sehr gute Einhaltung eines eingestellten Tastverhältnisses ermöglicht. Auch kann der Microcontroller das Tastverhältnis sehr leicht durch Auf- oder Entladen des Kondensators des ersten RC-Gliedes ändern.

Vorteilhaft ist dabei ebenfalls, daß die Impulse zur Auf- oder Entladung des Kondensators des ersten RC-Gliedes eine deutlich niedrigere Frequenz aufweisen können als die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals. Da eine einmal eingestellte Pulsweite durch die Kondensatorladung für längere Zeit beibehalten wird, belastet der Regelvorgang den Microcontroller nur relativ geringfügig mit Rechenzeit, so daß der Microcontroller währenddessen auch für andere Aufgaben zur Verfügung steht.

Es kann vorteilhafterweise vorgesehen werden, daß ein drittes RC-Glied das zeitlich ansteigende und/oder abfallende Spannungssignal am zweiten Komparatoreingang erzeugt und daß hierzu der Microcontroller das dritte RC-Glied mit einem Rechtecksignal ansteuert. Hierdurch kann eine zusätzliche Einrichtung zur Erzeugung einer Dreieck- oder Sägezahnspannung (oder zur Erzeugung einer Rechteckspannung zur Ansteuerung des dritten RC-Gliedes) eingespart werden. Zudem kann der Microcontroller so auch leicht die Taktfrequenz des zu modulierenden Signals steuern.

Anhand der Zeichnung soll im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen Microcontroller mit zwei Ausgängen (A, B) und einem Eingang (C), welche jeweils über ein RC-Glied (R1, C1; R2, C2; R3, C3) mit dem Komparator (K) verbunden sind.

Der Ausgang (A) ist ein Tristate-Ausgang, welcher die Signalzustände "+5 Volt", "Masse" und "hochohmig" annehmen kann. Der Tristate-Ausgang (A) ist über das erste RC-Glied (R1, C1) mit dem ersten Eingang des Komparators (K) verbunden. Der am Kondensator (C1) anliegende Spannungswert steuert hierbei das Tastverhältnis des vom Komparatorausgang (KA) abgegebenen pulsweitenmodulierten Signals.

Mit dem Komparatorausgang (KA) verbunden ist zudem ein Widerstand (R4), welcher das Grundpotential am Komparatorausgang (KA) festlegt, ein zweites RC-Glied (R2, C2), welches das pulsweit modulierte Signal demoduliert und den vom Taktverhältnis abhängigen Spannungswert auf den Eingang (C) des Microcontrollers und damit auch zur Auswertung auf den im Microcontroller (MC) integrierten Analog-Digital-Wandler (ADW) gibt.

An seinem Ausgang (B) erzeugt der Microcontroller (MC) ein Rechtecksignal, zum Beispiel indem er den logischen Zustand eines Ports regelmäßig zwischen high und low wechseln läßt. Auf diese Weise kann der Microcontroller auch leicht die Taktfrequenz seines Ausgangssignales festlegen.

Das Rechtecksignal wird durch das dritte RC-Glied (R3, C3) zu etwa sägezahnförmigen, zeitlich ansteigenden und abfallenden Impulsen geformt, die am zweiten Eingang (-) des Komparators (K) anliegen. Entsprechend der Spannungshöhe am ersten Eingang (+) des Komparators (K) erzeugt dieser an seinem Ausgang (KA) Rechteckimpulse mit einer Frequenz, die der Frequenz der Rechteckimpulse am Ausgang (B) des Microcontrollers entspricht, die aber ein vorgebbares Tastverhältnis aufweisen.

Dieses pulsweitenmodulierte Rechtecksignal wird durch das dritte RC-Glied (R3, C3), welches gegenüber dem zweiten RC-Glied (R2, C2) eine vergleichsweise große Zeitkonstante aufweist, integriert, so daß an dem Analog-Digital-Wandler (ADW) eine zum Tastverhältnis proportionale Spannung anliegt.

Aufgrund der vom Analog-Digital-Wandler (ADW) abgegebenen digitalen Signale erkennt der Microcontroller, ob und in welcher Richtung das Tastverhältnis von seinem Sollwert abweicht. Erkennt der Microcontroller (MC) das Tastverhältnis als zu klein, so legt er seinen Ausgang (A) kurzzeitig auf +5 Volt, wodurch der Kondensator (C2) auf einen höheren Spannungswert aufgeladen wird, wodurch sich das Tastverhältnis vergrößert.

Ein zu großes Tastverhältnis kann der Microcontroller (MC) entsprechend ausregeln, indem er seinen Ausgang kurzzeitig auf Masse legt und so die Ladung des Kondensators (C2) verringert. Entspricht das Tastverhältnis seinem Sollwert, so beläßt der Microcontroller (MC) seinen Tristate-Ausgang (A) im hochohmigen Zustand.

Der Microcontroller (MC) bildet also zusammen mit seiner Außenbeschattung einen vollständigen digitalen Regelkreis zur Regelung des Tastverhältnissen des pulsweitenmodulierten Signals. Hierdurch kann der Microcomputer das Tastverhältnis auf einfache Weise sehr genau konstant halten und zudem bei Bedarf auch schnell auf einen neuen Sollwert ändern.

Bezugszeichenliste

ATristate-Ausgang
ADWAnalog-Digital-Wandler
BAusgang
CEingang
KKomparator
KAKomparatorausgang
MCMicrocontroller
R1, C11. RC-Glied
R2, C22. RC-Glied
R3, C33. RC-Glied
C2Kondensator
R4Widerstand
+1. Komparatoreingang
-2. Komparatoreingang

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals mit einem Komparator (K), an dessen erstem Eingang (+) ein Spannungssignal zur Festlegung des Tastverhältnisses des pulsweitenmodulierten Signals anliegt und an dessen zweitem Eingang (-) ein zeitlich ansteigendes und/oder abfallendes Spannungssignal anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Microcontroller vorgesehen ist, der einen Tristate-Ausgang (A) besitzt und der einen Eingang (C) aufweist, der mit einem in den Microcontroller (MC) integrierten Analog-Digital-Wandler (ADW) verbunden ist, daß der Tristate-Ausgang (A) über ein erstes RC-Glied (R1, C1) mit dem ersten Eingang (+) des Komparators (K) verbunden ist und daß der Komparatorausgang (KA) über ein zweites RC-Glied (R2, C2) mit dem Eingang (C) des Microcontrollers (MC) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Microcontroller (MC) an einem Ausgang (B) ein Rechtecksignal ausgibt und daß der Ausgang (B) über ein drittes RC-Glied (R3, C3) mit dem zweiten Eingang (-) des Komparators (K) verbunden ist.