DE4223208A1 - Brückenschaltung zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brückenschaltung mit mind. 4 Feldeffekt-Leistungstransistoren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors und insbesondere eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern dieser Leistungstran­ sistoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer einfachen Ansteuerschaltung, welche eine sichere Ansteuerung der mit der plus-Leitung 1 der Versorgungsspannung verbun­ denen Leistungstransistoren ermöglicht, ohne daß eine zusätzliche Spannungsquelle in Form eines DC-DC-Wandlers oder P-Kanal-Transistors verwendet werden muß. Die Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 ange­ gebene Lehre.

Beschreibung

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß es aus Kostengründen sehr wünschenswert ist, eine mit Feld­ effekt-Transistoren aufgebaute Brückenschaltung aus­ schließlich aus N-Kanal-Transistoren aufzubauen, da beim heutigen Stand der Technik P-Kanal-Transistoren gleicher Leistung wesentlich größer und teurer sind als N-Kanal-Transistoren. Dabei tritt jedoch das Pro­ blem auf, daß die mit der Plus-Leitung der Versorgungs­ spannung verbundenen Transistoren zum Einschalten ein Gate-Potential benötigen, das wesentlich oberhalb des Potentials der Plus-Leitung der Versorgungsspannung liegt und daher nicht ohne weiteres verfügbar ist. Die naheliegende Lösung, dieses Hilfspotential durch einen DC-DC-Spannungswandler oder eine Batterie zu er­ zeugen, ist aus Kostengründen unerwünscht.

Statt dessen wird erfindungsgemäß das Hilfspotential durch wenigstens einen Potential-Schiebe-Kondensator (13, 13′) erzeugt, welcher während des Betriebs der Brückenschaltung zeitweise auf ein niedriges Potential gelegt wird, um ihn aus der Versorgungsspannung aufla­ den zu können und der anschließend auf ein hohes Poten­ tial gehoben wird, wobei sein positiv geladener Pol auf ein Potential gelangt, das oberhalb des positiven Poten­ tials der positiven Leitung der Versorgungsspannung liegt, und damit zur Ansteuerung der Gates der genannten Transis­ toren dienen kann.

Eine solche Anordnung eines (an sich bekannten) Potential- Schiebe-Kondensators arbeitet einwandfrei, sobald der Kon­ densator einmal aufgeladen wurde. Eine solche notwendige Aufladung fehlt jedoch beim ersten Anlauf des Motors, bei dem bereits das Einschalten wenigstens eines der an der positiven Leitung der Versorgungsspannung liegenden Tran­ sistoren notwendig ist, ohne daß der für die Ansteuerung dieses Transistors zuständige Potential-Schiebe-Kondensa­ tor Gelegenheit hatte, sich vorher aufzuladen.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird da­ her vorgeschlagen, daß nach dem Einschalten der Betriebs­ spannung oder nach einem anderen Anlaufbefehl für den Motor alle an der positiven Leitung (1) der Versorgungsspannung liegenden Transistoren (11, 11′) zunächst gesperrt bleiben, wobei die für die Ansteuerung dieser Transistoren zuständi­ gen Potential-Schiebe-Kondensatoren (13, 13′) Gelegenheit erhalten, sich über die Dioden (16, 16′) z. B. auf eine Hilfsspannung (17) von z. B. 12 V aufzuladen, wobei die negativen Pole der genannten Kondensatoren (13, 13′) durch die bereits eingeschalteten, an der negativen Leitung (18) der Versor­ gungsspannung liegenden Transistoren (12, 12′) auf das relativ negative Potential der negativen Leitung (18) der Versorgungsspannung gelegt werden. Die Sperrung der genann­ ten Transistoren (11, 11′) erfolgt dadurch, daß alle Aus­ gänge der Opto-Koppler (15, 15′) leitend geschaltet werden. Der Ladevorgang für diese genannten Kondensatoren (13, 13′) benötigt praktisch nur eine sehr kurze Zeitspanne von z. B. unter einer ms. Diese Zeitspanne wird entsprechend der Er­ findung durch eine geeignete Zeitsteuerung (4), z. B. durch einen Mikroprozessor festgelegt. Unmittelbar nach diesem Ladevor­ gang wird die Sperrung der mit der positiven Leitung der Versorgungsspannung verbundenen Transistoren (11, 11′) aufgehoben und die Kommutierungs-Einrichtung (2), welche in Abhängigkeit der Rotorstellung (z. B. mittels wenigstens eines Hall-Generators (5)) die Leistungs-Transistoren steuert, übernimmt die Ansteuerung aller Leistungs-Transistoren (11, 11′, 12, 12′) der genannten Brückenschaltung, wobei in wei­ terer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die mit der Minus-Leitung der Versorgungsspannung verbundenen Transisto­ ren (12, 12′) zusätzlich durch einen Puls-Breiten-Modu­ lator (3) steuerbar wird.

Die Ansteuer-Ströme, die an den Gates von Feldeffekt-Tran­ sistoren fließen, sind i. a. vernachlässigbar klein, so daß eine Kapazität von z. B. 2,2 µF für die genannten Poten­ tial-Schiebe-Kondensatoren (13, 13′) ausreicht, um die genannten Transistoren (11, 11′) auch längere Zeit, z. B. mehrere Minuten, eingeschaltet zu erhalten. Dennoch würde z. B. durch Selbstentladung die Ladung dieser Kondensato­ ren allmählich abgebaut, wenn der Motor für längere Zeit blockiert wäre. Das Hilfspotential zur Ansteuerung der Transistoren (11) bzw. (11′) würde dann allmählich auf ein Niveau absinken, welches für eine maximale Leitfähig­ keit dieser Transistoren nicht mehr ausreicht, wodurch die Verlustleistung an diesen Transistoren allmählich auf unzulässige Werte ansteigen würde. Um diese Gefahr auszu­ schließen wird in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsge­ dankens im Falle eines blockierten Rotors die genannte Brückenschaltung (11, 11′, 12, 12′) nach einer vorgebbaren Zeit von z. B. einigen Sekunden dadurch abgeschaltet, daß die an der positiven Leitung der Versorgungsspannung lie­ genden Transistoren (11, 11′) gesperrt werden, wodurch die Potential-Schiebe-Kondensatoren (13, 13′) erneut aufgeladen werden. Nach einer weiteren vorgebbaren Zeit kann dann die Sperrung dieser Transistoren (11, 11′) für eine kurze Zeit­ spanne wieder aufgehoben werden, um einen Neustart des Mo­ tors zu veranlassen. Wenn dieser Startversuch nicht erfolg­ reich verläuft, erfolgt erneute Sperrung der Transistoren (11) bzw. (11′) und der beschriebene Vorgang wiederholt sich. Zweckmäßigerweise werden die Sperr- und Einschaltzei­ ten von einer entsprechenden Zeit-Steuerschaltung (4) gesteu­ ert z. B. durch einen geeignet programmierten Mikroprozessor.

Obwohl die obige Beschreibung für einen einsträngigen Mo­ tor zugeschnitten ist, bedeutet dies keinerlei Beschrän­ kung auf einen Motor diesen Typs. Der genannte Erfindungs­ gedanke ist ebenso für zwei- und dreisträngige Motoren mit Erfolg anwendbar. Bei einem dreisträngigen Motor z. B. würde sich die Zahl der Endstufen-Transistoren auf sechs erhöhen, wovon jeweils drei Transistoren mit der positiven und drei Transistoren mit der negativen Leitung der Versor­ gungsspannung verbunden sind.

Claims (2)

1. Brückenschaltung zum Betrieb eines bürstenlosen Gleich­ strommotors, welche Brückenschaltung im Leistungsteil ausschließlich aus Feldeffekt-Transistoren vom N-Kanal- Typ aufgebaut ist und die aus einer einzigen Gleichspan­ nungs-Quelle versorgt wird, wobei zur Ansteuerung der mit der positiven Leitung (1) der genannten Gleichspannungs-Quelle verbundene Transis­ toren (11, 11′) ein Hilfspotential vorgesehen ist, welches positiver ist als die positive Leitung (1) der genann­ ten Gleichspannung-Quelle und welches Hilfspotential durch wenigstens einen Potential-Schiebe-Kondensator erzeugt wird.

2. Brückenschaltung zum Betrieb eines bürstenlosen Gleich­ strom-Motors, welche Brückenschaltung im Leistungsteil ausschließlich aus Feldeffekt-Transistoren vom N-Kanal- Typ aufgebaut ist, wobei die mit der positiven Leitung der Versorgungs-Gleichspannung verbundenen Transistoren aus einer Hilfspotential-Quelle angesteuert werden, wel­ che Hilfspotential-Quelle ein positiveres Potential als die positive Leitung der Versorgungs-Gleichspannung zur Verfügung stellt und durch wenigstens einen Potential- Schiebe-Kondensator erzeugt wird, wobei nach dem Einschalten der Versorgungs-Gleichspannung und vor dem Start des Motors während einer vorgebbaren Zeit­ spanne alle mit der positiven Leitung (1) der Versorgungs- Gleichspannung verbundenen Transistoren (11, 11′) gesperrt werden und daß während dieser genannten Zeitspanne der wenigstens eine Potential-Schiebe-Kondensator aufgeladen wird.