Beschreibung

Verfahren zur Bestimmung des Gleichanteils eines periodischen Signals

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Gleichanteils eines periodischen Signals

Stand der Technik

Der Gleichanteil u (Gleichwert) eines periodischen Signals u errechnet sich gemäß:

0 als Integral über eine Periodendauer T des Signals u. Demnach enthält ein Signal keinen Gleichanteil wenn die positiven und negativen Signal-Zeitflächen über eine Periodendauer gegenseitig aufheben. Dies stellt den Fall einer sogenannten

Wechselspannung dar.

In technischen Anwendungen ist die Bestimmung des Gleichwerts eines Signals eine häufige Aufgabenstellung. Diese Aufgabe wird häufig durch den Einsatz eines Verfahrens, welches anstatt einer Integration eine Summenbildung zur

Gleichwertbestimmung einsetzt gelöst.

Der Gleichanteil u bestimmt sich somit gemäß:

U = ∑u(t)At

wobei die kontinuierliche Integration des Signals u über eine Periodendauer T in eine Summenbildung über die Signal- Zeitinkrementfächen u(t)*δt übergeht.

Die Genauigkeit einer Gleichwertbestimmung nach diesem Verfahren ist unter anderem von der Größe der Zeitinkremente δ^ abhängig, wobei möglichst kleine Zeitinkremente δ^ angestrebt werden.

Ein häufig zur Gleichanteilbestimmung eingesetztes Verfahren integriert (summiert) das Eingangssignal über eine volle Periodendauer T mittels eines Integrators. Der nach einer vollen Periodendauer T im Integrator gespeicherte Wert stellt den Gleichanteil dieser Periode dar. Mit dem zeitlichen Beginn der nächsten Periode wird der Integrator zurückgesetzt (der gespeicherte Wert gelöscht) und die Messung beginnt von neuem. Mit diesem Verfahren wird der Gleichanteil jeder einzelnen Periode bestimmt.

Wird die Amplitude des Signals, dessen Gleichanteil bestimmt werden soll, während der Bestimmung verändert (gesteigert oder reduziert) , so zeigt dieses

Gleichanteilbestimmungsverfahren während der Amplitudenveränderung jedoch einen Gleichanteil an, da in diesem Fall jede zeitlich nachfolgende Halbwelle eine größere (bzw. kleinere) Amplitude aufweist als die vorhergehende Halbwelle mit entgegengesetzter Polarität. Die positiven und negativen Halbwellen sind während der Amplitudenveränderung jeweils ungleich, sodass im Fall einer Amplitudenerhöhung ein negativer Gleichanteil und im Fall einer Amplitudenverringerung ein positiver Gleichanteil von diesem Gleichanteilsbestimmungsverfahren ermittelt wird, je nachdem zum Zeitpunkt welcher Halbperiode (positve oder negative) der Anstieg, bzw. der Abfall des Pegel beginnt. Dieser, nur während einer Amplitudenveränderung auftretender Gleichanteil

kann sich für bestimmte Regelungen, besonders für Anwendungen in der Wechselrichtertechnik nachteilig auswirken. In der Wechselrichtertechnik werden Regelschaltungen, unter anderem zur Beeinflussung des Gleichanteils des Ausgangssignals, eingesetzt, deren Regelgeschwindigkeiten so hoch sind, dass bereits die während nur einiger weniger Periodendauern (typischerweise von 50Hz oder 60Hz Netzspannung) auftretenden Gleichwerte einen Regelvorgang auslösen welcher zu unerwünschten Schwingungen des Regelkreises führen kann.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Gleichanteils eines periodischen Signals anzugeben, welches den während der Veränderung der Amplitude eines periodischen Signals entstehenden Gleichanteil kompensiert .

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Dem Grundgedanke der Erfindung nach wird der Gleichanteil eines Signals durch Addition der Ausgangssignale zweier Integratoren ermittelt, welche beide das Signal, dessen Gleichanteil zu bestimmen ist verarbeiten und wobei ein Integrator jeweils über eine Vollperiode integriert und der zweite Integrator über eine um eine Halbperiode verschobene Vollperiode integriert.

Dazu wird das Signal, dessen Gleichanteil zu bestimmen ist, sowohl an die Eingänge beider Integratoren als auch an eine Periodizitätserkennung geführt. Diese Periodizitätserkennung

ermittelt die Beginn- und Endzeitpunkte jeder einzelnen Periode des Signals und steuert einen der beiden Integratoren in solcher Weise an, dass dieser Integrator jeweils über eine volle Periode des Signals (vom Beginnzeitpunkt der Periode zum Endzeitpunkt der Periode) das Signal integriert. Die Periodizitätserkennung steuert den zweiten Integrator in solcher Weise an, dass dieser zweite Integrator das Signal über eine volle Periodendauer, allerdings zeitlich um eine Halbwelle verschoben, integriert. Zur Periodizitätserkennung kann beispielsweise eine sogenannte Nulldurchgangserkennung herangezogen werden.

Damit ist der Vorteil erzielbar, dass der im Fall der Veränderung der Amplitude des Signals auftretende Gleichanteil kompensiert wird und nur der Gleichanteil des Signals bestimmt wird, der auch bei konstanter Amplitude durch das Integralverfahren bestimmt wird. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass auf der Bestimmung des Gleichanteils beruhende Regelungen (insbesondere in Stromrichter- bzw.

Wechselrichteranwendungen) durch die bei Amplitudenänderungen kurzfristig auftretenden Gleichanteilswerte nicht mehr zu Stellgrößenänderungen veranlasst werden, welche nicht erforderlich sind und welche zu Schwingungen der Regelkreises führen können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Anwendung bei sinusförmigen Signalen besonders vorteilhaft, da bei sinusförmigen Signalen die Erkennung der Periodendauer (bzw. des Periodenanfangs und Endes) besonders einfach erfolgen kann .

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf beliebige periodische Signale möglich, allenfalls ist die

Erkennung der Periodizität des Signals auf das jeweilige Signal abzustimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich einerseits zum konkreten Aufbau einer das Verfahren ausführenden elektronischen Schaltung mittels diskreter elektronischer Bauelemente, andererseits auch zur Realisation mittels Software, wobei die kontinuierliche Integration naturgemäß in die Verarbeitung zeitlich diskreter Signalwerte übergeht. Durch geeignete Wahl der Abtastfrequenz kann auch bei Realisation mittels Software eine der diskreten Ausführungsform gleichwertige Lösung erzielt werden. Beliebige Mischformen aus diskreten elektronischen Bauelementen und Software sind ebenfalls möglich.

Der konkrete Aufbau einer das erfindungsgemäße Verfahren ausführenden Schaltung muss neben den beschriebenen Komponenten (Integratoren, Periodizitätserkennung, Summierung) noch Baugruppen umfassen, welche die Integratoren jeweils nach einem Integrationsvorgang wieder rücksetzen und das Integrationsergebnis (im allgemeinen als Spannungspegel repräsentiert) kurzfristig speichern (Sample&Hold) .

Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt ein Ausgangssignal, welches den Gleichanteil des Eingangssignals repräsentiert, wobei bei steigender oder fallender Amplitude des Eingangssignals kein durch diese Amplitudenänderung hervorgerufener Gleichanteil angezeigt wird. Allerdings bedingt das erfindungsgemäße Verfahren, dass zu Beginn der Amplitudenänderung für die Zeit einer halben Periode ein Gleichanteil angezeigt wird, da der zweite Integrator zeitlich um eine halbe Periode versetzt wirkt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb vor, das durch Addition der Ausgangssignale der beiden Integratoren gebildete, den Gleichanteil des Eingangssignals darstellende Signal bei Erkennen einer Amplitudenänderung in einer Speichervorrichtung zu speichern und für eine bestimmte Zeitdauer weiterhin als gültiges Ausgangssignal anzusehen. Dazu werden die gespeicherten Ausgangssignale der beiden Integratoren (jeweils nach einer vollen Periode) mittels einer Vergleichervorrichtung (Komparator) miteinander verglichen. Besteht eine Differenz, so ist in der letzen Messzeit (Periodendauer) eine Amplitudenänderung des Eingangssignals aufgetreten. Die Vergleichervorrichtung steuert bei Erkennen einer Amplitudenänderung ein Zeitglied (Mono Flip Flop) an. Dieses Zeitglied steuert die Speichervorrichtung für eine von diesem Zeitglied bestimmte

Zeitdauer in einer Weise an, dass die Speichervorrichtung den in ihr gespeicherten Wert (der den zuletzt bestimmten Wert des Gleichanteils des Eingangssignals darstellt) für diese Zeitdauer als Ausgangswert konstant hält. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, dass fälschlich auftretende Schwankungen des ermittelten Gleichanteils von einer Regelschaltung ferngehalten werden und diese Regelschaltung somit nicht zu unnötigen Stellgrößenänderungen veranlasst wird.

Aus dem Stand der Technik ist ein weiteres Verfahrens (Halbwellenintegration) bekannt, dieses sieht die Verwendung nur eines Integrators vor, wobei beide Halbwellen (positive und negative Halbwelle) von diesem einen Integrator getrennt integriert werden und das Ergebnis der ersten (beispielsweise der positiven) Halbwelle in einer Speichervorrichtung (Sample & Hold) abspeichern bis das Ergebnis der zweiten Halbwelle ermittelt und ebenfalls in einer weiteren Speichervorrichtung

abgespeichert wurde. Anschließend werden die in den beiden Speichervorrichtungen abgespeicherten Ergebnisse miteinander addiert und somit der Gleichanteil der gesamten Periode ermittelt. Dieses Verfahren ermittelt den Gleichanteil um die Zeitdauer einer Halbperiode schneller als ein Verfahren mit einem Integrator, welcher die gesamte Periode integriert. Dieses Verfahren zeigt ebenfalls während der Amplitudenänderung einen alternierenden Gleichwert an. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet dieses Halbwellenintegrationsverfahren weiter, wobei zwei zusätzliche Speichervorrichtungen (Sample & Hold) vorgesehen sind, welche das Ausgangssignal eines Halbwellenintegrationsverfahrens als Eingangssignal erhalten und eine dieser Speichervorrichtungen mit einer Verzögerung zwischen Null und einem Viertel der Periodendauer das

Eingangssignal erfasst und abspeichert und die zweite dieser Speichervorrichtungen mit einer Verzögerung zwischen einem Viertel und der Halben Periodendauer das Eingangssignal erfasst und abspeichert. Das den Gleichanteil des zu untersuchenden Signals darstellende Ausgangssignal wird mittels Summierung aus den Ausgangssignalen der beiden (zusätzlichen) Speichervorrichtungen gebildet.

Dadurch ist der Vorteil erzielbar, einerseits das den Gleichanteil schneller ermittelnde

Halbwellenintegrationsverfahren einsetzen zu können, als auch bei Amplitudenänderungen keinen alternierenden Gleichanteil ausgewiesen zu bekommen und eine auf dieser Meßgröße beruhende Regelung nicht zu unnötigen Stellgrößenänderungen veranlassen.

Dieses verbesserte Halbwellenintegrationsverfahren bedingt allerdings, dass zu Beginn der Amplitudenänderung für die

Zeit einer halben Periode ein Gleichanteil angezeigt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, das durch Addition der Ausgangssignale der beiden (zusätzlichen) Speichervorrichtungen gebildete, den Gleichanteil des Eingangssignals darstellende Signal bei Erkennen einer Amplitudenänderung in einer weiteren Speichervorrichtung zu speichern und für eine bestimmte Zeitdauer weiterhin als gültiges Ausgangssignal anzusehen. Dazu werden die gespeicherten Ausgangssignale der beiden Speichervorrichtungen (jeweils nach einer vollen Periode) mittels einer Vergleichervorrichtung (Komparator) miteinander verglichen. Besteht eine Differenz, so ist in der letzten Messzeit (Periodendauer) eine Amplitudenänderung des Eingangssignals aufgetreten. Die Vergleichervorrichtung steuert bei Erkennen einer Amplitudenänderung ein Zeitglied (Mono Flip Flop) an. Dieses Zeitglied steuert die Speichervorrichtung für eine von diesem Zeitglied bestimmte Zeitdauer in einer Weise an, dass die Speichervorrichtung den in ihr gespeicherten Wert (der den zuletzt bestimmten Wert des Gleichanteils des Eingangssignals darstellt) für diese Zeitdauer als Ausgangswert konstant hält. Dadurch ist der Vorteil erzielbar, dass fälschlich auftretende Schwankungen des ermittelten Gleichanteils von einer Regelschaltung ferngehalten werden und diese Regelschaltung somit nicht zu unnötigen Stellgrößenänderungen veranlasst wird, wobei der Vorteil des rascher reagierenden Halbwellenintegrationsverfahrens beibehalten wird..

Weiters ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines Computers, besonders mittels eines sogenannten Mikrokontrollers auszuführen. Die das Verfahren ausführenden Baugruppen eignen sich gut dafür, mittels eines Mikrokontrollers umgesetzt zu werden, da insbesondere die

verwendeten Integratoren und Speichervorrichtungen (Sample&Hold) in dieser Ausführungsform die ansonsten unvermeidlichen Toleranzen und Signalverluste nicht aufweisen .

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1 Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungs- Schaltung nach dem Integrationsverfahren.

Fig. 2 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Integrationsverfahren bei einem Eingangssignal ohne Gleichanteil Fig. 3 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Integrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit Gleichanteil . Fig. 4 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem

Integrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude.

Fig. 5 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Integrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude.

Fig. 6 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Integrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil.

Fig. 7 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung mit zwei zeitlich um

jeweils eine Halbperiode zueinander versetzt arbeitenden Integratoren .

Fig. 8 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude.

Fig. 9 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude.

Fig. 10 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude.

Fig. 11 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude. Fig. 12 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen

Gleichanteilsbestimmungsschaltung wie in Fig. 7, erweitert um Mittel zur Unterdrückung des Einschwingimpulses. Fig. 13 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude .

Fig. 14 Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungs- schaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren . Fig. 15 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem

Halbwellenintegrationsverfahren bei einem Eingangssignal ohne Gleichanteil .

Fig. 16 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem

Halbwellenintegrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude ohne Gleichanteil Fig. 17 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem

Halbwellenintegrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude ohne Gleichanteil Fig. 18 Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem

Halbwellenintegrationsverfahren bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude Fig. 19 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen .

Fig. 20 Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude.

Fig. 21 Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude

Fig. 22 Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude Fig. 23 Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach

einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen bei einem Eingangssignal mit abfallender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude Fig. 24 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung wie in Fig. 19, erweitert um Mittel zur Unterdrückung des Einschwingimpulses. Fig. 25 Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung wie in Fig. 24 bei einem Eingangssignal mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude.

Ausführung der Erfindung

Die in den Figuren dargestellten Signalverläufe sind beispielhaft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, besonders die in den Signalverläufen angegebenen Spannungswerte dienen ausschließlich der besseren Verständlichkeit der Erläuterungen. In allen Figuren, welche Signalverläufe dargestellt werden, stellt die waagrechte Achse die Zeit dar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Pegel und Frequenzen des Eingangssignals anwendbar.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Integrationsverfahren wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ein Eingangssignal ES wird an die Eingänge eines Integrators 100 und einer Periodizitätserkennung 200 geführt. Die Periodizitätserkennung 200 erkennt den Beginn jeder einzelnen Periode des Eingangssignals ES und steuert mittels eines Impulsgebers 400 zum Zeitpunkt des Beginns jeder Periode eine Speichervorrichtung 300 an, welche den zu diesem

Zeitpunkt am Ausgang des Integrators 100 ausgegebenen Pegel, welcher den Gleichanteil der letzten vergangenen Periode des Eingangssignals ES repräsentiert, speichert und als Ausgangssignal DC vorhält. Der Impulsgeber 400 steuert zum Zeitpunkt des Beginns jeder Vollperiode eine Verzögerungsschaltung 500 an, welche mittels einer Triggerschaltung 600 den Integrator 100 zeitlich unmittelbar nach dem Speichern des Ausgangspegels des Integrators 100 in der Speichervorrichtung 300 zurücksetzt (löscht) . Die Impulse zur Ansteuerung der Speichervorrichtung 300 und die Impulse zur Rücksetzung des Integrators 100 sind demnach zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend.

Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l. Ein sinusförmiges Signal ohne Gleichanteil ES bildet das Eingangssignal des Integrators 100 und wird von diesem Integrator 100 über jeweils eine Periode integriert. Das Ausgangssignal des Integrators 100 bildet das Eingangssignal einer Speichervorrichtung 300, welche zu vom Signal Sample Impulse bestimmten Zeitpunkten das Ausgangssignal des Integrators 100 speichert und seinerseits als Ausgangssignal DC (Sample&Hold) zur Verfügung stellt. Weiters sind in Fig. 2 das Signal zur Steuerung der Speichervorrichtung 300 (Sample Impulse) und das Signal zur Rücksetzung des Integrators 100 (RESET Impulse) dargestellt. Das den Gleichanteil des Eingangssignal repräsentierende Ausgangssignal der Speichervorrichtung DC (Sample&Hold) nimmt im dargestellten Beispiel zu jedem Zeitpunkt den Wert Null an .

Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES mit positivem Gleichanteil. Im dargestellten Beispiel ist zum Zeitpunkt des Endes jeder Periode des Eingangssignals ein positiver Wert am Ausgang des Integrators 100 anliegend, welcher von der Speichervorrichtung 300 abgespeichert wird.

Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES ohne Gleichanteil mit ansteigender Amplitude. Es ist ein sinusförmiges Eingangssignal ES dargestellt, welches ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist. Dadurch besitzt ab diesem Zeitpunkt jede Halbperiode einen größeren Betrag der Amplitude als die vorherige Halbperiode. Somit integriert der Integrator 100 ein Signal, dessen erste Halbperiode einen geringern Betrag aufweist als die zweite Halbperiode mit entgegensetzter

Polarität. Im gegenständlichen Beispiel stellt sich dadurch ab dem Zeitpunkt des Anstiegs des Pegels des Eingangssignals ein negativer Wert am Ausgang des Integrators 100 ein. Die Signale zur Ansteuerung der Speichervorrichtung 300 und die Signale zum Rücksetzen des Integrators 100 sind zur Vereinfachung nicht mehr dargestellt.

Fig. 5 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES ohne Gleichanteil mit abfallender Amplitude.

In diesem Fall stellt sich dadurch ab dem Zeitpunkt des Abfalls des Pegels des Eingangssignals ES ein positiver Wert

am Ausgang des Integrators 100 und somit auch als Gleichwert DC ein.

Fig. 6 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES mit einem Gleichanteil und mit ansteigender Amplitude. Es ist ein Eingangssignal ES, welches einen Gleichanteil von 10% der Amplitude aufweist und ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt. Mit diesem Eingangssignal ES erzeugt die Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.l ein Ausgangssignal DC, welches bis zum Zeitpunkt des Pegelanstiegs dem Gleichanteil des Eingangssignals ES entspricht. Zum Zeitpunkt des Beginns des Pegelanstiegs fällt im gezeigten Beispiel das Ausgangsignal DC auf negative Werte ab und steigt danach nach jeder Vollperiode an.

Fig. 7 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung mit zwei zeitlich um jeweils eine Halbperiode zueinander versetzt arbeitende Integratoren . Ein Eingangssignal ES, dessen Gleichanteil bestimmt werden soll wird sowohl an die Eingänge zweier Integratoren 101, 102 als auch an eine Periodizitätserkennung 200 geführt. Diese Periodizitätserkennung 200 ermittelt die Beginn- und Endzeitpunkte jeder einzelnen Periode des Eingangssignals ES und steuert mittels zweier Impulsgeber 401, 402 die beiden

Integratoren 101, 102 und zwei Speichervorrichtungen 301, 302 in solcher Weise an, dass einer dieser Integratoren 101, 102 das Eingangssignal ES jeweils über eine volle Periode des

Eingangssignals ES (vom Beginnzeitpunkt der Periode zum Endzeitpunkt der Periode) integriert und der andere der beiden Integratoren 101, 102 das Eingangssignal ES ebenfalls über eine volle Periode des Signals, allerdings zeitlich um eine Halbperiode verschoben, integriert.

Die beiden Speichervorrichtungen 301, 302 speichern die am Ausgang des ihnen zugeordneten Integrators 101, 102 ausgegebenen Pegel zu den von dem jeweiligen Impulsgeber Vollperiode 401, 402 vorgegebenen Zeitpunkten. Diese beiden, in den Speichervorrichtungen 301, 302 abgespeicherten Pegel werden mittels einer Summierschaltung S addiert und dieser Summenpegel stellt den Gleichanteil DC des Eingangssignals ES dar . Die Rücksetzung (Löschung) der beiden Integratoren 301, 302 erfolgt wie in der in Fig.l dargestellten Schaltung.

Fig. 8 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.7 bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES ohne Gleichanteil mit ansteigender Amplitude.

Die Ausgangssignale der beiden Integratoren 301, 302 zeigen den gleichen Signalverlauf, sind jedoch zueinander um eine Halbperiode zeitlich verschoben und invertiert. Die beiden Signale Sample&Holdl und Sample&Hold2 werden in einer Summierschaltung S addiert und bilden das Ausgangssignal DC, welches auch im Fall von Eingangssignalen ES mit ansteigender Amplitude nach einer Einschwingzeit keinen Gleichanteil mehr ausweist .

Fig. 9 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.7 bei einem sinusförmigen Eingangssignal ES ohne Gleichanteil mit abfallender Amplitude.

In diesem Fall stellt sich ebenfalls nach einer Einschwingzeit ein Ausgangssignal DC ein, welches keinen Gleichanteil ausweist.

Fig. 10 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.7 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude. Es ist ein Eingangssignal ES, welches einen Gleichanteil von 10% der Amplitude aufweist und ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt. Die Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.7 liefert als Ausgangssignal DC (Summe der beiden in den Speicherschaltungen 302, 302 (Sample&Hold 1 und Sample&Hold2 gespeicherten Pegel)) ein Signal, welches bis zum Zeitpunkt des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES dem Gleichanteil des Eingangssignals ES entspricht und ab dem Zeitpunkt des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES, nach einer Einschwingzeit, ebenfalls dem Gleichanteil DC des

Eingangssignals ES entspricht. In der Darstellung dieses Ausgangssignals ist in Fig.10 der Verlauf des Gleichanteils des Eingangssignals (10% der Amplitude) dargestellt. Das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Schaltung entspricht, bis auf den Zeitraum des Einschwingsvorgangs diesem Gleichanteil .

Fig. 11 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.7 bei einem Eingangssignal ES mit abfallender Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude. Es ist ein Eingangssignal, welches einen Gleichanteil von 10%

der Amplitude aufweist und ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate abfallenden Pegel aufweist, dargestellt. In diesem Fall zeigt sich ein zu dem in Fig. 10 dargestellten Fall äquivalentes Verhalten des Ausgangssignals.

Fig. 12 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung mit zwei zeitlich um jeweils eine Halbperiode zueinander versetzt arbeitenden Integratoren und Unterdrückung der Einschwingphase.

Die in Fig.12 dargestellte Schaltung entspricht der in Fig.7 dargestellten Schaltung und ist um Mittel zu Unterdrückung der Einschwingphase (Einschwingimpuls) erweitert. Dazu wird das durch Addition der Ausgangssignale der beiden Integratoren 301, 302 gebildete, den Gleichanteil des Eingangssignals darstellende Signal bei Erkennen einer Amplitudenänderung in einer weiteren Speichervorrichtung 303 (Sample&Hold 3) gespeichert und für den Zeitraum des Einschwingvorgangs weiterhin als das den Gleichanteil des Eingangssignals darstellende Ausgangssignal DC ausgegeben.

Eine Vergleichervorrichtung 700 vergleicht die Ausgangspegel der beiden Speichervorrichtungen 301, 302 miteinander und steuert in dem Fall, dass eine Differenz vorliegt, ein Zeitglied 800 (Mono Flip Flop) an, welches die dritte Speichervorrichtung 303 für eine von diesem Zeitglied 800 bestimmte Zeitdauer veranlasst, den in dieser dritten Speichervorrichtung 303 gespeicherten Wert weiterhin als Ausgangssignal DC auszugeben.

Fig. 13 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung gemäß Fig.12 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender

Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude. Es ist ein Eingangssignal ES, welches einen Gleichanteil von 10% der Amplitude aufweist und ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt. Das Ausgangssignal des Zeitglieds 800 (Mono Flip Flop) zeigt einen bis zum Beginn des Pegelanstiegs des Eingangssignal konstanten Wert und geht zum Zeitpunkt des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES für eine von diesem Zeitglied 800 bestimmte Zeitdauer auf den Wert Null zurück. Dadurch wird für diese vom Zeitglied 800 bestimmt Zeitdauer die übernahme und Speicherung neuer Eingangspegel durch die dritte Speichervorrichtung 303 blockiert und das bis zum Zeitpunkt des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES ausgegebene, den Gleichanteil des Eingangssignals ES repräsentierende, Ausgangssignal DC wird für diese, vom Zeitglied 800 bestimmte Zeitdauer, weiterhin ausgegeben.

Fig. 14 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren .

Ein Eingangssignal ES wird an die Eingänge eines Integrators 103 und einer Periodizitätserkennung 200 geführt. Der Integrator 103 integriert das Eingangssignal ES jeweils für eine Halbperiode des Eingangssignals ES und wird unmittelbar nach dem Ende jeder Halbperiode rückgesetzt (gelöscht) . Das Ausgangssignal des Integrators 103 wird an zwei Speichervorrichtungen 301, 302 geführt und von diesen Speichervorrichtungen 301, 302 gespeichert, wobei eine Speichervorrichtung 302 das Ausgangssignal des Integrators 103 zum Zeitpunkt des Beginns jeder Vollperiode und die zweite Speichervorrichtung 301 das Ausgangssignal des Integrators 103 zum Zeitpunkt des Beginns jeder um eine

Halbperiode verschobene Vollperiode des Eingangssignals ES abspeichert. Die in den beiden Speichervorrichtungen 301, 302 gespeicherten Pegel werden in einer Summierschaltung S addiert, dieses Summensignal DC repräsentiert den Gleichanteil des Eingangssignals ES. Die Ansteuerung der Speichervorrichtungen 301, 302 erfolgt mittels zweier Impulsgeber 401, 402, wobei ein Impulsgeber 401 zur jeder Beginn jeder Vollperiode des Eingangssignals ES seine ihm zugeordnete Speichervorrichtung 302 ansteuert und der zweite Impulsgeber 402 zu Beginn jeder dazu zeitlich um eine

Halbperiode verschobenen Vollperiode seine ihm zugeordnete Speichervorrichtung 301 ansteuert. Ein Impulsgeber 403 setzt den Integrator 103 mittels einer Verzögerungsschaltung 500 und einem Rücksetzimpulsgeber 600 unmittelbar nach dem Ende jeder Halbperiode zurück (löscht den im Integrator 103 gespeicherten Pegel) .

Fig. 15 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren gemäß Fig. 14 bei einem Eingangssignal ES ohne Gleichanteil.

Das Ausgangssignal des Integrators 103 stellt das Integral des Eingangssignals ES dar, wobei nach jeder Halbperiode der Integrator 103 zurückgesetzt wird. Die beiden

Speichervorrichtungen 301, 302 speichern die jeweiligen Ergebnisse der Integrationsvorgänge der beiden Halbperioden. Im gegenständlichen Fall eines sinusförmigen Eingangssignals ES ohne Gleichanteil sind die beiden Integrationsergebnisse der beiden Halbperioden von gleichem Betrag aber entgegengesetzter Polarität. Das den Gleichanteil repräsentierende Summensignal DC (Sample&Holdl + Sample&Hold2) weist dadurch den Wert Null aus, wobei minimale

Schwankungen dieses Signals durch die unvermeidlichen zeitlichen Verzögerungen zwischen den Abspeicherzeitpunkten und den Löschzeitpunkten des Integrators 103 auftreten.

Fig. 16 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren gemäß Fig. 14 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender Amplitude ohne Gleichanteil.

Es ist ein Eingangssignal ES, welches ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt . In diesem Fall weist was den Gleichanteil des Eingangssignals repräsentierende Summensignal DC (Sample&Holdl +

Sample&Hold2 ) ab dem Zeitpunkt des Beginns des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES einen rechteckförmigen Verlauf mit der Frequenz des Eingangssignals ES auf.

Fig. 17 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren gemäß Fig. 14 bei einem Eingangssignal ES mit abfallender Amplitude ohne Gleichanteil.

Es ist ein Eingangssignal ES, welches ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate abfallenden Pegel aufweist, dargestellt . In diesem Fall weist was den Gleichanteil des Eingangssignals repräsentierende Summensignal DC (Sample&Holdl +

Sample&Hold2) ab dem Zeitpunkt des Beginns des Pegelanstiegs des Eingangssignals ES einen rechteckförmigen Verlauf mit der Frequenz des Eingangssignals ES auf. Die Phasenlage dieses

rechteckförmigen Signals ist gegenüber dem in Fig. 16 dargestellten Signalverlauf um eine halbe Periodendauer des Eingangssignals ES verschoben.

Fig. 18 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren gemäß Fig. 14 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender Amplitude und Gleichanteil von 10% der Amplitude.

Es ist ein Eingangssignal ES, welches einen Gleichanteil von 10% der Amplitude aufweist und ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt. In diesem Fall zeigt das den Gleichanteil des Eingangssignals repräsentierende Summensignal DC (Sample&Holdl +

Sample&Hold2 ) einen rechteckförmigen Verlauf, welcher um den entsprechenden Wert des Gleichanteils des Eingangssignals ES im Pegel verschoben ist.

Fig. 19 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen . In Fig. 19 ist die in Fig. 14 dargestellte Schaltung gemäß des Halbwellenintegrationsverfahrens um zwei weitere Speichervorrichtungen 303, 304, zwei Verzögerungsschaltungen 501, 502 und eine Summierschaltung S2 erweitert. Das den Gleichanteil des Eingangssignals ES repräsentierende Ausgangssignal DC wird mittels der weiteren Summierschaltung S2 aus den Ausgangssignalen der weiteren

Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) gebildet. Die Eingangssignale beider weiteren

Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) bildet das durch Summierung der Ausgangssignale der beiden Speichervorrichtungen 301, 302 (Sample&Hold 1, Sample&Hold 2) gebildete Signal. Eine der weiteren Speichervorrichtungen 304 wird in jeder Periode des Eingangssignals ES der

Gleichanteilsbestimmungsschaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der ersten Halbperiode des Eingangssignals ES der Gleichanteilsbestimmungsschaltung angesteuert und speichert ihr zugeordnetes Eingangssignal zu diesem Zeitpunkt ab. Die andere der beiden weiteren

Speichervorrichtungen 303 wird zu einem dazu um zeitlich eine Halbperiode des Eingangssignals ES der

Gleichanteilsbestimmungsschaltung verschobenen Zeitpunkt (in der zweiten Halbperiode) angesteuert und speichert ihr zugeordnetes Eingangssignal zu diesem Zeitpunkt ab. Die Ansteuerung der weiteren Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) wird von zwei

Verzögerungsschaltungen 501, 502 vorgenommen, welche jeweils von einem der Impulsgeber 401, 402 angesteuert werden.

Fig. 20 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der

Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen

Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen

Speichervorrichtungen gemäß Fig. 19 bei einem Eingangssignal

ES mit ansteigender Amplitude.

Es ist ein sinusförmiges periodisches Eingangssignal ES, welches ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate ansteigenden Pegel aufweist, dargestellt.

Das durch Summierung der Ausgangssignale der beiden

Speichervorrichtungen 301, 302 (Sample&Hold 1, Sample&Hold 2) gebildete Signal zeigt, wie in zu der Schaltung gemäß Fig. 14

gezeigten Signalverläufen, einen rechteckförmigen Verlauf. Das Ausgangssignal DC der Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen, welches durch Summierung der beiden weiteren Speichervorrichtungen 303, 304

(Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) gebildet wird, zeigt bis auf eine kurze Einschwingphase den Wert Null.

Fig. 21 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen

Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen gemäß Fig. 19 bei einem Eingangssignal ES mit abfallender Amplitude. Es ist ein sinusförmiges periodisches Eingangssignal, welches ab einem Zeitpunkt einen mit konstanter Rate abfallenden Pegel aufweist, dargestellt. In diesem Fall zeigt das Ausgangssignal DC der Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen, welches durch Summierung der beiden weiteren Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) gebildet wird, zeigt bis auf eine kurze Einschwingphase den Wert Null.

Fig. 22 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen gemäß Fig. 19 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude.

Das Ausgangssignal DC, welches durch Summierung der beiden weiteren Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) gebildet wird, folgt bis auf eine kurze Einschwingphase dem Wert des Gleichanteils des Eingangssignals ES.

Fig. 23 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem

Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen Speichervorrichtungen gemäß Fig. 19 bei einem Eingangssignal ES mit abfallender Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude. Das Ausgangssignal DC, welches durch Summierung der beiden weiteren Speichervorrichtungen 303, 304 (Sample&Hold 3, Sample&Hold 4) gebildet wird, folgt bis auf eine kurze Einschwingphase dem Wert des Gleichanteils des Eingangssignals ES.

Fig. 24 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach dem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen

Speichervorrichtungen wie in Fig. 19, erweitert um Mittel zur Unterdrückung des Einschwingimpulses.

Fig. 25 zeigt beispielhaft und schematisch die Simulation der Signalverläufe in einer erfindungsgemäßen Gleichanteilsbestimmungsschaltung nach einem Halbwellenintegrationsverfahren mit zwei zusätzlichen

Speichervorrichtungen und Mitteln zur Unterdrückung des Einschwingimpulses gemäß Fig. 19 bei einem Eingangssignal ES mit ansteigender Amplitude und einem Gleichanteil von 10% der Amplitude .

Liste der Bezeichnungen

ES Eingangssignal DC Gleichwert

S Summierung

51 erste Summierung

52 zweite Summierung

100 Integrator Vollperiode 200 Periodizitätserkennung

300 Speichervorrichtung

400 Impulsgeber Vollperiode

500 Verzögerungsschaltung Rücksetzung Integrator

501 Verzögerungsschaltung Speichervorrichtung 1 502 Verzögerungsschaltung Speichervorrichtung 2

600 Rücksetzimpulsgeber

101 Integrator Vollperiode 1

102 Integrator Vollperiode 2

103 Integrator Halbperiode 301 Speichervorrichtung 1

302 Speichervorrichtung 2

303 Speichervorrichtung 3

304 Speichervorrichtung 4

305 Speichervorrichtung 5 401 Impulsgeber Vollperiode 1

402 Impulsgeber Vollperiode 2

403 Impulsgeber Halbperiode

700 Vergleicherschaltung (Komparator)

800 Zeitglied (Mono Flip Flop)