DE29606939U1 - Anordnung mit einem PWM-Steller - Google Patents
Anordnung mit einem PWM-StellerInfo
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Description
P61.22D190i
DE-3016G!
DE-3016G!
Anordnung mit einem PWM-Steller
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen über mindestens einen
Halbleiterschalter mit Strom versorgten Motor, mit einem von einem Stellsignal steuerbaren PWM-Steller.
Derartige Anordnungen sind bekannt, z.B. aus der EP 0 425 479 A2 der
Anmelderin.
Bei Elektromotoren mit höheren Leistungen ist es oft erforderlich, den Strom
beim Anlauf zu begrenzen, um z.B. ein Netzteil, oder den Motor selbst, nicht zu überlasten. Hierzu ist es bekannt, ein vorhandenes impulsförmiges PWM-Signal
durch eine Strombegrenzungsschaltung zu zerhacken, d.h. diesen PWM-impulsen Impulse anderer Frequenz zu überlagern. Dadurch ergeben
sich Überlagerungsfrequenzen, entsprechende Motorgeräusche, und Probleme durch hochfrequente Störungen, sogenannte EMV-Probleme (EMV
= Elektromagnetische Verträglichkeit).
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden zur Strombegrenzung bei
solchen PWM-Stellem einzelne Impulse des impulsförmigen PWM-Signals
vollständig unterdrückt. Dieses Verfahren, das ais Cycle-by-Cycle Current
Limiting bekannt ist, wird z.B. beim Motorcontroller MC33034 von Motorola verwendet. Durch die bei der Impulsunterdrückung entstehenden
Stromeinbrüche entsteht eine starke Welligkeit des Motor-Drehmoments, und eine starke, lastabhängige Geräuschbildung, besonders bei Motoren mit
geringer Induktivität, und/oder bei ungünstiger Reglereinstellung.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung mit einem
PWM-Steller bereitzustellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung für einen
über mindestens einen Halbleiterschalter mit Strom versorgten Motor, mit einem von einem Steilsignal steuerbaren PWM-Steller, der bei einer
-2-
Veränderung dieses Stellsignals innerhalb eines vorgegebenen Stellsignalbereichs sein Tastverhältnis ändert und dazu dient, abhängig von
der Höhe des Stellsignais den mindestens einen Halbleiterschalter mit einem von der Größe des Stellsignals abhängigen Tastverhältnis aus- und
einzuschalten, mit einer ersten Anordnung zum Erzeugen eines ersten Stellsignals für den PWM-Steller, und mit einer von einem Motorparameter
gesteuerten Vorrichtung, welche bei einem vorgegebenen Wert oder Wertebereich dieses Rotorparameters das erste Stellsignal für die Steuerung
des Tastverhältnisses des PWM-Stellers mindestens nahezu unwirksam
macht. Da also die vom Motorparameter gesteuerte Vorrichtung dem ersten Steilsignal hierarchisch übergeordnet ist, steuert sie, wenn der
Motorparameter den vorgegebenen Wert oder Wertebereich hat, das Tastverhältnis des PWM-Signals, d.h. wenn z.B. als Motorparameter der
Motorstrom dient, wird, einsetzend ab einem bestimmten Motorstrom, das Tastverhältnis unabhängig von der Größe des ersten Stellsignals immer
stärker reduziert, d.h. an der Grundfrequenz des PWM-Signals ändert sich nichts, so daß keine zusätzlichen Motorgeräusche oder hochfrequenten
Störungen entstehen. Man kann das auch als eine weiche Strombegrenzung charakterisieren.
Mit Vorteil wird die Anordnung so ausgebildet, daß der vorgegebene
Stellsignalbereich des PWM-Stellers einen Offset zur SpannungNull aufweist, so daß bei Werten des Stelisignals, die innerhalb dieses Offsets liegen, ein
Tastverhältnis von 0 % eingestellt wird. Dies ist deshalb von Vorteil, weil es oftmals schwierig ist, analoge Stellsignale zu erzeugen, welche exakt den
Wert Null haben. Bei der Erfindung stört es nicht, wenn der Wert dieser Stellsignale auch bei hohen Motorströmen größer als Null bleibt, denn solche
Motorströme bewirken - wegen des Offsets - bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine sichere und zuverlässige Strombegrenzung mit analogem
Charakter, nämlich durch graduelle Veränderung des Tastverhältnisses beim PWM-Signal, ggf. bis herunter zum Wert Null.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu
-3-
verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches in schematischer Weise den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgmäßen Anordnung zeigt,
Fig. 2 ein Schaltbild analog Fig. 1, welches Einzelheiten der verwendeten
Schaltung darstellt,
Fig. 3 Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise von Fig. 2, und
Fig. 4 die Anwendung der Erfindung bei einem dreisträngigen, sechspulsigen kollektorlosen Gleichstrommotor.
Fig. 1 zeigt, in Form eines Blockschaltbilds, eine schematische Übersicht des
Aufbaus einer erfindungsgemäßen Anordnung 10. Diese dient dazu, einen
Gleichstrommotor 12 mit einem Motorstrom imot zu versorgen, der gewöhnlich
impulsförmig ist und der durch ein Halbleiter-Schaltglied 14 gesteuert wird, z.B. durch einen Darlington-Transistor. Antiparallel zum Motor 12 ist eine
Freilaufdiode 13 angeordnet. Der Motorstrom geht von einer Plusleitung 16
über den Motor 12, das Halbleiter-Schaltelement 14 und einen
Meßwiderstand 18, der auch als Rm bezeichnet wird, zu einer
Minusleitung 20.
Zur Steuerung des Halbleiter-Schaltelements 14 dient ein PWM-Steller 24,
dessen Aufbau nachfolgend näher erläutert wird. Dieser erhält an seinem Eingang 26 ein Stellsignal, das in der nachfolgenden Fig. 3a mit U26
bezeichnet ist.
Ein erstes Stellsignai Ujn wird über einen hochohmigen Widerstand 28 (z.B.
400 kü) dem Eingang 26 zugeführt. Dieses erste Stellsignal kann, wie
dargestellt, von einem Potentiometer 30 kommen, das manuell eingestellt wird, oder von einem Drehzahlregler 32, dessen einem Eingang 34 ein
Drehzahl-Istwertsignal von einem Tachogenerator 36 zugeführt wird und
♦ · ♦
„J,
-4-
dessen anderem Eingang 38 ein Signal nsoll für den gewünschten Drehzahl-Sollwert
zugeführt wird.
Das Signal um am Meßwiderstand 18 wird über einen Widerstand 40 der Basis
eines npn-Transistors 42 zugeführt. Zwischen dieser Basis und der Minusleitung 20 liegt als Vorfilter ein Kondensator 44 von z.B. 22 nF, dessen
Funktion es ist, die Spitzen der Spannung Um zu glätten. Der Emitter des
Transistors 42 ist ebenfalls mit der Minusleitung 20 verbunden, und sein Kollektor ist über ein T-Filter 46 mit dem Eingang 26 des PWM-Stellers
verbunden. Das Ausgangssignal des T-Filters 46, bzw. die Größe des durch
den Transistor 42 gebildeten Widerstands, stellt ein zweites Stellsignal für den
PWM-Steller 24 dar.
Das T-Filter 46 enthält zwei in Reihe geschaltete Widerstände 48, 50, die
zwischen dem Eingang 26 und dem Kollektor des Transistors 42 angeordnet sind, und zwischen dem Verbindungspunkt 52 dieser beiden Widerstände
(z.B. je 1 kQ) und der Minusleitung 20 ist ein Kondensator 54 (z.B. 100 nF)
angeordnet. Ein solches T-Fiiter ist gerade bei impuisförmigen Motorströmen
sehr vorteilhaft für einen ruhigen Betrieb des Motors.
Im normalen Betrieb wird das Tastverhältnis des impuisförmigen Signals 56
am Ausgang des PWM-Stellers 24 bestimmt durch die Höhe des ersten Stellsignals Ujn. In diesem Fall läuft der Motor 12 mit konstanter Drehzahl, und
der Strom durch den Meßwiderstand 18 ist nicht so hoch, daß die Spannung um die Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 42 überschreitet, so
daß dieser Transistor nichtleitend ist. Bevorzugt wird für den Transistor 42 ein
selektierter Transistor verwendet, der eine genau definierte Basis-Emitter-Schwellenspannung
hat, um das Ansprechen der Strombegrenzung genau zu definieren. In dem eben beschriebenen Zustand wird also das Tastverhältnis
des Signals 56 nur vom ersten Stellsignal Ujn gesteuert.
Wird bei gewissen Betriebszuständen der Strom durch den Motor 12 zu hoch,
so steigt die Spannung um über den angegebenen Schwellenwert an, so daß
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der Transistor 42 leitend wird. Hierdurch entsteht am Ausgang des T-Filters 46
ein zweites Stellsignal, d.h. das Potential des Eingangs 26 wird durch das Leitendwerden des Transistors 42 negativer gemacht, und zwar umso mehr, je
höher der Strom durch den Motor 12 wird. Durch diese Absenkung des Potentials am Eingang 26, die - wegen des hochohmigen Widerstands 28 praktisch
unabhängig von der Höhe des ersten Stellsignals Ujn ist, wird das
Tastverhältnis des Signals 56 verkleinert, so daß der Strom durch den Motor 12 reduziert wird und die Gefahr einer Überlastung des Motors 12 oder des
Halbleiter-Schaltglieds 14 vermieden wird.
Fig. 2 zeigt einen bevorzugten Aufbau der Anordnung nach Fig. 1 mit weiteren
Einzelheiten. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. 1 werden in Fig. 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nicht nochmals
beschrieben.
Der PWM-Steller 24 enthält als wesentliche Bestandteile einen Dreiecks-Oszillator
60, der z.B. mit einer Frequenz von 20 kHz schwingt, ferner einen Komparator 62, und einen Signai-Invertierer 64, an dessen Ausgang das
impulsförmige PWM-Signal 56 auftritt, das auch in Fig. 1 und Fig. 3c
dargestellt ist und das den Strom durch das Halbleiter-Schaitglied 14 steuert.
Der Dreiecksoszillator 60 enthält einen Komparator 66, der zweckmäßig
zusammen mit dem Komparator 62 als Doppelkomparator ausgebildet ist. Beide Komparatoren sind in der üblichen Weise zur Spannungsversorgung an
die Plusleitung 16 und die Minusleitung 20 angeschlossen. Vom Ausgang 68 des Komparators 66 führt ein Mitkopplungswiderstand 70 (z.B. 4,3 kO) zu
dessen Pluseingang 72, und ebenso führt ein Gegenkopplungswiderstand 74 (z.B. 22 kQ) vom Ausgang 68 zum Minuseingang 76 des Komparators 66. Ein
Kondensator 78 (z.B. 1 nF) liegt zwischen dem Minuseingang 76 und der Minusleitung 20. Der Ausgang 68 ist ferner über einen Widerstand 80 (z.B. 2,2
kQ) mit der Plusleitung 16 verbunden. Der Pluseingang 72 ist über zwei gleich
große Widerstände 82, 84 (z.B. je 10 kO) mit der Plusleitung 16 bzw. der
Minusleitung 20 verbunden.
Ein derart aufgebauter Dreiecksoszillator 60 schwingt mit einer Frequenz von
-6-
etwa 20 kHz, und die von ihm erzeugte Dreiecksspannung verläuft etwa
symmetrisch zur halben Spannung zwischen den Leitungen 16 und 20. Z.B. beträgt bei den angegebenen Werten und einer Betriebsspannung von 12 V
die Spannung bei der unteren Spitze 91 (Fig. 3a) des Dreieckssignals etwa 2 V, und bei der oberen Spitze 93 etwa 9 V. Das Dreieckssignal 88 hat also
einen Offset 86 (Fig. 3a) zur Spannung 0 V, also zum Potential der Minusleitung 20, und dieser Offset beträgt beim Ausführungsbeispie! etwa 2 V,
kann aber naturgemäß auch größer oder kleiner sein.
In Fig. 3a ist der Hub des Dreieckssignals 88 mit 84 bezeichnet, und ersichtlich
entspricht dieser Hub 84 nur einem Teilbereich des schwarz hervorgehobenen möglichen Hubs 85 des Stellsignals U26 am Eingang 26.
Das Dreieckssignal 88 am Minuseingang 76 wird dem Pluseingang 90 des
Komparators 62 zugeführt. Sein Minuseingang entspricht dem Eingang 26 der Fig. 1, und diesem Minuseingang 26 wird über den hochohmigen Widerstand
28 das erste Stellsignal Ujn zugeführt, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben.
Ebenso wird diesem Minuseingang 26 das zweite Stellsignai vom Ausgang
des T-Filters 46 zugeführt, das durch die Höhe des Stromes im Motor 12
bestimmt ist, d.h. je höher der Strom durch den Motor 12 ist, umso mehr wird ab
einem vorgegebenen Schwellenwert - der Transistor 42 leitend und zieht das Potential des Punktes 26 nach unten, wodurch das Tastverhältnis k
reduziert wird, umso mehr, je höher der Motorstrom wird.
Der Ausgang 92 des Komparators 62 ist über einen Widerstand 94 (z.B. 2 kQ)
mit der Plusleitung 16 verbunden, ferner mit dem Eingang des Invertierglieds
64, an dessen Ausgang das PWM-Signal 56 erzeugt wird, welches das Halbleiter-Schaltglied 14 steuert.
Arbeitsweise von Fig. 2
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Dreiecksgenerators 60 wird auf Fig. 2
Bezug genommen. Dort sind drei Potentiale angegeben, nämlich das Potential P1 am Minuseingang 76 des Komparators 66 (z.B. LM 2901), das Potential P2
an dessen Pluseingang 72, und das Potential P3 an dessen Ausgang 68.
Beim Einschalten der Anordnung wird zunächst durch den (entladenen)
Kondensator 78 (z.B. 1 nF) das Potential P1 auf dem Potential der Minusleitung 20 gehalten. Dies entspricht der Anfangsbedingung für einen
Reset. Das Potential P3 nimmt folglich den Wert der Plusleitung 16 an, da in
diesem Fall das Potential des Pluseingangs 72 des Komparators 66 höher ist als das Potential des Minuseingangs 76. Der Kondensator 78 beginnt
deshalb, sich über die Widerstände 80 und 74 zu laden. Dies ist in Fig. 3 der ansteigende Teil 87 des Dreieckssignals 88, welches dem Potential P1, also
der Spannung am Kondensator 78, entspricht. Das Potential P2 ergibt sich aus
a) der Parallelschaltung der Widerstände 82, 80 und 70, und
b) der Größe des unteren Spannungsteilerwiderstands 84.
Die Widerstände 82 und 84 sind bevorzugt gleich groß, z.B. je 10 kQ, der
Widerstand 70 hat z.B. 4,3 kQ, und der Widerstand 80 z.B. 2,2 kQ. Der
Widerstand 74 hat z.B. 22 kO. Bei einer Betriebsspannung von 12 V zwischen
den Leitungen 16 und 20 beträgt das Potential P2 in diesem Fall etwa 9 V.
Durch das Aufladen des Kondensators 78 wird schließlich das Potential P1
höher als das Potential P2, und dadurch schaltet der Ausgang 68 auf das Potential der Minusleitung 20 um, d.h. das Potential P3 macht einen Sprung in
negativer Richtung. Deshalb beginnt nun der Kondensator 78, sich über den Widerstand 74 zu entladen, und dies ist in Fig. 3 der abfallende Teil 89 des
Dreieckssignals 88. Das Potential P2, also der Schwellwert des Komparators 66, ändert sich hierdurch ebenfalls, und ergibt sich nun aus
a) der Parallelschaltung der Widerstände 84 und 70, und
b) dem Spannungsteilerwiderstand 80.
Dieses neue Potential P2 beträgt etwa 2 V.
Dieses neue Potential P2 beträgt etwa 2 V.
Fällt durch die Entladung des Kondensators 78 das Potential P1 unter das
Potential P2, so schaltet der Komparator 66 wieder auf "Ein", d.h. das Potential
P3 an seinem Ausgang wird wieder hoch.
Der beschriebene Vorgang wiederholt sich periodisch, und das Potential P1
steigt deshalb wieder an bis zum Potential P2, das durch die Widerstände 80, 70 und 82 bestimmt ist. Danach springt das Potential P3 am Ausgang 68 des
Komparators wieder auf das Potential der Minusleitung, etc. Hierdurch entsteht
das Dreieckssignal 88 mit einer Frequenz von z.B. 20 kHz.
Die Ladezeit des Kondensators 78 ergibt sich durch die Reihenschaltung der
Widerstände 80 und 74. Seine Entladezeit ergibt sich durch den Widerstand 74. Das Potential P2 am Pluseingang 72 schwankt bei den beschriebenen
Werten etwa zwischen +9 V und +2 V und liegt etwa symmetrisch zu einer mittleren Spannung von ca. 5,5 V1 die etwa der halben Spannung zwischen
den Leitungen 16 und 20 entspricht. Eine kleine Unsymmetrie des Signals 88
ergibt sich durch den Widerstand 80.
Wesentlich erscheint, daß ein PWM-Verhältnis von 0 % bereits bei einem
Stellsignal U26 von +2 V und darunter erreicht wird, so daß also im gesamten
Stellsignalbereich 86 von 0 V bis +2 V der Motorstrom auf Null gehalten wird. Dies ist besonders wichtig bei einer Strombegrenzung der dargestellten Art,
da auch bei einem hohen Wert des Signals um am Meßwiderstand 18, also
einem hohen Motorstrom imot. das Stellsignal U26 am Ausgang des T-Filters
46, das dem Minuseingang 26 des Komparators 62 zugeführt wird, nicht völlig
bis auf das Potential der Minusleitung 20 fällt, sondern etwas positiv bleibt. Diese kleine Restspannung liegt aber dann im Stellsignalbereich von 0 bis
+2 V, innerhalb dessen das PWM-Verhältnis auf 0 % eingestellt wird, so daß die Strombegrenzung trotz solcher kleinen Restspannungen sicher
funktioniert. Anders gesagt, fällt im Betrieb das Potential P1 am Pluseingang
des Komparators 62 nicht unter +2 V, so daß jedes Potential am Minuseingang 26 dieses Komparators, das unter +2 V liegt, ein Tastverhältnis des PWM-Signals
98 von 0 % zur Folge hat.
Im normalen Betrieb bewirkt die Strombegrenzung nur eine Reduzierung des
Motorstroms, d.h. das Potential U26 am Punkt 26 liegt dann im Bereich
oberhalb 2 V entsprechend einem Tastverhältnis k von größer als Null %, aber das Tastverhältnis wird durch das Einsetzen der Strombegrenzung in Richtung
zu einem niedrigeren Wert verschoben.
Durch den Offsetbereich 86 wird auch vermieden, daß bei Transistoren 42 mit
stärkeren Toleranzabweichungen eine fehlerhafte Strombegrenzung auftritt.
Im Betrieb erzeugt der Dreiecksoszillator 60 also die in Fig. 3a dargestellte
dreieckförmige Spannung 88. Je nach der Höhe des Potentials U26 am
Minuseingang 26 des Komparators 62 erhält man am Ausgang des Komparators 62 Rechteckimpulse 98, die umso kürzer werden, je höher das
Potential U26 wird. Die Höhe dieses Potentials bestimmt also das Tastverhältnis der Impulse 98, und durch das Invertierglied 64 werden diese
Impulse invertiert, und man erhält dann am Ausgang des Invertierglieds 64 die PWM-Impulse 56, deren Tastverhältnis k, das unten in Fig. 3 definiert ist,
ebenfalls von der Höhe des Signals am Minuseingang 26 abhängt. Wird dieses Signal positiver, so nimmt das Tastverhältnis und damit der Motorstrom
zu, und wird dieses Signal negativer, so nimmt das Tastverhältnis und damit der Motorstrom ab.
Im Normalbetrieb wird dem Minuseingang 26 über den hochohmigen
Widerstand 28 {z.B. 400 kQ) ein positives erstes Stellsignal Ujn zugeführt,
entweder ein konstantes Signal, oder ein Signal von einem Drehzahlregler 32. Dieses bestimmt dann das Tastverhältnis des PWM-Signals 56.
Nimmt jedoch der Strom durch den Motor 12 über einen bestimmten Grenzwert hinaus zu, so wird der Transistor 42 leitend, und dadurch entsteht
am Eingang 26 ein zweites Stellsignal, d.h. das Potential an diesem Eingang verschiebt sich in negativer Richtung, weil ein Strom vom Eingang 26 über
den Transistor 42 zur Minusleitung 20 fließt. Dadurch nimmt das Tastverhältnis k der PWM-Impulse 56 ab, und zwar umso mehr, je höher der Motorstrom wird.
Auf diese Weise erhält man eine sanfte Strombegrenzung, die praktisch in analoger Weise arbeitet und keine zusätzlichen Motorgeräusche oder
zusätzlichen EMV-Störungen verursacht.
Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor 100. Bei der dargestellten Version ist dies ein
dreisträngiger, sechspulsiger Motor, wobei zur Definition dieser Begriffe Bezug
genommen wird auf den Aufsatz von Dr. Rolf Müller in asr-digest für
angewandte Aniriebstechnik, 1977, S. 27 bis 31. Die drei Stränge sind mit
101, 102 und 103 bezeichnet, und der permanentmagnetische Rotor ist bei
104 symbolisch angedeutet. Ferner sind drei Hallgeneratoren 105, 106 und
107 ebenfalls nur in schematischer Weise angedeutet. Zur Stromversorgung
der drei Stränge 101, 102, und 103 dient eine Voilbrückenschaltung mit drei
pnp-Transistoren 110, 111, 112 in den oberen Brückenzweigen und drei npn-Transistoren
115, 116, 117 in den unteren Brückenzweigen. Die
Brückenschaltung ist mit 120 bezeichnet und bewirkt, daß den drei Strängen des Motors 100 pro Rotordrehung von 360° el sechs Statorstromimpulse
zugeführt werden, weshalb man einen solchen Motor als sechspulsig bezeichnet. Selbstverständlich ist darauf hinzuweisen, daß sich eine
erfindungsgemäße Anordnung für jede Art von elektronisch kommutiertem Motor eignet, und daß dies nur ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist.
Der Strang 101 ist an die Verbindung zwischen den Transistoren 112 und
angeschlossen, der Strang 102 an die Verbindung zwischen den Transistoren 111 und 116, und der Strang 103 an die Verbindung zwischen den
Transistoren 110 und 115. Die Stränge sind hier im Stern geschaltet, jedoch
wäre ebenso eine Dreieckschaltung möglich.
Zur Steuerung der Transistoren der Brückenschaltung 120 dient, wie
dargestellt, eine Kommutierungssteuerung 124 üblichen Aufbaus, der auch die Ausgangssignale der drei Hallgeneratoren 105, 106 und 107 zugeführt
werden. Femer erhält diese Kommutierungssteuerung 124 das PWM-Signal
56 vom PWM-Steller 24 zugeführt, und die impulsförmigen Ströme durch die
einzelnen Transistoren der Brückenschaltung 120 werden also kürzer, wenn das Tastverhältnis k dieses PWM-Signals abnimmt.
Um eine Strombegrenzung durch das PWM-Signai 56 auch bei einem
Bremsvorgang zu ermöglichen, enthält jeder Brückenzweig seinen eigenen Meßwiderstand für die Strommessung in diesem Brückenzweig. Dies ist
deshalb erforderlich, weil z.B. bei einem Bremsvorgang die oberen Brückentransistoren 110, 111 und 112 durch die Kommutierungssteuerung
gesperrt werden und die unteren Brückentransistoren 115, 116 und 117
leitend gesteuert werden. Durch die PWM-Signale 56 werden die unteren
-11-
Brückentransistoren 115, 116, 117 je nach der Höhe des gewünschten
Bremsstromes gleichzeitig mit dem jeweiligen Tastverhältnis k aus- und eingeschaltet, wobei dann Bremsströme über die Dioden 110', 111' und 112'
fließen, welche zu den Transistoren 110, 111 und 112 antiparallel geschaltet
sind.
In Reihe mit den Transistoren 112 und 117 liegt ein Meßwiderstand 128; in
Reihe mit den Transistoren 111 und 116 liegt ein Meßwiderstand 129; in Reihe
mit den Transistoren 110 und 115 liegt ein Meßwiderstand 130. Die an diese
Meßwiderstände angeschlossenen Schaltungen sind identisch, weshalb nur die Schaltung beschrieben wird, die an den Meßwiderstand 130
angeschlossen ist. Von diesem führt ein Widerstand 132 zur Basis eines npn-Transistors
134, wobei ein als Vorfilter dienender Kondensator 136 zwischen
dieser Basis und der Minusleitung 20 angeordnet ist. Der Emitter des Transistors 134 ist mit der Minusleitung 20 verbunden. Sein Kollektor ist mit
einem Knotenpunkt 138 verbunden.
Die entsprechenden Schaltelemente für die Meßwiderstände 129 und 128
sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, aber mit einem nachgestellten Apostroph bzw. mit zwei nachgestellten Apostrophen. Die Kollektoren der
Transistoren 1341 und 134" sind ebenfalls mit dem Knotenpunkt 138
verbunden. Zwischen dem Knotenpunkt 138 und dem Eingang 26 des PWM-Stellers
liegt das T-Filter 46, dessen Aufbau identisch ist mit dem T-Filter 46 der Fig. 1.
Solange am Eingang 26 des PWM-Stellers nur das erste Stellsignal Ujn
wirksam ist, wird das Tastverhältnis des PWM-Signals 56 nur durch dieses
erste Stellsignal beeinflußt, und die Transistoren der Brückenschaltung 120 werden entsprechend diesem Tastverhältnis kürzer oder länger eingeschaltet.
Wird z.B. das erste Stellsignal von einem Drehzahlregler (32 in Fig. 1) erzeugt,
so wird das Tastverhältnis verkleinert, wenn die Drehzahl zu hoch ist, und es wird vergrößert, wenn die Drehzahl zu niedrig ist.
Wird der Strom in einem der Zweige der Brückenschaitung 120 zu hoch, so tritt
-12-
an dem betreffenden Meßwiderstand 128, 129 oder 130 eine entsprechend
hohe Spannung auf, welche den zugeordneten Transistor 134, 134' oder 134"
leitend macht. Diese drei Transistoren sind so ausgesucht, daß sie bei derselben Basis-Emitter-Schwellenspannung einschalten und dann das
Potential des Knotenpunkts 138 entsprechend reduzieren, umso mehr, je
höher die Spannung am zugehörigen Meßwiderstand wird. Diese Reduzierung des Potentials des Knotenpunkts 138 bewirkt eine
entsprechende Reduzierung des Potentials des Eingangs 26 des PWM-Stellers, d.h. am Ausgang des T-Filters 46 erhält man auch hier ein zweites
Stellsignal, welches dem ersten Stellsignal hierarchisch übergeordnet ist und deshalb das Tastverhältnis des PWM-Stellers 24 steuert. Dieses
Tastverhältnis k wird hierdurch kleiner, so daß der Strom durch den Motor 100
reduziert wird, wodurch man die gewünschte Strombegrenzung erhält.
Es ist darauf hinzuweisen, daß durch das T-Filter 46 eine wesentliche
Verbesserung der Strombegrenzung erreicht wird. Dies hat seinen Grund darin, daß die Signale an den Meßwiderständen 128, 129 und 130
impulsförmig sind, und daß zusätzlich bei den Schaltvorgängen entsprechende Stromspikes auftreten, welche durch das T-Filter 46
ausgefiltert werden.
in Fig. 3a ist links oben das Tastverhältnis k angegeben, das zwischen 0 %
und 100 % liegen kann, je nach der Höhe des Potentials U26 am Eingang 26.
Ein Wert von k = 0 % entspricht dabei z.B. einem Stellsignal u26 von +2 V, und
von 100 % einem Stellsignal von +9 V. Ebenso ist dort der maximale
Signalbereich 85 des Stellsignals u26 am Eingang 26 angegeben, der größer
ist und der z.B. von 0 V entsprechend 0 % bis 12 V entsprechend 100 % geht.
Dieser Offset des Dreieckssignals 88 wirkt sich gerade bei einer Strombegrenzung sehr positiv aus.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen möglich. Z.B. wird es vielfach zweckmäßig
sein, für den PWM-Steller 24 eine vom Motor 12 getrennte, geregelte
Stromversorgung bereitzustellen.
Claims (11)
1. Anordnung für einen über mindestens einen Halbleiterschalter (14) mit
Strom versorgten Motor (12),
mit einem von einem Stellsignal (Ujn, U26) steuerbaren PWM-Stelier (24),
der bei einer Änderung dieses Stellsignals innerhalb eines vorgegebenen Steilsignalbereichs (Fig. 3a: 84) sein Tastverhältnis (k)
ändert und dazu dient, abhängig von der Höhe des Stellsignals den mindestens einen Halbleiterschalter (14) mit einem von der Größe des
Stellsignals abhängigen Tastverhältnis (k) aus- und einzuschalten, mit einer ersten Anordnung (30; 32) zum Erzeugen eines ersten
Stellsignals für den PWM-Steller (24),
und mit einer von einem Motorparameter gesteuerten Vorrichtung (18, 42,
46), welche bei einem vorgegebenen Wert oder Wertebereich des Motorparameters das erste Stellsignal (Ujn) für die Steuerung des
Tastverhältnisses des PWM-Stellers (24) mindestens nahezu unwirksam macht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welchem der vorgegebene
Stellsignalbereich (84) des PWM-Stellers (24) einen Offset (86) zur Spannung Null aufweist, so daß bei Werten des Stellsignals (Ujn, U26), die
innerhalb dieses Offsets (86) liegen, ein Tastverhältnis (k) von 0 %
eingestellt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher der PWM-Steller (24) einen
Dreiecksgenerator (60) und einen Komparator (62) aufweist, dessen einem Eingang (90) eine Dreiecksspannung (88) vom Dreiecksgenerator
(60) und dessen anderem Eingang (26) das Stellsignal (Ujn, U26)
zuführbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher ein Dreieckssignal (88)
des Dreiecksgenerators (60) im Betrieb zwischen einem von Null
verschiedenen Mindestwert (91) und einem von Null verschiedenen Maximalwert (93) oszilliert.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher der Dreiecksgenerator (60) einen Komparator (66) aufweist,
dessen Ausgang (68) über eine Gegenkopplung (74) mit dem Minuseingang (76) und über eine Mitkopplung (70) mit dem Pluseingang
(72) verbunden ist, und dem Minuseingang (76) ein Ladekondensator (78) zugeordnet ist.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei welcher der Motorparameter ein Motorstrom (imot) ist, und bei
Überschreiten eines vorgegebenen Wertes dieses Motorstroms das Tastverhältnis (k) des PWM-Stellers (24) reduziert wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6, bei welcher zur Erfassung des Motorstroms
ein Meßwiderstand (18; 128, 129, 130) vorgesehen ist, und die Spannung an diesem Meßwiderstand dem Eingang eines bei
einer vorgegebenen Schwellenspannung ansprechenden Transistors (42), oder dem Eingang eines Komparators, zuführbar ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher zwischen einer Strommeßvorrichtung (18, 42) für den Motorstrom und dem Eingang (26)
des PWM-Stellers (24) mindestens ein Filter (46) vorgesehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher ein T-Filter (46) vorgesehen ist.
10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9 für einen
elektronisch kommutierten Motor mit mehreren Strängen, die über eine Brückenschaltung (120) gespeist sind, wobei separate
Strommeßschaitungen für einzelne Brückenzweige vorgesehen sind, und die Ausgangssignale der Strommeßschaltungen den PWM-Steller (24)
beeinflussen.
11. Anordnung nach Anspruch 10, bei welcher sowohl den einzelnen
Strommeßschaitungen wie deren gemeinsamem Ausgangssignal Filteranordnungen {46, 136, 136', 136") zugeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29606939U DE29606939U1 (de) | 1995-04-22 | 1996-04-17 | Anordnung mit einem PWM-Steller |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29506843 | 1995-04-22 | ||
DE29606939U DE29606939U1 (de) | 1995-04-22 | 1996-04-17 | Anordnung mit einem PWM-Steller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29606939U1 true DE29606939U1 (de) | 1996-08-22 |
Family
ID=8007188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29606939U Expired - Lifetime DE29606939U1 (de) | 1995-04-22 | 1996-04-17 | Anordnung mit einem PWM-Steller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29606939U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001059921A1 (de) * | 2000-02-07 | 2001-08-16 | Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur speisung eines verbrauchers mit nicht kontinuierliche stromaufnahme, insbesondere eines gleichstrommotors, aus einem gleichstromnetz |
-
1996
- 1996-04-17 DE DE29606939U patent/DE29606939U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001059921A1 (de) * | 2000-02-07 | 2001-08-16 | Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg | Anordnung zur speisung eines verbrauchers mit nicht kontinuierliche stromaufnahme, insbesondere eines gleichstrommotors, aus einem gleichstromnetz |
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Legal Events
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 19961002 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990624 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020515 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20040521 |
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