ES2256789T3 - Procedimiento y dispositivo para la generacion de impulsos rectangulares de dos o mas canales, modulados en la amplitud del impulso. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la generación de impulsos rectangulares (Aa, Ab, Ac; Ba, Bb, Bc) modulados en la amplitud del impulso de dos o más canales, en el que dentro de un periodo (PE) se emite en cada canal exactamente un impulso, y la aplicación de un impulso se retrasa con respecto a un instante de aplicación (t0, t3, t5, t7, ...; t1, t2, t3, t4, t5, t6) en la medida de un tiempo muerto actual (td), y el tiempo muerto (td) se mantiene constante en cada caso durante al menos un periodo, caracterizado porque para una modulación de la amplitud del impulso (PW, PW¿)se genera un valor nuevo para el tiempo muerto (td¿) y el tiempo muerto actual (td) se coloca al comienzo del periodo deseado en el nuevo valor del tiempo muerto (td¿).

Description

Procedimiento y dispositivo para la generación de impulsos rectangulares de dos o más canales, modulados en la amplitud del impulso.

La invención se refiere a un procedimiento para la generación de impulsos rectangulares de dos o más canales, modulados en la amplitud del impulso.

Además, la invención se refiere a un dispositivo para la generación de impulsos rectangulares de dos o más canales modulados en la amplitud del impulso.

Durante la activación de determinadas formas de circuitos, por ejemplo de transmisores, de motores de fases múltiples, etc. en el caso de utilización de dos o más señales de activación moduladas en la amplitud del impulso es necesario con frecuencia que éstas presenten un desarrollo determinado, con el fin de evitar, por ejemplo, que un transmisor de este tipo llegue a la saturación y de esta manera se dañe o se destruya.

La generación de impulsos de varios canales modulados en la amplitud del impulso de acuerdo con la primera parte de la reivindicación 1 se conoce a partir de los documentos US 5 506 484 y US 5 227 961 A.

Hasta ahora tales señales de activación son generadas porque se utilizan dos o más señales moduladas en la amplitud del impulso, que deben presentar, en intervalos de tiempo consecutivos, el mismo tiempo de conexión. Además, adicionalmente, en cada segunda fase debe descargarse la otra salida de activación respectiva.

No obstante, este modo de proceder se complica y es costoso y en el caso de utilización de un microcontrolador para la activación se aplica, en parte, hasta el 80% de los recursos del microcontrolador solamente para la generación de señales de activación simétricas, moduladas en la amplitud del impulso, de manera que solamente todavía unos pocos recursos del microcontrolador están disponibles para otras tareas.

En el caso de activación, por ejemplo, de motores de varias fases, como motores de 5 fases, que es posible con señales mencionadas al principio, se producen altas pérdidas de conmutación en los procedimientos convencionales para la modificación de la velocidad del motor.

Un cometido de la invención es generar de una manera sencilla y conservadora de los recursos dos o más señales moduladas en la amplitud del impulso.

Además, un cometido de la invención es generar señales de dos o más canales, moduladas en la amplitud del impulso, que permiten una evitación de pérdidas de conmutación altas.

Estos cometidos se solucionan con un procedimiento mencionado al principio o bien con un dispositivo mencionado al principio porque, de acuerdo con la invención, dentro de un periodo en cada canal se emite exactamente un impulso y la introducción de un impulso se retrasa en el tiempo con respecto a un instante de introducción en la medida de un tiempo muerto actual, se mantiene constante el tiempo muerto en cada caso durante al menos un periodo y se genera para una modulación de la amplitud del impulso un valor nuevo para el tiempo muerto y/o un valor nuevo para la duración del periodo y se fijan el tiempo muerto actual y/o la duración periódica actual al comienzo del periodo deseado en un valor nuevo del tiempo muerto y/o de la duración del tiempo muerto.

Por medio de este "Modo de Bloqueo", en el que cada canal se conecta durante un tiempo determinado y se desconecta de nuevo, se evita, por ejemplo, la conexión y desconexión frecuente durante el funcionamiento de un motor de varias fases, que conduce a pérdidas de conmutación demasiado altas en el caso de una modificación de la velocidad del motor.

A través de la modificación del tiempo muerto y/o de la duración de los periodos se consigue, además, lo que se puede utilizar de una manera alternativa o adicional- que las señales, es decir, los impulsos rectangulares de las señales de un periodo de todos los canales se propaguen o se limiten en la misma medida, es decir, que en determinadas circunstancias se genera una modulación "simétrica" de la amplitud del impulso. La invención se puede realizar fácilmente, puesto que sólo deben modificarse de una manera correspondiente uno o bien dos parámetros -el tiempo muerto y/o la duración de los periodos.

De una manera especialmente sencilla se pueden generar señales simétricas que no se solapan, cuando dos impulsos consecutivos están separados unos de otros en diferentes canales, respectivamente, en el tiempo a través de un tiempo muerto actual.

Para que una modificación de uno de los parámetros no se lleve a efecto ya en un periodo en curso sino lo más pronto en el periodo siguiente, se memoriza temporalmente el nuevo valor del tiempo muerto y/o de la duración de los periodos de una manera independiente del valor actual del tiempo muerto y/o de la duración de los periodos y se sobrescribe el valor actual con el nuevo valor al comienzo del periodo deseado.

De una manera especialmente sencilla, se puede llevar a cabo la invención en este caso cuando el tiempo muerto y/o la duración de los periodos se fija en el nuevo valor al comienzo de cada periodo. A través de este ajuste previo se sobrescribe, al comienzo de cada periodo, el valor actual con el valor memorizado temporalmente, aunque éstos no se hayan modificado en el tiempo intermedio. De esta manera, no es necesaria una programación costosa, que solamente lleva acabo tal actualización cuando ha tenido lugar realmente una modificación de uno de los parámetros del tiempo muerto o bien de la duración de los periodos, de manera que es posible una realización sencilla.

De una manera especialmente sencilla, se obtienen señales simétricas cuando la amplitud máxima del impulso para un canal se fija sobre la duración del periodo dividido por el número de los canales.

En este caso está previsto especialmente que en el caso de dos canales, se fije la amplitud máxima del impulso en la mitad de la duración de un periodo.

Además, está previsto que con n canales, en cada caso, después de la expiración de la duración de la amplitud máxima del impulso para el primero al (n-1) canal, se genere una señal de interrupción y se represente el comienzo del tiempo muerto para el siguiente canal así como se genere al final de un periodo una señal de interrupción, con la que se marca el comienzo del tiempo muerto para el primer canal o bien el comienzo de un nuevo periodo.

En este caso es conveniente que con la señal de interrupción se inicie la sobrescritura del tiempo muerto actual y/o de la duración actual de los periodos con el nuevo valor para el tiempo muerto y/o para la duración de los periodos, puesto que de esta manera se puede asegurar que estas modificaciones no tengan ninguna influencia sobre el periodo actual.

En general, se aplica que tanto la amplitud del impulso, la duración de los periodos como también el tiempo muerto por interrupción puedan experimentar una actualización. Por lo tanto, también los registros correspondientes son memorizados dos veces.

Para que sea posible una memorización doble del tiempo muerto, de manera que una "modificación" del tiempo muerto, es decir, una generación de un segundo valor para el tiempo muerto, sea posible sin influencia sobre el periodo actual, el control de acuerdo con la invención presenta dos registros del tiempo muerto, un registro maestro del tiempo muerto y un registro subordinado del tiempo muerto, y el nuevo valor para el tiempo muerto es memorizado temporalmente de una manera independiente del valor actual del tiempo muerto que está depositado en el registro subordinado del tiempo muerto.

De la misma manera, el control para la memorización doble de la duración de los periodos presenta adicional o alternativamente dos registros de los periodos, un registro maestro de los periodos y un registro subordinado de los periodos, y el nuevo valor para la duración de los periodos es memorizado temporalmente de una manera independiente del valor actual de la duración de los periodos, depositado en el registro subordinado de los periodos.

Para que no se ejerza de una manera fiable ninguna influencia sobre el periodo actual, el control está instalado para sobrescribir el valor depositado en un registro subordinado con el valor memorizado temporalmente en un registro maestro al comienzo del periodo deseado.

De una manera especialmente sencilla se puede llevar a cabo el control cuando está instalado para sobrescribir el valor depositado en un registro subordinado con el valor memorizado temporalmente en un registro maestro al comienzo de cada periodo.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda del dibujo. En éste:

La figura 1 muestra un transmisor con una unidad de control.

La figura 2 muestra un diagrama de tiempo para las dos salidas de la unidad de control en la figura 1.

La figura 3 muestra otro diagrama de tiempo.

La figura 4 muestra un diagrama de bloques del hardware en el que se basa la invención.

La figura 5 muestra un diagrama de tiempo de una modulación de la amplitud del impulso de acuerdo con la invención, y

La figura 6 muestra un diagrama de tiempo para una activación de cinco fases.

La figura 1 muestra un transmisor UET con un arrollamiento primario W1, que está constituido por dos semi-arrollamientos W11, W12 y por un arrollamiento secundario W2. Una tensión continua de entrada U_{E}, por ejemplo de 12 V, se encuentra con su polo positivo en el centro del arrollamiento primario W1 y conduce con su polo negativo, a través de un primer conmutador S1 separado, hacia el comienzo el primer semi-arrollamiento W11 y a través de un segundo conmutador controlado S2, hacia el final del segundo semi-arrollamiento W12. Los dos conmutadores S1, S2 controlados, aquí transistores de efecto de campo, se pueden activar desde un circuito de activación STA. La tensión secundaria resultante del transmisor se designa con U_{sec}.

Como se deduce a partir de la figura 2, en el arrollamiento primario W1 se aplican dos impulsos rectangulares de polos opuestos, modulados en la amplitud del impulso, en el que cada impulso está modulado de acuerdo con una semionda de la tensión alterna a generar. En este caso, los impulsos de los dos pulsos de reloj se desplazan, respectivamente, uno con respecto al otro de tal forma que los impulsos de un pulso de reloj caen en los huecos del otro impulso.

Estos impulsos de activación, es decir, las tensiones U_{S1} y U_{S2} se representa con "A" y "B" en la figura 2 para los dos conmutadores controlados S1 y S2. La polaridad opuesta de los pulsos de reloj se consigue aquí a través de la conmutación alterna de la tensión de entrada UE a una de las dos mitades del arrollamiento W11, W12. En el caso de un arrollamiento primario W1 de una pieza, deberían utilizarse cuatro conmutadores controlados para conseguir esta polaridad opuesta.

Una solución de los transmisores, como se representa en la figura 1, necesita las llamadas secuencias de pulsos de reloj "simétricas" "A" y "B", es decir, curvas simétricas de la tensión U_{S1} y U_{S2} en las salidas de la activación STA, para impedir que el transmisor llegue a la saturación, lo que conduciría a un deterioro o destrucción del transmisor.

Tales secuencias de pulsos de reloj "simétricas" se representan en la figura 2. Durante un periodo PE, que está dividido en un primer intervalo de tiempo ZE1 para la primera salida A y en otro intervalo de tiempo ZE2 para la segunda salida B, el impulso A presenta en este caso, en el primer intervalo de tiempo ZE1, en la primera salida de la activación STA la misma anchura que el impulso B en el segundo intervalo de tiempo ZE2 en la segunda salida. Los intervalos de tiempo ZE1, ZE2 representan en este caso al mismo tiempo la amplitud máxima del impulso de una señal en una de las salidas A, B.

En una secuencia de pulsos de reloj de este tipo, la amplitud del impulso se coloca simplemente, a través de la modificación de la anchura del impulso, en un valor nuevo. Sin embargo, en el caso de dos o más señales de este tipo, como se representa en la figura 2, una elevación de la amplitud del impulso del primer pulso de reloj A conduce a que se reduzca la amplitud del segundo pulso de reloj B en una medida correspondiente, no estando presentes en este caso ya secuencias de pulsos de reloj simétricas, de manera que el transmisor pasa a la saturación, lo que debe evitarse.

En principio, es posible que la amplitud del pulso de reloj de la señal A represente toda la duración del intervalo de tiempo ZE1 y la amplitud del pulso de reloj de la señal b represente la duración del intervalo de tiempo ZE2. Como se puede deducir a partir de la figura 2 y de una manera todavía más exacta a partir de la figura 3, está previsto todavía, por lo demás, todavía un llamado "tiempo muerto" td, y un impulso comienza en un periodo PE ya después de la expiración de este tiempo muerto td. El impulso de la señal B comienza ya después de la expiración de la señal A y aquí también de nuevo después de que ha expirado el tiempo muerto td.

La generación de un tiempo muerto en el caso del funcionamiento de semi-puente o de puente completo tiene normalmente el sentido de evitar una corriente transversal de puente, que destruiría los semiconductores de potencia y que aparece cuando los dos semiconductores, que se encuentran en un puente, son conductores al mismo tiempo (en serie).

Este tiempo muerto se ajusta la mayoría de las veces de una manera fija durante la inicialización de controles, como microcontroladores, y se adapta a los semiconductores de potencia y a sus circuitos de excitación. La amplitud del impulso para cada uno de los semiconductores de potencia, como por ejemplo transistores, puede adaptar un valor entre 0% y 100%, respectivamente, de la duración del intervalo de tiempo ZE1 y ZE2, respectivamente.

La invención utiliza ahora este tiempo muerto td, en el que a través de una modificación del tiempo muerto td se modifica también el PW ampliada en el impulso de las señales A, B respectivas, Como se puede deducir a partir de la figura 3, por ejemplo une elevación del tiempo muerto td a un valor td' nuevo (td' > td), conduce a que la amplitud del impulso PW de las señales A, B se reduzca de una manera correspondiente a un valor nuevo de PW'. Una reducción del tiempo muerto td conduce en la misma medida a una elevación de la amplitud del impulso (ver la
figura 2).

Este modo de proceder tiene la ventaja de que las amplitudes de los impulsos son moduladas de una manera simétrica, es decir, que una modificación de la amplitud del impulso de una primera señal conduce en la misma medida a modificaciones de la amplitud del impulso de la segunda o de otras señales de salida.

Si se considera la figura 3, se puede deducir que sin la memorización temporal doble del tiempo muerto, en principio, solamente se mantiene un intervalo de tiempo \Deltat pequeño, en el que se puede modificar el tiempo muerto o bien un registro del tiempo muerto por ejemplo de un microcontrolador, en el que está memorizado el valor para el tiempo muerto.

El tiempo muerto td solamente puede modificarse en la segunda mitad del periodo, es decir, durante el intervalo de tiempo ZE2 y solamente se puede modificar al nuevo valor td' cuando el tiempo muerto td ya ha expirado. Además, debe impedirse que el tiempo muerto conduzca a través de una carga con un valor nuevo a una desconexión de las salidas, por ejemplo se elevaría en gran medida el tiempo puerto, lo que conduciría a que se desconectase la salida B.

Cuando la amplitud del impulso PW es muy pequeña (casi 0%), entonces es imposible, además, cargar el tiempo muerto para el siguiente periodo. La consecuencia es un impulso erróneo, señales asimétricas moduladas en la amplitud del impulso o pulsos de reloj dobles.

En oposición a la generación de una señal convencional modulada en la amplitud del impulso por medio de un registro de la amplitud del impulso en el microcontrolador CON está previsto, por lo tanto, en la invención que de acuerdo con la invención, para generar señales simétricas, moduladas en la amplitud del impulso, se utilice un registro del tiempo de reloj memorizado temporalmente dos veces con una resolución correspondiente (10 bits y más).

En este caso, se añaden a un registro del tiempo muerto, que está presente de todos modos en el microcontrolador CON, otro dos registros del tiempo muerto, un registro maestro y un registro subordinado, como se explica todavía en detalle más adelante, o se completa el registro del tiempo muerto ya presente en el microcontrolador CON por medio de otro registro adicional.

El primer caso se ofrece a este respecto cuando el microcontrolador CON es complementado para la invención a través de otro módulo de hardware. El segundo caso se ofrece en el nuevo desarrollo de un microcontrolador.

Como se puede deducir a partir de la figura 4, el dispositivo de acuerdo con la invención, aquí en forma de un microcontrolador CON, presenta dos o más salidas A, B, C, D, ..., que están conectadas de forma alterna en el desarrollo temporal. El pulso de reloj principal procede en este caso desde la salida Q, el cronómetro TIM es el generador de pulsos de reloj.

A continuación se parte, para la explicación detallada, de dos salidas A, B. Para que dos impulsos consecutivos respectivos sean exactamente iguales en las dos salidas A, B del controlador CON,

a)

en primer lugar, se ajusta la frecuencia (periodo) deseada,

b)

se ajusta la amplitud (máxima) del impulso, es decir, la duración de un intervalo de tiempo ZE1, ZE2, que se emite de una manera alterna en la salida A y en la salida B, exactamente al 50% de la duración de los periodos, y

c)

se modula el registro del tiempo muerto en lugar del registro de la amplitud del impulso de acuerdo con la forma de la curva deseada en el lado secundario en el transmisor. Una modificación del tiempo muerto provoca en este caso que ambos impulsos sobre las salidas A y B sean modulados más o menos en el mismo valor u de esta manera se modulan las señales simétricamente.

Esta actualización del tiempo muerto td se puede realizar de una manera ventajosa controlada por interrupción, puesto que en este caso la expiración normal de un programa es interrumpida por un acontecimiento de alta prioridad y éste es procesado (en este caso la actualización del tiempo muerto), y a continuación se vuelve el ciclo normal en el programa. Es necesaria una memorización doble, para que se lleve a cabo una actualización del tiempo muerto ya en el periodo inmediato siguiente y no ya en el impulso en siguiente, como se explica en detalle a continuación con la ayuda de las figuras 4 y 5.

En la figura 4 se explican en detalle los diferentes componentes del hardware utilizados y su colaboración en el marco de la invención con la ayuda de un diagrama de bloques.

Con la Fuente de Reloj CLK se predetermina el pulso de reloj, que se ajusta a la resolución y a la frecuencia deseadas de las señales moduladas en la amplitud del impulso a generar. La mayoría de las veces, se deriva el pulso de reloj desde un oscilador principal del microcontrolador utilizado. Diversos divisores previos y siguientes, que pueden ser ejecutados de una manera programable, se ocupan de que se pueda actuar de una manera muy flexible en la programación de la relación de división deseada. Esto es ventajoso porque el oscilador principal funciona, en general, en el intervalo de MHz, lo que sería demasiado alto para generar una señal simétrica modulada en la amplitud del impulso, por ejemplo, de 20 kHz.

Naturalmente, también es posible utilizar un generador de pulso de reloj, que puede producir incluso las oscilaciones y que no está relacionado con el pulso de reloj principal. Esto tiene la ventaja de que el microcontrolador puede desconectar el pulso de reloj principal (modo dormido, modo de ahorro de corriente) y a pesar de todo se puede desarrollar la modulación de la amplitud del impulso.

El cronómetro TIM alimentado por la Fuente de Reloj CLK es en el ejemplo mostrado un registro de recuento que se puede reponer de forma automática con resolución correspondiente (por ejemplo, 16 bits) y genera con su estado del contador la base para la comparación con los registros de periodos y de las modulaciones de los pulsos de reloj que se explica todavía en detalle más adelante. En el caso de recuentos altos, resulta un desarrollo, como se representa en la figura 5, estando designado el desarrollo del cronómetro con tim. La curva representada de una manera aproximada como una recta es, en realidad, naturalmente, una función de escalera (para un tiempo definido se mantiene un estado del contador, antes de que se eleve o se reponga a cero).

Además, en la figura 4 se puede reconocer un Registro Duty Cycle Master DCM. Con este registro DCM se ajusta la relación de muestreo, es decir, la relación del tiempo de conexión con respecto a la duración de los periodos o bien la relación de conexión en el intervalo de tiempo ZE1 o bien en el intervalo de tiempo ZE2 con respecto a la duración total del intervalo de tiempo ZE1, ZE2 (0%-100% del intervalo de tiempo ZE1, ZE2). Desde el Duty Cycle Master DCM se toma, cuando se alcanza el estado correspondiente del contador para un periodo, el valor contenido en un Registro Duty Cycle Slave DCS.

Este Registro Duty Cycle Slave DCS está implicado directamente en la generación de la relación de las amplitudes de los impulsos de reloj.

A través de esta memorización temporal doble del Registro Duty Cycle a través de la utilización de un Maestro DCM y de un Subordinado DCS se posibilita una modificación de la relación de muestreo en un instante, en principio, discrecional, puesto que una modificación del Duty Cycle (relación de muestreo) en un instante discrecional solamente conduce a una modificación del valor correspondiente en el Maestro DCM y, por lo tanto, no tiene ninguna repercusión todavía sobre el Duty Cycle real. Las repercusiones sobre el Duty Cycle solamente se producen en el periodo siguiente o en el periodo consecutivo deseado, para el que debe ser efectiva la modificación, en el que entonces el maestro actualiza el Duty Cycle Slave DCS con el valor correspondiente, lo que conduce entonces a una modificación correspondiente de los ajustes del Duty Cycle. Por lo tanto, las repercusiones de la modificación en el Registro Duty Cycle en un periodo determinado actúan lo más pronto en el periodo siguiente.

Además, a partir de la figura 4 se puede reconocer todavía un primer comparador CO1, que compara el estado del contador del cronómetro TIM con el valor del registro Duty Cycle Slave DCS. Si los estados de los contadores son iguales, entonces se emite una señal de Reset y se transmite al Bloque de Control de Salida OCB. Se genera una señal dint, que se puede procesar a continuación como interrupción, y comienza a contar el tiempo muerto td1 para la salida B.

Con un segundo comparador CO2 se compara, además, el estado del contador del cronómetro TIM con el valor de un registro Period Slave PSR, en el que está memorizada la duración de los periodos. Si los estados de los contadores son iguales, se activa una señal-SET set y esta señal set se transmite al Bloque de Control de la Salida OCB. Se genera una señal, que se puede procesar posteriormente como interrupción pint. De esta manera se representa el final del periodo.

Además, se repone el contador TIM al valor "0", los valores de los registros maestros, como por ejemplo el Registro Period Master, pero también de los Registros Maestros indicados todavía a continuación, son transferidos a los registros subordinados y comienza a contar el tiempo muerto para la salida "A".

El Period Master PMR sirve para el ajuste de la duración de los periodos de las señales moduladas en la amplitud del impulso. Por lo tanto, se pueden ajustar resoluciones discrecionales de la amplitud del impulso hasta la resolución máxima del cronómetro TIM. El cronómetro TIM cuenta en sentido ascendente hasta este valor, antes de que se sea repuesto a "0".

Cuando se alcanza el estado del contador para un periodo, se transfiere desde el Registro Period Master PMR el valor al Registro Period Slave PSR. Este registro subordinado está implicado directamente en la generación de la duración de los periodos, como se ha descrito anteriormente.

De nuevo, la memorización temporal doble a través de la utilización del PMR maestro y del PSR subordinado posibilita, en general, una modificación del periodo en un instante discrecional. Las repercusiones de la modificación se llevan a cabo lo más pronto en el periodo siguiente. De esta manera, se puede cambiar muy fácilmente entre diferentes frecuencias, sin influir con ello sobre la duración actual de los periodos.

Los componentes más esenciales para la invención se describen a continuación. En oposición a los microcontroladores convencionales, donde solamente está previsto un registro del tiempo muerto, se lleva a cabo en la invención una memorización temporal doble del registro del tiempo muerto. En este caso, el registro Dead Time Master DTM contiene el tiempo muerto td, es decir, el valor para el tiempo entre la desconexión del canal A y la conexión del canal B y a la inversa.

A través de la memorización temporal doble, es decir, a través del Registro Dead Time Slave DTS presente adicionalmente, es posible ahora que el valor del tiempo muerto td en el registro maestro DTM se pueda modificar en un instante discrecional, sin que esto tenga repercusiones inmediatas no deseadas sobre las señales en las salidas del microcontrolador. Solamente lo más pronto después de un periodo completo se transmite el valor al registro subordinado DTS y solamente en este instante se modifican simétricamente entonces las señales en la salida A, B de una manera correspondiente.

Como se ha descrito, el Registro Dead Time Slave DTS participa directamente en la generación del tiempo muerto. En la figura 5 se explica en detalle más adelante también todavía la repercusión de una modificación del tiempo muerto para dos salidas en un microcontrolador CON.

En principio, naturalmente, con un registro del tiempo muerto memorizado temporalmente dos veces de este tipo no sólo se controlan de una manera correspondiente dos sino también varias salidas.

Si se emplean varios registros del tiempo muerto o parejas de registros del tiempo muerto (por ejemplo, si se necesitan para un motor de cinco fases cinco registros independientes del tiempo muerto), entonces se pueden ajustar, naturalmente, para cada salida o bien para cada pareja de salidas o bien para varios grupos de salidas relacionados respectivos en cada caso un tiempo muerto propio y también se modifican de una manera independiente entre sí.

El Bloque de Reset RES sirve, finalmente, todavía, para la generación de la amplitud del impulso, es decir, para el tiempo de conexión y desconexión de las salidas individuales para el Bloque de Control de Salida OCB, siendo generada esta amplitud del impulso a partir de la duración de los periodos y a partir del Duty Cycle, como se ha explicado más arriba.

El Bloque de Control de Salida OCB contiene, por último, entre otras cosas, uno o varios Contadores del Tiempo Muerto DTC, con cuya ayuda se lleva a cabo la modulación del tiempo muerto de acuerdo con los valores fijados en los registros del tiempo muerto. En este caso, por cada tiempo muerto a generar es necesario un Contador de Tiempo Muerto de este tipo.

Adicionalmente, en este Bloque OCB se puede llevar a cabo la activación para una, dos o varia salidas (con o sin modulación del tiempo muerto), y se pueden ajustar diferentes configuraciones del puente (semi-puente, puente completo, puente de corriente trifásica, puente de 5 fases, ...).

La figura 4 muestra, por último, todavía Líneas de Estado STL así como Líneas de Salida para el control del puente, con INL se designan Líneas de Interrupción.

Después de esta explicación general de los componentes implicados se describe en detalle a continuación la invención todavía con la ayuda de las curvas de las señales mostradas en la figura 5 en conexión con el diagrama de bloques según la figura 4 para diferentes señales.

Las designaciones en el diagrama se pueden ver en conexión con el diagrama de bloques.

Para el ejemplo se ha seleccionado una resolución de 8 bits, es decir, que se ejecutan los estados del contador desde 0 hasta 255 (2^{8} = 256).

Para obtener una amplitud máxima del impulso de las señales a modular del 50% de la duración de los periodos, que es ventajosa para la invención, el límite del estado del contador para la amplitud del impulso es 128.

Este valor -la indicación del tiempo propiamente dicha resulta solamente a partir de la Fuente de Reloj y de los distribuidores para el cronómetro TIM- está memorizado en el Registro Duty Cycle Slave DCS. El comparador CO1 compara el estado del contador del cronómetro TIM con el valor fijado en el registro DCS, y tan pronto como éste es alcanzado, se genera una señal de Reset rset y se transmite a través del bloque de Reset RES al Bloque de Control de Salida OCB. La señal generada en la salida Q del Bloque de Set/Reset RES muestra la curva de tiempo representada en la figura 5, es decir, que después de que el estado del contador del cronómetro TIM ha alcanzado el valor fijado en el registro DCS, la señal Q pasa desde "Alta" hacia "Baja".

Con "Q" se designa la salida desde el bloque de SET/Reset RES y muestra una señal de la relación de muestreo con 50%, es decir, que la señal en la salida Q del bloque RES para la primera mitad del periodo PE está en "Alto" y la segunda mitad del periodo está en "Bajo", lo que significa una duración del 50% del periodo PE del intervalo de tiempo ZE1 en la salida A y del 50% del periodo PE del intervalo de tiempo ZE2 en la salida B.

Como ya se ha mencionado anteriormente, con el Contador del Tiempo Muerto DTC en el Bloque de Control de Salida OCB se designa un contador, que retrasa la conexión de las salidas correspondientes en la medida del tiempo muerto td, estando cargado este contador con el valor, memorizado en el Registro Subordinado del Tiempo Muerto, para el tiempo muerto. En principio, naturalmente, de acuerdo con el número de salidas que deben controlarse de una manera independiente entre sí, pueden estar previstos también varios contadores de este tipo.

El Contador del Tiempo Muerto DTC se carga al principio de cada periodo completo con el valor del Subordinado del Tiempo Muerto y se cuenta a continuación hasta cero. Solamente entonces liberan las salidas correspondientes. Si la amplitud del impulso, es decir, por ejemplo el intervalo de tiempo ZE1 en la salida Q, es menor que el tiempo muerto indicado, no se utiliza nunca la salida correspondiente y permanece siempre desconectada.

Hay que tener en cuenta que para la generación del tiempo de conexión máximo posible de una salida hay que ajustar la amplitud máxima del impulso, es decir, 100% del intervalo de tiempo ZE1, así como el tiempo puerto mínimo, es decir, un valor de cero. El valor del tiempo muerto y la amplitud del impulso se comportan, por lo tanto, en sentido opuesto, donde un tiempo muerto máximo significa una amplitud del impulso de cero en los intervalos de tiempo ZE1, ZE2.

Como se puede reconocer a partir de la figura 5, la amplitud del impulso es exactamente simétrica, vista sobre cada periodo. A y B designan en cada caso las dos salidas del microcontrolador, a, b y c designan las tres secciones diferentes de la modulación (t0-t5: sección a, t5-t14: sección b, t14-t19: sección c, ...).

La actualización de los registros maestros con respecto a los registros subordinados y la descripción del o de los Contadores del Tiempo Muerto DTC se realizan siempre sólo al final de un periodo completo. De esta manera, se evita que las señales moduladas en la amplitud del impulso sean asimétricas, o se pierdan impulsos, o bien se modifiquen durante un periodo en curso.

A continuación se explican en detalle los intervalos de tiempo individuales en la figura 5.

t0-t1

El Subordinado del Tiempo Muerto está fijado con un valor determinado dts = td1, de una manera correspondiente en el instante t0, el Contador del Tiempo Muerto DTC comienza a contar a partir de este valor dts hasta cero, como se puede deducir a partir de la curva de la señal dtc en la figura 5. (El instante t0 es, por lo tanto, el instante de aplicación más temprano posible para el canal A, en el que la señal en la salida A pasaría a "Alta" si se hubiese ajustado un tiempo muerto de cero). El valor cero para la señal dtc se alcanza en el instante t1, en este instante ha expirado el tiempo muerto (con la duración td1 = t1-t0), y la señal de salida en la salida A se fija en "Alta" (señal Aa) para el resto del intervalo de tiempo).

t2

En este instante, se modifica, por ejemplo por programa, el registro maestro DTM para el tiempo muerto. Como se puede deducir a partir de la curva de la señal dtm, en este caso se eleva el valor actual de la señal dtm = dt1, que corresponde al valor de la señal dts, en un valor determinado (o se reduce, no se representa), es decir, que se fija el tiempo muerto en el valor actual de la señal dtm = td2. Esta modificación solamente repercute en el Maestro del Tiempo Muerto DTM y, por lo tanto, no tiene ninguna influencia sobre el periodo en curso. El instante de la modificación está seleccionado en este caso de una manera relativamente discrecional y solamente hay que seleccionar oportunamente antes de la expiración del periodo en curso que hayan concluido las eventuales operaciones de cálculo en el momento oportuno antes de la expiración del periodo.

t3

En este instante, se desconecta la salida A, puesto que ha expirado su tiempo de conexión (= duración del intervalo de tiempo ZE1 menos el tiempo muerto td1) (t3 = instante de aplicación "más temprano" para la señal en la salida B). En cada final de la amplitud del impulso ajustado dentro de un periodo PE, es decir, aquí del final del instante de conexión para la salida A, se coloca el registro de recuento del tiempo muerto dtc en el importe del valor fijado en el Subordinado del Tiempo Muerto DTS para dts, es decir, en td1. De esta manera, se inicia en este caso el tiempo muerto td1 para la salida B, que es de nuevo exactamente de la misma magnitud que el tiempo para la salida A.

T4

En este instante ha expirado el tiempo muerto td1, se conecta la salida B y se obtiene un impulso Ba.

t5

El instante t5 designa el final de un periodo PE, en este caso del primer periodo representado, y se desconecta la salida B.

Además, el nuevo valor actual del Registro Maestro del Tiempo Muerto DTM se carga en el Registro Subordinado DTS correspondiente, como se puede reconocer esto también en la modificación de la curva de la señal dts y al mismo tiempo se carga el nuevo valor para el tiempo muerto td2 de acuerdo con el nuevo valor para dts en el contador del tiempo muerto DTC en el Bloque de Control de Salida OCB.

T5-t11

Comenzando en t5, el contador DTC cuenta desde el valor nuevo más elevado para dts en cero hacia abajo (t6). La salida A genera una señal Ab correspondiente. En el instante t7, la señal Ab está en la salida A al final, el tiempo muerto se cuenta en sentido descendente para la salida B, y la señal B se coloca en el instante t8 en "Alta" (señal Bb), de acuerdo con el nuevo valor del tiempo muerto td2. Las dos curvas Ab y Bb se repiten en el periodo siguiente.

En el instante t11 se modifica de nuevo el registro maestro para el tiempo muerto (nuevo tiempo muerto td3), en el ejemplo se fija en un valor de nuevo más elevado dtm. La modificación repercute solamente en el Maestro del Tiempo Muerto DTM y, por lo tanto, no tiene ninguna influencia sobre el periodo en curso, de acuerdo con el comportamiento en el instante t2.

t11-t14

Las salidas A y B generan, como anteriormente, señales moduladas en la amplitud del impulso de acuerdo con el tiempo muerto td2 ajustado para el periodo de tiempo b.

t14

El instante t14 significa de nuevo el final de un periodo, y se desconecta la salida B.

El valor del Registro Maestro del Tiempo Muerto td3 se carga en el registro subordinado correspondiente y al mismo tiempo en el contador del tiempo muerto en el Bloque de Control de salida.

t14-t19

De acuerdo con este tiempo muerto td3 cargado nuevo, las salidas A y B generan de nuevo señales correspondientes, como se representa en la figura 5, donde después de la expiración del tiempo muerto td3 se coloca en los instantes t15 y t17 la señal en la salida A en "Alta" (señal Ac) o bien la señal en la salida B en "Alta" (señal Bc).

Para poder generar ahora con el transmisor un desarrollo correspondiente de las curvas, por ejemplo un seno para aplicaciones de onduladores, la resolución debe ser grande.

Los 8 bits mostrados deben considerarse solamente como ejemplos. Para poder realizar, por ejemplo, una alimentación de la red,, debería utilizarse una resolución de 10-12 bits o más.

De acuerdo con la figura 5, en las señales A, B de dos canales, los impulsos de una de las señales caen en los huecos de la otra señal. Pero esto no es absolutamente necesario.

De una manera alternativa o adicional, para la modulación de la amplitud del impulso se puede modificar también la duración de los periodos, con lo que se obtiene igualmente una modificación simétrica de las amplitudes de los impulsos. Pero adicionalmente a la modificación de la duración de los periodos, debe realizarse entonces también una modificación de la relación de muestreo sobre los Registros Duty Cycle.

De esta manera es posible un procedimiento de modulación, como por ejemplo FSK ("Modulación por Desplazamiento de Frecuencia"). Naturalmente, esta posibilidad de variación alternativa o adicional a la modificación del tiempo muerto solamente se puede aplicar cuando se desea una modificación de la duración de los periodos o no presenta al menos repercusiones desfavorables.

El modo de proceder de principio en el caso de la modificación de la duración de los periodos es de nuevo el mismo que en el caso de la modificación del tiempo muerto, es decir, la memorización temporal doble de la duración de los periodos a través de la utilización de un Registro Maestro de Periodos y de un Registro Subordinado de Periodos PMR, PSR, con lo que es posible generar previamente una nueva duración de los periodos y memorizarlos temporalmente sobre el maestro PMR, sin provocar con ello modificaciones no deseadas de la duración de los periodos durante el periodo actual. Al comienzo del siguiente periodo o del periodo deseado, se sobrescribe entonces el valor actual de la duración de los periodos en el registro subordinado PMR con el nuevo valor del registro maestro y este valor es entonces el valor válido actual para la duración de los periodos hasta la siguiente modificación.

En la figura 6 se representa de nuevo la curva de la señal en el caso de una activación de 5 fases, por ejemplo de un motor. De acuerdo con la figura 6, un periodo o bien un ciclo PER se compone de 5 fases o bien intervalos de tiempo a, b, c, d, e. De acuerdo con el ejemplo, la duración máxima de conexión para un canal se extiende sobre dos intervalos de tiempo, es decir, para el canal A sobre los intervalos de tiempo a + b (canal B: b + c; canal C: c + d; canal D: d + e; canal E: e + a, estando este último intervalo de tiempo a ya en un nuevo periodo).

El tiempo muerto actual td comienza transcurrir para cada canal al comienzo de un intervalo de tiempo determinado, por ejemplo para el canal A en el periodo mostrado en el instante t1, para el canal C, por ejemplo, en el instante t3, etc.

Como se puede deducir a partir de este ejemplo de realización, son posibles también zonas de solape para la amplitud máxima del impulso y, en principio, entonces sería posible también seleccionar el tiempo muerto de tal forma que las señales ALTAS de diferentes canales se solapan en el tiempo, y tampoco la curva de la señal puede ser ya "simétrica".

En el instante t1 se cargan los registros subordinados para el tiempo muerto con el "valor" actual td para el tiempo muerto; el maestro se puede cargar cuando se desee durante el periodo t1-t6 con un valor nuevo para el tiempo muerto, que se escribe entonces en el instante t6, es decir, el comienzo del nuevo ciclo, en el registro subordinado. En virtud de las zonas de solape, en este caso es necesario que cada canal A-E sea alimentado a través de un registro subordinado propio para el tiempo muerto, por lo tanto el maestro actualiza 5 registros subordinados, que se "ejecutan" entonces en serie. Si no se solapasen las señales, es decir, las duraciones máximas posibles de los impulsos (a + b; b + c; etc.) de las señales, entonces sería necesario también sólo un registro subordinado en el marco de la memorización temporal doble.

En los procedimientos de acuerdo con la invención presentados anteriormente para la modulación de la amplitud del impulso, un aspecto esencial es que el centro del impulso modulado de la señal se desplaza en cada caso al mismo tiempo. Se conocen otros procedimientos, en los que se modula alrededor del centro, es decir, que la posición del centro se mantiene inalterada durante una modulación. No obstante, los ensayos y cálculos han mostrado que éstos presentan inconvenientes esenciales con respecto a la compatibilidad electromagnética en gamas de frecuencia importantes y, por lo tanto, hacen necesaria la utilización de filtros, lo que se suprime en la presente invención.

El gasto adicional, que se produce en la invención con respecto a un microcontrolador convencional a través de la memorización temporal doble de los registros correspondientes en la parte PWM es muy reducido en oposición a la utilización de la presente invención.

La superficie del chip se incrementa solamente en algunos registros, de donde no se deriva ningún incremento considerable de los costes en el producto final, puesto que la superficie solamente se incremente en algunas \mum^{2}.

Naturalmente, con el nuevo concepto se puede generar un PWM "normal", sin tener que modificar los programas o circuitos existentes.

Si se realiza un hardware de este tipo en el chip, se puede ahorrar el 90% de los recursos del programa. Este tiempo disponible del programa en el microprocesador está entonces libre para tareas adicionales de control y de regulación. Se puede cambiar para un producto a un controlador más favorable con un rendimiento constante.

La invención es adecuada, por ejemplo, para el empleo en alimentaciones de corriente sincronizadas, para onduladores, para onduladores solares, para aplicación en onduladores alimentados con la red, por ejemplo para la realimentación a la red de corriente pública, en las que una tensión continua o una tensión alterna rectificada debe convertirse en otra tensión alterna, con preferencia de frecuencia más baja. Además, la invención es adecuada también todavía para alimentaciones de corriente y de tensión sincronizadas y para la activación del motor.

Claims (12)

1. Procedimiento para la generación de impulsos rectangulares (Aa, Ab, Ac; Ba, Bb, Bc) modulados en la amplitud del impulso de dos o más canales, en el que dentro de un periodo (PE) se emite en cada canal exactamente un impulso, y la aplicación de un impulso se retrasa con respecto a un instante de aplicación (t0, t3, t5, t7,...; t1, t2, t3, t4, t5, t6) en la medida de un tiempo muerto actual (td), y el tiempo muerto (td) se mantiene constante en cada caso durante al menos un periodo, caracterizado porque para una modulación de la amplitud del impulso (PW, PW')se genera un valor nuevo para el tiempo muerto (td') y el tiempo muerto actual (td) se coloca al comienzo del periodo deseado en el nuevo valor del tiempo muerto (td').

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dos impulsos consecutivos de canales diferentes están separados entre sí en cada caso por medio de un tiempo muerto actual (td).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el valor nuevo del tiempo muerto (td') es memorizado temporalmente de una manera independiente del valor actual del tiempo muerto (td) y el valor actual es sobrescrito con el nuevo valor al comienzo del periodo deseado.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tiempo muerto se coloca al comienzo de cada periodo en el nuevo valor (td').

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la amplitud máxima del impulso para un canal se fija en la duración del periodo dividida por el número de los canales.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque en el caso de dos canales, se fija la amplitud máxima del impulso en la mitad de la
duración de un periodo.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el caso de n canales, respectivamente, después de la expiración de la duración de la amplitud máxima del impulso para el primero al (n-1) canal, se genera una señal de interrupción (rset) y se representa el comienzo del tiempo muerto para el siguiente canal.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el final de un periodo se genera una señal de interrupción, con la que se marca el comienzo del tiempo muerto para el primer canal o bien el comienzo de un nuevo periodo.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque con la señal de interrupción (set) se inicia la sobrescritura del tiempo muerto actual con el nuevo valor para el tiempo muerto.

10. Dispositivo para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque presenta dos registros de tiempo muerto, un registro maestro de tiempo muerto (DTM) y un registro subordinado de tiempo muerto (DTS), y porque el nuevo valor para el tiempo muerto (td') es memorizado temporalmente de una manera independiente del valor actual (td) del tiempo muerto, depositado en el registro subordinado de tiempo muerto (DTS) del tiempo muerto (td).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque está instalado para sobrescribir el valor depositado en un registro subordinado (DTS) con el valor memorizado temporalmente en un registro maestro (DTM) al comienzo del periodo deseado.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque está instalado para sobrescribir el valor depositado en el registro subordinado (DTS) con el valor memorizado temporalmente en un registro maestro (DTM) al comienzo de cada periodo.