通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載，這根據(jù)具有給定定值占空比的周期性定值操控信號。在所述定值操控信號的每個周期上，所述定值操控信號在至少第一持續(xù)時間期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，和在該周期的剩余部分期間處于另一邏輯狀態(tài)。根據(jù)定值操控信號(PWM)生成激活電感負載的操控信號(S21、S31)。借助于第一計數(shù)器(3)，根據(jù)定值操控信號(PWM)來確定第一持續(xù)時間(t0)。根據(jù)第二計數(shù)器(4)確定第二持續(xù)時間(t0-td2)，在所述第二持續(xù)時間(t0-td2)期間，對應(yīng)于負載(O1)處觀測的有效操控信號(V，OUT)的邏輯信號(L_Out)處于所確定的第一邏輯狀態(tài)。并且使增加了慣性td2的第二持續(xù)時間伺服于第一持續(xù)時間。于是，有效占空比等于定值占空比。
【專利說明】通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載，并且更具體地，涉及用于這種操控的方法和設(shè)備。
[0002]特別地，本發(fā)明在汽車領(lǐng)域中找到應(yīng)用，例如在節(jié)氣門定位的電子操控系統(tǒng)(或“ETC”系統(tǒng)，ETC針對英文“Electronic Throttle Control (電子節(jié)氣門控制)”)中，又或在氣體再循環(huán)處的電子操控系統(tǒng)(或“EGR”系統(tǒng)，EGR針對英文“Exhaust GazRecirculat1n (廢氣再循環(huán))”)。

【背景技術(shù)】
[0003]可以通過H橋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)通過脈沖寬度調(diào)制對電感負載的操控，所述H橋結(jié)構(gòu)包括四個功率開關(guān)，即兩個“高側(cè)”開關(guān)和兩個“低側(cè)”開關(guān)。由第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)形成的第一對，當它們閉合時，使得能夠使電流以第一方向在負載中流通。由另一高側(cè)開關(guān)和另一低側(cè)開關(guān)形成的第二對相反地使得能夠使電流以另一方向在負載中流通。兩個低處晶體管或兩個高處晶體管當它們一起閉合時，使得能夠?qū)崿F(xiàn)電流自由運轉(zhuǎn)(英文為“freewheeling”)流通。
[0004]各個開關(guān)通常包括功率MOS晶體管(“Metal Oxyde Semiconductor (金屬氧化物半導(dǎo)體)”的英文首字母縮寫，即金屬氧化物柵極的場效應(yīng)晶體管)。根據(jù)脈沖寬度調(diào)制的定值操控信號來實現(xiàn)四個MOS晶體管的模擬操控信號序列，所述脈沖寬度調(diào)制的定值操控信號的占空比使得能夠操控在負載中注入的電流量。在MOS晶體管的操控柵極處引起和緩的電流和電壓變化(稱為“擺率(Slew-Rate) ”)，以便避免突然轉(zhuǎn)換，其產(chǎn)生電磁干擾。
[0005]考慮到轉(zhuǎn)換序列，在開關(guān)斷開以及閉合時MOS晶體管的響應(yīng)較慢。由此導(dǎo)致在負載端子上的操控信號的有效占空比不同于定值操控信號的占空比。更確定地，其較小。
[0006]在其中負載通過閉環(huán)而被操控的應(yīng)用中，該差異不是非常有妨礙的，因為系統(tǒng)因此具有適配能力，以便獲得在負載處期望的有效行為。例如，這是當關(guān)于由電動機操控的活門閥角位置的信息由傳感器再發(fā)送并構(gòu)成適當伺服的對象時的情況。
[0007]但是存在一些應(yīng)用或情形，其中占空比的精度是關(guān)鍵的，并且有時甚至在閉環(huán)中，當希望該閉環(huán)非常迅速時。
[0008]在這樣的情形中，可以考慮根據(jù)例如對負載及其模擬操控裝置的行為進行表征的表格，通過軟件來補償由和緩的電流-電壓變化(擺率)引入的占空比誤差。然而，該解決方案是繁瑣的且不在所有情形中解決該問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于消除或至少減緩上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點的全部或部分。
[0010]為此，本發(fā)明的第一方面提出一種通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的設(shè)備，其中，根據(jù)具有給定定值占空比的周期性定值操控信號，在所述定值操控信號的各個周期上，所述定值操控信號在至少第一持續(xù)時間期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，和在該周期的剩余部分期間，處于另一邏輯狀態(tài)，所述設(shè)備包括:
[0011]?操控單元，其被布置用于根據(jù)定值操控信號和在電流-電壓變化(擺率)的情況下來生成激活電感負載的操控信號；
[0012].第一計數(shù)器，其被布置用于根據(jù)定值操控信號來確定第一持續(xù)時間；和
[0013].第二計數(shù)器，其被布置用于確定第二持續(xù)時間，在所述第二持續(xù)時間期間，對應(yīng)于負載處觀測的有效操控信號的邏輯信號處于所確定的第一邏輯狀態(tài)。
[0014]另外，所述設(shè)備為使得操控單元被配置用于使第二持續(xù)時間伺服于第一持續(xù)時間。
[0015]根據(jù)另一實施例，用計數(shù)器-逆計數(shù)器取代所述第一計數(shù)器和第二計數(shù)器，所述計數(shù)器-逆計數(shù)器被布置用于當僅有定值操控信號處于第一邏輯狀態(tài)時以時鐘信號的邊沿速率(rythme)來計數(shù)，和用于當僅有邏輯信號處于所述第一邏輯狀態(tài)時以所述時鐘信號的邊沿速率來逆計數(shù)，所述操控單元被配置以使得計數(shù)器-逆計數(shù)器達到負值。
[0016]在第一實施例的改進中，第一計數(shù)器被布置用于自使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿起始并且直到使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿來以時鐘信號的邊沿速率而計數(shù)。
[0017]有利地，操控單元被配置用于響應(yīng)于使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿以及在已將所述第一計數(shù)器的當前計數(shù)值保存在寄存器中之后而生成第一計數(shù)器的重置于零信號。
[0018]根據(jù)另一改進，第二計數(shù)器被布置用于自對應(yīng)于負載處有效操控信號的、使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號邊沿起始并且直到使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號邊沿來以時鐘信號邊沿速率而計數(shù)。
[0019]另外，操控單元被配置用于在第二計數(shù)器的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器計數(shù)值時，生成第二計數(shù)器的重置于零信號。
[0020]有利地，操控單元此外被配置用于在第二計數(shù)器的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器計數(shù)值時，生成去活電感負載的操控信號。
[0021]本發(fā)明還涉及一種通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的方法，根據(jù)具有給定定值占空比的周期性定值操控信號，在所述定值操控信號的各個周期上，所述定值操控信號在至少第一持續(xù)時間期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，和在該周期的剩余部分期間，處于另一邏輯狀態(tài)，所述方法包括:
[0022].根據(jù)定值操控信號和在電流-電壓變化(擺率)的情況下生成激活電感負載的操控信號；
[0023].借助于第一計數(shù)器、根據(jù)定值操控信號來確定第一持續(xù)時間；
[0024].根據(jù)第二計數(shù)器來確定第二持續(xù)時間，在所述第二持續(xù)時間期間，對應(yīng)于負載處觀測的有效操控信號的邏輯信號處于所確定的第一邏輯狀態(tài)；和
[0025].使第二持續(xù)時間伺服于第一持續(xù)時間。
[0026]有利地，第一計數(shù)器自使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿起始并且直到使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿來以時鐘信號的邊沿速率而計數(shù)。
[0027]另外，響應(yīng)于使所述定值操控信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號邊沿以及在已將所述第一計數(shù)器的當前計數(shù)值保存在寄存器中之后重新初始化第一計數(shù)器。
[0028]而且，第二計數(shù)器自對應(yīng)于負載處有效操控信號的、使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號邊沿起始并且直到使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號邊沿來以時鐘信號邊沿速率而計數(shù)。
[0029]在本發(fā)明的改進中，在第二計數(shù)器的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器計數(shù)值時，重新初始化第二計數(shù)器。
[0030]另外，可以配置操控單元，以使得操控信號被生成用于在第二計數(shù)器的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器計數(shù)值時，去活電感負載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]在閱讀隨后的描述時，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點還將變得明顯。所述描述純粹為說明性的且應(yīng)該相對于附圖進行閱讀，其中:
[0032]-圖1a-1d為圖示了借助于H橋而通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的示意圖；
[0033]-圖2a_2c分別為定值操控信號和有效操控信號的時序圖，用于操控例如諸如圖1上所表示的負載。
[0034]-圖3a為在沒有校正設(shè)備的情況下給出作為定值占空比的函數(shù)的負載處有效占空比的圖解；
[0035]-圖3b為在存在校正設(shè)備的情況下給出作為定值占空比的函數(shù)的負載處有效占空比的圖解；
[0036]-圖4a為根據(jù)第一實施例的操控設(shè)備的示例的功能示意圖；
[0037]-圖4b為根據(jù)另一實施例的操控設(shè)備的示例的功能示意圖；
[0038]-圖5a和5b分別為定值操控信號和有效操控邏輯信號的時序圖，對于相對低的占空比的值；
[0039]-圖6a和6b分別為定值操控信號和有效操控邏輯信號的時序圖，對于經(jīng)常使用的占空比的值；
[0040]-圖7a和7b分別為定值操控信號和有效操控邏輯信號的時序圖，對于相對高的占空比的值；以及
[0041]-圖8a和Sb分別為定值操控信號和有效操控邏輯信號的時序圖，對于非常接近于100%的占空比的值。

【具體實施方式】
[0042]參照圖1a至ld，諸如電動機I之類的電感負載的操控設(shè)備例如包括“H橋”類型的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
[0043]這樣的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括四個開關(guān)，各自例如由功率MOS晶體管構(gòu)成。第一晶體管Ml被連接在被帶至電池電壓Vbat的正供應(yīng)端子和發(fā)動機第一端子之間。第二晶體管M2被連接在所述發(fā)動機第一端子和接地端子Gnd之間。第三晶體管M3被連接在發(fā)動機第二端子和接地端子Gnd之間。最后，第四晶體管M4被連接在正供應(yīng)端子Vbat和所述發(fā)動機第二端子之間。晶體管Ml和M4被稱為高側(cè)(英文為“high side”)晶體管以及晶體管M2和M3被稱為低側(cè)(英文為“l(fā)ow side”)晶體管。可以根據(jù)四個狀態(tài)來操控所述橋，其中僅三個是必要的。
[0044]在第一狀態(tài)中，由高側(cè)晶體管Ml和低側(cè)晶體管M3形成的對當這些晶體管導(dǎo)通(開關(guān)閉合)時，使得能夠使電流以第一方向流通穿過發(fā)動機1，如由圖1a上的箭頭所指示的。晶體管M2和M4因此被阻斷(開關(guān)斷開)。
[0045]相反地，在第二狀態(tài)中，由低側(cè)晶體管M2和高側(cè)晶體管M4形成的對當這些晶體管導(dǎo)通(開關(guān)閉合)時，使得能夠使電流以另一方向流通穿過發(fā)動機1，如由圖1b上的箭頭所指示的。晶體管Ml和M3因此被阻斷(開關(guān)斷開)。
[0046]在由圖1c圖示的第三狀態(tài)中，高側(cè)晶體管Ml和M4被阻斷(開關(guān)斷開)并且低側(cè)晶體管M2和M3導(dǎo)通(開關(guān)閉合)。這使得能夠在晶體管Ml斷開后，以穿過M2和M3的短路電流的形式來排出在電感負載中積累的能量，如由圖1c上的箭頭所表示的。該狀態(tài)被定性為“自由運轉(zhuǎn)(roue libre)”狀態(tài)。其可以接連于在第一狀態(tài)或第二狀態(tài)中H橋的運行而被操控。注意到，在晶體管Ml斷開之后和在晶體管M2閉合之前，電流已在晶體管M2的結(jié)構(gòu)二極管中流通。這是可以定性為被動自由運轉(zhuǎn)(roue libre passive)的過渡狀態(tài)。
[0047]最后，在由圖1d圖示的第四狀態(tài)中，低側(cè)晶體管M2和M3被阻斷(開關(guān)斷開)并且高側(cè)晶體管Ml和M4導(dǎo)通(開關(guān)閉合)。這使得能夠在晶體管M3斷開后，以穿過Ml和M4的短路電流的形式來排出在電感負載中積累的能量，如由圖1d上的箭頭所表示的。該狀態(tài)被定性為“自由運轉(zhuǎn)”狀態(tài)。其可以接連于在第一狀態(tài)或第二狀態(tài)中H橋的運行而被操控。在晶體管M3斷開之后和在晶體管M4閉合之前，被動自由運轉(zhuǎn)的電流已在晶體管M4的結(jié)構(gòu)二極管中流通。
[0048]所述第三和第四狀態(tài)對于實現(xiàn)自由運轉(zhuǎn)是等同的。實際上，可以不存在其中之一。
[0049]將領(lǐng)會，本發(fā)明不受轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的類型所限。尤其是，其還適用于半橋式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，或適用于單一功率開關(guān)。同樣，圖1a到Id上示出的一個或多個功率開關(guān)的實現(xiàn)形式只是非限制性示例。這些開關(guān)可以各自包括另外類型的場效應(yīng)晶體管(FET，英文為“Field EffectTransistor”)、雙極型晶體管(BJT,英文為 “Bipolar Junct1n transistor”)、隔離柵極的雙極型晶體管(IGBT,英文為 “Insulated Gate Bipolar Transistor”)等，代替 MOS 晶體管。還可以包括這樣的晶體管的組裝，如有必要則帶有其它組件，諸如電阻器、電容器等。
[0050]負載I中的電流操控通過具有給定定值占空比的周期性定值操控信號的脈沖寬度調(diào)制來實現(xiàn)，所述操控信號被用于生成用于晶體管橋的轉(zhuǎn)換信號。
[0051]如圖2a上所表示的，這樣的定值操控信號PWM，在各個周期上，在至少第一持續(xù)時間期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，以及在該周期的剩余部分期間處于另一邏輯狀態(tài)。在圖中所示的示例中，定值操控信號PWM在小于周期T的持續(xù)時間t0期間處于高邏輯狀態(tài)。所述定值占空比dcom通過以下而給出:
[0052]dcom = t0/T(I)
[0053]圖2b對應(yīng)于通過圖1a和Ic的組合而給出的序列。該圖給出了例如晶體管Ml的晶體管的源極上的電流I和電壓V的演變，這是通過響應(yīng)于圖2a的定值操控信號PWM得到的。
[0054]圖2c對應(yīng)于通過圖1a和Id的組合而給出的序列。該圖給出了例如晶體管M3的晶體管的源極上的電壓V的演變，這是通過響應(yīng)于圖2a的定值操控信號PWM得到的。
[0055]由于電流-電壓變化(擺率)，電流I和電壓V的上升和下降是以緩和斜率的，而不是定值操控信號PWM的方形邊沿。例如，電流變化可以大約為3Α/μ S，以及電壓變化為3V/y S。
[0056]由定值操控信號PWM的邊沿引起的每個轉(zhuǎn)換處，存在三個階段的序列，所述三個階段為停滯時間Α、電流變化B和電壓變化C。在定值操控信號PWM的上升沿之后或在所述信號的下降沿之后，該序列的順序并不是相同的。
[0057]引入停滯時間A以用于避免由連至相同輸出端的兩個晶體管(Ml和M2，或M3和Μ4)的傳導(dǎo)所構(gòu)成的短路。在該停滯時間A期間，實施被動自由運轉(zhuǎn)(穿過晶體管和二極管的傳導(dǎo))。由此，電壓變成輕微為負(圖2b)或輕微在電池電壓以上(圖2c)。
[0058]在定值操控信號PWM的上升沿之后，首先有停滯時間A，隨后是電流變化B以及最后是電壓變化C。在定值操控信號PWM的下降沿之后，首先有電壓變化C，隨后是電流變化B以及最后是停滯時間A。結(jié)果導(dǎo)致在MOS晶體管的操控柵極上的電壓V的上升相對于定值操控信號PWM的上升沿的延遲tdl。相反地，電壓V的下降相對于定值操控信號PWM的下降沿的遲延td2較小(td2 < tdl)。結(jié)果是在其期間所操控的MOS晶體管的源極上的電壓大于高電壓Vbat的一半的持續(xù)時間等于t0_tdl+td2,而不是t0。換句話說,通過將負載處的有效操控信號的占空比標記為deff，則有:
[0059]Deff < dcom(2)
[0060]這體現(xiàn)了以下事實:即有效操控信號的占空比(對應(yīng)于電壓V)小于定值操控信號PWM的占空比。
[0061]延遲差ti = tdl-td2意味著在其期間負載處的有效操控信號處于高狀態(tài)(對應(yīng)于超過電池電壓Vbat的一半)的時間相對于在其期間定值操控信號PWM處于高邏輯狀態(tài)的持續(xù)時間t0的減少。實際上，該減少可以大約為數(shù)μ S，例如5到10μ S，甚至更多一些。
[0062]定值占空比可以在0%和100%之間變化，有效占空比例如被允許有5%的絕對偏差，即在定值占空比為50%時為45%或55%。
[0063]在圖3a的圖解上，曲線32以示意性方式圖示了作為定值占空比的值dcom的函數(shù)的有效占空比的值deff。在這些值之間的理想關(guān)系為由以45°傾斜且通過圖解原點的直線31所表示的相等關(guān)系。此處，曲線32相對于直線31向右方岔開，這以取決于延遲差ti的程度。而且，該岔開的值可以在曲線32兩側(cè)的虛線條曲線所符號表示的某些限制內(nèi)部變化，這是由于組件特征的分散和變化，這些變化基本上由于溫度引起，但也由于老化以及組件之間的分散。該變化使得如引言中指示的軟件處的校正不完美。
[0064]在例如大約IkHz的相對低的定值操控信號PWM的頻率上，有效占空比deff相對于定值占空比dcom的降低可以是可接受的。事實上，在該頻率上，定值操控信號PWM具有Ims的周期，以使得由于MOS晶體管的轉(zhuǎn)換時間引起的延遲差ti可忽略，因為其表示出占空比上可接受的誤差。例如，如果ti = 10 μ S，那么誤差為I %。
[0065]然而，在例如大約1kHz的較高頻率上，該降低使得難以遵守小于5%的有效占空比deff上的誤差裕度，即使實施了如引言中提到的軟件補償。
[0066]這是提出以上類型操控的原因，但是其中使在其期間有效操控信號處于高邏輯狀態(tài)的時間伺服，以使得其對應(yīng)于在其期間定值操控信號處于該高邏輯狀態(tài)的時間。
[0067]操控設(shè)備的兩個實施例被分別示意性地表示于圖4a和4b中。
[0068]圖3b的圖解示出了在存在校正設(shè)備的情況下作為操控占空比dcom的函數(shù)的有效占空比deff的變化。對于接近100%的占空比產(chǎn)生了輕微變更。
[0069]圖4a的設(shè)備包括操控單元2，例如微控制器、ASIC電路(英文為“Applicat1nSpecific Integrated Circuit”，即專用集成電路)、微處理器、SoC(英文為 “System onChip”，即單芯片系統(tǒng))或類似的。操控單元2在輸入端接收操控信號PWM和DIR以及時鐘信號CLK。其在輸出端將操控信號遞送給為發(fā)動機I供電的H橋MOS晶體管，其中出于附圖清楚和本文簡明的考慮，僅有圖1a至Id的晶體管Ml和M2被表示于此。同樣，將只針對晶體管Ml來詳述電壓-電流變化(擺率)裝置(注意到，該設(shè)備可以位于晶體管M2而不是晶體管Ml的柵極上)。這些裝置包括被操控的電流源21和被操控的電流源31，其分別被布置用于對晶體管Ml的操控柵極進行充電和放電。分別通過由操控單元2生成的信號S21和信號S31來操控源21和31。
[0070]在操控單元2的輸入端側(cè)，信號DIR例如為操控發(fā)動機轉(zhuǎn)向(即穿過H橋的電流流通方向(見圖1a和Ib))的二進制邏輯信號。定值操控信號PWM和其定值占空比dcom確定為負載供電的電流，和由此確定發(fā)動機I的速度和/或扭矩。
[0071]所述設(shè)備還包括第一計數(shù)器3，其具有時鐘輸入端、重置于零輸入端和計數(shù)輸出端(象征性地表示為唯一輸出端)。時鐘輸入端接收邏輯信號，導(dǎo)致設(shè)備的定值操控信號PWM和時鐘信號CLK在例如‘與’型的邏輯門中的邏輯組合。重置于零輸入端接收由操控單元2供應(yīng)的第一計數(shù)器3的值的重置于零信號Reset_A。由操控單元2激活重置于零信號Reset_A,以用于重新初始化第一計數(shù)器3，最遲在接收定值操控信號PWM的上升沿時。
[0072]被如此布置，第一計數(shù)器3被適配用于在其中定值操控信號PWM處于高邏輯狀態(tài)的時間間隔期間以時鐘信號CLK的速率而計數(shù)，和由此用于測量該間隔的持續(xù)時間t0(參照圖2a)。在定值操控信號PWM返回到低邏輯狀態(tài)時以第一計數(shù)器3的計數(shù)值形式可用的該持續(xù)時間因此通過操控單元2獲取。該持續(xù)時間被存儲于該后者的寄存器中。因此由操控單元2通過激活重置于零信號Reset_A來重新初始化第一計數(shù)器3。
[0073]在操控單元2的輸出端側(cè)，將晶體管Ml的源極通過其而連接到發(fā)動機I的端子的節(jié)點稱為01。該節(jié)點上的電壓(圖2b中標記為V)對應(yīng)于模擬信號OUT。該信號將操控信號傳達至負載處。其呈現(xiàn)以上提及的有效占空比deff。‘電壓水平適配’門由此將邏輯電壓L_0ut供應(yīng)給操控單元2，帶有與由該操控單元2接受的高和低邏輯狀態(tài)相對應(yīng)的電壓水平。換句話說，當電壓V(信號OUT)在電池電壓Vbat的一半以上時，有效操控邏輯信號L_Out處于高邏輯狀態(tài)，以及當電壓V (信號OUT)在電池電壓Vbat的一半以下時，處于低邏輯狀態(tài)。
[0074]所述設(shè)備還包括第二計數(shù)器4，其具有時鐘輸入端、重置于零輸入端和輸出端。時鐘輸入端接收邏輯信號，導(dǎo)致設(shè)備的有效操控邏輯信號L_0ut和時鐘信號CLK在例如‘與，型的邏輯門中的邏輯組合。重置于零輸入端接收由操控單元2供應(yīng)的計數(shù)器的值的重置于零信號Reset_B。如以下將詳述的，由操控單元2激活信號Reset_B。
[0075]被如此布置，第二計數(shù)器4被適配用于在其中有效操控邏輯信號L_0ut處于高邏輯狀態(tài)的時間段期間來以信號CLK的速率而計數(shù)，和由此用于從中測量持續(xù)時間(在圖2b中標記為t0-ti)。應(yīng)當考慮晶體管M2的斷開時的延遲td2。該延遲由以下事實補償:第一計數(shù)器3的初始值為td2。該值來自定值操控信號PWM的前一周期。其以第二計數(shù)器4的計數(shù)值形式而可用，通過操控單元2連續(xù)獲取，例如在時鐘信號CLK的每個上升沿處。
[0076]例如通過軟件來配置操控單元2以借助于信號S21和S31來維持晶體管Ml導(dǎo)通，以便借助于第二計數(shù)器4而測量的持續(xù)時間對應(yīng)于借助于第一計數(shù)器3測量的且存儲在寄存器中的值t0。換句話說，在其期間負載處(即晶體管Ml的源極上)的有效操控信號被維持于高狀態(tài)(對應(yīng)于超過電壓Vbat的一半)的時間被伺服于持續(xù)時間t0。這通過延長有效控制信號V的脈沖持續(xù)時間而重又補償延遲td，諸如在圖2b右側(cè)由虛線條所符號表示的。
[0077]現(xiàn)在將關(guān)于圖5a-5b、6a_6b、7a_7b和8a_8b的時序圖來描述設(shè)備的運行。圖5a和5b分別為定值操控信號PWM和有效操控邏輯信號L_0ut的時序圖，對于相對低(此處即接近10%)的占空比的值。圖6a和6b分別為定值操控信號PWM和有效操控邏輯信號L_0ut的時序圖，對于經(jīng)常使用(此處即接近35%)的占空比的值。圖7a和7b分別為定值操控信號PWM和有效操控邏輯信號L_0ut的時序圖，對于相對高(即通過下方值而接近90% )的占空比的值。最后，圖8a和8b分別為定值操控信號PWM和信號L_0ut的時序圖，對于接近100%的占空比的值。
[0078]首先考慮圖6a和6b的情況，在其期間定值操控信號PWM處于高邏輯狀態(tài)的持續(xù)時間to的測量起動，在步驟SI中，當定值操控信號PWM轉(zhuǎn)到高邏輯狀態(tài)時，即在定值操控信號PWM的上升沿上。同樣地，操控單元2對操控信號S21和S31進行操縱，以便引起晶體管Ml的閉合，帶有所希望的電流-電壓變化(擺率)。上述測量由第一計數(shù)器3實現(xiàn)，從零計數(shù)值開始，所述計數(shù)值在定值操控信號PWM的上升沿之前被初始化以用于所考慮的時段，如將在以下解釋的。測量停止在步驟S2中，當定值操控信號PWM回到低邏輯狀態(tài)時。t0的值因此通過操控單元2獲取且被存儲于該后者的寄存器中。接下來由操控單元2通過激活信號Reset_A來重新初始化第一計數(shù)器3，最遲在定值操控信號PWM的上升沿處，這給出零起始值，用于定值操控信號PWM隨后時段上的計數(shù)。
[0079]并行地，在其期間電壓V (信號OUT)應(yīng)當被維持于多于Vbat —半的持續(xù)時間的測量起動，在步驟S3中，當有效操控邏輯信號L_0ut轉(zhuǎn)到高邏輯狀態(tài)時，即在有效操控邏輯信號1^_0機的上升沿上。測量于是起動于晶體管Ml變成傳導(dǎo)(開關(guān)閉合)時的有效時刻。
[0080]更確切地，在其期間電壓V (信號OUT)應(yīng)當被維持于多于Vbat —半的持續(xù)時間對應(yīng)于to，但是在其期間應(yīng)當對操控信號S21和S31進行操控以維持晶體管Ml傳導(dǎo)(開關(guān)閉合)的持續(xù)時間對應(yīng)于該持續(xù)時間t0減去在晶體管Ml斷開時的轉(zhuǎn)換延遲之間的差(標記為 ti)，即 t0-ti ο
[0081]由第二計數(shù)器4實現(xiàn)的測量開始于非零值，所述非零值對應(yīng)于晶體管Ml斷開時的轉(zhuǎn)換延遲值td2。這被獲得，以及將在閱讀下文時理解它。以連續(xù)的方式，第二計數(shù)器4的計數(shù)值因此由操控單元2在時鐘信號CLK的各個邊沿上獲取，并與借助于第一計數(shù)器3測量的且被存儲在操控單元2的前述寄存器中的t0值相比較。
[0082]在步驟S4中，當?shù)诙嫈?shù)器4的計數(shù)值等于t0時，操控單元2對操控信號S21和S31進行操縱，以便引起晶體管Ml的阻斷(晶體管斷開)。Ml的源極上的電壓V (信號OUT)因此下降到接地Gnd的電勢。同時，由操控單元2通過激活重置于零信號Reset_B來重新初始化第二計數(shù)器4。
[0083]然而，由第二計數(shù)器4進行的計數(shù)不會停止。在步驟S5中，只當有效操控邏輯信號L_0ut回到低邏輯狀態(tài)時、即當負載端子(其還對應(yīng)于Ml的源極)上的電壓V(信號OUT)轉(zhuǎn)到電池電壓Vbat—半以下時，其才停止。在該時刻，第二計數(shù)器4的值因此對應(yīng)于Ml的轉(zhuǎn)換的延遲td2。因此該延遲td2的值被預(yù)加載在第二計數(shù)器4中，用于隨后循環(huán)的計數(shù)，即用于定值操控信號PWM的隨后時段。
[0084]如將會理解的，由晶體管Ml實施的開關(guān)斷開被提前持續(xù)時間td2，所述持續(xù)時間td2對應(yīng)于所述晶體管Ml的切斷時的延遲，以使得開關(guān)的有效閉合時間正好等于t0。
[0085]在第一實現(xiàn)變型中，不測量切斷延遲td2，但是可以由對操控單元2進行操縱的軟件基于固定值而被考慮。例如，經(jīng)由可以在設(shè)備的設(shè)計階段期間在實驗室實現(xiàn)的設(shè)備表征步驟，可以得到該固定值。該實施例雖然較簡單，然而給出不太好的結(jié)果。
[0086]在另一變型中，可以通過除第二計數(shù)器4之外的計數(shù)器來測量切斷延遲td2。該解決方案給出優(yōu)于以上第一變型的結(jié)果，尤其因為其考慮到了組件的有效特征。盡管如此，與以上關(guān)于圖4a描述的優(yōu)選實施例相比，其仍然是不太高效的，這是根據(jù)由于溫度變化引起的效應(yīng)被考慮得不太好。
[0087]將注意到，在由圖6a_6b所圖示的情況下，如由圖7a_7b所圖示的情況下，步驟S3可以在步驟S2之前介入。在該情況下，例如由微控制器的操縱軟件實現(xiàn)的內(nèi)部邏輯阻止實現(xiàn)在第二計數(shù)器4的值之間的比較，只要步驟S2尚未發(fā)生的話。事實上，直到該時刻，定值操控信號PWM過程中的時段的值t0尚未在操控單元2的寄存器中可用。
[0088]以上描述僅作為說明性而給出，并且不限制本發(fā)明的范圍。任何技術(shù)上可設(shè)想的實現(xiàn)變型都可以優(yōu)選于所描述的實施例。具體地，計數(shù)器3和4以及與它們的運行相關(guān)聯(lián)的邏輯門可以被實現(xiàn)在例如實施操控單元2的微控制器中。
[0089]例如，由圖4b所圖示的實施例，雖然基本上非常不同，但僅為圖4a所呈現(xiàn)的實施例的優(yōu)化。
[0090]圖4b的設(shè)備使用與圖4a上相同的元件21、31、M1、M2和I。操控單元2總是存在，但具有不同作用。信號PWM和DIR以及L_0UT使得能夠操縱窗口(FenStre)、方向(Sens)和Reset_A信號，以便以如下方式對取代圖4a的第一計數(shù)器3的計數(shù)器_逆計數(shù)器5進行管理:
[0091]在計數(shù)器-逆計數(shù)器5中，窗口信號通過借助于‘與’門讓時鐘信號CLK通過或否而使得能夠進行計數(shù)。當定值操控信號PWM處于高狀態(tài)而信號L_0UT處于低狀態(tài)，并且窗口信號因此處于高狀態(tài)時，計數(shù)發(fā)生。
[0092]當定值操控信號PWM處于低狀態(tài)而信號L_0UT處于高狀態(tài)，并且窗口信號因此同樣處于高狀態(tài)時，逆計數(shù)發(fā)生。
[0093]當定值操控信號PWM和信號L_0UT處于相同狀態(tài)，窗口信號因此處于低狀態(tài)時，既不存在計數(shù)也不存在逆計數(shù)。
[0094]方向信號使得能夠定位計數(shù)器-逆計數(shù)器5的計數(shù)或逆計數(shù)。當計數(shù)器-逆計數(shù)器5達到值O時，在逆計數(shù)期間，Ml的斷開序列被觸發(fā)。前面已見到，因此存在其期間計數(shù)器-逆計數(shù)器5繼續(xù)逆計數(shù)的延遲td2，且達到的值表示負值_td2，其在隨后的計數(shù)期間被從中扣除。
[0095]相對于圖4a的實施例，圖4b的優(yōu)點在于用單一計數(shù)器取代兩個，且所需要的計數(shù)能力小得多，因為測量延遲中最大的就足夠了，即tdl，而并不是測量持續(xù)時間t0，所述持續(xù)時間to可以達到完整周期。
[0096]01處電壓水平相對于電池電壓Vbat —半的比較可以被簡化，這以精度的輕微變更為代價；例如，參照圖2a，通過將01處電壓變化的結(jié)束取為計數(shù)的開始或結(jié)束事件，而不是取電壓變化的中間。用電壓變化的開始來取代同樣是適合的。
【權(quán)利要求】
1.通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的設(shè)備，其中，根據(jù)具有給定定值占空比(dcom)的周期性定值操控信號(PWM)，在所述定值操控信號(PWM)的各個周期上，所述定值操控信號(PWM)在至少第一持續(xù)時間(tO)期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，和在該周期的剩余部分期間，處于另一邏輯狀態(tài)，所述設(shè)備包括: ?操控單元(2)，被布置用于根據(jù)定值操控信號(PWM)和在電流-電壓變化(擺率)的情況下生成激活電感負載的操控信號(S21、S31)； ?第一計數(shù)器(3)，被布置用于根據(jù)定值操控信號(PWM)來確定第一持續(xù)時間(tO);和 ?第二計數(shù)器(4)，被布置用于確定第二持續(xù)時間(t0-td2)，在所述第二持續(xù)時間(t0-td2)期間，對應(yīng)于負載(01)處觀測的有效操控信號(V，OUT)的邏輯信號(L_0ut)處于所確定的第一邏輯狀態(tài)， 其中操控單元(2)被配置用于使第二持續(xù)時間伺服于第一持續(xù)時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，用計數(shù)器-逆計數(shù)器(5)取代所述第一計數(shù)器(3)和第二計數(shù)器(4)，所述計數(shù)器-逆計數(shù)器(5)被布置用于當僅有定值操控信號處于第一邏輯狀態(tài)時以時鐘信號(CLK)的邊沿速率來計數(shù)，和用于當僅有邏輯信號(L_out)處于所述第一邏輯狀態(tài)時以所述時鐘信號(CLK)的邊沿速率來逆計數(shù)，所述操控單元(2)被配置以使得計數(shù)器-逆計數(shù)器(5)達到負值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，第一計數(shù)器(3)被布置用于自使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿起始并且直到使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿來以時鐘信號(CLK)的邊沿速率而計數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，操控單元(2)被配置用于響應(yīng)于使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿、以及在已將所述第一計數(shù)器(3)的當前計數(shù)值保存在寄存器中之后而生成第一計數(shù)器(3)的重置于零信號(Reset_A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4中任一項所述的設(shè)備，其中，第二計數(shù)器(4)被布置用于自對應(yīng)于負載處有效操控信號(OUT)的、使所述邏輯信號(L_0ut)轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號(L_0ut)邊沿起始并且直到使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號(L_0ut)邊沿來以時鐘信號(CLK)的邊沿速率而計數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的設(shè)備，其中，操控單元(2)被配置用于當?shù)诙嫈?shù)器(4)的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器(3)的計數(shù)值時，生成第二計數(shù)器(4)的重置于零信號(Reset_B)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，操控單元(2)此外被配置用于當?shù)诙嫈?shù)器(4)的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器(3)的計數(shù)值時，生成去活電感負載的操控信號(S21、S31)。
8.通過脈沖寬度調(diào)制來操控電感負載的方法，根據(jù)具有給定定值占空比(dcom)的周期性定值操控信號(PWM)，在所述定值操控信號(PWM)的各個周期上，所述定值操控信號(PWM)在至少第一持續(xù)時間(tO)期間處于在高和低邏輯狀態(tài)中確定的第一邏輯狀態(tài)，和在該周期的剩余部分期間，處于另一邏輯狀態(tài)，所述方法包括: ?根據(jù)定值操控信號(PWM)和在電流-電壓變化(擺率)的情況下生成激活電感負載的操控信號(S21、S31)； ?借助于第一計數(shù)器(3)，根據(jù)定值操控信號(PWM)來確定第一持續(xù)時間(tO)； ?根據(jù)第二計數(shù)器(4)來確定第二持續(xù)時間(t0-td2)，在所述第二持續(xù)時間(t0-td2)期間，對應(yīng)于負載(01)處觀測的有效操控信號(V，0UT)的邏輯信號(L_0ut)處于所確定的第一邏輯狀態(tài)；和 ?使第二持續(xù)時間(t0-td2)伺服于第一持續(xù)時間(tO)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，第一計數(shù)器(3)自使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿起始并且直到使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿來以時鐘信號(CLK)的邊沿速率而計數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，響應(yīng)于使所述定值操控信號(PWM)轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的定值操控信號(PWM)邊沿以及在已將所述第一計數(shù)器(3)的當前計數(shù)值保存在寄存器中之后重新初始化第一計數(shù)器(3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項所述的方法，其中，第二計數(shù)器(4)自對應(yīng)于負載處有效操控信號(OUT)的、使所述邏輯信號轉(zhuǎn)到第一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號(L_0ut)邊沿起始并且直到使所述邏輯信號(L_0ut)轉(zhuǎn)到另一邏輯狀態(tài)中的邏輯信號(L_0ut)邊沿來以時鐘信號(CLK)的邊沿速率而計數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9和10所述的方法，其中，在第二計數(shù)器(4)的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器(3)的計數(shù)值時，重新初始化第二計數(shù)器(4)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，操控單元(2)此外被配置以使得操控信號(S2US31)被生成用于當?shù)诙嫈?shù)器(4)的當前計數(shù)值達到被保存在寄存器中的第一計數(shù)器(3)的計數(shù)值時禁用電感負載。
【文檔編號】F02M25/07GK104136758SQ201380007391
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】A·帕斯夸萊托 申請人:法國大陸汽車公司, 大陸汽車有限公司