Stromregler und Verfahren zur Stromregelung

*DE102008036113A120090409*
(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(10)
DE 10 2008 036 113 A1 2009.04.09
(12)
Offenlegungsschrift
(21) Aktenzeichen: 10 2008 036 113.5
(22) Anmeldetag: 01.08.2008
(43) Offenlegungstag: 09.04.2009
(30) Unionspriorität:
11/864,018 28.09.2007 US
(71) Anmelder:
Infineon Technologies AG, 85579 Neubiberg, DE
(51) Int Cl. 8 : H01F 7/18 (2006.01)
G05D 16/20 (2006.01)
(74) Vertreter:
Westphal, Mussgnug & Partner, 80331 München
(72) Erfinder:
Hartlieb, Heimo, Graz, AT
Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.
Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
(54) Bezeichnung: Stromregler und Verfahren zur Stromregelung
(57) Zusammenfassung: Beschrieben wird ein Stromregler
und ein Verfahren zur Regelung eines Stromes durch eine
Last. Das Verfahren sieht vor: Anlegen einer pulsweitenmodulierten
Versorgungsspannung an die Last, wobei die
pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung ein von einem
Regelsignal abhängiges Tastverhältnis aufweist; Messen
eines die Last durchfließenden Stromes zur Bereitstellung
eines Strommesssignals; Erzeugen eines von einer
Differenz zwischen dem Sollwertsignal und dem Strommesssignal
abhängigen Fehlersignals; Bereitstellen eines
HF-Signals; Erzeugen des Regelsignals derart, dass abhängig
davon, welchen Wert das Fehlersignal besitzt, ein
von dem Fehlersignal und dem HF-Signal abhängiges erstes
Regelsignal oder ein von dem HF-Signal unabhängiges
zweites Regelsignal als Regelsignal erzeugt wird.
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DE 10 2008 036 113 A1 2009.04.09
Beschreibung
TECHNISCHER HINTERGRUND
[0001] Die Erfindung betrifft einen Stromregler zur Regelung eines Stromes durch eine Last, insbesondere
eine induktive Last, und ein Verfahren zur Regelung eines Stromes durch eine Last.
[0002] Zur Regelung eines Stromes durch eine induktive Last ist es bekannt, eine pulsweitenmodulierte
Spannung an die Last anzulegen und das Tastverhältnis (Duty Cycle) der Spannung abhängig von einem Fehlersignal
einzustellen, das eine Abweichung des die Last durchfließenden Stromes von einem Sollwert repräsentiert.
[0003] Induktive Lasten, deren Stromfluss geregelt werden soll, sind beispielsweise Magnetventile in hydraulischen
Systemen, wie z. B. automatische Schaltgetriebe, in Kraftfahrzeugen. Zwischen einzelnen Schaltvorgängen
sollen die Magnetventile in einem solchen System von einem möglichst konstanten Strom durchflossen
werden, wobei sich der Sollwert für diesen Strom bei einem Schaltvorgang ändert. Um ein Festsetzen mechanischer
Komponenten bei einem solchen System zu verhindern, beispielsweise dann, wenn über längere
Zeit kein Schaltvorgang erfolgt, ist es bekannt, dem Sollwert ein hochfrequentes periodisches Signal zu überlagern.
Der die Last durchfließende Strom schwankt im eingeschwungenen Zustand dann periodisch um einen
durch den Sollwert vorgegebenen Stromwert. Die Ventilstellung weicht dann periodisch von einer durch den
Stromsollwert vorgegebenen Position ab und verhindert so ein Festsetzen des Ventils, wobei die Frequenz des
hochfrequenten Signals allerdings höher ist als die sogenannte Cut-Off-Frequenz des Fluid-Systems innerhalb
des gesamten hydraulischen Systems, so dass die Schwankungen der Ventilstellung keine Auswirkungen auf
die Stellung der durch die Hydraulik gesteuerten Teile besitzt.
[0004] Es besteht ein Bedürfnis nach einem Stromregler und einem Verfahren zur Stromregelung, bei dem
gewährleistet ist, dass sich der Strom nach einer Änderung des Sollwerts rasch auf den geänderten Sollwert
einregelt.
[0005] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Stromregler zur Regelung eines Stromes durch eine Last,
der aufweist: Anschlussklemmen zum Anschließen der Last; eine Schaltanordnung, die dazu ausgebildet ist,
abhängig von einem pulsweitenmodulierten Signal eine pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung an die
Anschlussklemmen anzulegen; einen Pulsweitenmodulator, dem ein Regelsignal zugeführt ist und der das
pulsweitenmodulierte Signal abhängig von dem Regelsignal erzeugt; eine Strommessanordnung, die dazu
ausgebildet ist, ein von einem Strom durch die Last abhängiges Strommesssignal bereitzustellen; und eine Regelschaltung,
die einen Sollwertsignaleingang zum Zuführen eines Sollwertsignals, einen HF-Signaleingang
zum Zuführen eines HF-Signals und einen Strommesssignaleingang zum Zuführen des Strommesssignals
aufweist. Die Regelschaltung ist dazu ausgebildet, ein von einer Differenz zwischen dem Sollwertsignal und
dem Strommesssignal abhängiges Fehlersignal zu erzeugen und abhängig von dem Fehlersignal das Regelsignal
zu erzeugen, und ist dazu ausgebildet, abhängig von dem Fehlersignal einen ersten und einen zweiten
Betriebszustand anzunehmen, wobei das Regelsignal nur in dem ersten Betriebszustand von dem HF-Signal
abhängig ist.
[0006] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Stromes durch eine Last,
das aufweist: Anlegen einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung an die Last, wobei die pulsweitenmodulierte
Versorgungsspannung ein von einem Regelsignal abhängiges Tastverhältnis aufweist; Messen eines
die Last durchfließenden Stromes zur Bereitstellung eines Strommesssignals; Erzeugen eines von einer
Differenz zwischen dem Sollwertsignal und dem Strommesssignal abhängigen Fehlersignals; Bereitstellen eines
HF-Signals; Erzeugen des Regelsignals derart, dass abhängig davon, welchen Wert das Fehlersignal besitzt,
ein von dem Fehlersignal und dem HF-Signal abhängiges erstes Regelsignal oder ein von dem HF-Signal
unabhängige zweites Regelsignal als Regelsignal erzeugt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0007] Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren
dienen zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung. In den Figuren sind daher nur die zum Verständnis
des Grundprinzips notwendigen Schaltungskomponenten dargestellt. In den Figuren bezeichnen, sofern
nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungskomponenten und Signale mit gleicher
Bedeutung.
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[0008] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Stromreglers, der Anschlussklemmen zum Anschließen einer
Last, eine Strommessanordnung, eine Regelschaltung und einen Pulsweitenmodulator aufweist.
[0009] Fig. 2 zeigt ein Zustandsdiagramm zur Erläuterung zweier unterschiedlicher Betriebszustände der Regelschaltung.
[0010] Fig. 3 veranschaulicht die Funktionsweise des Stromreglers anhand zeitlicher Signalverläufe.
[0011] Fig. 4 zeigt ein Realisierungsbeispiel der Regelschaltung, die eine Betriebszustandsschaltung und einen
Regler aufweist.
[0012] Fig. 5 zeigt ein Realisierungsbeispiel Betriebszustandsschaltung.
[0013] Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Takterzeugungsschaltung zur Erzeugung eines Taktsignals für den Regler.
[0014] Fig. 7 zeigt ein Realisierungsbeispiel der Strommessanordnung.
[0015] Fig. 8 zeigt ein Realisierungsbeispiel des Pulsweitenmodulators.
[0016] Fig. 9 veranschaulicht die Funktionsweise des in Fig. 8 dargestellten Pulsweitenmodulators anhand
zeitlicher Signalverläufe.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0017] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Stromreglers zur Regelung eines Stromes I durch eine Last L.
Diese Last L ist beispielsweise eine induktive Last, wie z. B. ein Magnetventil. Der Stromregler weist Anschlussklemmen
11, 12 zum Anschließen der Last L und eine Schaltanordnung 20 zum Anlegen einer pulsweitenmodulierten
Versorgungsspannung an die Anschlussklemmen 11, 12 abhängig von einem pulsweitenmodulierten
Signals Spwm auf. Die Schaltanordnung 20 weist in dem dargestellten Beispiel Anschlussklemmen
für ein positives Versorgungspotential V+ und ein negatives Versorgungspotential bzw. Bezugspotential
GND sowie einen durch das pulsweitenmodulierte Signal Spwm angesteuerten Schalter 21 auf. Die Klemme
für das positive Versorgungspotential V+ ist in dem dargestellten Beispiel an die erste Anschlussklemme 11
angeschlossen, der Schalter 21 ist als Low-Side-Schalter realisiert und damit zwischen die zweite Anschlussklemme
12 und die Klemme für das Bezugspotential GND geschaltet. Bei geschlossenem, bzw. leitend angesteuerten
Schalter 21, liegt annähernd die gesamte zwischen der Klemme für das positive Versorgungspotential
V+ und der Klemme für Bezugspotential GND anliegende Versorgungsspannung über der Last L an. Bei
geöffnetem, bzw. sperrend angesteuertem, Schalter 21 ist die Spannung über der Last L hingegen wenigstens
annähernd Null. Aus einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung des Schalters 21 resultiert damit eine pulsweitenmodulierte
Versorgungsspannung zwischen den Anschlussklemmen 11, 12, und damit über der Last L. Ein
Tastverhältnis bzw. ein Duty-Cycle des pulsweitenmodulierten Signals Spwm entspricht dabei unmittelbar dem
Duty-Cycle der Versorgungsspannung.
[0018] Bei einer induktiven Last L wird bei leitend angesteuertem Schalter 21 Energie in der Last L gespeichert.
Um ein Abkommutieren der Last bei anschließend sperrend angesteuertem Schalter 21 zu ermöglichen,
ist beispielsweise ein Freilaufelement 22, wie z. B. eine Diode, parallel zu der Last L geschaltet. Das Freilaufelement
ist hierbei so gepolt, dass es bei sperrend angesteuertem Schalter 21 einen Freilaufstrom der induktiven
Last übernehmen kann.
[0019] Es sei darauf hingewiesen, dass die in Fig. 1 dargestellte Schaltanordnung 20 zum Anlegen einer
pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung an die Anschlussklemmen 11, 12 lediglich als Beispiels zu verstehen
ist. Anstelle den Schalter 21 als Low-Side-Schalter zu realisieren könnte dieser Schalter in entsprechender
Weise auch als High-Side-Schalter realisiert werden, also zwischen der Klemme für das positive Versorgungspotential
V+ und der ersten Anschlussklemme 11 angeordnet sein. Darüber hinaus sind beliebige
weitere Freilaufelemente oder Schaltungen einsetzbar, die ein Abkommutieren der induktiven Last L bei geöffnetem
Schalter ermöglichen. Ein Beispiel für eine solche weitere Schaltung zur Abkommutierung der induktiven
Last L ist eine sogenannte "aktive Zenerschaltung". Eine solche aktive Zenerschaltung steuert den Schalter
21 leitend an, um ein Abkommutieren der induktiven Last L zu ermöglichen, sobald bei zunächst sperrend
angesteuertem Schalter 21 ein Spannungsabfall über der Laststrecke des Schalters einen vorgegebenen
Schwellenwert übersteigt. Solche aktiven Zenerschaltungen sind grundsätzlich bekannt, so dass auf weitere
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Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.
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[0020] Aufgabe des dargestellten Stromreglers ist es, den Strom I durch die Last L so zu regeln, dass zumindest
ein Mittelwert dieses Stromes I über eine Periodendauer des pulsweitenmodulierten Signals Spwm einem
durch ein Sollwertsignal Sp repräsentierten Sollwert entspricht. Zur Regelung dieses Stromes I weist der
Stromregler eine Regelschaltung 50 auf, der das Sollwertsignal Sp und ein von einer Strommessanordnung
30 bereitgestelltes Strommesssignal Si zugeführt ist. Die Strommessanordnung 30 ist in dem Beispiel in Reihe
zu dem Schalter 21 geschaltet und stellt ein zu dem Strom I proportionales Strommesssignal Si zur Verfügung.
Als Strommessanordnung 30 eignet sich eine beliebige Strommessanordnung, die ein Messsignal liefert, das
proportional ist zu einem die Last L bzw. den Schalter 21 durchfließenden Strom I.
[0021] Die Regelschaltung 50 erzeugt ein Regelsignal Sc, das einem Pulsweitenmodulator 40 zugeführt ist,
der abhängig von diesem Regelsignal Sc das pulsweitenmodulierte Signal Spwm erzeugt. Das Regelsignal Sc
enthält eine Information über eine momentan und/oder in der Vergangenheit vorhandene Abweichung zwischen
dem Strom I und dem Sollwertsignal Sp und bestimmt über den Pulsweitenmodulator 40 den Duty-Cycle
des pulsweitenmodulierten Signals Spwm. Das pulsweitenmodulierte Signal ist beispielsweise ein festgetaktetes
Signal mit einer fest vorgegebenen Periodendauer, und einer Einschaltdauer und einer Ausschaltdauer pro
Ansteuerperiode. Während der Einschaltdauer nimmt das pulsweitenmodulierte Signal Spwm einen Einschaltpegel
an, durch den der Schalter 21 leitend angesteuert wird, und während der Ausschaltdauer nimmt das
pulsweitenmodulierte Signal Spwm einen Ausschaltpegel an, durch den der Schalter 21 sperrend angesteuert
wird. Zur Regelung der Stromaufnahme kann hierbei das Verhältnis von Einschaltdauer zu gesamter Periodendauer,
also der Duty-Cycle, variieren.
[0022] Die Erzeugung des Regelsignals Sc durch die Regelschaltung 50 erfolgt dabei derart, dass die Einschaltdauern
des Schalters 21 verlängert werden, wenn das Regelsignal Sc auf einen gegenüber dem Sollwert
zu kleinen Strom hinweist, und dass die Einschaltdauern verkürzt werden, wenn das Regelsignal Sc auf einen
gegenüber dem Sollwert zu großen Strom I hinweist. Die Taktfrequenz, mit der das pulsweitenmodulierte Signal
Spwm erzeugt wird, ist hierbei so gewählt, dass die Last L permanent von einem Strom durchflossen wird,
dass die Last während der Ausschaltdauern des Schalters 21 also nie vollständig entmagnetisiert wird. Die
Last L wird dann im Dauerstrombetrieb (Continuous Current Mode) betrieben.
[0023] Bei dem dargestellten Stromregler ist vorgesehen, den Strom I so zu regeln, dass der Strom im eingeschwungenen
Zustand des Stromreglers mit einer vorgegebenen Amplitude und einer vorgegebenen Frequenz
um den Sollwert schwankt. Solche periodischen Schwankungen des Stromes werden beispielsweise
bei induktiven Lasten, die Teil eines mechanischen oder hydraulischen Systems sind, genutzt, um ein Festsetzen
oder Verklemmen mechanischer Komponenten des Systems zu verhindern. Bei einer induktiven Last, die
als Magnetventil ausgebildet ist und die beispielsweise Teil eines hydraulischen Systems ist, führen die
Schwankungen des Stromes zu Schwankungen der Ventilstellung, die ein Verklemmen verhindern. Die Frequenz
der Stromschwankungen sollte dabei so hoch sein, dass die Schwankungen der Ventilstellung keinen
Einfluss auf das Verhalten des hydraulischen Systems selbst haben. Die Frequenz der Stromschwankungen
ist also höher als die Grenzfrequenz (Cut-Off-Frequenz) des Gesamtsystems.
[0024] Die Amplitude und die Frequenz, mit welcher der Strom I bei eingeschwungenem Stromregler um den
Sollwert Sp schwanken soll, wird durch ein hochfrequentes Signal Sd bestimmt, das ebenfalls der Regelschaltung
50 zugeführt ist. Dieses hochfrequente Signal Sd wird nachfolgend als HF-Signal oder "Dither"-Signal bezeichnet.
Ein eingeschwungener Zustand des Stromreglers liegt dann vor, wenn sich der Strom I nach einer
Änderung des Sollwertes an den neuen Sollwert angepasst hat, wenn eine Abweichung zwischen dem Strom
I und dem Sollwert also beispielsweise kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
[0025] Zur Erzeugung des Regelsignals Sc erzeugt die Regelschaltung 50 ein Fehlersignal, das nachfolgend
mit Serr bezeichnet ist und das abhängig ist von einer Differenz zwischen dem Sollwertsignal Sp und dem
Strommesssignal Si, und das somit eine Abweichung des die Last durchfließenden Stromes I von dem Sollwert
repräsentiert. Die Regelschaltung 50 nimmt bezugnehmend auf Fig. 2 abhängig von diesem Fehlersignal Serr
einen ersten Betriebszustand Z1 oder einen zweiten Betriebszustand Z2 an. Der erste Betriebszustand Z1, der
nachfolgend auch als eingeschwungener Zustand bezeichnet wird, liegt dann vor, wenn ein Betrag des Fehlersignals
Serr kleiner ist als ein vorgegebener Referenzwert. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Strom
I innerhalb einer zulässigen Regelabweichung um den Sollwert liegt. Der zweite Betriebszustand Z2, der nachfolgend
auch als Übergangszustand bezeichnet wird, liegt dann vor, wenn der Betrag des Fehlersignals Serr
größer oder gleich dem Referenzwert Sref ist. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Strom I um mehr als
die maximale erlaubte Regelabweichung von dem Sollwert abweicht. Der Übergangszustand Z2 liegt bei-
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spielsweise nach einer Änderung des Sollwertes bzw. des Sollwertsignals Sp vor, oder beispielsweise auch
dann, wenn sich die Eigenschaften der Last L abrupt ändern. Um nach solchen Änderungen ein möglichst rasches
Einschwingen zu erreichen, d. h. den Strom I möglichst rasch auf den geänderten Sollwert einzuregeln,
ist die Regelschaltung 50 dazu ausgebildet, während des Übergangszustandes Z2 das Regelsignal Sc nur abhängig
von dem Fehlersignal Serr, jedoch nicht abhängig von dem Dither-Signal zu erzeugen. Dem liegt die
Erkenntnis zugrunde, dass die hochfrequenten Amplitudenschwankungen des Dither-Signals den Einschwingvorgang
stören bzw. verlangsamen würden. Im eingeschwungenen Zustand Z1 wird das Regelsignal Sc hingegen
abhängig von dem Regelsignal Serr und abhängig von dem Dither-Signal erzeugt, um dadurch ein
Schwanken des Stromes um den Sollwert mit der durch das Dither-Signal vorgegebenen Amplitude und Frequenz
zu erreichen. Im eingeschwungenen Zustand Z1 gilt also:
Sc = f(Serr, Sd)
(1a),
während im Übergangszustand Z2 gilt:
Sc = f(Serr)
(1b).
[0026] f(.) bezeichnet hierbei allgemein eine Funktion des Fehlersignals Serr und des Dither-Signals bzw. nur
des Fehlersignals Serr.
[0027] Wie bereits zuvor erläutert wurde, schwankt der Strom I bedingt durch das getaktete Anlegen der Versorgungsspannung
an die Last L mit einer Frequenz, die die der Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals
entspricht und die höher ist als die Frequenz des Dither-Signals Sd. Um zu vermeiden, dass sich diese innerhalb
einer Periodedauer des pulsweitenmodulierten Signals auftretenden Schwankungen des Stromes negativ
auf das Regelverhalten auswirken, erzeugt die Regelschaltung 50 das Fehlersignal Serr nicht unmittelbar abhängig
von dem Strommesssignal Si sondern abhängig von einem Mittelwert dieses Strommesssignals Si
während einer vorgegebenen Mittelwertdauer. Diese Mittelwertdauer beträgt beispielsweise mindestens der
Periodendauer des pulsweitenmodulierten Signals Spwm. Für das Fehlersignal Serr gilt somit
bei einer zeitkontinuierlichen Mittelwertebildung, bei der das Strommesssignal Si über der Zeit aufintegriert
wird, wobei Tm die Integrationsdauer, bzw. Mittelwertdauer bezeichnet. Die Regelschaltung kann sowohl als
analoge als auch als digitale Regelschaltung ausgebildet sein. Bei einer digitalen Regelschaltung werden statt
einer Integralbildung zur Ermittlung des Mittelwertes Abtastwerte des Strommesssignals Si aufaddiert. Für den
Mittelwert Sm gilt
bei einer zeitdiskreten Mittelwertbildung, bei der Abtastsignale Si(k) des Mittelwertsignals verarbeitet werden,
wobei Nm die Anzahl der für den jeweiligen Mittelwert berücksichtigten Abtastwerte bezeichnet.
[0028] Bei einem Beispiel ist vorgesehen, die Mittelwertdauer Tm für den ersten und zweiten Betriebszustand
der Regelschaltung 50 unterschiedlich zu wählen, und zwar im ersten Betriebszustand Z1 so, dass diese Mittelwertdauer
einer Periodendauer Td des Dither-Signals oder einem ganzzahligen vielfachen dieser Periodendauer
Td entspricht, und im zweiten Betriebszustand so, dass die Mittelwertdauer einer Periodendauer Tpwm
des pulsweitenmodulierten Signals Spwm bzw. einem ganzzahligen vielfachen dieser Periodendauer entspricht.
Es gilt also:
im ersten Betriebszustand Z1 und
im zweiten Betriebszustand. Bei einer digitalen Regelschaltung gilt entsprechend:
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wobei Nd die Anzahl der Abtastwerte des Strommesssignals Si während einer Periodendauer des Dither-Signals
und Npwm die Anzahl der Abtastwerte des Strommesssignals Si während einer Periodendauer des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm entspricht. Die Abtastfrequenz, mit der das Strommesssignal Si abgetastet
wird, kann beispielsweise der Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals oder einem ganzzahligen Vielfachen
dieser Frequenz entsprechen.
[0029] Die im Vergleich zum zweiten Betriebszustand Z2 längere Mittelwertdauer im ersten Betriebszustand
Z1 sorgt im ersten Betriebszustand für eine stabilere Regelung und eliminiert außerdem einen Einfluss des
hochfrequenten Dither-Signals auf das Regelverhalten. Im Übergangszustand wird durch die kürzere Mittelwertdauer
hingegen ein rascheres Einschwingen auf den geänderten Sollwert erreicht.
[0030] Zur Ermittlung des Regelsignals Sc aus dem Fehlersignal Serr und dem Dither-Signal wird das
Dither-Signal Sd im ersten Betriebszustand Z1 beispielsweise zu einem von dem Fehlersignal Srr abhängigen
Regelsignal hinzuaddiert, es gilt also:
Sc = Sc' + Sd = f PI
(Serr) + Sd
(5a),
während im zweiten Betriebszustand Z2 das Regelsignal Sc lediglich von dem Fehlersignal Serr abhängig ist,
so dass gilt:
Sc = Sc' = f PI
(Serr)
(5b).
[0031] Sc' bezeichnet hierbei ein nur von dem Fehlersignal Serr abhängiges Regelsignal und f PI
bezeichnet
eine Reglerfunktion zur Erzeugung des von dem Fehlersignal Serr abhängigen Regelsignals Sc'. Diese Funktion
besitzt beispielsweise einen Proportional- und einen Integralanteil, so dass bei einem zeitkontinuierlichen
Regler gilt:
Sc' = f PI
(Serr) = a·Serr + b·∫Serrdt
(6a)
[0032] Bei einem digital Regler gilt entsprechend:
Sc' = f PI
(Serr) = a·Serr + b·ΣSerr(k)
(6b)
[0033] Die Funktionsweise der zuvor erläuterten Regelschaltung 50 wird nachfolgend anhand von Fig. 3 erläutert,
in der zeitliche Signalverläufe des pulsweitenmodulierten Signals Spwm, des Stromes I durch die Last,
des Fehlersignals Serr, des Dither-Signals Sd, des Sollwertsignals Sp sowie des Betriebszustandes Z der Regelschaltung
50 dargestellt sind. Dargestellt ist außerdem ein Taktsignal CLKpwm, das die Frequenz des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm vorgibt. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass obere Signalpegel
bzw. High-Pegel des in Fig. 3 dargestellten pulsweitenmodulierten Signals Spwm Einschaltpegel dieses
pulsweitenmodulierten Signals Spwm repräsentieren, während untere Signalpegel bzw. Low-Pegel Ausschaltpegel
repräsentieren.
[0034] Fig. 3 zeigt ein Szenario, bei dem das Sollwertsignal Sp bis zu einem ersten Zeitpunkt t1 einen ersten
Signalpegel aufweist, zu diesem ersten Zeitpunkt t1 sprungartig einen zweiten – in dem Beispiel höheren – Signalpegel
annimmt und im Weiteren auf diesem Signalpegel verbleibt. Die Regelschaltung 50 befindet sich bis
zu diesem ersten Zeitpunkt t1 im eingeschwungenen Betriebszustand Z1; das zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm verwendete Regelsignal Sc (nicht dargestellt in Fig. 3) ist hierbei von dem
Dither-Signal Sd abhängig, so dass der Strom I der Amplitude des Dither-Signals Sd folgend um einen Mittenwert
schwankt. Der Mittenwert, um welchen der Strom I mit der Frequenz des Dither-Signals Sd schwankt, entspricht
hierbei dem ersten Signalpegel des Sollwertsignals Sp.
[0035] In Fig. 3 dargestellte Schwankungen des Stromes I mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz
des Dither-Signals Sd, resultieren aus dem pulsweitmodulierten Anlegen der Versorgungsspannung an die in-
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duktive Last L. Während Einschaltdauern des pulsweitenmodulierten Signals Spwm, also während solcher
Zeitdauern, während derer das pulsweitenmodulierte Signal einen Einschaltpegel annimmt, steigt der Strom
durch die induktive Last L an, und sinkt für den Rest der Ansteuerperiode, also während einer Zeitdauer, während
der das pulsweitenmodulierte Signal Spwm einen Ausschaltpegel annimmt, ab. Eine Frequenz, mit der
der Strom I bedingt durch das Anlegen der pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung schwankt, entspricht
hierbei der Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals Spwm.
[0036] Der Betrag des Fehlersignals Serr ist während des eingeschwungenen Zustandes Z1 kleiner als der
Referenzwert Sref. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zeitverlauf des Fehlersignals Serr erfolgt während des eingeschwungenen
Zustandes eine Ermittlung des Fehlersignals Serr abhängig vom Mittelwert des Stromes I
bzw. des Strommesssignals Si über eine Mittelwertdauer, die der Periodendauer Td des Dither-Signals Sd entspricht.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zeitverlauf wird das Fehlersignal Serr außerdem nur einmal während
einer Periode des Dither-Signals Sd ermittelt. Der Wert des Fehlersignals Serr während einer Periode Td des
Dither-Signals Sd wird dabei abhängig von dem Mittelwert des Stromes I bzw. des Strommesssignals Si während
der vorangegangenen Periode Td des Dither-Signals Sd ermittelt. In nicht näher dargestellter Weise besteht
selbstverständlich auch die Möglichkeit, das Fehlersignal Serr beispielsweise mit jeder Periode des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm neu zu berechnen, für die Ermittlung des Fehlersignals aber dennoch über
die Dauer einer Periode Td des Dither-Signals Sd zu mitteln.
[0037] Der Darstellung in Fig. 3 liegt eine Regelschaltung zugrunde, die das Fehlersignal Serr jeweils zu Beginn
einer Ansteuerperiode des pulsweitenmodulierten Signals Spwm auswertet. Aus der sprunghaften Änderung
des Sollwertsignals Sp zum Zeitpunkt t1 resultiert unmittelbar eine sprunghafte Änderung des Fehlersignals
Serr, die zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t2, zu dem eine neue Ansteuerperiode des pulsweitenmodulierten
Signals beginnt, erkannt wird. Die Regelschaltung wechselt zu diesem Zeitpunkt in den zweiten Betriebszustand
Z2 mit dem Ergebnis, dass das Dither-Signal Sd für die Erzeugung des Regelsignals Sc ausgeblendet
wird und mit dem Ergebnis, dass das Fehlersignal Serr mit jeder Ansteuerungsperiode des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm neu ermittelt wird und zwar abhängig vom Mittelwert des Stromes bzw. des
Strommesssignals Si über eine Periodendauer Tpwm des pulsweitenmodulierten Signals Spwm.
[0038] Fig. 4 zeigt ein mögliches schaltungstechnisches Realisierungsbeispiel einer Regelschaltung 50 mit
der zuvor erläuterten Funktionalität. Diese Regelschaltung 50 weist einen Subtrahierer 52 auf, den das Sollwertsignal
Sp und ein von dem Strommesssignal Si abhängiges Strommittelwertsignal Sm zugeführt sind. Am
Ausgang dieses Subtrahierers steht das Fehlersignal Serr zur Verfügung, das eine Abweichung des Strommesssignals
Si bzw. des Mittelwerts dieses Strommesssignals Si, von dem Sollwertsignal Sp repräsentiert.
Dieses Fehlersignal Serr ist einer Betriebzustandsschaltung 58 zugeführt, die abhängig von dem Fehlersignal
Serr eine Betriebzustandssignal Sz erzeugt, das zwei mögliche Signalpegel annehmen kann, von denen ein
erster Signalpegel den ersten Betriebszustand Z1 und ein zweiter Signalpegel den zweiten Betriebszustand
Z2 der Regelschaltung 50 repräsentiert.
[0039] Ein Beispiel einer solchen Betriebszustandsschaltung 58 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Betriebszustandsschaltung
58 weist eine Betragsbildungseinheit 581 auf, der das Fehlersignal Serr zugeführt ist, und die
an ihrem Ausgang ein Betragssignal zur Verfügung stellt, das dem Betrag des Fehlersignals Serr entspricht.
Das Betragssignal zu einem ersten Eingang eines Vergleichers 582, beispielsweise ein Komparator, zugeführt,
dessen anderem Eingang das durch eine Referenzsignalerzeugungsschaltung 583 erzeugte Referenzsignal
Sref zugeführt ist. Am Ausgang dieser Vergleicheranordnung 582 steht das Betriebszustandssignal Sz zur Verfügung,
das in dem dargestellten Beispiel einen High-Pegel annimmt, wenn der Betrag des Fehlersignals Serr
größer als das Referenzsignal Sref ist, und das sonst einen Low-Pegel annimmt. Ein High-Pegel des Betriebszustandssignals
Sz repräsentiert in diesem Fall den zweiten Betriebszustand, während ein Low-Pegel dieses
Betriebszustandssignals Sz den ersten Betriebszustand repräsentiert.
[0040] Das Fehlersignal Serr ist bezugnehmend auf Fig. 4 einem Regler 51 zugeführt, der ein von diesem
Fehlersignal Serr abhängiges Reglersausgangssignal Sc' erzeugt. Der Regler 51 besitzt beispielsweise ein
proportionales Regelverhalten (P-Verhalten) oder ein Proportional-Integral-Verhalten (PI-Verhalten). Im zuletzt
genannten Fall erzeugt der Regler 51 das Reglerausgangssignal Sc' gemäß einer der Gleichungen (6a) oder
(6b).
[0041] Das Regelausgangssignal Sc' ist einem Eingang eines dem Regler 51 nachgeschalteten Addieres 53
zugeführt. Dem zweiten Eingang dieses Addieres 53 ist abhängig vom Betriebszustand das Dither-Signal Sd
zugeführt. Am Ausgang dieses Addieres 53 steht das entsprechend der Gleichungen (5a) oder (5b) erzeugte
Regelsignal Sc zur Verfügung, das dem der Regelschaltung 50 nachgeschalteten Pulsweitenmodulator 40 zu-
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geführt ist.
[0042] Zur Bereitstellung des zweiten Eingangssignals des Addieres 53 ist bei der dargestellten Regelschaltung
ein Multiplexer 57 vorhanden, dessen einem Eingang das Dither-Signal Sd zugeführt ist und dessen anderem
Eingang ein Gleichsignal mit einem Signalpegel Null zugeführt ist. Als Auswahlsignal ist diesem Multiplexer
57 das Betriebszustandssignal Sz zugeführt. Dieser Multiplexer 57 ist dazu ausgebildet, bei einem
Low-Pegel, also im ersten Betriebszustand Z1 das Dither-Signal Sd an den Addierer 53 auszugeben. Das
Dither-Signal entspricht gemäß Gleichung (5a) dann der Summe aus dem Regelausgangssignal Sc' und dem
Dither-Signal Sd. Im zweiten Betriebszustand Z2, in dem dargestellten Beispiel also dann, wenn das Betriebszustandssignal
Sz einen High-Pegel annimmt, ist das dem Addierer 53 von dem Multiplexer 57 zugeführte Signal
Null. Das Regelsignal Sc entspricht gemäß Gleichung (5b) dann dem Reglerausgangssignal Sc'.
[0043] Die Regelschaltung 50 weist außerdem zwei Mittelwertbildungseinheiten auf, denen jeweils das
Strommesssignal Si zugeführt ist. Eine erste Mittelwertbildungseinheit 54 bildet hierbei den Mittelwert des
Strommesssignals Si während einer ersten Mittelwertdauer, die beispielsweise einer Periodendauer Td des
Dither-Signals Sd entspricht. Am Ausgang dieser ersten Mittelwertbildungseinheit 54 steht ein erstes Mittelwertsignal
Sm1 zur Verfügung. Die zweite Mittelwertbildungseinheit 55 bildet den Mittelwert des Strommesssignals
Si während einer zweiten Mittelwertdauer, die beispielsweise der Periodendauer Tpwm des pulsweitenmoduliertem
Signals Spwm entspricht. Am Ausgang dieser zweiten Mittelwertbildungseinheit 55 steht ein zweites
Mittelwertsignal Sm2 zur Verfügung. Die beiden Mittelwertbildungseinheiten können so realisiert sein, dass
sie die Mittelwerte kontinuierlich bzw. mit jeder Periode des pulsweitenmodulierten Signals Spwm erzeugen.
Dies entspricht einer Mittelwertbildung mit einem gleitenden Zeitfenster. Darüber hinaus können die beiden
Mittelwertbildungseinheiten 54, 55 auch so erzeugt werden, dass sie einen Mittelwert nur jeweils einmal während
einer der Mittelwertbildungsdauern berechnen, so dass der am Ausgang zur Verfügung stehende Mittelwert
Sm1, Sm2 für diese jeweilige Mittelwertbildungsdauer konstant bleibt.
[0044] Die beiden Mittelwerte Sm1, Sm2 sind Eingängen eines zweiten Multiplexers 56 zugeführt, dem ebenfalls
das Betriebszustandssignal Sz als Auswahlsignal zugeführt ist und an dessen Ausgang das Mittelwertsignal
Sm zur Verfügung steht, das durch den Subtrahierer 52 zur Ermittlung des Fehlersignals Serr verwendet
wird. Der zweite Multiplexer 56 ist so ausgebildet, dass er während eines ersten Betriebszustandes, also bei
einem Low-Pegel des Betriebszustandssignals Sz das über eine längere Mittelwertdauer ermittelte erste Mittelwertsignal
Sm1 an den Subtrahierer 52 ausgibt, und dass er im zweiten Betriebszustand, also bei einem
High-Pegel des Betriebszustandssignals Sz, das über eine kürzere Mittelwertbildungsdauer ermittelte zweite
Mittelwertsignal Sm2 an den Subtrahierer 52 zur Erzeugung des Fehlersignals Serr ausgibt.
[0045] In nicht näher dargestellter Weise könnte dem Subtrahierer 52 das Strommesssignal auch unmittelbar
zugeführt werden und die anhand der Mittelwertbildungseinheiten 54, 55 durchgeführte Mittelwertbildung und
die anschließende Auswahl eines Mittelwertes mittels des Multiplexers 56 könnte auf das Ausgangssignal des
Subtrahierers angewendet werden. Auf die Erzeugung des Fehlersignals Serr hätte dies keinen Einfluss. Das
Fehlersignal steht in diesem Fall am Ausgang des Multiplexers zur Verfügung.
[0046] Der Regler 51 ist beispielsweise so realisiert, dass er das Regelausgangssignal Sc' nach Maßgabe
eines Taktsignals CLK ermittelt, wobei die Taktfrequenz dieses Taktsignals für den ersten und zweiten Betriebszustand
unterschiedlich, und im ersten Betriebszustand niedriger als im zweiten Betriebszustand ist. Die Taktfrequenz
CLK entspricht im ersten Betriebszustand beispielsweise der Frequenz des Dither-Signals Sd bzw.
dem Kehrwert der Periodendauer Td dieses Dither-Signals Sd, und im zweiten Betriebszustand der Frequenz
des pulsweitenmodulierten Signals Spwm bzw. dem Kehrwert der Periodendauer Tpwm dieses pulsweitenmodulierten
Signals Spwm. Ein zeitlicher Verlauf des Taktsignals ist in Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Bei einer gleitenden
Mittelwertbildung, bei der mit jeder Periode des pulsweitenmodulierten Signals ein Mittelwert über die
Dauer einer Periode Td des hochfrequenten Signals ermittelt wird, kann die Taktfrequenz, also die Frequenz,
mit der das Reglerausgangssignal Sc' ermittelt wird, im ersten Betriebszustand ebenfalls der Frequenz des
pulsweitemodulierten Signals Spwm entsprechen.
[0047] Die Erzeugung dieses dem Regler 51 zugeführten Taktsignals CLK erfolgt beispielsweise durch eine
Taktsignalerzeugungsschaltung 80, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Taktsignalerzeugungsschaltung 80
weist beispielsweise eine erste Periodendauer-ermittlungseinheit 82 auf, der das Dither-Signal Sd zugeführt
ist, und die eine Periodendauer des periodischen Dither-Signals Sd ermittelt und ein erstes Taktsignal CLKd
erzeugt, dessen Frequenz der Frequenz des Dither-Signals entspricht. Dieses erste Taktsignal CLKd ist zusammen
mit einem Taktsignal CLKpwm, welches den Takt des pulsweitenmodulierten Signals Spwm vorgibt,
einem Multiplexer 81 zugeführt, der nach Maßgabe des Betriebszustandssignals Sz eines dieser beiden Takt-
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signale als Taktsignal CLK an den Regler 51 ausgibt. Im ersten Betriebszustand wird hierbei das erste Taktsignal
CLKd, das durch die Periodendauerermittlungseinheit 82 zur Verfügung gestellt wird, als Taktsignal CLK
ausgegeben. Im zweiten Betriebszustand wird ein zweites Taktsignal CLKpwm, das die Frequenz des pulsweitenmodulierten
Signals Spwm bestimmt, als Taktsignal CLK ausgegeben. Dieses zweite Taktsignal CLKpwm
wird beispielsweise durch einen Taktsignalgenerator 83 erzeugt und kann in nicht näher dargestellter Weise
auch dem Pulsweitenmodulator 40 zugeführt sein.
[0048] Bezugnehmend auf Fig. 4 ist das erste Taktsignal CLKd beispielsweise der ersten Mittelwertermittlungseinheit
54 zur Ermittlung der Länge einer Periodendauer des Dither-Signals Sd zugeführt, während das
zweite Taktsignal CLKpwm der zweiten Mittelwertbildungseinheit 55 zur Ermittlung einer Periodendauer des
pulsweitenmodulierten Signals zugeführt ist.
[0049] Die Strommessanordnung 30 weist bezugnehmend auf Fig. 7 beispielsweise einen in Reihe zu dem
Schalter 21 geschalteten Shunt-Widerstand 31 und einen Operationsverstärker 32 auf, der eine über dem
Shunt-Widerstand 31 anliegende Spannung V31 abgreift und der ein zu dieser Spannung V31 proportionales
Strommesssignal Si zur Verfügung stellt. Selbstverständlich sind beliebige weitere Strommessanordnungen
zur Ermittlung des Strommesssignals Si einsetzbar.
[0050] Ein Realisierungsbeispiel für den Pulsweitenmodulator 40 ist in Fig. 7 dargestellt. Dieser Pulsweitenmodulator
weist ein Flip-Flop 41 mit einem Setzeingang S und einem Rücksetzeingang R sowie mit einem Ausgang,
an dem das pulsweitenmodulierte Signal Spwm zur Verfügung steht, auf. Der Pulsweitenmodulator 40
weist außerdem einen Sägezahngenerator 42 auf, der nach Maßgabe des zweiten Taktsignals CLKpwm ein
Sägezahnsignal S42 erzeugt. Das Flip-Flop 41 wird beispielsweise mit jeder fallenden Flanke des Sägezahnsignals
gesetzt und jeweils zurückgesetzt, wenn der Signalpegel des Sägezahnsignals den Signalpegel des
Regelsignals Sc erreicht. Hierzu werden das Sägezahnsignal S42 und das Regelsignal Sc mittels eines Komparators
43 verglichen. Ein Ausgangssignal dieses Komparators ist dem Rücksetzeingang R des Flip-Flops 41
zugeführt.
[0051] Die Funktionsweise des in Fig. 7 beispielhaft dargestellten Pulsweitenmodulators 40 wird anhand der
in Fig. 9 dargestellten zeitlichen Verläufe des Sägezahnsignals S42, des Regelsignals Sc und des daraus resultierenden
pulsweitenmodulierten Signals Spwm deutlich. Eine Periode des pulsweitenmodulierten Signals
Spwm beginnt jeweils mit einer fallenden Flanke des Sägezahnsignals, wobei das pulsweitenmodulierte Signal
Spwm mit dieser fallenden Flanke einen Einschaltpegel – in dem Beispiel einen High-Pegel, annimmt. Die Einschaltdauer
endet, wenn das Sägezahnsignal S42 bis auf den Pegel des Regelsignals Sc angestiegen ist. Der
Regler (51 in Fig. 4) ist hierbei so gewählt, dass eine Amplitude des Regelsignals Sc zunimmt, wenn das Fehlersignal
Serr auf einem Vergleich zum Sollwert zu kleinem Strom I hinweist. Mit zunehmender Amplitude des
Regelsignals Sc steigt die Einschaltdauer, und damit die Stromaufnahme an, um den Strom dadurch auf den
Sollwert einzuregeln.
[0052] Optional kann der Stromregler bezugnehmend auf Fig. 4 eine Messanordnung 60 zur Ermittlung der
Amplitude bzw. des Signalhubs des Strommesssignals Si im eingeschwungenen Zustand aufweisen. Diese
Messanordnung 60, der zur Ermittlung des Betriebszustandes das Betriebszustandssignal Sz zugeführt ist, erzeugt
ein Amplitudensignal S AD
, das von diesem Signalhub des Strommesssignals Si abhängig ist. Das Amplitudensignal
S AD
ist beispielsweise einer Signalerzeugungseinheit 70 zugeführt, die das Dither-Signal bereitstellt.
Das Amplitudensignal S AD
ermöglicht hierbei eine Anpassung der Amplitude des Dither-Signals.
[0053] Das Dither-Signal Sd, das im eingeschwungenen Zustand nach dem Ausgang des Reglers 51 zu dem
Reglerausgangssignal Sc addiert wird 53 entspricht a priori keinem tatsächlichen Stromwert. Die Amplitude der
Stromschwankungen, die das Dither-Signal bewirkt, sind einerseits von der Regelstrecke und andererseits von
dem Arbeitspunkt bzw. dem jeweiligen Sollwert abhängig. Die Signalerzeugungseinheit 70 benutzt hierbei das
Amplitudensignal S AD
, um die Amplitude des Dither-Signals Sd so einzustellen, dass die durch das Dither-Signal
hervorgerufene Amplitude des Signalhubs des Laststromes I einem gewünschten Sollwert entspricht. Dieser
Sollwert ist der Signalerzeugungseinheit 70 beispielsweise in Form eines Amplituden-Sollwertsignals Sp AD
zugeführt. Die Signalerzeugungseinheit ist zusammenfassend dazu ausgebildet, die Amplitude der durch das
Dither-Signal hervorgerufenen Schwankungen der Stromamplitude auf einen vorgegebenen Wert einzuregeln.
Die Signalerzeugungsschaltung weist hierzu beispielsweise einen Regler (nicht dargestellt auf), dem das Amplitudensignal
S AD
als Ist-Signal und das Sollwertsignal Sp AD
zugeführt sind und der die Amplitude des
Dither-Signals einstellt. Dieser Regler besitzt beispielsweise ein P-Verhalten, ein I-Verhalten oder ein PI-Verhalten
und erzeugt die Amplitude abhängig von einer Differenz zwischen dem Amplitudensignal S und dem
Amplituden-Sollwertsignal Sp AD
.
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[0054] Die Signalerzeugungsschaltung 70 ist in Fig. 4 als eigener Schaltungsblock dargestellt. Diese Signalerzeugungsschaltung
70 kann in nicht näher dargestellter Weise jedoch auch Teil eines Mikrocontrollers
sein, beispielsweise eines Mikrocontrollers der auch das Sollwertsignal Sp für den Strommittelwert des Laststromes
erzeugt. Der Regelalgorithmus zur Regelung der Amplitude des Dither-Signals Sd kann in diesem Fall
in Software implementiert sein. Selbstverständlich kann die Signalerzeugungsschaltung 70, einschließlich des
Reglers jedoch auch vollständig in Hardware implementiert sein.
Patentansprüche
1. Stromregler zur Regelung eines Stromes durch eine Last, der aufweist:
Anschlussklemmen zum Anschließen der Last,
eine Schaltanordnung, die dazu ausgebildet ist, abhängig von einem pulsweitenmodulierten Signal eine pulsweitenmodulierte
Versorgungsspannung an die Anschlussklemmen anzulegen,
einen Pulsweitenmodulator, dem ein Regelsignal zugeführt ist und der das pulsweitenmodulierte Signal abhängig
von dem Regelsignal erzeugt,
eine Strommessanordnung, die dazu ausgebildet ist, ein von einem Strom durch die Last abhängiges Strommesssignal
bereitzustellen,
eine Regelschaltung, die einen Sollwertsignaleingang zum Zuführen eines Sollwertsignals, einen HF-Signaleingang
zum Zuführen eines HF-Signals und einen Strommesssignaleingang zum Zuführen des Strommesssignals
aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein von einer Differenz zwischen dem Sollwertsignal und dem Strommesssignal
abhängiges Fehlersignal zu erzeugen und abhängig von dem Fehlersignal das Regelsignal zu erzeugen
und die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem Fehlersignal einen ersten oder einen zweiten Betriebszustand
anzunehmen, wobei das Regelsignal nur in dem ersten Betriebszustand von dem HF-Signal abhängig
ist.
2. Stromregler nach Anspruch 1, bei dem die Regelschaltung den zweiten Betriebszustand annimmt, wenn
ein Betrag des Fehlersignals einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
3. Stromregler nach Anspruch 1,
bei dem die Regelschaltung einen Regler aufweist, dem das Fehlersignal zugeführt ist und der ein von dem
Fehlersignal abhängiges Reglerausgangssignal bereitstellt, und
bei dem das Regelsignal im ersten Betriebszustand einer Summe des HF-Signals und des Reglerausgangssignals
und im zweiten Betriebszustand dem Reglerausgangssignal entspricht.
4. Stromregler nach Anspruch 3, bei dem der Regler ein PI-Regler ist.
5. Stromregler nach Anspruch 1, bei dem die Regelschaltung
dazu ausgebildet ist, das Fehlersignal abhängig von einer Differenz zwischen dem Sollwertsignal und einem
Mittelwert des Strommesssignals zu erzeugen, und
dazu ausgebildet ist, diesen Mittelwert im ersten Betriebszustand über eine erste Mittelwertdauer und im zweiten
Betriebszustand über eine zweite Mittelwertdauer zu erzeugen, wobei die erste Mittelwertdauer länger als
die zweite Mittelwertdauer ist.
6. Stromregler nach Anspruch 5, bei dem die Regelschaltung dazu ausgebildet ist, eine Periodendauer des
HF-Signals zu ermitteln und die erste Mittelwertdauer so einzustellen, dass sie dieser Periodendauer oder einem
ganzzahligen Vielfachen dieser Periodendauer entspricht.
7. Stromregler nach Anspruch 5, bei dem die Regelschaltung dazu ausgebildet ist, die zweite Mittelwertdauer
so einzustellen, dass sie einer Periodendauer des pulsweitenmodulierten Signals oder einem ganzzahligen
Vielfachen dieser Periodendauer entspricht.
8. Stromregler nach Anspruch 3, bei der die Regelschaltung aufweist:
eine Betriebszustandsschaltung der das Fehlersignal zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, ein Betriebzustandssignal
zu erzeugen, das abhängig von dem Fehlersignal einen ersten oder einen zweiten Signalpegel
annimmt.
9. Stromregler nach Anspruch 8, bei dem die Regelschaltung aufweist:
eine erste Mittelwertbildungseinheit, der das Strommesssignal zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, ein
erstes Mittelwertsignal zu erzeugen, das abhängig ist von einem Mittelwert des Strommesssignals über eine
erste Mittelwertdauer,
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eine zweite Mittelwertbildungseinheit, der das Strommesssignal zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, ein
zweites Mittelwertsignal zu erzeugen, das abhängig ist von einem Mittelwert des Strommesssignals über eine
zweite Mittelwertdauer,
eine erste Auswahlschaltung, der das erste und das zweite Mittelwertsignal sowie das Betriebszustandssignal
zugeführt sind und die abhängig von dem Betriebszustandssignal das erste oder das zweite Mittelwertsignal
als Ausgangssignal bereitstellt,
einen Subtrahierer mit einem ersten Eingang, dem das Sollwertsignal zugeführt ist, einem zweiten Eingang,
dem das Ausgangssignal der Auswahlschaltung zugeführt ist, und mit einem Ausgang an dem das Regelsignal
zur Verfügung steht.
10. Stromregler nach Anspruch 8, bei der die Regelschaltung weiterhin aufweist:
einen Addierer mit einem ersten Eingang, dem das Reglerausgangssignal zugeführt ist, und mit einem zweiten
Eingang, dem abhängig von dem Betriebszustandssignal das HF-Signal zugeführt ist, und mit einem Ausgang,
an dem das Regelsignal zur Verfügung steht.
11. Stromregler nach Anspruch 3, bei dem ein Regelverhalten des Reglers von dem Betriebszustand abhängig
ist.
12. Stromregler nach Anspruch 1, der weiterhin aufweist:
eine Messanordnung zur Ermittlung eines Signalhubs des Laststromes während des ersten Betriebszustandes
und zur Bereitstellung eines von dem Signalhub abhängigen Amplitudensignals,
eine Signalerzeugungsschaltung, die das HF-Signal erzeugt, der das Amplitudensignal zugeführt ist und die
eine Amplitude des HF-Signals abhängig von dem Amplitudensignal einstellt.
13. Stromregler nach Anspruch 12, bei der die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgebildet ist, die Amplitude
des HF-Signals abhängig von dem Amplitudensignal und einem Amplituden-Sollwertsignal einzustellen.
14. Verfahren zur Regelung eines Stromes durch eine Last, das aufweist:
Anlegen einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung an die Last, wobei die pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung
ein von einem Regelsignal abhängiges Tastverhältnis aufweist,
Messen eines die Last durchfließenden Stromes zur Bereitstellung eines Strommesssignals,
Erzeugen eines von einer Differenz zwischen dem Sollwertsignal und dem Strommesssignal abhängigen Fehlersignals,
Bereitstellen eines HF-Signals,
Erzeugen des Regelsignals derart, dass abhängig davon, welchen Wert das Fehlersignal besitzt, ein von dem
Fehlersignal und dem HF-Signal abhängiges erstes Regelsignal oder ein von dem HF-Signal unabhängige
zweites Regelsignal als Regelsignal erzeugt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das zweite Regelsignal erzeugt wird, wenn ein Betrag des Fehlersignals
kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein nur von dem Fehlersignal abhängiges drittes Regelsignal erzeugt
wird und bei dem das erste Regelsignal einer Summe des dritten Regelsignals und des HF-Signals entspricht
und bei dem das zweite Regelsignal dem dritten Regelsignal entspricht.
17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Fehlersignal abhängig ist von einer Differenz zwischen einem
Sollwertsignal und einem Mittelwert des Strommesssignals, bei dem der Mittelwert für die Erzeugung des ersten
Regelsignals über eine erste Mittelwertdauer und zur Erzeugung des zweiten Regelsignals über eine zweite
Mittelwertdauer zu erzeugen, die kürzer ist als die erste Mittelwertdauer ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem eine Periodendauer des HF-Signals zu ermittelt wird und bei
dem die erste Mittelwertdauer dieser Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen dieser Periodendauer
entspricht.
19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die zweite Mittelwertdauer einer Periodendauer des pulsweitenmodulierten
Signals oder einem ganzzahligen Vielfachen dieser Periodendauer entspricht.
20. Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin aufweist:
Ermitteln eines Signalhubs des Laststromes während des ersten Betriebszustandes,
Einstellen einer Amplitude des HF-Signals abhängig von dem ermittelten Signalhub des Laststromes.
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21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Amplitude des HF-Signals abhängig von dem Signalhub des
Laststromes und abhängig von einem Sollwertsignal eingestellt wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen
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