DE3811624C2 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Brückenendstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Brückenendstufe. (Der Elektroniker, Nr. 11/ 1985, S. 48-50).

In Steuer- bzw. Regelsystemen werden Brückenendstu­ fen häufig zum Betrieb von elektro-motorischen Stell­ gliedern verwendet, welche in zwei Richtungen steuer­ bar sind. Von den vier steuerbaren Schaltern der Brückenendstufe sind jeweils zwei diagonal angeord­ nete bei einer Drehrichtung leitend. In Steuer- bzw. Regelsystemen werden jedoch auch Mikrocomputer, vor­ zugsweise Ein-Chip-Mikrocomputer, angewendet, die neben anderen Ausgängen einen Ausgang für ein puls­ breitenmoduliertes Signal aufweisen.

Aus "Der Elektroniker" Nr. 11/85 Seite 48 bis 49 wird zur Ansteuerung einer aus vier Halbleiterschaltern bestehenden Brückenendstufe von einem Mikrocomputer ein pulsbreitenmoduliertes Signal sowie ein Richtungssignal bereitgestellt.

Aus der DE 32 26 001 A1 ist es bekannt, bei der Ansteuerung einer Brücken­ endstufe ein pulsbreitenmoduliertes Signal aus einer Dreieckspannung zu erzeugen. Dieses pulsbreitenmodulierte Signal sowie eine Vergleichsspannung werden je einem Komperator zugeführt, der jedem Halbleiterschalter der Brückenendstufe vor­ geschaltet ist. Dabei wird das pulsbreitenmodulierte Signal hinsichtlich der Pausen­ zeiten der einzelnen Transistor moduliert, d. h. die Pulsbreite wird verändert. Eine Verknüpfung dieses TWM-Signals mit einem separat erzeugten Richtungssignal, ist nicht zu entnehmen.

Aus der FR-PS 24 34 511 ist ebenfalls eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Brückenendstufe bekannt. Bei dieser Anordnung liegt das Richtungssignal an einem Eingang eines jeweiligen Komperators an, während eine zyklische Impulsfolge dem anderen Eingang jedes Komperators zugeführt wird. In Abhängigkeit davon, ob das Richtungssignal einen Schwellwert über- bzw. unterschreitet, wird ein Motor entweder in die eine oder in die andere Richtung gesteuert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der in einfacher Weise eine Brückenendstufe nach den Vorgaben eines Mikrocomputers angesteuert werden kann.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist von mindestens vier steuerbaren Schaltern gebildet, welchen jeweils ein Komperator vorgeschaltet ist, mit einem Mikrocomputer, der ein Richtungssignal und ein Pulsbreitenmoduliertes Signal bereitstellt, die zu einem Summensignal verknüpft werden, welches den beiden jeweils einem Brückenzweig zugeordneten Komperatoren an Unterschiedlichen Eingängen (invertierend, nicht invertierend) zugeführt werden, während die verbleibenden Eingänge der jeweils einem Brückenzweig zugeordneten Komperatoren an einer gemeinsamen Vergleichsspannung liegen, welche je Brückenzweig einen Unterschiedlichen Wert haben.

Durch die im Unteranspruch aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Wahrheitstabelle und

Fig. 3 ein Beispiel für eine Schaltung zur Pegel­ anpassung.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß fig. 1 bilden vier MOS-FET-Transistoren mit integrierten Dioden die steuerbaren Schalter 1 bis 4 einer Brückenendstufe, deren Ausgang mit einem Motor 5 verbunden ist. Der Motor 5 ist beispielsweise der Motor eines Stellglie­ des, das Teil eines Steuer- bzw. Regelsystems ist. Die Transistoren 3 und 4 sind über einen Widerstand 6 mit Massepotential verbunden, während die Transi­ storen 1, 2 an einen Pol 7 einer Betriebsspannungs­ quelle (Ub) angeschlossen sind. Ein Mikrocomputer 10 ist ebenfalls Teil eines im übrigen nicht darge­ stellten Steuer- bzw. Regelsystems und weist unter anderem zwei Ausgänge 11, 12 auf, an denen binäre Signale anstehen. Das Signal RI am Ausgang 11 besagt, in welche Richtung der Motor 5 drehen soll.

Am Ausgang 12 steht ein pulsbreitenmoduliertes Sig­ nal PWM an, das eine praktisch stufenlose Steuerung des Drehmoments des Motors 5 gestattet. Die Auftei­ lung dieser Signale in ein Richtungssignal RI und ein pulsbreitenmoduliertes Signal PWM wird bei be­ kannten, für Steuer- bzw. Regelsysteme vorgesehenen Mikrocomputern vorgenommen, da derartige Mikrocompu­ ter, welche vorzugsweise als Ein-Chip-Mikrocomputer ausgebildet sind, häufig nur über einen Ausgang ver­ fügen, der eine Pulsbreitenmodulation zuläßt. Über zwei Widerstände 13, 14 werden beide Signale dem Schaltungspunkt 15 zugeführt. Die Widerstände 13, 14 sind vorzugsweise untereinander gleich und bezüglich der übrigen Widerstände, vorzugsweise der Eingangs­ widerstände der Komperatoren 16, 17, 18, 19, derart dimensioniert, daß am Schaltungspunkt 15 der volle Signalpegel Ucc ansteht, wenn beide Signale RI und PWM den Wert 1 aufweisen. Dementsprechend ergibt sich der halbe Signalpegel, wenn lediglich eines der Signale 1 ist, und ein Pegel von 0 V, wenn beide Signale den Wert 0 aufweisen.

Von den Komperatoren 16 bis 19 sind jeweils zwei einem der Brückenzweige zugeordnet. Dabei ist der Ausgang jeweils eines der Komperatoren 17, 18 mit dem Transistor 3 bzw. 4 verbunden, während die Aus­ gänge der Komperatoren 16, 18 über Pegelanpassungs- Schaltungen 20, 21 mit den Steuerelektroden der Transistoren 1, 2 verbunden sind. Die Ausgänge der Komperatoren 16 bis 19 sind über Arbeitswiderstände 22, 23, 24, 25 mit dem Pol 7 der Betriebsspannung Ub verbunden. Kondensatoren 8, 9 dienen zur Unter­ drückung von Störimpulsen.

Den Komperatoren 16, 17 wird eine Vergleichsspannung zugeführt, die aus der Spannung Ucc mit Hilfe eines Spannungsteilers 26, 27 gebildet wird. Dabei ist der Wert des Widerstandes 27 etwa dreimal so groß wie der Wert des Widerstandes 26, daß die Vergleichsspan­ nung, welche dem invertierenden Eingang des Kompera­ tors 16 und dem nichtinvertierenden Eingang des Komperators 17 zugeführt wird, bei etwa 75% der Spannung Ucc liegt.

Ein weiterer Spannungsteiler 28, 29 leitet aus der Spannung Ucc die Vergleichsspannung für die Kompera­ toren 18, 19 ab, wobei der Widerstand 28 den drei­ fachen Wert gegenüber dem Widersand 29 aufweist, wodurch diese Vergleichsspannung, welche dem invertierenden Eingang des Komperators 18 und dem nichtinvertierenden Eingang des Komperators 19 zugeführt wird, bei etwa 25% der Spannung Ucc liegt. Die Transistoren 1 bis 4 werden leitend, wenn die Ausgangsspannung des jeweiligen Komperators positiv ist.

Die von der beschriebenen Schaltung dargestellte logische Verknüpfung der Signale RI und PWM ist als Wahrheitstabelle in Fig. 2 dargestellt. Dabei bedeu­ tet bezüglich der Transistoren 1 bis 4 eine 1 lei­ tend und eine 0 nicht leitend. Sind sowohl RI als auch PWM 0, so sind die Transistoren 2 und 3 lei­ tend. Der Motor 5 nimmt daher eine erste Drehrich­ tung ein. Wird das Signal PWM gleich 1, werden die Transistoren 3 und 4 leitend, so daß der Motor nicht mit Strom versorgt wird.

Bei RI : 1 und PWM = 0 sind die Transistoren 3 und 4 ebenfalls leitend, was wiederum keinen Stromfluß durch den Motor zur folge hat. Wird dann PWM gleich 1, so wird anstelle des Transistors 3 der Transistor 1 leitend, so daß der Motor die andere Drehrichtung einnimmt.

Aus der Wahrheitstabelle ist erkennbar, daß das Rich­ tungssignal RI direkt die Drehrichtung des Motors bestimmt. Bei dem pulsbreitenmodulierten Signal PWM bedeutet jedoch eine 1 bei der einen Drehrichtung Stillstand und bei der anderen Drehrichtung Antrieb. Dieses ist jedoch in keiner Weise ein Nachteil, da der Mikrocomputer 10 entsprechend programmiert ist, so daß das Signal PWM in Abhängigkeit vom Richtungs­ signal invertiert wird, bzw. die Zuordnung zwischen der Pulsbreite und dem Motorstrom sinngemäß umge­ schaltet wird.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine der Pegelanpas­ sungsschaltungen 20, 21 (fig. 1), die im wesentli­ chen dazu dienen, eine einwandfreie Ansteuerung auch dann zu ermöglichen, wenn die Transistoren 1, 2 lei­ tend sind und ihre Quellelektroden nahezu positive Betriebsspannung annehmen. Dem Transistor 1 wird von einem Steuereingang 31 das Steuersignal über zwei Transistoren 32, 33 zugeführt, welche als Gegentakt­ treiber geschaltet sind. Der Transistor 32 erhält Basisstrom über einen Widerstand 34.

Zur Erzeugung einer Betriebsspannung für die Treiber­ stufe dient eine Diode 35 und ein Kondensator 36. Dabei ist die Diode 35 an eine weitere Betriebsspan­ nung von beispielsweise Ub1 = 16 V angeschlossen, während die Betriebsspannung Ub 12 V beträgt. Ist der Transistor 1 nicht leitend, so daß dessen Quell­ elektrode auf Massepotential liegt, wird der Konden­ sator 36 über die Diode 35 auf die Spannung Ub1 aufgeladen. Wird der Transistor 1 leitend, steigt die Spannung an seiner Quellelektrode, so daß der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 36 und der Diode 35 ebenfalls höheres Potential annimmt. Da­ durch sperrt die Diode 35. Das Potential des Verbin­ dungspunktes kann daher über Ub1 steigen. Somit ist eine ausreichend hohe Betriebsspannung für die Trei­ berstufe während der leitenden Phase des Transistors 1 vorhanden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Brückenendstufe,

• - die von mindestens vier steuerbaren Schaltern (1 bis 4) gebildet ist, welchen jeweils ein Komperator (16 bis 19) vorgeschaltet ist,
• - mit einem Mikrocomputer, der ein Richtungssignal (RI) und ein Pulsbreitenmoduliertes Signal (PWN) bereitstellt, die zu einem Summensignal verknüpft werden (11 bis 15),
• - welches den beiden jeweils einem Brückenzweig (1, 3 bzw. 2, 4) zugeordneten Komperatoren an unterschiedlichen Eingängen (invertierend, nicht invertierend) zugeführt werden,
• - während die verbleibenden Eingänge der jeweils einem Brückenzweig (1, 3 bzw. 2, 4) zugeordneten Komperatoren (16, 17 bzw. 18, 19) an einer gemeinsamen Vergleichsspannung (3/4 Ucc bzw. 1/4 Ucc) liegen, welche je Brückenzweig einen unterschiedlichen Wert haben.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Aus­ gängen von zwei Komperatoren (16, 19) und den Steuer­ eingängen derjenigen steuerbaren Schalter (1, 2), welche mit dem nicht auf Massepotential liegenden Pol (7) einer Betriebsspannungsquelle verbunden sind, je eine Schaltung (20, 21) zur Pegelanpassung angeordnet ist.