DE10261739A1 - Vorrichtung zur EMV-optimierten Ansteuerung elektrischer Verbraucher - Google Patents

Vorrichtung zur EMV-optimierten Ansteuerung elektrischer Verbraucher Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung von n elektrischen Verbrauchern (14, 15) in einer Schaltungsanordnung, wobei die Ansteuerung mit pulsweiten modulierten Signalen erfolgt. Es ist sowohl eine die elektromagnetische Verträglichkeit beeinflussende Induktivität L als auch eine diese beeinflussende Kapazität C vorgesehen, mit welcher ein in einer Zuleitung (6) fließender Strom I¶L¶ pufferbar ist. Die n pulsweitenmodulierten Signale (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) werden zeitlich versetzt generiert, derart, dass der Effektivwert eines in einer Zuleitung (6) zu den n elektrischen Verbrauchern (14, 15) fließenden Stroms I¶L¶ reduziert ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • 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.
  • Stand der Technik
  • 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.
  • Abhängig vom im Bordnetz eines Kraftfahrzeuges fließenden maximalen Strom IMax werden die Induktivität bzw. die Kapazität der EMV-Maßnahme dimensioniert.
  • 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.
  • 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.
  • Darstellung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung nachstehend detaillierter beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer Verbraucher mittels einer EMV-Maßnahme,
  • 2 den Verlauf des zwei elektrische Verbraucher ansteuernden Ansteuersignales UGate sowie den Verlauf eines in der Zuleitung fließenden Stromes,
  • 3 eine hinsichtlich des EMV-Verhaltens optimierte Vorrichtung zur Ansteuerung zweier elektrischer Verbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 4 die Ansteuersignalverläufe von Ansteuersignalen UGate1 und UGate2 sowie den sich in der Zuleitung einstellenden Stromverlauf für ein erstes Tastverhältnis,
  • 5 Signalverläufe des ersten Ansteuersignales UGate1 und des zweiten Ansteuer- signales UGate2 und den sich ergebenden Stromverlauf innerhalb der Zuleitung für ein optimiertes Tastverhältnis,
  • 6 die Signalverläufe der beiden Ansteuersignale UGate1, UGate2, für ein weiteres Tastverhältnis und der sich einstellende Zuleitungsstrom IL,
  • 7 den Verlauf des Stromes IEFF über einen Elektrolytkondensator aufgetragen für verschiedene Tastverhältnisse für eine Einfach-Endstufe und
  • 8 den Verlauf des effektiven Elektrolytkondensatorstromes IEFF für eine Doppelendstufe.
  • Ausführungsvarianten
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens zweier elektrischer Verbraucher mittels einer EMV-Maßnahame, die eine Induktivität sowie eine Kapazität enthält.
  • 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.
  • Aus 2 gehen der Verlauf des die beiden elektrischen Antriebe ansteuernden Ansteuersignales UGate sowie der Verlauf des in der Zuleitung fließenden Stromes näher hervor.
  • 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.
  • Der Darstellung gemäß 3 ist eine hinsichtlich des EMV-Verhaltens optimierte Vorrichtung zur Ansteuerung zweier elektrischer Verbraucher gemäß der vorliegenden Erfindung zu entnehmen.
  • 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.
  • 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%.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 6 sind die Signalverläufe zwei Ansteuersignale UGate1 bzw. UGate2 bei einem weiteren, dritten Tastverhältnis zu entnehmen, sowie der sich einstellende Zuleitungstrom IL.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 7 ist der Verlauf des Stromes I über einen Elektrolytkondensator zu entnehmen.
  • 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.
  • 8 zeigt den Verlauf des Elektrolytkondensatorstromes für eine Doppel-Endstufe in Gestalt zweier unabhängiger Endstufen (gemäß der in 3 dargestellten Schaltungsanordnung).
  • 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.
  • 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.
    • 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)

Claims (9)

  1. Verfahren zur Ansteuerung einer Anzahl n elektrischer Verbraucher (14, 15) in einer Schaltungsanordnung, wobei n wenigstens 2 ist und die Ansteuerung mittels n puls weitenmodulierter Signale (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die n pulsweitenmodulierten Signale (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) zur Ansteuerung der n elektrischen Verbraucher (14, 15) zeitlich versetzt generiert werden, derart, dass der Effektivwert eines in einer Zuleitung (6) zu den n elektrischen Verbrauchern (14, 15) fließenden Stromes IL reduziert ist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die elekromagnetische Verträglichkeit beeinflussender Filter (3) den n elektrischen Verbrauchern (14, 15) vorgeschaltet ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz zwischen den n pulsweitenmodulierten Signalen (24, 25, 26, 27, 2g, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) einen n-ten Teil der Periodendauer TP der pulsweitenmodulierten Signale (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) beträgt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n elektrischen Verbraucher (14, 15) mit pulsweitenmodulierten Signalen (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) in einem Tastverhältnis (19) von 1/n angesteuert werden.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Tastverhältnis (19) von 1/n in einer Zuleitung (6) zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges ein Gleichstrom IL erzeugt wird, der im Vergleich zur Amplitude eines maximal zulässigen Stromes IMax um die Hälfte reduziert ist.
  6. Verfahren gemäß Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die n elektrischen Verbraucher (14, 15) über diesen jeweils zugeordneten Leistungshalbleiter-Bauelemente (11, 12,) angesteuert werden, denen jeweils eine separate Ansteuerleitung (9, 17) zur Übertragung der pulsweitenmodulierten Signale (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35) zugeordnet ist.
  7. Vorrichtung zur Ansteuerung n elektrischer Verbraucher (14, 15), insbesondere gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei ein die elektromagnetische Verträglichkeit beeinflussender Filter (3) eine Induktivität L und eine Kapazität C aufweist sowie einen die n elektrischen Verbraucher (14, 15) ansteuernder und Ansteuerungssignale generie render Mikrocontroller (7) vorgesehen ist, zur zeitversetzten Bestromung von Leistungshalbleiter-Bauelementen (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der die Ansteuersignale generierende Microcontroller (7) einen ersten Ausgang (22) und einen zweiten Ausgang (23) aufweist, an welchen eine erste Ansteuerleitung (9) und eine zweite Ansteuerleitung (17) zur Ansteuerung von n Leistungshalbleiter-Bauelemente (11, 12) der n elektrischen Verbraucher (14, 15) angeschlossen sind.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die n Leistungshalbleiter-Bauelemente (11, 12) als Mosfet-Transistoren oder als Bipolartransistoren oder IGBT- oder IGCT-Transistoren ausgeführt sind.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Verbraucher (14) und ein zweiter elektrischer Verbraucher (15) ein Doppel- oder Tandemgebläse darstellen, wobei einer der elektrischen Verbraucher (14, 15) dem Kühler einer Verbrennungskraftmaschine und der andere der elektrischen Verbraucher (14, 15) dem Wärmetauscher einer Fahrzeugklimaanlage des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist.
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