用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的數(shù)字電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)、尤其用于調(diào)節(jié)模擬變量的數(shù)字電路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通過集成數(shù)字地連接的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)產(chǎn)生模擬電氣變量、例如電壓或電流在直流/直流變換器或開關(guān)調(diào)整器中本身是已知的。在這種情況下，使用開關(guān)、存儲(chǔ)元件(Speicherglied)和特殊的調(diào)節(jié)電路，其中這種調(diào)節(jié)電路以不同的實(shí)施方案大多作為集成電路可用。所提到的存儲(chǔ)元件例如是電感或電容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所基于的構(gòu)思是，借助于脈沖寬度調(diào)制并且特別是通過Α/D變換器與數(shù)字計(jì)時(shí)器的結(jié)合來調(diào)節(jié)所提到的模擬電氣變量(電壓，電流等)。目前可用的例如被用于控制電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)的所謂的“嵌入式”微控制器包括已經(jīng)提到的Α/D變換器和計(jì)時(shí)器，使得Α/D變換器與數(shù)字計(jì)時(shí)器的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合并且尤其是直接的僅僅由電子部件控制或者實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)回路的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地并且因此低成本地實(shí)現(xiàn)。
[0004]利用根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字電路裝置，可以借助僅僅少量的外部部件控制或調(diào)節(jié)在這里所涉及的模擬變量。由于不需要微控制器的持續(xù)的指令執(zhí)行用于實(shí)際的調(diào)節(jié)過程，因此該電路的死區(qū)時(shí)間是顯著更小的。而且，可預(yù)期死區(qū)時(shí)間的僅僅非常小的抖動(dòng)(波動(dòng))。如果調(diào)節(jié)回路通過微控制器的指令執(zhí)行而被閉合，那么指令的執(zhí)行所需的時(shí)間導(dǎo)致明顯更大的死區(qū)時(shí)間。如果微控制器此外具有其他任務(wù)，在實(shí)踐中通常情況如此，那么由此形成死區(qū)時(shí)間的相當(dāng)大的抖動(dòng)，在調(diào)節(jié)回路中這是很有干擾性的。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)目前的其中借助于軟件實(shí)現(xiàn)由于所需的數(shù)據(jù)處理導(dǎo)致由運(yùn)行時(shí)間或死區(qū)時(shí)間效應(yīng)決定的抖動(dòng)的信號(hào)處理的微控制器，根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的代替該微控制器存在的分立結(jié)構(gòu)避免所提到的缺點(diǎn)。
[0005]此外，微控制器相應(yīng)地被減輕負(fù)擔(dān)，并且因此可供用于其他任務(wù)。微控制器的可編程性也可被用于調(diào)整用于調(diào)節(jié)的參數(shù)或使所述參數(shù)適應(yīng)于當(dāng)前的要求。
[0006]由于本發(fā)明，在這里所涉及的調(diào)節(jié)可以通過在(例如嵌入式)微控制器中已經(jīng)存在的集成邏輯結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。這尤其涉及如下系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中使用微控制器，以便最小化外部所需的部件的數(shù)量。
[0007]本發(fā)明可以尤其以于此所描述的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于電動(dòng)車輛的電氣驅(qū)動(dòng)和/或電池供電中或電氣逆變器或逆變器中。
[0008]由說明書和附圖得到本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)和擴(kuò)展方案。易于理解的是，前面提到的和后面還要解釋的特征不僅可以以相應(yīng)的所說明的組合而且可以以其他的組合或單獨(dú)地使用，而不離開本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0009]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于閾值監(jiān)控的數(shù)字比較器的電路裝置。
[0010]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)整脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)的脈沖寬度比的數(shù)字電路裝置的第一實(shí)施例。
[0011]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)整PWM信號(hào)的脈沖寬度比的電路裝置的第二實(shí)施例。
[0012]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)整PWM信號(hào)的脈沖寬度比的電路裝置的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0013]整個(gè)電路裝置的在圖1中所示出的第一部分本身在現(xiàn)有技術(shù)中已知。，整個(gè)電路裝置分別通過將第一電路部分與根據(jù)圖2或3的第二電路部分合并而得到。
[0014]圖1中所示出的第一電路部分包括模擬/數(shù)字(Α/D)變換器105，其將施加在其模擬輸入端100上的模擬輸入變量、當(dāng)前調(diào)節(jié)變量的作為電壓或電流值存在的實(shí)際值轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出變量。如同樣本身已知的，用于對(duì)模擬信號(hào)100數(shù)字化的采樣率通過單獨(dú)的輸入端110被輸送給Α/D變換器。Α/D變換器的數(shù)字輸出變量的數(shù)值與模擬輸入變量有直接成比例的關(guān)系。
[0015]Α/D變換器105的數(shù)字輸出變量不僅被輸送給第一數(shù)字比較器115，該第一數(shù)字比較器將該輸出變量的值與上閾值120進(jìn)行比較并且優(yōu)選地基本上同時(shí)通過第二數(shù)字比較器125與下閾值130進(jìn)行比較。作為這兩個(gè)比較運(yùn)算的結(jié)果在相應(yīng)比較器115、125的輸出端135、140上存在以下三種信息之一或相應(yīng)的數(shù)字信號(hào):
[0016]Α/D變換器105的輸出變量的值位于:
[0017]a.上閾值120之上；
[0018]b.下閾值130之下；
[0019]c.下閾值130和上閾值120之間。
[0020]所提到的可能的信息a.-c.分別用作在圖2和3中所示出的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的輸入數(shù)據(jù)或輸入變量135、140，所述輸入數(shù)據(jù)或輸入變量將所提到的Α/D變換器105和該比較器或所述比較器115、125與可以產(chǎn)生所提到的PWM信號(hào)的各一個(gè)計(jì)時(shí)器單元215、320連接，使得在相應(yīng)電路的輸出端225、330上存在的PWM信號(hào)的脈沖寬度比是可調(diào)整的。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字電路裝置的在圖2中所示出的第一實(shí)施例中，輸入變量135、140首先被輸送給狀態(tài)受控制的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)元件(觸發(fā)器)200。在該實(shí)施例中，觸發(fā)器200是本身已知的“RS-FF”(即復(fù)位/置位或Reset-Set)類型的觸發(fā)器。根據(jù)在觸發(fā)器200上施加的用信號(hào)通知超過上閾值(上述情況a.)或者低于下閾值的變量的值，在第一種情況下從觸發(fā)器200或其輸出端選擇具有的第一脈沖寬度比205的PWM信號(hào)，而在第二種情況(上述的情況b)下選擇具有y%的第二脈沖寬度比210的PWM信號(hào)。
[0022]將如上所述分別被選擇的脈沖寬度比與時(shí)鐘信號(hào)220 —起輸送給計(jì)時(shí)器215。計(jì)時(shí)器215在當(dāng)前的實(shí)施例中被構(gòu)造為“捕獲/比較(Capture/Compare)單元”，即，該計(jì)時(shí)器具有以下工作模式:
[0023]1.“定時(shí)器模式”:利用作為時(shí)鐘發(fā)生器的不同源向上計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)可以觸發(fā)中斷。
[0024]2.“捕獲模式”:當(dāng)出現(xiàn)外部信號(hào)時(shí)，相關(guān)的(運(yùn)行的)定時(shí)器的內(nèi)容被存儲(chǔ)。在這里，中斷也可以被觸發(fā)。
[0025]3.“比較模式”:相關(guān)的定時(shí)器的計(jì)數(shù)器讀數(shù)與寄存器相比較。在一致時(shí)，中斷可以被觸發(fā)。
[0026]為了產(chǎn)生PWM信號(hào)，使用比較模式:當(dāng)超過時(shí)，作為輸出信號(hào)(225)，計(jì)數(shù)器例如在(205或210中的)比較值超過時(shí)提供邏輯I并且在未超過時(shí)提供邏輯O。邏輯I的持續(xù)時(shí)間與完整的計(jì)數(shù)器運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間之比因此與比較值是成比例的。
[0027]因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，定時(shí)器信號(hào)根據(jù)施加的模擬變量而被影響。因此所提到的比較的結(jié)果已經(jīng)提供足夠好的脈沖寬度比，使得僅在兩個(gè)狀態(tài)之間發(fā)生的切換與相應(yīng)的定時(shí)器信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)更粗略的調(diào)節(jié)回路。在當(dāng)前電路裝置的數(shù)字輸出端225上因此存在相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0028]如果在比較模式中不使用計(jì)數(shù)器，那么例如也可以產(chǎn)生輸出信號(hào)(225)，該輸出信號(hào)立即或在可改變的延遲時(shí)間之后提供信息“ >”或“ <”作為數(shù)字信息。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的在圖3中所示出的第二實(shí)施例中，輸入變量135、140首先被輸送給加法器/減法器300。在此，上比較器115所提供的信號(hào)135被輸送給加法器300的減法輸入端(_)，以及下比較器125所提供的信號(hào)140被輸送給加法器300的加法輸入端⑴。附加地，用于模擬信號(hào)100的數(shù)字化所需的采樣率305 (典型地與110相同)以及用于改變脈沖寬度比的預(yù)定的步長(zhǎng)310被輸送給加法器300。
[0030]在超過上閾值120的情況下(上述情況a.)，脈沖寬度比315因此被減小了預(yù)定的步長(zhǎng)310的量值，而在低于下閾值130的情況下(上述情況b.)，脈沖寬度比被擴(kuò)大了步長(zhǎng)310。應(yīng)當(dāng)說明的是，步長(zhǎng)310在兩種情況下(上述情況a.和b.)是可自由配置的。
[0031]如此被改變的脈沖寬度比315最終又與時(shí)鐘信號(hào)325 —起被輸送給計(jì)時(shí)器320，該計(jì)時(shí)器在當(dāng)前的實(shí)施例中也被構(gòu)造為“捕獲/比較單元”，并且因此具有上面所描述的功能性。在當(dāng)前的電路裝置的數(shù)字輸出330上