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Technisches
Gebiet
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Die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
ist die Eigenschaft eines elektrischen Systems, sich in Nachbarschaft
anderer Systeme neutral zu verhalten. Angewandt auf das Kraftfahrzeug
bedeutet dies einerseits, dass die verschiedenen dort eingebauten
elektrischen und elektronischen Systeme wie z.B. die Zündanlage,
das elektronische Einspritzsystem, ABS-ASR, Airbag, Autoradio, Autotelefon,
Navigationssystem und dergleichen in enger räumlicher Nachbarschaft nebeneinander
funktionsfähig
sein müssen
und sich gegenseitig nicht unzulässig
beeinflussen dürfen.
Zum anderen muss sich das Kraftfahrzeug als System neutral in seine
Umwelt einfügen,
d.h. es darf weder andere Fahrzeuge elektrisch beeinflussen, noch
die Übertragung
des Rundfunks, Fernsehens und andere Funkdienste stören. Umgekehrt
muss das Kraftfahrzeug in Gegenwart starker Felder (z.B. in der
Nähe von
Sendern) voll funktionsfähig
bleiben. Daher sind elektrische Systeme für Kraftfahrzeuge sowie Kraftfahrzeuge
als ganzes so auszustatten, dass sie elekromagnetisch verträglich sind.
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Stand der
Technik
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Zur Steuerung von Gebläsemotoren,
wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeuganwendungen zum Einsatz
kommen, werden in der Regel hochfrequente Taktregler eingesetzt,
mit denen die Gebläsemotoren verlustarm
und stufenlos steuerbar sind. Zur Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit (EMV)
insbesondere hinsichtlich leitungsgebundener Abstrahlung werden
EMV-Maßnahmen
erforderlich. Dazu werden das EMV-Verhalten günstig beeinflussende Induktivitäten und
Kapazitäten
eingesetzt, die innerhalb einer Ansteurung für die Gebläsemotoren zwischen einer Spannungsquelle
und Leistungshalbleiterbauelementen, mit denen die Gebläsemotoren angesteuert
werden, angeordnet sind. Ohne Vorsehen einer EMV-verbessernden Maßnahmen
würde das
Bordnetz eines Kraftfahrzeuges mit einem hohen Strom IMax belastet.
Die innerhalb der EMV-Maßnahme
eingesetzten Induktivitäten
(Spulen) und Kapazitäten
(Kondensatoren) führen
zu einem zweifach tiefpassgafilterten Strom. Die Dimensionierung
der Induktivität
und der Kapazität
hängen
im Langwellenbereich und im Kurzwellenbereich im wesentlich von der
Höhe des
maximal fließenden
Stromes IMax sowie der Frequenz f = l/tPeriode ab, mit der getaktet wird, Momentan
erfolgt eine Taktung hochfrequenter Taktregler in der Regel mit
Frequenzen, die ≥ 20
kH liegen.
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Abhängig vom im Bordnetz eines
Kraftfahrzeuges fließenden
maximalen Strom IMax werden die Induktivität bzw. die
Kapazität
der EMV-Maßnahme dimensioniert.
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WO 88/10367 offenbart ein Verfahren
zur Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern, bei dem beim Schalten
relativ großer
Lasten diese Lasten zeitversetzt derart ein- und ausgeschaltet werden, dass
ein beim Einschaltvorgang fließender
Strom im wesentlichen kontinuierlich ansteigt und beim Ausschaltvorgang
im wesentlichen kontinuierlich wieder abfällt.
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Aus WO 98/58445 ist ein Verfahren
zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer Verbraucher bekannt.
Gemäß dieses
Verfahrens werden mindestens zwei elektrische Verbraucher mittels
einer gemeinsamen Schaltungsanordnung durch pulsweitenmodulierte
Signale angesteuert, wobei ein während
einer Pulspause der pulsweitenmodulierten Signales fließender,
von einer Induktivität
der elektrischen Verbindungsleitungen abhängiger Zuleitungsstrom von
einer Pufferkapazität
aufgenommen wird. Die pulsweitenmodulierten Signale werden zeitlich versetzt
generiert. Bei einer Überlagerung
der pulsweitenmodulierten Signale wird eine gleichzeitig auftretende
Pulspause aller pulsweitenmodulierten Signale vermieden. Die pulsweitenmodulierten
Signale werden mit einem Tastverhältnis von 50% angesteuert,
wobei die pulsweitenmodulierten Signale um eine halben Periodendauer
zeitlich zueinander versetzt generiert werden.
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Darstellung der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist
eine hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) optimierte
Auslegung einer Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer
Antriebe möglich.
Die beiden elektrischen Antriebe, bei denen es sich um Gleichstrommotoren (DC)
handeln kann, können – um ein
Anwendungsbeispiel zu nennen – als
Gebläsemotoren
bei Kraftfahrzeugkühlern
eingesetzt werden. Aufgrund einer hinsichtlich der elektromagnetischen
Verträglichkeit optimalen
Ansteuerung der die wenigstens zwei elektrischen Verbraucher ansteuernden
Leistungshalbleiterbauelemente durch pulsweitenmodulierte Signale mit
einem Tastverhältnis
von 40, bevorzugt 50 % oder 60% kann der im Bordnetz des Kraftfahrzeuges
fließende
maximale Strom IMax auf IMax/2
begrenzt werden. Da der maximale Strom im Bordnetz durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Lösung
halbiert werden kann, und der maximale Stromwert ein Auslegungskriterium
hinsichtlich der Dimensionierung der in der EMV-Maßnahme eingesetzten Induktivität bzw. Kapazität darstellt,
lassen sich die in der EMV-Maßnahme
eingesetzten erwähnten
Bauteile kleiner dimensionieren, da lediglich nur noch ein Bruchteil
ihrer ursprünglichen
Induktivität
bzw. Kapazität
erforderlich ist. Durch die vorgeschlagene Maßnahme können die zur Entstörung insbesondere
im Langwellenbereich eingesetzten Induktivitäten (Spulen) und Kapazitäten (Kondensatoren)
wesentlich kleiner dimensioniert werden. Werden die die wenigstens
zwei elektrischen Antriebe ansteuernden Leistungshalbleiterbauelemente
mit einem Tastverhältnis
von vorzugsweise 50% angesteuert, sieht das Bordnetz des Kraftfahrzeuges
einen "echten" Gleichstrom. Bei
den anderen angegebenen Tastverhältnissen,
d.h. bei einem Tastverhältnis
von 40 % bzw. bei einem solchen von 60 % kann die Amplitude des
getakteten Stromes auf dem Bordnetz halbiert weiden. Ferner kann
der durch Elektrolytkondensatoren fließende Strom auf die Hälfte des
Stromes reduziert werden, verglichen mit einer gleichzeitigen Taktung der
die wenigstens zwei elektrischen Antriebe steuernden Leistungshalbleiterbauelemente.
Bei den eingesetzten Leistungshalbleiterbauelementen kann es sich
beispielsweise um Mosfet-Transistoren, um Bipolartransistoren oder
um IGBT- oder TGCT-Transistoren handeln.
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Als weitere Ansteuerungsmöglichkeit
der wenigstens beiden elektrischen Verbraucher kann eine zeitversetzte
Bestromung der beiden Gebläsemotoren
mit unterschiedlichen Tastverhältnissen nach
dem oben beschriebenen Prinzip erfolgen. Dadurch lässt sich
eine Nutzung der beiden elektrischen Verbraucher als Lüftermotoren
für ein
Doppelgebläse am
Kühler
eines Kraftfahrzeuges schaffen, wobei ein elektrischer Antrieb als
Lüfter
für den
Fahrzeugkühler des
Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann und der zweite elektrische
Antrieb als Lüfter
beispielsweise für
den Wärmeaustauscher
einer Klimaanlage eingesetzt werden kann.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung nachstehend
detaillierter beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine
Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer Verbraucher
mittels einer EMV-Maßnahme,
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2 den
Verlauf des zwei elektrische Verbraucher ansteuernden Ansteuersignales
UGate sowie den Verlauf eines in der Zuleitung
fließenden
Stromes,
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3 eine
hinsichtlich des EMV-Verhaltens optimierte Vorrichtung zur Ansteuerung
zweier elektrischer Verbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung,
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4 die
Ansteuersignalverläufe
von Ansteuersignalen UGate1 und UGate2 sowie den sich in der Zuleitung einstellenden
Stromverlauf für
ein erstes Tastverhältnis,
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5 Signalverläufe des
ersten Ansteuersignales UGate1 und des zweiten
Ansteuer- signales UGate2 und den sich ergebenden
Stromverlauf innerhalb der Zuleitung für ein optimiertes Tastverhältnis,
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6 die
Signalverläufe
der beiden Ansteuersignale UGate1, UGate2, für
ein weiteres Tastverhältnis und
der sich einstellende Zuleitungsstrom IL,
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7 den
Verlauf des Stromes IEFF über einen
Elektrolytkondensator aufgetragen für verschiedene Tastverhältnisse
für eine
Einfach-Endstufe und
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8 den
Verlauf des effektiven Elektrolytkondensatorstromes IEFF für eine Doppelendstufe.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt
eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer
Verbraucher mittels einer EMV-Maßnahame, die eine Induktivität sowie
eine Kapazität
enthält.
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Die in 1 dargestellte,
aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung umfasst einen
Masseanchluß 1 sowie
eine Versorgungsspannungsklemme 2. Zwischen den Anschlüssen 1 und 2 und
einem Mikrokontroller 7 (μC) der Schaltungsanordnung ist
eine EMV-Maßnahme 3 vorgesehen,
die eine Induktivität
L und eine Kapazität
C enthält.
Zwischen der EMV-Maßnahme 3 und
den Komponenten der Schaltungsanordnung erstreckt sich eine Zuleitung 6.
Der in der Zuleitung 6 fließende Strom ist mit IL angedeutet. Die Schaltungsanordnung gemäß der Darstellung
in 1 umfasst einen Mikrokontroller 7 (μC). Am Mikrokontroller 7 (μC) ist ein
Ausgang 8 angeordnet, an welchem eine erste Ansteuerleitung 9 vorgesehen
ist. Der ersten Ansteuerleitung 9 zur Ansteuerung eines
ersten Leistungshalbleiterbauelementes 11 ist ein Abgriffspunkt 10 zugeordnet,
an dem eine zweite Ansteuerleitung 17 angeschlossen ist.
Mittels der zweiten Ansteuerleitung 17 wird ein zweites
Leistungshalbleiterbauelement 12 angesteuert. Die beiden
Leistungshalberleiterbauelemente 11 und 12, die
zur Ansteuerung eines ersten elektrischen Antriebes 14 und
eines zweiten elektrischen Antriebes 15 dienen, werden über den
Microkontroller 7 gleichzeitig und nicht unabhängig voneinander, d.h.
getaktet mit verschobenen Ansteuerzeiten angesteuert, sondern gleichzeitig
mit ein und demselben durch den Mokrokontroller 7 (μC) generierten
Signal beaufschlagt. Den ersten elektrischen Antrieb 14 sowie
den zweiten e lektrischen Antrieb 15 ist jeweils ein Bürstenpaar 16 zugeordnet;
ferner sind dem ersten elektrischen Antrieb 14 und dem
zweiten elektrischen Antrieb 15 jeweils eine Freilaufdiode 13 parallel
geschaltet.
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Aus 2 gehen
der Verlauf des die beiden elektrischen Antriebe ansteuernden Ansteuersignales
UGate sowie der Verlauf des in der Zuleitung
fließenden
Stromes näher
hervor.
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Die Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 gemäß der in 1 dargestellten Anordnung
werden über
die erste Ansteuerleitung 9 parallel in einem Tastverhältnis angesteuert
mit einer Pulsdauer, die einem Bruchteil einer Periodendauer TP entspricht (Maximalspannung UMax).
Während
der Pulspause, d.h. des verbleibenden zeitlichen Anteiles der Periodendauer
TP hat das Ansteuersignal UGate den
Wert 0. Demzufolge ergibt sich während
der Pulsdauer in den Zuleitung 6 ein Zuleitungsstrom IL, welcher bei gleichzeitiger Ansteuerung
beider Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 seinen
Maximalwert IMax annimmt. Mit diesem Strom
würde das
Bordnetz beispielsweise eines Kraftfahrzeuges beaufschlagt, wenn
eine EMV-Maßnahme 3 in
Gestalt einer zusätzlichen
Induktivität
L bzw. in Gestalt einer zusätzlichen Kapazität C nicht
vorgesehen wäre.
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Der Darstellung gemäß 3 ist eine hinsichtlich
des EMV-Verhaltens optimierte Vorrichtung zur Ansteuerung zweier
elektrischer Verbraucher gemäß der vorliegenden
Erfindung zu entnehmen.
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Auch die in 3 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst
einen Masseanschluß 1 sowie eine
Versorgungsspannunsquelle 2, an der beispielsweise die
12 V Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeuges angeschlossen werden
kann. Die EMV-Maßnahme 3 umfasst
eine Induktivität
Lred sowie eine Kapazität Cred.
Die innerhalb der EMV-Maßnahme 3 angeordneten
Induktivitäten
bzw. Kapazitäten
stellen reduzierte, d.h. kleiner dimensionierte Bauteile dar, die in
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Vorrichtung zur Ansteuerung zweier elektrischer Antriebe 14 bzw. 15 eingesetzt
werden können.
Der in der Zuleitung 6 der Schaltungsanordnung gemäß 3 fließende Strom ist durch IL gekennzeichnet. Die Schaltungsanordnung
gemäß der Darstellung
in 3 umfasst einen Mikrokontroller 7 (μC), der einen
ersten Ausgang 22 sowie einen zweiten Ausgang 23 umfasst.
Am ersten Ausgang 22 des Mikrokontrollers 7 (μC) ist die
erste Ansteuerleitung 9 angeschlossen, mit der das erste
Leistungshalbleiterbauelement 11 angesteuert wird. An dem
weiteren, ausgangsseitig am Mikrokontroller 7 (μC) vorgesehenen
zweiten Ausgang 23 ist die zweite Ansteuerleitung 17 angeschlossen,
mit der das zweite Leistungshalbleiterbauelement 12 angesteuert
wird. Gemäß 3 ist das über die
erste Ansteuerleitung 9 übertragene Ansteuersignal UGat
e1 bezeichnet,
während
das über
die zweite Ansteuerleitung 17 übertragene Signal mit UGate2 bezeichnet ist.
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Analog zur Darstellung gemäß 1 wird über das erste Leistungshalbleiterbauelement 11 der erste
elektrische Antrieb 14, dem eine Freilaufdiode 13 parallelgeschaltet
ist, angesteuert, während
mittels des über
die zweite Ansteuerleitung 17 mit dem Ansteuersignal UGate2 angesteuerten zweiten Leistungshalbleiterbauelement 12 der
zweite elektrische Antrieb 15 angesteuert wird, dem ebenfalls
eine Freilaufdiode 13 parallelgeschaltet ist. Mit der in 3 dargestellten gemäß der vorliegenden
Erfindung konfigurierten Ansteuervorrichtung können die beiden elektrischen
Antriebe 14, 15 zeitversetzt angesteuert werden,
d.h. der erste elektrische Antrieb 14 kann zu den Zeiten,
in denen der zweite elektrische Antrieb 15 nicht benötigt wird,
angesteuert werden und umgekehrt. Dadurch lässt sich eine Nutzung für ein Doppelgebläse erzielen,
wobei mit einem der elektrischen Antriebe 14, 15 ein
Lüfterantrieb
realisiert werden kann zur Kühlung
des Kühlwassers
einer Verbrennungskraftmaschine und der über den zweiten elektrischen
Antrieb 15 angetriebene Lüfter den Wärmetauscher z.B. der Klimaanlage
eines Fahrzeuges kühlen
kann. Der Vollständigkeit
halber sei erwähnt,
dass dem ersten elektrischen Antrieb 14 sowie dem zweiten
elektrischen Antrieb 15, die bevorzugt als Gleichstrommotoren
(DC-Antriebe) ausgeführt
sind, jeweils ein Brüstenpaar 16 zugeordnet ist.
Dieses ist in der Darstellung gemäß 3 jedoch nur schematisch angedeutet.
Obwohl prinzipiell durchaus unterschiedliche Tastverhältnisse
für die elekirischen
Antriebe 14, 15 eingestellt werden können, ergibt
sich ein besonders großer
Vorteil dann, wenn die beiden Tastverhältnisse TV, mit denen die beiden
Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 unabhängig ansteuerbar
sind, in der Summe ≤ 100% liegen,
d.h. wenn erfüllt
ist TVout.gesamt = TVout.14 +
Tout.15 < 100%.
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Gemäß einer zeichnerisch nicht
dargestellten Ausführungsvariante
lassen sich anstelle von zwei elektrischen Verbrauchern (wie im
Zusammenhang mit 3 dargestellt)
mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
das EMV-Verhalten optimierenden Verfahren auch n elektrische Verbraucher
ansteuern. Die in 3 dargestellte
Ausführungsvariante
läßt sich
bei entsprechender Modifikation des Microcontrollers 7 um
mehr als zwei Ausgänge 22, 23 auch
zur Ansteuerung von n elektrischen Verbrauchern, wie sie die Antriebe 14 und 15 darstellen,
erweitern. Anstelle der in 3 dem
Microcontroller 7 zugeordneten Ausgänge 22, 23 umfasst
dieser n Ausgänge, über welche
jeweils n Ansteuerleitungen zu n Halbleiter-Bauelementen führen, über welche
n elektrische Verbraucher jeweils angesteuert werden. Jede dieser
n Ansteuerleitungen wären
mit einem entsprechenden Ansteuersignal UGate,n zu
belegen, über
welche die n Leistungshalbleiter-Bauelemente angesteuert werden.
Dem Microcontroller 7 gemäß dieser zeichnerisch nicht
dargestellten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens ist analog zur Darstellung gemäß 3 ein die elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) beeinflussendes Filterelement 3 vorgeschaltet, welches eine
Induktivität
L sowie eine Induktivität
C enthält. Den
n elektrischen Verbrauchern ist jeweils eine Freilaufdiode parallel
geschaltet, wobei die Anzahl in einer Schaltungsanordnung der Anzahl
n entspricht, in der die elektrischen Verbraucher in der Schaltungsanordnung
enthalten sind.
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Aus der Darstellung gemäß 4 gehen die Ansteuersignalverläufe der
Ansteuersignale UGate1 sowie UGate2 sowie
der sich in der Zuleitung der Schaltungsanordnung gemäß 3 einstellende Stromverlauf
näher hervor.
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Das über die erste Ansteuerleitung 9 an
das erste Leistungshalbleiterbauelement 11 übertragene Ansteuersignal
UGate1 umfasst Pulsdauern 24 sowie Pulspausen 25,
die während
einer Periodendauer TP anliegen. Die Darstellung
gemäß 4 zeigt die Signalverläufe für ein erstes
Tastverhältnis 18 von
beispielsweise 40%. Dies bedeutet, dass die Pulsdauer 24 etwa
40% der Zeitdauer der Periodendauer TP einnimmt,
d.h. die sich einstellende Pulspause 25 etwas länger bemessen
ist als die Pulsdauer 24, während der das Ansteuersignal
UGate1 seinen Maximalwert, d.h. UMax annimmt.
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Das über die zweite Ansteuersignal 17 an das
zweite Leistungshalbleiterbauelement 12 übertragene
Ansteuersignal UGate2 ist in bezug auf die
Periodendauer TP zeitversetzt. Die Pulsdauer
des zweiten Ansteuersignales UGate2 ist
mit Bezugszeichen 26 bezeichnet, während die Pulspause des Ansteuersignales
UGate2 durch Bezugszeichen 27 gekennzeichnet
ist. Die beiden Ansteuersignale UGate1 sowie
UGate2 erreichen während ihrer Pulsdauern 24 bzw. 26 jeweils
Maximalspannungswerte UMax.
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Der sich in der Zuleitung 6 einstellende
Zuleitungsstrom IL, hier aufgetragen über halbe
Periodendauern TP1/2, beträgt nur noch
die Hälfte,
d.h. IMax/2 des Stromes IMax bei
einer Schaltungsanordnung ohne EMV-Maßnahme 3. Die Induktivität L sowie
die Kapazität
C wirken sich nicht auf den Strom IL aus, sondern
ausschließlich
auf den Strom, der zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß 2 und
der Induktivität
L fließt
und die Schaltungsanordnung versorgt.
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Der bei einem ersten Tastverhältnis 18 (40%) in
der Zuleitung 6 fließende
Zuleitungsstrom IL entspricht betragsmäßig der
Hälfte
des in 2 dargestellten
maximalen Stromwertes IMax, d.h. IMax/2. Da bei dem erste Tastverhältnis 18 der
in der Zuleitung 6 fließende Zuleitungsstrom IL mehr als halbiert werden kann, können die
in der EMV-Maßnahme 3 gemäß der Darstellung
der Schaltungsanordnung in 3 vorgesehenen
Induktivitäten
bzw. Kapazitäten
geringer dimensioniert werden, d.h. kleiner bauen und hinsichtlich
der Erfordernisse kleiner ausgelegt werden; d.h. es kann eine reduzierte
Induktivität
Lred sowie eine reduzierte Kapazität Cred eingesetzt werden (vergleiche Darstellung
gemäß 3).
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5 zeigt
die Signalverläufe
des ersten Ansteuersignales UGate1 sowie
des zweiten Ansteuerungssignales UGate2,
mit denen die Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 der
Schaltungsanordnung gemäß 3 ansteuerbar sind sowie
den sich aus den Ansteuersignalen UGate1 bzw.
UGate2 ergebenden Stromverlauf innerhalb
der Zuleitung 6.
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Während
einer vollen Periodendauer TP liegen in
alternierender Reihenfolge bei einem optimierten Tastverhältnis 19 (50%)
in der ersten Ansteuerleitung 9 Pulsdauern 2 sowie
hinsichtlich ihrer Dauer identisch zur Pulsdauer 28 bemessene
Pulspausen 29 in alternierender Abfolge an. Zeitlich versetzt
dazu, liegen auf der zweiten Ansteuerleitung 17 zur Ansteuerung
des zweiten Halbleiterbauelementes 12 Pulsdauern 30 sowie
Pulspausen 31 über
eine gesamte Periodendauer TP in alternierender
Abfolge an. Den Ansteuersignalen UGate1 sowie
UGate2 auf der ersten Ansteuerleitung 9 sowie
der zweiten Ansteuerleitung 17 ist gemeinsam, dass während der
Pulsdauern 28 bzw. 30 jeweils die Maximalspannung
UMax erreicht wird.
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Der sich aus den Ansteuerungsverläufen der Ansteuersignale
UGate1 sowie UGate2 ergebende Stromverlauf
IL in der Zuleitung 6 entspricht
einem echten Gleichstrom, der vom Betrag her der Hälfe des
maximalen Stromes IMax gemäß der Darstellung in 2 entspricht. Bei einem
optimierten Tastverhältnis 19,
mit welchem die beiden Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 über die
jeweiligen Ansteuerleitungen 9 bzw. 17 angesteuert
werden, sieht das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges beispielsweise einen
echten Gleichstrom. Auch der über
Elektrolytkondensatoren fließende
Strom ist auf die Hälfte
des Stromwertes reduziert, verglichen nit einer gleichzeitigen Taktung
der beiden Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 gemäß der Schaltungsanordnung nach 1.
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6 sind
die Signalverläufe
zwei Ansteuersignale UGate1 bzw. UGate2 bei einem weiteren, dritten Tastverhältnis zu
entnehmen, sowie der sich einstellende Zuleitungstrom IL.
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Bei Einstellung eines Tastverhältnisses 20 (60
%) zur Ansteurung der beiden Leistungshalbleiterbauelemente 11, 12 der
Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektri- scher Antriebe 14, 15 gemäß 3 steht während einer
vollen Periodendauer TP während der
Pulsdauer 32 hinsichtlich des ersten Ansteuerungssignales
UGate1 die Maximalspannung UMax in
der ersten Ansteuerleitung 9 an. An die Pulsdauer 32 schließt sich
im weiteren Signalverlauf eine Pulspause 33 an, die aufgrund
des eingestellten dritten Tastverhältnisses 20 kürzer bemessen ist
als die Dauer des Pulses 32.
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Versetzt zum Verlauf des ersten Ansteuersignales
UGate1 verläuft das weitere, zweite Ansteuersignal
UGate2. Dessen Pulsdauer 34 ist
analog zum Signalverlauf des ersten Ansteue rungssignales UGate1 während
der Periodendauer TP länger bemessen als die zwischen
den einzelnen Pulsdauern 34 liegenden Pulspausen 35.
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Druch die Ansteuerung der beiden
Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 mit
dem Ansteuersignalen UGate1 bzw. UGate2 über
die erste Ansteuerleitung 9 sowie die zweite Ansteuerleitung 17 stellt
sich in der Zuleitung 6 ein Stromverlauf IL ein, der
durch einzelne Stromspannungsspitzen 36 charakterisiert
ist. Während
einer halben Periodendauer TP/2 stellt sich
ein optimierter Bordnetzstrom IMax/2 ein,
wobei das Stromniveau in der Zuleitung 6 zu Beginn einer
jeden halben Periodendauer TP/2 einen maximalen
Stromwert IMax annimmt.
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Mit dem der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Vorrichtung ist es darüber
hinaus möglich,
beide elektrischen Antriebe 14, 15 mit unterschiedlichen Tastverhältnissen,
die im Bereich zwischen 10 und 90 % liegen, nach dem selben Prinzip,
d.h. einer zeitversetzten Bestromung zu betreiben. Dadurch erschließt sich
eine Nutzung eines zwei voneinander unabhängige elektrische Antriebe
enthaltenden Doppelgebläses,
wobei der erste elektrische Antrieb 14 als Lüfterantrieb
zur Kühlung
des Kühlwassers
eines Verbrennungsmotors und der zweite elektrische Antrieb 15 als
Lüfterantrieb
für den
Wärmetauscher
einer Klimaanlage eingesetzt werden kann.
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7 ist
der Verlauf des Stromes I über
einen Elektrolytkondensator zu entnehmen.
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Die durch den Elektrolytkondensator
fließenden
Ströme
sind für
Tastverhältnisse
von 10% bis 90%, jeweils über
die Zeitachse aufgetragen. Bei einer Ansteuerung einer Einfachendstufe,
welche z.B. durch die Parallelschaltung zweier Endstufen 14, 15 gemäß der Darstellung
in 1 verwirklicht ist,
ergibt sich bei einem Tastverhältnis
von 50% ein Strom I (Elektrolytkondensatorstrom) von 7,5 A. Bei
Tastverhältnissen
von 70% bzw. 80% zur Ansteuerung einer Einfachendstufe, wie in der 1 als Parallelschaltung
zweier Endstufen dargestellt, ergeben sich Ströme I zwischen 9 A und 9,5 A.
Für entsprechend
niedrig gewählte
Tastverhältnisse
von 10 % stellt sich in dem Elektrolytkondensator beispielsweise
ein Strom zwischen 0,5 und 1 A ein wobei dieser nach Abklingen von
einigen ms seinen eingeschwungenen Zustand erreicht hat. Bei einem
Tastverhältnis
von 20% beträgt
der sich in der Zuleitung 6 einstellende Strom etwa 2,2
A, wobei mit Erhöhung
des Tastverhältnisses
eine Erhöhung
der Einschwingzeit des Ströme
in der Zuleitung 6 verbunden ist.
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8 zeigt
den Verlauf des Elektrolytkondensatorstromes für eine Doppel-Endstufe in Gestalt zweier
unabhängiger
Endstufen (gemäß der in 3 dargestellten Schaltungsanordnung).
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Bei der Ansteuerung zweier Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 über eine
Doppel-Endstufe,
z.B. zweier unabhängiger
Endstufen, stellt sich im Elektrolytkondensator 3 der Strom
I gemäß 8 ein. Für ein optimales Tastverhältnis 19 (50
%) nimmt der in der Zuleitung fließende Strom einen Wert unterhalb
von 0,5 A ein. Für
ein erstes Tastverhältnis 18 (40%,
vergleiche Darstellung gemäß 4) stellt sich ein Elektrolytkondensatorstrom
von etwa 2,5 A gemäß der Darstellung
in 8 ein, einmal abgesehen
von einer wenige ms dauernden Einschwingphase. Für ein weiteres, zweites Tastverhältnis 20 (vergleiche
Darstellung gemäß 6) stellt sich ein effektiver
Elektrolytkondensatorstrom IEFF zwischen
3,5 und 4 A ein. Der vom Versorgungsspannungsanschluß 2 zur
EMVMaßnahme
fließende
Strom wird durch den LC-Pass gefiltert. Bei der Ansteuerung der beiden
Leistungshalbleiterbauelemente 11 bzw. 12 für die beiden
elektrischen Verbraucher 14, 15 (Gleichstrom-Stellantriebe)
in einem in 4 dargestellten
Tastverhältnis 18 oder
dem in 5 dargestellten
optimierten Tastverhältnis 19 wird
die Frequenz des Stromes IL halbiert, mit
dem das Bordnetz, d.h. in diesem Fall die Zuleitung 6 belastet
wird. Aufgrund der Halbierung der Frequenz des Ripple-Stromes kann
die Lebensdauer von Kapazitäten,
wie sie beispielsweise durch Elektrolytkondensatoren dargestellt
werden, erheblich erhöht
werden. Die durch die Halbierung der Frequenz des Ripple-Stromes
des optimierten Bordnetzstromes IMax/2 (identisch
mit IL) erlaubt die Absenkung des Stromniveaus,
mit dem die Kapazität
Cred belastet wird.
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Die den 7 und 8 eingezeichneten
Prozentwerte von 10 % bis 90 % jeweils auf getragen in 10 %-Schritten
repräsentieren
die unterschiedlichen Tastverhältnisse,
die die pulsweiten modulierten Signale UGate gemäß 2 sowie UGate1,
UGate2 gemäß der 4, 5 und 6 entnehmbar sind.
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- 1
- Masseanschluß
- 2
- Versorgungsspannungsanschluß
- 3
- EMV-Maßnahme
- 4
- L
= Indukttivität
- 5
- C
= Kapazität
- 6
- Zuleitung
- 7
- Mikrokontroller
(μC)
- 8
- Ausgang
- 9
- erste
Ansteuerleitung
- 10
- Abgriffspunkt
- 11
- erstes
Leistungshalbleiterbauelement
- 12
- zweites
Leistungshalbleiterbauelement
- 13
- Freilaufdiode
- 14
- erster
elektrischer Antrieb
- 15
- zweiter
elektrischer Antrieb
- 16
- Bürstenpaar
- 17
- zweite
Ansteuerleitung
- UGate
- Ansteuersignal
- IL
- Zuleitungsstrom
- UMax
- Maximalspannung
- TP
- Periodendauer
- UGate1
- Ansteuersignal
erster μC-Ausgang
- UGate2
- Ansteuersignal
zweiter μC-Ausgang
- TP/2
- halbe
Periodendauer
- 18
- erstes
Tastverhältnis
- 19
- optimales
Tastvehältnis
- 20
- drittes
Tastverhältnis
- IMax/2
- optimierter
Bordnetzstrom
- Lred
- reduzierte
Induktivität
- Cred
- reduzierte
Kapazität
- 22
- erster
Ausgang Mikrokontroller μC
- 23
- zweiter
Ausgang Mikrokontroller μC
- 24
- Pulsdauer
erstes TV UGate1
- 25
- Pulsdauer
erstes TV UGate1
- 26
- Pulsdauer
erstes TV UGate2
- 27
- Pulspause
erstes TV UGate2
- 28
- Pulsdauer
TVOpt-UGate1
- 29
- Pulspause
TVOpt-UGate1
- 30
- Pulsdauer
TVOpt UGate2
- 31
- Pulspause
TVOpt UGate2
- 32
- Pulsdauer
drittes TV UGate1
- 33
- Pulspause
drittes TV UGate1
- 34
- Pulsdauer
drittes TV UGate2
- 35
- Pulspause
drittes TV UGate2
- 36
- Stromspritze
(IMax)