DE29606939U1

DE29606939U1 - Anordnung mit einem PWM-Steller

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Publication number: DE29606939U1
Application number: DE29606939U
Authority: DE
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-22
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2006-04-18

Description

P61.22D190i
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

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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

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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 i_mot 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 R_m 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 Uj_n 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

&diams; · &diams;

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dessen anderem Eingang 38 ein Signal nsoll für den gewünschten Drehzahl-Sollwert zugeführt wird.

Das Signal u_m 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.

Arbeitsweise von Fig. 1

Im normalen Betrieb wird das Tastverhältnis des impuisförmigen Signals 56 am Ausgang des PWM-Stellers 24 bestimmt durch die Höhe des ersten Stellsignals Uj_n. In diesem Fall läuft der Motor 12 mit konstanter Drehzahl, und der Strom durch den Meßwiderstand 18 ist nicht so hoch, daß die Spannung u_m 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 Uj_n 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 Uj_n 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

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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 Uj_n 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.

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 Uj_n 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

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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.

Arbeitsweise von Fig. 4

Solange am Eingang 26 des PWM-Stellers nur das erste Stellsignal Uj_n 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

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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

Schutzansprüche

1. Anordnung für einen über mindestens einen Halbleiterschalter (14) mit Strom versorgten Motor (12),

mit einem von einem Stellsignal (Uj_n, 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 (Uj_n) 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 (Uj_n, 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 (Uj_n, 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 (i_mot) 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.