DE3921332A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb eines stellmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellmotors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brückenendstufe, die im wesentlichen in zwei Brückenzweigen je zwei Leistungstransistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist und deren erste Diagonale mit einer Betriebsspannung beaufschlagbar ist und deren zweite Diagonale einen mit dem Stellmotor zu verbindenden Ausgang bildet, wobei die Kollektoren der Leistungstransistoren jeweils eines Brückenzweiges miteinander verbunden sind.

Bei elektro-motorischen Stellgliedern ist häufig ein allmähliches Auslaufen des Stellmotors unerwünscht, da dieses zu einer Fehleinstellung der einzustellenden Größe führt und gegebenenfalls auch Beschädigungen des Stellgliedes beim Erreichen von Endstellungen haben kann. Dieses gilt insbesondere für Stellglieder, bei denen der Stellmotor mit dem Stellglied durch ein selbsthemmendes Getriebe verbunden ist. Die durch die hohe Drehzahl des Motors ebenfalls hohe Rotationsenergie muß beim gezielten Positionieren des Stellgliedes sowie beim Erreichen der Endstellungen in möglichst kurzer Zeit vernichtet werden. Dazu sind Brückenendstufen bekannt, die den Motor je nach erwünschter Drehrichtung gepolt mit der Betriebsspannung verbinden oder zum Zwecke des Anhaltens über zwei Transistoren kurzschließen.

Bei der Ansteuerung der vier Transistoren einer derartigen Brückenendstufe ist es wichtig, daß die drei Betriebsarten - Drehen in einer Richtung, Drehen in der anderen Richtung und Anhalten durch Kurzschluß - durch die Zuführung von Steuersignalen ermöglicht werden. Es ist jedoch zu verhindern, daß beide Transistoren jeweils einer der Brückenzweige gleichzeitig leitend werden, da ansonsten eine Zerstörung der Transistoren durch Überlastung erfolgt. Dieses gilt sowohl für ein andauerndes Leiten beider Transistoren als auch für ein kurzzeitiges Überschneiden der leitenden Phasen beider Transistoren während des Übergangs von einem Betriebszustand zum anderen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellmotors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, anzugeben, bei welcher mit geringem Schaltungsaufwand die drei genannten Betriebsarten möglich sind und ein Fehlschalten verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungstransistoren jeweils eines Brückenzweiges von zwei über einen Widerstand in Reihe geschalteten Treibertransistoren ansteuerbar sind, wobei jeweils ein Treibertransistor vom gleichem Leitfähigkeitstyp ist wie der von ihm angesteuerte Leistungstransistor und über seinen Kollektor mit dessen Basis verbunden ist, daß die Basisanschlüsse der jeweils einem Brückenzweig zugeordneten Treibertransistoren derart an einen aus einer Reihenschaltung aus vier Widerständen bestehenden Spannungsteiler angeschlossen sind, daß die Basis des ersten Treibertransistors zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand mit dem Spannungsteiler verbunden ist, daß die Basis des zweiten Treibertransistors zwischen dem dritten und dem vierten Widerstand mit dem Spannungsteiler verbunden ist und daß ein Schaltsignal dem Spannungsteiler zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand zuführbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Die Leistungstransistoren 1, 2; 1′ und 2′ bilden eine an sich bekannte Brückenendstufe, deren erste Diagonale zwischen Masse und Betriebsspannung U_b geschaltet ist und deren zweite Diagonale 5, 5′ mit einem Stellmotor M verbunden ist. Den Leistungstransistoren 1, 2; 1′, 2′ ist jeweils eine Freilaufdiode 3, 4, 3′, 4′ zugeordnet, welche ein impulsförmiges Ansteuern von Verbrauchern mit induktiver Komponente ermöglicht. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zwar im wesentlichen nicht für eine pulsierende Ansteuerung vorgesehen. Da jedoch Leistungstransistoren mit einer integrierten Freilaufdiode preiswert auf dem Markt erhältlich sind und eine Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer pulsierenden Ansteuerung nicht auszuschließen ist, wurden die Freilaufdioden bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehen.

Zum Betrieb des Stellmotors M in einer Richtung werden beispielsweise die Leistungstransistoren 1 und 2′ in den leitenden Zustand geschaltet, so daß der Strom vom Positiven Pol der Betriebsspannungsquelle U_b über den Leistungstransistor 1, den Anschluß 5, den Stellmotor, den Anschluß 5′ und den Leistungstransistor 2′ nach Masse fließt. Soll der Stellmotor M sich in der anderen Richtung drehen, so werden in entsprechender Weise die Leistungstransistoren 1′ und 2 in den leitenden Zustand geschaltet.

Zum Abbremsen des Stellmotors M können entweder die Leistungstransistoren 1 und 1′ oder die Leistungstransistoren 2 und 2′ gleichzeitig leitend geschaltet werde. Diese bilden für den Motor praktisch einen Kurzschluß, so daß dessen Rotationsenergie in Verlustwärme umgewandelt wird. Werden beispielsweise die Leistungstransistoren 2 und 2′ zum Bremsen verwendet, so ist sicherzustellen, daß nicht gleichzeitig einer der oder beide Leistungstransistoren 1, 1′ in den leitenden Zustand geschaltet werden.

Die im folgenden beschriebenen Transistorstufen zur Ansteuerung der Leistungstransistoren stellen dieses in vorteilhafter Weise sicher. Da die gesamte Schaltungsanordnung symmetrisch ist, wird nur der eine Teil im einzelnen beschrieben.

Um sicherzustellen, daß ohne eine weitere Ansteuerung die Basisanschlüsse der Leistungstransistoren 1, 2 Emitterpotential erhalten - also nichtleitend sind, sind bei dem Ausführungsbeispiel Widerstände 6, 7 den Basis-Emitterstrecken der Leistungstransistoren 1, 2 parallelgeschaltet. Zur Ansteuerung sind die Basisanschlüsse der Leistungstransistoren 1, 2 mit dem Kollektor je eines Treibertransistors 8, 9 verbunden, der vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie der anzusteuernde Leistungstransistor. Die Kollektoren der Treibertransistoren 8, 9 sind über einen Widerstand 10 miteinander verbunden, während die Emitter der Treibertransistoren an die Betriebsspannungsquelle U_b bzw. Massepotential angeschlossen sind.

Die Basisanschlüsse der Treibertransistoren werden über einen Spannungsteiler aus vier Widerständen 11, 12, 13, 14 angesteuert, der ebenfalls den positiven Pol der Betriebsspannung U_b mit Massepotential verbindet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 12 und 13 dient als Eingang für die Treiberstufen. Ihm wird über einen als Impedanzwandler geschalteten Transistor 15 eine Schaltspannung zugeführt, die über einen Transistor 18 von einem Eingang E zugeleitet wird. Die Basis des Transistors 15 ist mit dem Kollektor 18 verbunden, wobei ein Widerstand 16 als Arbeitswiderstand für den Transistor 18 dient. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors 15 ist eine Diode 17 antiparallel geschaltet.

Der Basis des Transistors 18 ist ein Spannungsteiler 19, 20 vorgeschaltet. Ein Widerstand 21 kann alternativ als sogenannter Pull-up-Widerstand vorgesehen sein, damit ein dem Eingang E zugeführtes Steuersignal durch einen zwischen dem Eingang E und Masse eingefügten Schalter gebildet werden kann.

Ist das dem Eingang E zugeführte Steuersignal positiv, so wird der Transistor 18 leitend, so daß sein Kollektor etwa Massepotential annimmt und der Transistor 15 nichtleitend wird. Von dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle U_b fließt über die Widerstände 11, 12, die Diode 17 und den Transistor 18 ein Strom, wodurch am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 11 und 12 eine Spannung entsteht, welche den Treibertransistor 8 in den leitenden Zustand steuert. Da die Diode 17 und der durchgeschaltete Transistor 18 einen wesentlich geringeren Widerstand aufweisen als die Widerstände 11, 12, bleibt der Treibertransistor 9 nichtleitend.

Durch den leitenden Treibertransistor 8 entspricht dessen Kollektorpotential im wesentlichen der Betriebsspannung U_b, so daß der Leistungstransistor 1 nichtleitend ist. Über den Widerstand 10 erhält jedoch der Leistungstransistor 2 einen Basisstrom, der ihn in den leitenden Zustand schaltet. Bei einer positiven Spannung am Eingang E ist also der obere Leistungstransistor 1 nichtleitend, während der untere Leistungstransistor 2 leitend ist.

Wird der Eingang E mit Massepotential beaufschlagt, ist der Transistor 18 nichtleitend, so daß die Basis des Transistors 15 über den Widerstand 16 eine positive Spannung erhält. Der Transistor 15 wird dann leitend und verbindet den aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden Spannungsteiler mit der Betriebsspannung U_b. Dadurch wird der Treibertransistor 9 leitend, während der Treibertransistor 8 im nichtleitenden Zustand verbleibt. Der Treibertransistor 9 steuert dann den Leistungstransistor 2 in den nichtleitenden und über den Widerstand 10 den Leistungstransistor 1 in den leitenden Zustand.

Liegt der Eingang E auf Massepotential, wird also der obere Leistungstransistor 1 leitend, während der untere Leistungstransistor 2 nichtleitend bleibt. Dadurch ergeben sich zusammen mit der Ansteuerung des zweiten Brückenzweiges 1′, 2′ die in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Schaltmöglichkeiten, wobei mit H ein positives Signal an dem jeweiligen Eingang E bzw. E′ und mit L ein Signal mit etwa Massepegel gemeint ist.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellmotors in einem Kraftfahrzeug mit einer Brückenendstufe, die im wesentlichen in zwei Brückenzweigen je zwei Leistungstransistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist und deren erste Diagonale mit einer Betriebsspannung beaufschlagbar ist und deren zweite Diagonale einen mit dem Stellmotor zu verbindenden Ausgang bildet, wobei die Kollektoren der Leistungstransistoren jeweils eines Brückenzweiges miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungstransistoren (1, 2) jeweils eines Brückenzweiges von zwei über einen Widerstand (10) in Reihe geschalteten Treibertransistoren (8, 9) ansteuerbar sind, wobei jeweils ein Treibertransistor (8, 9) vom gleichem Leitfähigkeitstyp ist wie der von ihm angesteuerte Leistungstransistor (1, 2) und über seinen Kollektor mit dessen Basis verbunden ist, daß die Basisanschlüsse der jeweils einem Brückenzweig zugeordneten Treibertransistoren (8, 9) derart an einen aus einer Reihenschaltung aus vier Widerständen (11, 12, 13, 14) bestehenden Spannungsteiler angeschlossen sind, daß die Basis des ersten Treibertransistors (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (11, 12) mit dem Spannungsteiler verbunden ist, daß die Basis des zweiten Treibertransistors (9) zwischen dem dritten und dem vierten Widerstand (13, 14) mit dem Spannungsteiler verbunden ist und daß ein Schaltsignal dem Spannungsteiler zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand (12, 13) zuführbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal über einen Impedanzwandler (15) zuführbar ist, zu dessen Emitter-Basisstrecke eine Diode (17) antiparallel geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal dem Impedanzwandler (15) über einen als Emitter-Grundschaltung geschalteten Schalttransistor (18) zuführbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Basis-Emitterstrecken der Leistungstransistoren (1, 2) je ein Widerstand (6, 7) parallelgeschaltet ist.