本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于调节感性负载的电流的方法以及一种根据权利要求9的前序部分所述的电子电路布置结构。
背景技术：
现代机动车中借助于驱动级——通常为开关晶体管——以脉宽调制的方式操控多个带有感性负载的电装置或电子装置，例如阀、电机或继电器。pwm调节因此可以例如用于运行起动器的电机以用于起动内燃机或用于在制动装置内建立压力。在传统的起动方法中，必须通过车辆电池提供相对高的接通电流，这会导致车辆电池的端电压的降低。
这个问题在这种类型的文献de102010063744a1中如此实现：即为了在起动阶段期间限定电流，借助于fet晶体管使限流电阻与感性负载串联连接，从而当fet晶体管在导通状态下，基电流流动。由fet晶体管与限流电阻形成的串联连接与由另一pwm调节的fet晶体管和另一电阻形成的串联连接并联。通过另一fet晶体管的pmw调节对流过负载的电流进行调节，其中在另一fet晶体管的导通状态中带有限流电阻的路径短路，限制通过第二电阻的最大电流。在这种方法中不利的是，当感性负载运行时由于设定用于限制电流的电阻而产生高的损耗功率。
这个缺点通过截止到本申请的有效日期未公开的文献de102014208066.5克服，其提出一种用于以脉宽调制的方式调节感性负载的负载电流的方法，其中确定电流实际值、从电流实际值和电流设定值中确定调节差，该调节差被确定为调节算法的输入值，该调节算法用于计算脉宽调制的占空此，并以确定的占空比操控与感性负载串联连接的断路器。该感性负载通过起动模式被导入到运行模式中，为了执行起动模式，调节算法基于斜坡函数确定电流设定值、对应的占空比和电流目标值，并且根据斜坡函数将负载电流调节到电流目标值，以及为了执行起动模式之后的运行模式，调节算法根据电流设定上限值和电流设定下限值确定占空比，使得从电流目标值开始在电流上限值和电流下限值之间调节负载电流。这种方法由于斜坡性的升高和因此产生的时间延迟而不能使用所有的应用。
技术实现要素：
因此本发明的目的是，提供一种开头所述的方法，借助于该方法实现缩短的接通时间和/或持续时间(时长)以适配于改变的电流设定值，同时可以避免由于这个改变所产生的高电流，并且该方法可以简单地实现。
上述目的通过具有权利要求1的特征的方法以及根据权利要求9的电子电路布置结构实现。
本发明描述一种用于以脉宽调制的方式借助于至少一个用于通断负载电流的开关元件来调节感性负载的负载电流的方法，其中如果电流设定值中产生了变化，则实施用于运行感性负载的第一运行模式，其中在第一运行模式中，确定脉宽调制的初始占空比，该初始占空比被用于在第二运行模式中运行感性负载，以及在第一运行模式中，根据负载电流的电流设定值高于还是低于前一次循环的电流设定值来设定开关元件的开关状态，其中保持开关元件的通断/开关状态直至达到电流限值，以及在达到电流限值时切换开关状态，其中多次切换开关元件的开关状态以产生预定数量的周期，并根据预定数量的周期中的至少一部分确定脉宽调制的占空比，该占空比被用作第二运行模式的初始占空比。通过本发明有利地实现了缩短的、用于适配变化的电流设定值的接通时间和/或持续时间，同时实现了基于这种变化的高电流并可以同时避免在接通感性负载时的高电流。还实现了相对简单的实现方案。特别是在如下情况下被视为达到电流限值：即，在增高的电流情况下，例如当电流设定值增高时，检测到的电流实际值大于或等于电流限值，以及在下降的电流的情况下，例如当电流设定值降低时，检测到的电流实际值小于或等于电流限值。
优选根据预定数量的周期的至少一部分确定平均占空比，该平均占空比被用作第二运行模式的初始占空比。由此可以在使用最简单的措施的情况下相对快速地确定和预定用于第二运行模式的占空比。
在达到电流限值之后，优选在经过相应的周期的周期持续时间时产生开关元件的开关状态的另外的改变。根据用于切换开关状态的技术方案，“在经过周期持续时间时”意味着例如紧接在切换到下一个周期之前、期间或之后。
根据本发明的有利改进方案，用于第二运行模式的初始占空比利用开关元件的至少一个开关状态在所述一定数量的周期的至少一部分上的平均持续时间来计算。
用于第二运行模式的初始占空比有利地利用开关元件在所述一定数量的周期的至少一部分上的平均接通时间来计算。
各周期的周期持续时间优选借助于定时器预定。适宜的是，定时器是计数器，该计数器在达到预定最大值后重新开始。计数器的最大值优选是与脉宽调制的频率相关的或随之变化的值。
根据本发明的一个实施例，基于在第一运行模式中确定的初始占空比，在考虑了至少一个电流限值的情况下预定在第二运行模式期间的占空比。
根据一个实施例，基于在第一运行模式中确定的初始占空比在考虑电流上限值和电流下限值的情况下如此预定第二运行模式期间的占空比，使得在电流上限值和电流下限值之间调节负载电流。
根据本发明的改进方案，在第二运行模式中，确定电流实际值，从电流实际值和电流设定中获得调节差，该调节差用于计算脉宽调制的占空比。
根据本发明的有利的设计方案，在每个调节回路后设置调节暂停时间。在每个调节暂停时间之后，首先确定电流实际值，然后利用该电流实际值进行另一次调节干预。由此调节干预的时刻与电流信号的采样时刻耦合。
根据本发明的方法特别优选地主要借助于软件实现，并可以例如在fgpa中使用。
本发明还描述一种用于以脉宽调制的方式调节感性负载的负载电流的电子电路布置结构，该电子电路布置结构包括用于通断负载电流的至少一个开关元件以及用于操控开关元件的调节电路，其中电路布置结构设计用于当在电流设定值中发生变化时在第一运行模式中运行感性负载，其中在第一运行模式中可以确定脉宽调制的初始占空比，该初始占空比设置用于在第二运行模式中运行感性负载，以及在第一运行模式中根据电流设定值高于还是低于前一次循环的电流设定值的条件确定开关元件的开关状态，其中保持该开关状态直到达到电流限值时，以及在达到电流限值时可以切换该开关状态，其中多次切换开关元件的开关状态以产生预定数量的周期，并且根据这些周期的至少一部分确定脉宽调制的占空比，该占空比用作第二运行模式的初始占空比。
附图说明
从下面对参照附图的实施例的描述中得到优选的实施形式。
在基础图中：
图1示出根据本发明的方法的用于调节感性负载的电流的电路布置结构的方框连接图，
图2示出感性负载的被调节的电流的时间变化的时间-电流曲线图，
图3示出用于说明在运行模式i期间当电流设定值变化时用于对感性负载的电流调节的占空比的初始值进行计算的流程图，
图4示出用于说明在运行模式ii中对感性负载的电流调节的流程图。
为了简短和简单地说明实施例，相应的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出负载电路1的示意图，该负载电路具有：用于运行机动车制动装置的电动液压的或电动气动式阀的阀线圈作为感性负载l；与负载l串联连接的fet晶体管t1作为负载电流开关；以及用于操纵fet晶体管和实施根据本发明的调节方法的调节电路2。为此将由调节电路2产生的pwm电压信号upwm输入给fet晶体管t1的栅极，pwm电压信号的占空比(脉冲持续时间与周期持续时间的比)对应于电流要求被设定。在负载电流路径中设有与负载l串联布置的测量电阻rm，其中借助于电流测量放大器2.2和调节电路2从施加在测量电阻rm上的测量电压um中确定负载电路il的电流实际值iist。包括由fet晶体管t1、感性负载l和测量电阻rm形成的串联电路的负载电路1连接在电压源u、例如车辆电池上，其中例如fet晶体管t1存在于低侧中。另一fet晶体管t2相对于接地与感性负载l并联连接，所述另一晶体管可以作为续流二极管(freilaufdiode)被调节电路2操作。
根据本实施例，调节电路2具有a/d转换器2.1，该a/d转换器将由电路测量放大器2.2输出的放大的测量信号转换为数字信号(数字化)，以用于由调节电路2处理。
下面根据按照图2的时间-电流曲线以及根据图3和图4的框图和流程图说明根据本发明的用于运行阀线圈l的方法。
总体上使用如下公式：
其中，
占空比dc受电源电压u和负载电路的总电阻r——特别是线圈l和测量电阻rm的电阻——的影响。因为电源电压和总电阻在运行操作中例如由于温度影响是变化的，因此从预定的占空比中不能导出明确的负载电流il(或相反)。
因此在至少两个阶段或运行模式中对阀线圈供电，其中在确定电流设定值isoll的变化时，根据借助图3说明的方法步骤在运行模式i中使负载电流il接近于新的电流设定值isoll。根据图2的示例性视图，新的电流设定值isoll高于前一次循环/周期的电流设定值isoll，t-1，从而在运行模式i中负载电流il，i增高。在达到或超过运行模式i的电流上限值isoll,o,i时，对于预定的持续时间不继续进行操控，从而负载电流il，i下降，随后直至达到电流上限值isoll,o,i才继续进行操控，然后再次切断。通过使用一定数量n的周期上的平均接通时间来确定平均占空比dcmean，其中可以通过定时器、例如计数器的最大值来规定周期持续时间t：
基于改变的电流设定值isoll通过使用平均平均占空比dcmean调节用于运行模式ii的负载电流il。
在确定用于运行模式ii的初始占空比dcmean后，运行模式ii紧接在运行模式i后，根据图4的方法步骤可以实现该运行模式ii，其中在电流上限值isoll,o,ii和电流下限值isoll,u,ii之间调节负载电流il。对于运行模式ii，在图2中仅示出由pwm调节的平均负载电流il。
第一运行模式i的电流上限值isoll,o,i被确定得比第二运行模式ii的电流上限值isoll,o,ii更高，特别是为了实现如下情况：在运行模式ii中平均负载电流il在各电流边界值之间近似于朝向中间延伸，其中考虑了负载电流il的接通和断开性能具有指数的变化走向，因此平均的电流低于在电流上限值isoll,o,ii与电流下限值isoll,u,ii之间的平均值。所述方法同样可以用于电流设定值isoll降低的情况，其中优选的是通过适当地确定电流下限值isoll,u,i不扩大误差范围，以避免在运行模式i中的过低的负载电流il。
下面参照图3详细说明在运行模式i期间电流调节的占空比的初始值的计算。根据在图3中的流程图，在开始后，在第一方法步骤s1中首先检查电流设定值isoll相比与前一循环是否存在变化。如果没有发生变化，则转换到运行模式ii中或保持所述运行模式i。如果替代地发生变化，则根据方法步骤s2起动定时器并检查电流设定值isoll是否大于前一循环的电流设定值isoll，t-1。
如果在方法步骤s3的比较中电流设定值isoll不小于或者大于前一循环的电流设定值isoll，t-1，也就是说负载电流il增高，则在方法步骤s4.1中借助于fet晶体管t1闭合负载电路1，从而在对阀线圈l供电时导致了负载电流il的增高。在前后相继的采样时刻tsi(i＝1、2、……)中——所述采样时刻通过例如200μs的调节暂停时间δt区分——检测电流实际值iist，并在步骤s5.1中接着检查是否达到或超过电流上限值isoll,o,i，其中以如此的频率循环地进行重复的检查，使得直到识别到超过电流上限值isoll,o,i，并接下来在方法步骤s6.1中借助于fet晶体管的相应的操控t1来切断负载电流il，至少直到超过借助于在步骤s2中起动的定时器所设定的持续时间/时长或周期持续时间，其中在超过定时器的设定持续时间之后开始重新计数，从而循环地进行计数。在持续时间(s7.1)之后检测是否完成如此产生的预定数量的pwm周期，其中如果想要继续进行周期，则回退到方法步骤s4.1。如此产生的周期的数量优选是可调整的。
借助于所述pwm周期基于电流设定值isoll调节用于运行模式ii的平均负载电流il。如果达到预定数量n的周期，则在方法步骤s9中使用各周期的限定数量的接通时间ton1、ton2、……，并从中借助等式(1)计算相应的平均占空比dcmean。该平均占空比作为初始占空比被传递给用于实施运行模式ii的电流调节器。在此例如可以使用前两个接通阶段ton1、ton2来计算平均值：ton_mean＝(ton1+ton2)/2。
如果要减小负载电流il，即在方法步骤s3中的比较期间预定的电流设定值isoll小于前一循环的电流设定值isoll，t-1，则在方法步骤s4.2中借助于fet晶体管t1断开负载电路1，于是负载电流减小，随后在s5.2中检查是否低于电流下限值isoll,u,i，其中如此频繁地重复该检查直至识别到低于电流下限值的情况，并且接下来借助于在方法步骤s6.2中fet晶体管t1的相应操控接通负载电流il达预定的持续时间ton1、……(s7.2)。如果超过持续时间ton1，则检查是否完成以如此方式产生的预定数量的周期，其中如果还提供有继续的周期，则回退到方法步骤s4.2。如果完成了预定数量n的周期，则在方法步骤s9中计算用于运行模式ii的占空比dcmean，该占空比如上所述被传递给用于实施运行模式ii的电流调节器。
图4示出用于说明在运行模式ii中进行电流调节的流程图。用于实施再调节的调节参数在运行模式ii中是固定值。如果负载电流il在电流限值内波动，则不改变占空比。进行调节干预的时刻与电流信号的采样时间耦合。根据在图4中的流程图，在传递了占空比的初始值之后，首先测量电流实际值iist(s10)，并在方法步骤s11中检查如此确定的负载电流值是否位于运行模式ii的电流下限值isoll,u,ii与电流上限值isoll,o,ii之内。如果负载电流值位于限值之内，则退回到步骤s10，并重新测量电流实际值iist。在负载电流il或测量的电流实际值iist位于限值之外的情况下，则在步骤s12中检查所述负载电流或测量的电流实际值是否大于电流上限值isoll,o,ii，如果大于电流上限值，则减小pwm的占空比(s13)。如果所述负载电流或测量的电流实际值不大于电流上限值，则增大占空比(s14)。
根据本发明的优选的设计方案，限值isoll,u与isoll,o可以被合成为一个唯一的电流设定值，用于在运行模式ii期间相对于这个唯一的电流设定值实现负载电流il,ii的调节，其中通过调节进行持续的适配。