PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006029332A1 03.01.2008
Titel Motorsteuerung zur PWM-modulierten Steuerung eines Elektromotors
Anmelder Automotive Components Holdings, LLC, Dearborn, Mich., US
Erfinder Haesters, Achim, 50259 Pulheim, DE;
Dienhart, Bernd, 50765 Köln, DE;
Waschkies, Joachim, 51515 Kürten, DE;
Lindeke, Guido, 51465 Bergisch Gladbach, DE;
Peter, Cornelius, 77815 Bühl, (verstorben), DE
Vertreter Bauer-Vorberg-Kayser, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 23.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029332
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H02H 7/085(2006.01)A, F, I, 20060623, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02H 7/122(2006.01)A, L, I, 20060623, B, H, DE   
Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuerung (1) mit Überwachungsschaltung zum Überwachen einer PWM-modulierten Steuerung für einen Gleichstrom-Elektromotor (10), wobei die PWM-modulierte Steuerung eine Leistungsendstufe mit zumindest einem Feldeffekttransistor (T1) umfasst, der den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) steuert. Die Motorsteuerung (1) ist dazu eingerichtet, den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) zu überwachen und ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet. Hierzu erfasst die Motorsteuerung (1) den Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor (T1) und umfasst einen Temperaturfühler (15) zur Erfassung der Temperatur des Feldeffekttransistors (T1). Weiterhin ist die Motorsteuerung (1) dazu eingerichtet, aus der erfassten Temperatur des Feldeffekttransistors (T1) dessen Widerstand zu bestimmen und aus dem Widerstand des Feldeffekttransistors (T1) sowie aus dem Spannungsabfall über den Feldeffektransistor (T1) den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) zu ermitteln.

Beschreibung[de]

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuerung zum Überwachen einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor, insbesondere für einen Lüftermotor zur Verwendung im Kfz-Bereich.

Aus der DE 1 941 489 A1 ist eine Schutzschaltung für eine Reihenschaltung aus einer Leistungshalbleiter-Endstufe und einem induktiven Verbraucher, dem ein Freilaufkreis aus Freilaufdiode und einem in Reihe geschalteten Verpolschutz-Halbleiterschalter parallel geschaltet ist, bekannt. Die Leistungshalbleiter-Endstufe ist in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert mit einem Pulsweiten-modulierten Steuersignal ein- und wieder ausschaltbar. Der Verpolschutz-Halbleiterschalter ist über eine Ladungspumpe bei verpolter Versorgungsspannung nicht leitend steuerbar. Wie der genannten Offenlegungsschrift weiterhin zu entnehmen ist, bieten derartige Schutzschaltungen bei fehlerfreien Bauelementen einen ausreichenden Verpolschutz, d. h. einen Schutz der Bauelemente vor Überlastung und Zerstörung bei verpolt angelegter Versorgungsspannung. Treten jedoch Unregelmäßigkeiten in einer derartigen Schaltung auf, dann können unkontrollierte Überspannungen in der Schaltung auftreten, die bis zur Zerstörung von Bauelementen führen können. Entsprechend schlägt die DE 199 41 489 A1 vor, die vorgenannte Schutzschaltung dahingehend weiterzubilden, dass in dem Freilaufkreis eine Stelle auf eine Spannung überwacht wird, die beim Nichtfunktionieren des Freilaufkreises auftritt. Alternativ wird vorgeschlagen, eine Stelle des Freilaufkreises auf einen Strom zu überwachen, der beim Nichtfunktionieren des Freilaufkreises ausbleibt. Bei Auftreten der Fehlerspannung oder beim Ausbleiben des Stroms am überwachten Punkt soll dann die Abschaltung der Ansteuerung der Leistungshalbleiter-Endstufe eingeleitet werden. Insbesondere schlägt die DE 199 41 489 A1 vor, den Spannungsabfall über einen im Freilaufkreis angeordneten Feldeffekttransistor (FET) mittels einer speziell ausgebildeten Überwachungsschaltung zu überwachen. Hierzu wird im Freilaufkreis am Verbindungspunkt zwischen der Freilaufdiode und dem Verpolschutz-Halbleiterschalter ein Pufferkondensator angeschaltet. Die Spannung an diesem Pufferkondensator wird dann als Überwachungsspannung verwendet und über einen Spannungsteiler der Motorelektronik zugeführt.

Nachteilig an der aus der DE 199 41 489 A1 bekannten Schutzhaltung ist die verhältnismäßig große Anzahl kostenintensiver Bauteile, die für die Schutzschaltung erforderlich sind. Darüber hinaus erfordert die Schutzschaltung für ein ordnungsgemäßes Funktionieren einen kontinuierlichen Betrieb des angesteuerten Elektromotors im Pulsweiten-modulierten Betrieb. Ein Betrieb bei 100%-igem Tastverhältnis (duty cycle 100%) ist nicht möglich. Hierdurch ergeben sich Effizienznachteile der Motorsteuerung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, daher eine Motorsteuerung zum Überwachen einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor anzugeben, wobei die Motorsteuerung dazu eingerichtet sein soll, den Strom am Gleichstromelektromotor zu überwachen, wobei die Motorsteuerung gleichzeitig die Nachteile der aus dem Stand der Technik vorbekannten Schutzschaltungen vermeiden soll.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schutzschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weiterhin ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor mittels einer Motorsteuerung anzugeben, wobei die Motorsteuerung dazu eingerichtet sein soll, den Strom am Gleichstromelektromotor zu überwachen. Dabei soll die pulsweitenmodulierte Steuerung eine Leistungs-Endstufe mit zumindest einem Feldeffekttransistor umfassen, der den Strom am Gleichstromelektromotor steuert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 8.

Die erfindungsgemäße Motorsteuerung zum Überwachen einer Pulsweitenmodulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor ist dabei erfindungsgemäß dazu eingerichtet, den Spannungsabfall über den stromsteuernden Feldeffekttransistor zu erfassen. Dieser Spannungsabfall ist über den Innenwiderstand des Feldeffekttransistors und das Ohmsche Gesetz unmittelbar mit dem Strom am Gleichstromelektromotor verknüpft. Weiterhin umfasst die Motorsteuerung erfindungsgemäß einen Temperaturfühler, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur des stromsteuernden Feldeffekttransistors der Leistungs-Endstufe zu erfassen. Weiterhin ist die Motorsteuerung dazu eingerichtet, aus der mittels des Temperaturfühlers erfassten Temperatur des stromsteuernden Feldeffekttransistors dessen Widerstand zu bestimmen. Aus dem so bestimmten Widerstand des Feldeffekttransistors und aus dem erfassten Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor wird dann der Strom über den Gleichstrommotor ermittelt.

Die erfindungsgemäße Motorsteuerung weist dabei eine gegenüber der aus dem Stand der Technik vorbekannten Überwachungsschaltungen deutlich verbesserte Genauigkeit auf, wobei gleichzeitig die Zahl der erforderlichen Komponenten wesentlich verringert werden kann. Der temperaturabhängige Innenwiderstand des stromsteuernden Feldeffekttransistors lässt sich dabei auf einfachste Weise tabellieren, wobei die Charakteristik des Feldeffekttransistors praktisch keinen Alterungserscheinungen unterworfen ist. Schließlich weist die erfindungsgemäße Motorsteuerung den Vorteil auf, das sie in allen Betriebszuständen der Pulsweitenmodulierten Steuerung funktionsfähig ist, insbesondere auch bei einem Tastverhältnis von 100%.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Motorsteuerung dazu eingerichtet, den ermittelten Strom am Gleichstromelektromotor mit einem vorgegebenen Referenzwert zu vergleichen. Dieser vorgegebene Referenzwert kann dabei insbesondere eine Funktion des Tastverhältnisses der Pulsweitenmodulierten Steuerung sein. Die erfindungsgemäße Motorsteuerung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die pulsweitenmodulierte Steuerung außer Betrieb zu setzen, wenn der ermittelte Strom am Gleichstromelektromotor den vorgegebenen Referenzwert übersteigt, insbesondere um ein vorbestimmtes Maß übersteigt.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Motorsteuerung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:

1: Ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung,

2: eine bevorzugte erste Weiterbildung der Schaltungsanordnung aus 1,

3: eine bevorzugte zweite Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,

4: eine bevorzugte dritte Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,

5: eine bevorzugte vierte Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,

6: eine bevorzugte fünfte Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,

7: eine schematische Darstellung des Verlaufs des maximal zulässigen Motorstroms an einem mit einer erfindungsgemäßen Pulsweitenmodulierte Motorsteuerung angesteuerten Gleichstromelektromotor als Funktion des Tastverhältnis der Pulsweiten-modulierten Steuerung, und

8: den zeitabhängigen Verlauf des Stroms über die Source-Drain-Strecke der Leistungsendstufe der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung über einen vollen Schaltzyklus.

1 zeigt eine Schaltskizze einer pulsweitenmodulierte Steuerung für einen Gleichstromelektromotor, die eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Motorstroms gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Steuerung 1 ist dazu vorgesehen, mit dem 12-Volt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden zu werden, wobei bei geeigneter Auslegung der Steuerung auch mit anderen Versorgungsspannungen gearbeitet werden kann. Die Steuerung umfasst einen Mikroprozessor 5, der mit einer Versorgungsspannung von 5 Volt versorgt wird, die beispielsweise von einem Spannungsregler erzeugt wird. Der Mikroprozessor 5 ist dazu vorgesehen, an seinem Eingang E1 von einem Steuergerät ein Sollsignal zu empfangen, welches die gewünschte Drehzahl des anzusteuernden Motors 10 vorgibt. Auf Basis des am Eingang E1 anliegenden Sollsignals erzeugt der Mikroprozessor 1 Steuersignale für einen Leistungs-Feldeffekttransistor T1, der in Serie mit dem anzusteuernden Motor 10 geschaltet ist. Zur Minimierung elektromagnetischer Störimpulse des Motors 10 weist die Motorsteuerung 1 einen Freilaufkreis bestehend aus einer Freilaufdiode D1 und einem mit der Freilaufdiode D1 in Reihe geschalteten Feldeffekttransistor T2 auf. Der im Freilaufkreis angeordnete Feldeffekttransistor T2 fungiert in an sich bekannter Weise als Verpolschutz für die Motorsteuerung 1. Zu diesem Zweck wird das Gate des Feldeffekttransistors T2 von einer Ladungspumpe angesteuert, dergestalt dass bei korrekter Polung der Versorgungsspannung an der Steuerung 1 die Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistor T2 leitend geschaltet is. Ist die Versorgungsspannung hingegen verpolt, so legt die Ladungspumpe keine Spannung an das Gate des Feldeffekttransistor T2 an. Dieser ist im Sperrzustand, so dass kein Strom über die im Verpolungsfall in Durchlassrichtung geschaltete Freilaufdiode D1 fließen kann, wodurch sie gegen Beschädigung geschützt ist.

Die Ladungspumpe ist mit dem Ausgang A2 des Mikroprozessors 5 verbunden und wird von diesem dergestalt angesteuert, dass die Ladungspumpe im betriebsbereiten Zustand der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung 1 das Gate Feldeffekttransistors T2 mit der erforderlichen Steuerspannung versorgen kann.

Erfindungsgemäß wird nun der über den Gleichstromelektromotor 10 fließende Strom überwacht. Hierzu ist vorgesehen, den Spannungsabfall über den Leistungs-Feldeffekttransistor T1 auf geeignete Weise zu messen. Hierzu ist der Knotenpunkt zwischen der Anode der Freilaufdiode D1 und dem Feldeffekttransistor T1 über eine Steuerleitung mit dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 verbunden.

Zwischen den Feldeffekttransistor T1 und den Eingang E3 des Mikroprozessors 5 ist die Source-Drain-Strecke eines Depletion-Feldeffekttransistors T3 eingefügt. Das Gate dieses Feldeffekttransistors ist auf die Masseschiene gelegt. Der Depletion-Feldeffekttransistor T3 dient dazu, den Eingang E3 des Mikroprozessors 5vor zu hohen Eingangsspannungen. Er ist so ausgewählt, dass seine Source-Drain-Strecke nur bis zu einer maximalen Source-Spannung von etwa 2V leitend ist, bei höheren Spannungen ist die Source-Drain-Strecke hingegen gesperrt. Hierdurch wird der Eingang E3 des Mikroprozessors 5 effektiv vor zu hohen Eingangsspannungen geschützt, die sich z.B. durch Induktionserscheinungen am freilaufenden Elektromotor 10 ergeben könnten.

Der Eingang E3 ist mit dem Eingang eines in den Mikroprozessor 5 integrierten AD-Wandlers verbunden, der das am Eingang E3 anliegende Spannungssignal, welches den Spannungsabfall über die Source-Drain-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 repräsentiert, digitalisiert und für eine weitere Prozessorinterne Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.

Der Mikroprozessor 5 weist den weiteren Eingang E2 auf, welcher ebenfalls mit einem integrierten AD-Wandler verbunden ist. Am Eingang E2 liegt das Spannungssignal eines Spannungsteilers an, welcher aus einem ohmschen Widerstand R1 und einem temperaturveränderlichen Widerstand RTC, beispielsweise einem Heißleiter gebildet wird. Der temperaturveränderliche Widerstand RTC ist dabei so innerhalb der Schaltungsanordung angeordnet, dass er in unmittelbarem Kontakt mit dem Leistungs-Feldeffekttransistor T1 steht. Insbesondere kann der temperaturveränderliche Widerstand RTC am Gehäuse des Leistungs-Feldeffekttransistor T1 angeordnet sein, so dass eine Temperaturänderung des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 unmittelbar mit einer Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstands RTC einhergeht.

Die am Eingang E2 des Mikroprozessors 5 anliegende Spannung ist damit ein Maß für die Temperatur des Leistungs-Feldeffekttransistors T1. Die Temperaturabhängigkeit des Innenwiderstands des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 ist dabei eine für den Feldeffekttransistor T1 charakteristische Größe und unterliegt praktisch keinen Veränderungen z. B. durch Alterung.

Im Mikroprozessor 5 oder einem mit diesem assoziierten Speicher, der hier nicht separat dargestellt ist, ist eine erste Referenztabelle des temperaturabhängigen Widerstands des Feldeffekttransistors T1 abgelegt. Weiterhin ist im Mikroprozessor 5 oder einem mit diesem assoziierten Speicher eine zweite Referenztabelle abgelegt, in welcher der Widerstand des temperaturabhängigen Widerstands RTC als Funktion der Temperatur verzeichnet ist. Aus dem digitalisierten Spannungssignal am Eingang E2 kann auf Basis dieser zweiten Referenztabelle die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands RTC und damit auch des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 bestimmt werden. Aus der ersten Referenztabelle lässt sich nun anhand der gemessenen Temperatur der Innenwiderstand der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors T1 bestimmen.

Eine besonders hohe Genauigkeit der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung ergibt sich, wenn die erste Referenztabelle, in der der Temperaturabhängige Widerstand der Source-Drain-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 bei verschiedenen Strömen tabelliert ist, jeweils nach Komplettierung einer betriebsbereiten erfindungsgemäßen Schaltung individuell erstellt wird im Rahmen einer „end-of-line"-Kalibration des verbauten Feldeffekttransistors T1.

Insgesamt lässt sich also auf Basis der festgestellten Temperatur T des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 sowie dessen über die Temperaturmessung bestimmbaren Innenwiderstands R aus dem Spannungsabfall über die Source-Drain-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors T1, welcher am Eingang E3 des Mikroprozessors 5 anliegt, über das ohmsche Gesetz der über die Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors T1 fließende Strom bestimmen. Aufgrund der Serienschaltung des Feldeffekttransistors T1 mit dem Motor zu überwachenden entspricht dieser dem Motorstrom.

In einer dritten Referenztabelle, die ebenfalls im Mikroprozessor 5 oder einem mit diesem assoziierten Speicher abgelegt ist, sind die Normwerte des Motorstroms als Funktion des Tastverhältnisses der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung tabelliert. Beispielhaft sind verschiedene Verläufe des Motorstroms als Funktion des Tastverhältnisses duty-cycle in 2 dargestellt. Der Mikroprozessor 5 ist nun dazu eingerichtet, den mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmten Motorstrom mit dem in der dritten Referenztabelle verzeichneten Motorstroms für das gegenwärtig verwendete Tastverhältnis zu vergleichen. Übersteigt der gemessene Motorstrom den sich aus der dritten Referenztabelle ergebenden Motorstrom um ein voreingestelltes Maß, so leitet der Mikroprozessor 5 die Abschaltung des Motors 10 ein, beispielsweise in dem der Ausgang A1, über welchen der Leistungs-Feldeffekttransistor T1 angesteuert wird, außer Betrieb gesetzt wird.

Zur elektromagnetischen Abkopplung des Elektromotors 10 vom 12-Volt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs kann ein Elektrolytkondensator C1 mit dem Elektromotor 10 parallel geschaltet werden, wie aus 2 ersichtlich ist. Dieser Elektrolytkondensator C1 ist gegen Verpolung empfindlich und wird daher vor einer Verpolung geschützt über einen dritten Feldeffekttransistor T4, dessen Source-Drain-Strecke in Serie geschaltet ist mit dem Elektrolytkondensator C1. Das Gate des Feldeffekttransistors T4 wird über die 5-Volt-Schiene angesteuert, so dass der Feldeffekttransistors T4 leitend ist, solange die 5-Volt-Versorgungsspannung an seinem Gate anliegt. Ein wirksamer Verpolungsschutz für den Elektrolytkondensator C1 wird daher erreicht, wenn durch geeignete technische Maßnahmen sichergestellt wird, dass die 5-Volt-Versorgungsspannung sicher abgeschaltet wird, wenn die 12-Volt-Bordspannung verpolt an die Motorsteuerung 1 angelegt wird. Dies kann beispielsweise durch geeignete Beschaltung eines Spannungsreglers realisiert werden, der die 5-Volt-Versorgungsspannung für die Motorsteuerung 1 erzeugt und in Parallelschaltung mit der Motorsteuerung 1 aus dem 12-Volt-Bordnetz versorgt wird.

3 zeigt eine Weiterentwicklung der Motorsteuerung aus 1. Hier ist in die Messleitung zwischen dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und dem Knoten zwischen dem Leistungs-Feldeffekttransistor T1 sowie der Anode der Freilaufdiode D1 eine Kollektor Emitterstrecke eines bipolaren Transistors angeordnet. Die Basis des bipolaren Transistors T5 ist dabei über geeignete Widerstände (nicht gezeigt) mit dem Pluspol der 5-Volt-Schiene verbunden. Der bipolare Transistor T5 wird dazu benutzt, um im Ausschaltzustand der gezeigten Motorsteuerung Leckageströme über den Mikroprozessor 5 zu minimieren, die Ursache von erhöhten Ruheströmen sein können. Mögliche Quellen solcher Leckageströme können beispielsweise Elektrolytkondensatoren hoher Kapazität sein, die parallel zum angesteuerten Gleichstromelektromotor geschaltet sind.

4 zeigt eine weitere Weiterentwicklung der in 1 gezeigten Motorsteuerung, wobei hier in die Steuerleitung, die sich zwischen dem Ausgang A1 des Mikroprozessors 5 und dem Gate des Feldeffekttransistors T1 erstreckt, eine Leistungsverstärkerstufe angeordnet ist. Diese Leistungsverstärkerstufe wird ebenfalls aus dem 12 Volt Bordnetz des Kraftfahrzeuges versorgt, wobei der Spannungsabgriff auf der High-Seite am Knotenpunkt zwischen dem Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors T2 und der Kathode der Freilaufdiode D1 angeschlossen. Auf diese Weise ist auch die Verstärkerstufe 15 von der in den Freilaufkreis integrierten Verpolschutzschaltung sicher gegen eine Verpolung der 12 Volt-Versorgungsspannung geschützt. Die Verstärkerstufe 15 kann dabei beispielsweise unter Verwendung geeigneter bipolarer Transistoren aufgebaut werden. Die Verstärkerstufe 15 dient in erster Linie dazu, trotz der inneren Kapazität der Gateelektrode des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 kurze Schaltzeiten des Feldeffekttransistors T1 zu realisieren, so dass ein Betrieb bei den angestrebten Taktzahlen von zwischen 10 und 30 KHz, hier insbesondere 20 bis 25 KHz, problemlos möglich ist.

Aus 5 ist nun eine weitere Weiterentwicklung der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Motorsteuerung ersichtlich, mit der eine Verbesserung der Signalqualität des am Eingang E3 des Mikroprozessors 5 anliegenden Spannungssignals erzielt wird. Aufgrund von unvermeidbaren Induktionserscheinungen am Gleichstromelektromotor 10 im Pulsweiten-modulierten Betrieb wird der von der Motorsteuerung erzeugten rechteckförmigen Steuerspannung am Elektromotor 10 stets ein hochfrequenter Oszillationsteil überlagert sein. Beispielhaft ist dieses Verhalten aus 8 ersichtlich. 8 zeigt den Verlauf des Stroms über die Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors T1 über einen Zyklus der pulsweiten modulierten Steuerung als Funktion der Zeit. Deutlich ersichtlich ist, dass sowohl beim Austasten der Spannung am Gleichstromelektromotor eine abklingende Oszillation im Strom über der Source-Drain-Strecke auftritt als auch beim Eintasten der Spannung. Obwohl diese hochfrequenten Oszillationen aufgrund interner Dämpfungseffekte nach einigen Oszillationsperioden ausgedämpft sind, so ergeben sich jedoch Schwierigkeiten für eine hochgenaue Messung des Spannungsabfalls über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, in die Messleitung zwischen dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und dem Knotenpunkt zwischen dem Drain-Anschluß des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 und der Anode der Freilaufdiode D1 Glättungsbaugruppen 20 einzufügen, die als so genannte „Snubber"-Schaltungen ausgebildet sind. Diese verbinden die Messleitung einerseits mit Masse und andererseits mit der High-Schiene des 12 Volt-Bordnetzes. Jede Snubber-Schaltung besteht dabei aus einem ohmschen Widerstand R2 bzw. R3, der in Serie geschaltet ist mit einem Kondensator C2 bzw. C3. Das Einfügen der Snubber-Schaltungen zwischen der Messleitung am Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und Masse bzw. der High-Schiene führt eine zusätzliche Dämpfung der Strom- bzw. Spannungsoszillation über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ein. Bei einer geeigneten Auswahl der RC-Konstante jeder Snubber-Schaltung kann eine Überdämpfung der hochfrequenten Strom- bzw. Spannungsoszillationen erzielt werden. Bei optimaler Abstimmung ist es möglich, den so genannten asymptotischen Grenzfall zu realisieren, bei dem ein Nulldurchgang der hochfrequenten Strom- bzw. Spannungsoszillation komplett unterdrückt wird und dennoch ein rascher Abfall auf dem asymptotischen Grenzwert innerhalb von etwa einer Oszillationsperiode auftritt. Bei entsprechend abgestimmten RC-Konstanten der Snubber-Schaltungen wird dann der Zeitpunkt, an dem der Mikroprozessor 5 über den integrierten AD-Wandler den Spannungsabfall über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ermittelt, so gewählt, dass sich der asymptotische Grenzwert bereits im Wesentlichen eingestellt hat. Hier wird also eine Verzögerung von einigen Mikrosekunden gegenüber der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke des Pulsweiten-modulierten Motorstroms eingestellt. Durch Einführung der Snubber-Schaltungen ist es möglich, die Genauigkeit der Messung des Spannungsabfalls über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 nochmals deutlich zu erhöhen.

6 zeigt schließlich eine letzte Weiterentwicklung der aus 1 ersichtlichen Motorsteuerung, bei der durch geeignete Einführung eines Kondensators Leckströme in der Motorsteuerung nochmals verringert werden können. In dieser Weiterentwicklung ist ein Kondensator C4 zwischen dem Gehäuse des Motors 10 und der Masse der Motorsteuerung eingefügt. Als ein Anschlusspunkt des Kondensators C4 an der Motorsteuerung wird bevorzugt der Kühlkörper des Mikroprozessors 5 verwendet wird. Die Einführung des Kondensators C4 in der gezeigten Weise stellt sicher, dass sich das Gehäuse des Elektromotors 10 und die Basis der Motorsteuerung 1 stets auf gleichem Potential befinden, wodurch auf der einen Seite Leckströme weiter vermindert werden können und auf der anderen Seite die elektromagnetische Störsicherheit der Motorsteuerung nochmals verbessert wird.

Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die hier vorgestellten Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Motorsteuerung jeweils separat oder auch gemeinschaftlich eingesetzt werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die erfindungsgemäße Motorsteuerung sämtliche Weiterentwicklungen gemäß der 2 bis 6.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen und nicht einschränkend zu verstehen sind.

Die aus 1 ersichtliche erfindungsgemäße Motorsteuerung ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 10 auszuführen. Der Mikroprozessor 5 erfasst über den integrierten AD-Wandler den an seinem Eingang E3 anliegenden Spannungsabfall Ober die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 zu einem gegebenen Zeitpunkt im Zyklus der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung. Weiterhin erfasst der Mikroprozessor 5 über den aus dem temperaturveränderlichen Widerstand RTC und dem ohmschen Widerstand R1 gebildeten Spannungsteiler die Temperatur des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1. Der Mikroprozessor 5 ist dazu eingerichtet, aus dem erfassten Spannungsabfall und der erfassten Temperatur auf Basis einer Referenztabelle für den temperaturabhängigen Widerstand der Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 dessen inneren Widerstand zu bestimmen. Aus dem inneren Widerstand des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 und dem erfassten Spannungsabfall über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ermittelt der Mikroprozessor 5 im nachfolgenden Schritt Ober die Anwendung des ohmschen Gesetzes den Strom über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1, welcher dem Strom am angesteuerten Gleichstrom-Elektromotor 10 entspricht. Im letzten Verfahrensschritt vergleicht der Mikroprozessor 5 den gemessenen Strom am Gleichstrom-Elektromotor 10 mit einem vorgegebenen Maximalwert, der vom aktuellen Tastverhältnis der Pulsweiten-modulierten Steuerung abhängt und dessen Verlauf schematisch in 7 dargestellt ist. Übersteigt der ermittelte Strom am Gleichstrom-Elektromotor 10 den sich aus der Referenz-Tabelle für den Maximalstrom bei dem gegebenen Tastverhältnis ergebenden Maximalstrom, so leitet der Mikroprozessor 5 die Abschaltung der Leistungsendstufe der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung ein, beispielsweise indem er den Ausgang A1 des Mikroprozessors 5 außer Betrieb setzt.

1
Motorsteuerung
5
Mikroprozessor
10
Gleichstromelektromotor
15
Temperaturfühler
20
Glättungsbaugruppe


Anspruch[de]
Motorsteuerung (1) mit Überwachungsschaltung zum Überwachen einer PWM-modulierten Steuerung für einen Gleichstrom-Elektromotor (10), wobei

a. die PWM-modulierte Steuerung eine Leistungsendstufe mit zumindest einem Feldeffekttransistor (T1) umfasst, der den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) steuert,

b. die Motorsteuerung (1) dazu eingerichtet ist, den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) zu überwachen,

wobei weiterhin,

c. die Motorsteuerung (1) dazu eingerichtet ist, den Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor (T1) zu erfassen,

d. die Motorsteuerung (1) einen Temperaturfühler (15) zur Erfassung der Temperatur des Feldeffekttransistors (T1) umfasst,

e. die Motorsteuerung (1) dazu eingerichtet ist,

i. aus der erfassten Temperatur des Feldeffekttransistors (T1) dessen Widerstand zu bestimmen, und

ii. aus dem Widerstand des Feldeffekttransistors (T1) sowie aus dem Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor (T1) den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) zu ermitteln,

dadurch gekennzeichnet, dass

f. die Motorsteuerung (1) weiterhin eine Glättungsbaugruppe (20) umfasst, die hochfrequente Oszillationen der am Feldeffekttransistor (T1) abfallenden Spannung vor deren Weiterverarbeitung dämpft.
Motorsteuerung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättungsbaugruppe (20) zumindest einen Widerstand (R2, R3) und einen Kondensator (C2, C3) in Reihenschaltung umfasst. Motorsteuerung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Glättungsbaugruppen (20) vorgesehen sind, von denen eine erste Glättungsbaugruppe (20) hochfrequente Oszillationen dämpft, die in der am Feldeffekttransistor (T1) abfallenden Spannung im Austast-Zustand der PWM-modulierten Steuerung auftreten, und eine zweite Glättungsbaugruppe (20) hochfrequente Oszillationen dämpft, die in der am Feldeffekttransistor (T1) abfallenden Spannung im Eintast-Zustand der PWM-modulierten Steuerung auftreten. Motorsteuerung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1) weiterhin dazu eingerichtet ist, den ermittelten Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) mit einem vorgegebenen Referenzwert zu vergleichen. Motorsteuerung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Referenzwert eine Funktion des Tastverhältnisses der PWM-modulierten Steuerung ist. Motorsteuerung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (1) weiterhin dazu eingerichtet ist, die PWM-modulierte Steuerung außer Betrieb zu setzen, wenn der ermittelte Strom am Gleichstrom-Elektromotor (1) den vorgegebenen Referenzwert um ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Verfahren zum Überwachen einer PWM-modulierten Steuerung für einen Gleichstrom-Elektromotor (10) mittels einer Motorsteuerung (1), wobei

a. die PWM-modulierte Steuerung eine Leistungsendstufe mit zumindest einem Feldeffekttransistor (T1) umfasst, der den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) steuert,

b. die Motorsteuerung (1) dazu eingerichtet ist, den Strom am Gleichstrom-Elektromotor (10) zu überwachen,

durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet,

c. Erfassen des Spannungsabfalls über den Feldeffekttransistor (T1), wobei hochfrequente Oszillationen der am Feldeffekttransistor (T1) abfallenden Spannung vor der Weiterverarbeitung der abfallenden Spannung gedämpft werden,

d. Erfassen der Temperatur des Feldeffekttransistors (T1),

e. Bestimmen des Widerstands des Feldeffekttransistors (T1) aus der erfassten Temperatur, und

f. Ermitteln des Stroms am Gleichstrom-Elektromotor (10) aus dem Widerstand des Feldeffekttransistors (T1) sowie aus dem Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor (T1).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com