DE19927904A1 - Device for operating a load - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Last nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE-A 43 29 919 ist eine Endstufenschaltung bekannt, die als Brückenschaltung realisiert ist, in deren Diagonale die Last liegt. Die Brückenschaltung enthält einen ersten und zweiten Transistor, die in einem ersten Brückenzweig angeordnet sind und einen dritten und vierten Transistor, die in einem zweiten Brückenzweig angeordnet sind. Zur Bestromung der Last werden jeweils diagonal gegenüberliegende Transistoren der Brückenschaltung eingeschaltet. Eine Beeinflussung der der Last zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung kann mit einem getakteten Betrieb der Brückenschaltung erzielt werden. Hierzu ist es möglich, entweder beide, diagonal gegenüberliegende Transistoren getaktet zu betreiben oder einen der beiden Transistoren ständig eingeschaltet zu lassen und nur den anderen Transistor getaktet zu betreiben. Daneben ist ein Betriebszustand vorgesehen, bei dem beide Anschlüsse der Last mit ein und demselben Stromversorgungsanschluß der Brückenschaltung verbunden werden. In diesem Betriebszustand wird ein Freilaufkreis realisiert, der insbesondere bei induktiven Lasten eine Reduzierung der ansonsten auftretenden Spannungsspitzen ermöglicht.The invention is based on a device for operation a burden according to the kind of independent claim. Out DE-A 43 29 919 an output stage circuit is known, the is realized as a bridge circuit, in the diagonal of which Load lies. The bridge circuit contains a first and second transistor in a first bridge branch are arranged and a third and fourth transistor, which are arranged in a second bridge branch. For Power supply to the load is diagonal opposite transistors of the bridge circuit switched on. Influencing the load available electrical power can be clocked Operation of the bridge circuit can be achieved. This is it possible, either both, diagonally opposite Operate transistors clocked or one of the two To keep transistors on all the time and only that to operate another transistor clocked. Next to it is a Operating state provided, in which both connections of the Load with one and the same power supply connection Bridge circuit can be connected. In this operating state a freewheeling circuit is implemented, which is particularly useful for inductive loads a reduction of the otherwise occurring voltage peaks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Betreiben einer in einer Brückenschaltung angeordneten Last anzugeben, die eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweist.The invention has for its object a circuit for Operating a load arranged in a bridge circuit specify the high electromagnetic compatibility having.
Die erfindungsgemäße Schaltung minimiert die von Stromversorgungsleitungen, die zur Brückenschaltung führen, abgestrahlte elektromagnetische Störstrahlung. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Steuerschaltung im unmittelbaren zeitlichen Wechsel den ersten Transistor des ersten Brückenzweigs und den vierten Transistor des zweiten Brückenzweigs und anschließend den zweiten Transistor des ersten Brückenzweigs und den dritten Transistor des zweiten Brückenzweigs einschaltet. Zur Bestromung der in der Brückendiagonale liegende Last mit einer ersten Polarität ist die Einschaltdauer der Schaltsignale des ersten und vierten Transistors kürzer als die Einschaltdauer der Schaltsignale des zweiten und dritten Transistors. Zur Bestromung der Last mit der zur ersten Polarität entgegengesetzten Polarität ist die Einschaltdauer der Schaltsignale des zweiten und dritten Transistors kürzer als die Einschaltdauer der Schaltsignale des ersten und vierten Transistors. Bezogen auf die einzelnen Schaltsignale tritt eine Impulsdauermodulation auf.The circuit according to the invention minimizes that of Power supply lines leading to the bridge circuit radiated electromagnetic interference. According to the The invention provides that a control circuit in immediate change in time the first transistor of the first bridge branch and the fourth transistor of the second Bridge branch and then the second transistor of the first bridge branch and the third transistor of the second Turns on the bridge branch. To energize the in the Bridge diagonal load with a first polarity is the duty cycle of the switching signals of the first and fourth transistor shorter than the duty cycle of the Switching signals of the second and third transistor. For Energizing the load with the first polarity opposite polarity is the duty cycle of the Switching signals of the second and third transistor shorter than the duty cycle of the switching signals of the first and fourth Transistor. Relates to the individual switching signals pulse duration modulation.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, daß in den zur Brückenschaltung führenden Stromversorgungsleitungen stets symmetrische Spannungssprünge auftreten, so daß die abgestrahlte elektromagnetische Störung minimiert ist. With the measure according to the invention it is achieved that in the power supply lines leading to the bridge circuit symmetrical voltage jumps always occur, so that the radiated electromagnetic interference is minimized.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.Advantageous configurations and. Further training of the Device according to the invention result from dependent Claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß zur Abschaltung der Last die Einschaltdauern der vier Schaltsignale gleich lang sind. Bezogen auf die einzelnen Schaltsignale entspricht dieser Betriebszustand einer Impulsdauermodulation mit einem Tastverhältnis von 50%.An advantageous development provides that for Switching off the load the duty cycles of the four Switch signals are the same length. In relation to the individual Switching signals corresponds to this operating state Pulse duration modulation with a duty cycle of 50%.
Eine andere vorteilhafte Maßnahme sieht vor, daß zur Abschaltung der Last die Schaltsignale des ersten und zweiten Transistors dauernd den Einschaltzustand der beiden Transistoren vorgeben. Mit dieser Maßnahme ist die Last ständig mit ein und derselben Stromversorgungsleitung verbunden und somit abgeschaltet. Die Maßnahme weist insbesondere bei einer längeren Abschaltzeit der Last Vorteile dadurch auf, daß keine elektromagnetische Störungen entstehen und die Schaltverluste vollständig entfallen.Another advantageous measure provides that for Switching off the load the switching signals of the first and second transistor continuously the on state of the two Specify transistors. With this measure is the burden constantly with one and the same power supply line connected and thus switched off. The measure points especially with a longer switch-off time of the load Advantages in that no electromagnetic interference arise and the switching losses are completely eliminated.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung.Further advantageous developments and refinements result from the description.
Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Last ist in Fig. 1 gezeigt. Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm von Schaltsignalen, die in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung auftreten.A block diagram of a device according to the invention for operating a load is shown in FIG. 1. FIG. 2 shows a timing diagram of switching signals that occur in the device shown in FIG. 1.
Fig. 1 zeigt eine Brückenschaltung 10, die über eine erste und zweite Stromversorgungsleitung 11, 12 mit einer Energiequelle 13 verbunden ist. Die Brückenschaltung 10 weist einen ersten Brückenzweig 14 auf, der einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2 enthält. Der zweite Brückenzweig 15 enthält den dritten Transistor T3 sowie den vierten Transistor T4. Der erste und dritte Transistor T1, T3, sind mit der zweiten Stromversorgungsleitung 12 und der zweite und vierte Transistor T2, T4 mit der ersten Stromversorgungsleitung 11 verbunden. Eine Last 16 ist in der Brückendiagonale 17 der Brückenschaltung 10 angeordnet. Eine Steuerschaltung 18 gibt an den ersten Transistor T1 ein erstes Schaltsignal S1, an den zweiten Transistor T2 ein zweites Schaltsignal S2, an den dritten Transistor T3 ein drittes Schaltsignal S3 und an den vierten Transistor T4 ein viertes Schaltsignal S4 jeweils ab. Fig. 1 shows a bridge circuit 10 which is connected via a first and second power supply line 11, 12 to a power source 13. The bridge circuit 10 has a first bridge branch 14 , which contains a first transistor T1 and a second transistor T2. The second bridge branch 15 contains the third transistor T3 and the fourth transistor T4. The first and third transistors T1, T3 are connected to the second power supply line 12 and the second and fourth transistors T2, T4 are connected to the first power supply line 11 . A load 16 is arranged in the bridge diagonal 17 of the bridge circuit 10 . A control circuit 18 outputs a first switching signal S1 to the first transistor T1, a second switching signal S2 to the second transistor T2, a third switching signal S3 to the third transistor T3 and a fourth switching signal S4 to the fourth transistor T4.
Fig. 2 zeigt ein Impulsdiagramm, das die vier Schaltsignale S1-S4 in Abhängigkeit von der Zeit t darstellt. FIG. 2 shows a pulse diagram which shows the four switching signals S1-S4 as a function of the time t.
Eine "0" bedeutet, daß der angesteuerte Transistor T1-T4 abgeschaltet ist und eine "1" bedeutet, daß der Transistor T1-T4 eingeschaltet ist. Die Schaltsignale S1-S4 weisen eine minimale Periodendauer P auf. Die Einschaltdauer ist mit D1 und die Ausschaltdauer mit D2 bezeichnet. Die Zeiten D1 und D2 addiert ergeben die minimale Periodendauer P. In einem ersten Intervall I1 wird die Last 16 mit einer ersten Polarität bestromt. In einem Intervall I3 erfolgt die Bestromung mit einer zur ersten Polarität entgegengesetzten Polarität. Im zweiten Intervall I2, im vierten Intervall I4 sowie im fünften Intervall I5 ist die Last 16 abgeschaltet.A "0" means that the driven transistor T1-T4 is switched off and a "1" means that the transistor T1-T4 is switched on. The switching signals S1-S4 have a minimum period P. The on time is designated D1 and the off time is labeled D2. The times D1 and D2 add up to give the minimum period P. In a first interval I1, the load 16 is energized with a first polarity. In an interval I3, the current is supplied with a polarity opposite to the first polarity. In the second interval I2, in the fourth interval I4 and in the fifth interval I5, the load 16 is switched off.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben der Last 16
arbeitet folgendermaßen:
Die Steuerschaltung 18 erzeugt in Abhängigkeit von einem
nicht näher gezeigten Eingangssigral die für das Betreiben
der in der Brückendiagonale 17 angeordneten Last 16 die
erforderlichen Schaltsignale S1-S4 für die die
Brückenschaltung 10 bildenden Transistoren T1-T4.
The device according to the invention for operating the load 16 works as follows:
The control circuit 18 generates the switching signals S1-S4 required for the transistors T1-T4 forming the bridge circuit 10 as a function of an input signal, not shown, for operating the load 16 arranged in the bridge diagonal 17 .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeweils gegenüberliegende Transistoren T1, T4 bzw. T2, T3 der Brückenschaltung 10 im unmittelbaren Wechsel eingeschaltet werden. Im ersten Intervall I1 soll die Last 16, beispielsweise ein Elektromotor, mit einer ersten Polarität der Energie 13 beaufschlagt werden. Während der Einschaltdauer D1 geben das erste und vierte Einschaltsignal S1, S4 ein Schaltsignal an den ersten bzw. vierten Transistor T1, T4 weiter. Während der zweiten Einschaltdauer D2 geben das zweite und dritte Schaltsignal, S2, S3 Einschaltsignale des zweiten bzw. dritten Transistors T2, T3 vor. Hierbei soll festgelegt sein, daß die erste Einschaltdauer D1 größer ist als die zweite Einschaltdauer D2.It is provided according to the invention that transistors T1, T4 and T2, T3 of the bridge circuit 10 , which are opposite each other, are switched on in direct alternation. In the first interval I1, the load 16 , for example an electric motor, is to be subjected to a first polarity of the energy 13 . During the on period D1, the first and fourth on signals S1, S4 pass on a switching signal to the first and fourth transistors T1, T4, respectively. During the second switch-on period D2, the second and third switching signals, S2, S3 specify switch-on signals of the second and third transistor T2, T3. It should be specified here that the first duty cycle D1 is greater than the second duty cycle D2.
Ein wesentliches Ergebnis des unmittelbar wechselnden Einschaltens jeweils gegenüberliegender Transistoren T1-T4 ist es, daß in den Stromversorgungsleitungen 11, 12 stets symmetrische Spannungssprünge oder Stromänderungen auftreten. Die insgesamt von den Stromversorgungsleitungen 11, 12 abgestrahlte elektromagnetische Störung ist mit in der erfindungsgemäßen Maßnahme minimiert. Eine weitere Erhöhung in der elektromagnetischen Verträglichkeit wird beispielsweise durch ein Verdrillen der Stromversorgungsleitungen 11, 12 erreicht.An essential result of the immediately alternating switching on of transistors T1-T4, which are opposite each other, is that symmetrical voltage jumps or current changes always occur in the power supply lines 11 , 12 . The overall electromagnetic interference radiated by the power supply lines 11 , 12 is minimized in the measure according to the invention. A further increase in the electromagnetic compatibility is achieved, for example, by twisting the power supply lines 11 , 12 .
Im dritten Intervall I3 soll die Last 16 mit einer Polarität der Energiequelle 13 beaufschlagt werden, die entgegengesetzt zu der Polarität des ersten Intervalls ist. Im dritten Intervall I3 sind die Einschaltdauern D1 des ersten und vierten Schaltsignals S1, S4 kürzer als die zweiten Einschaltdauern D2 der zweiten und dritten Schaltsignale S2, S3. Im zeitlichen Mittel dreht sich deshalb die Polarität der Last 16 gegenüber der Polarität im ersten Intervall I1 um. Eine variable Leistungsvorgabe für die Last 16 ist durch eine Änderung des Verhältnisses der Einschaltdauern, D1, D2 möglich. Die minimale Grenze liegt bei 0% für maximale Leistung und die maximale Grenze bei 50% für minimale Leistung.In the third interval I3, the load 16 is to be subjected to a polarity of the energy source 13 which is opposite to the polarity of the first interval. In the third interval I3, the duty cycles D1 of the first and fourth switching signals S1, S4 are shorter than the second duty cycles D2 of the second and third switching signals S2, S3. Therefore, on average over time, the polarity of the load 16 reverses with respect to the polarity in the first interval I1. A variable power specification for the load 16 is possible by changing the ratio of the duty cycles, D1, D2. The minimum limit is 0% for maximum performance and the maximum limit is 50% for minimum performance.
Ein Verhältnis von 50% entspricht dem Abschaltzustand der Last 16. Die entsprechenden Schaltsignale S1-S4 sind im zweiten und vierten Intervall I2, I4 dargestellt. Der mittlere, durch die Last 16 fließende Strom wird bei einem Verhältnis von 50% wenigstens näherungsweise zu Null.A ratio of 50% corresponds to the switch-off state of the load 16 . The corresponding switching signals S1-S4 are shown in the second and fourth intervals I2, I4. The average current flowing through the load 16 becomes at least approximately zero at a ratio of 50%.
Bedingt durch die Schaltvorgänge in den Transistoren T1-T4 tritt eine Verlustleistung auch bei abgeschalteter Last 16 auf. In Abhängigkeit von dem nicht näher gezeigten Eingangssignal der Steuerschaltung 18, beispielsweise in Kenntnis einer längeren Abschaltphase der Last 16, kann der verlustbehaftete Schaltbetrieb, der im zweiten und vierten Intervall I2, I4 auftritt, aufgegeben werden zugunsten einer vollständigen Abschaltung der Brückenschaltung 10. Eine erste Möglichkeit, die Brückenschaltung 10 vollständig abzuschalten besteht darin, die Schaltsignale S1-S4 dauernd in abgeschalteten Zustand zu halten. Eine vorteilhafte Maßnahme sieht vor, daß die Schaltsignale S1- S4 von zwei Transistoren T1-T4, die jeweils an der gleichen Stromversorgungsleitung 11, 12 angeschlossen sind, dauernd im eingeschalteten Zustand gehalten werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können entweder der erste und dritte Transistor T1, T3 oder der zweite und vierte Transistor T2, T4 jeweils gleichzeitig eingeschaltet werden. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Last 16 wenigstens näherungsweise das Potential einer der Stromversorgungsleitungen 11, 12 annimmt. Sofern eine der Stromversorgungsleitungen 11, 12 mit Gerätemasse oder mit Schaltungserde verbunden ist, wird mit dieser Maßnahme die elektromagnetische Empfindlichkeit gegenüber von außen einwirkenden Störungen erhöht.Due to the switching processes in the transistors T1-T4, a power loss occurs even when the load 16 is switched off. Depending on the input signal of the control circuit 18 , which is not shown in any more detail, for example with knowledge of a longer switch-off phase of the load 16 , the lossy switching operation which occurs in the second and fourth intervals I2, I4 can be abandoned in favor of a complete switch-off of the bridge circuit 10 . A first possibility of completely switching off the bridge circuit 10 is to keep the switching signals S1-S4 permanently in the switched-off state. An advantageous measure provides that the switching signals S1-S4 of two transistors T1-T4, which are each connected to the same power supply line 11 , 12 , are kept in the switched-on state. In the exemplary embodiment shown, either the first and third transistor T1, T3 or the second and fourth transistor T2, T4 can be switched on simultaneously. With this measure it is achieved that the load 16 assumes at least approximately the potential of one of the power supply lines 11 , 12 . If one of the power supply lines 11 , 12 is connected to device ground or to circuit earth, this measure increases the electromagnetic sensitivity to external interference.
Die Brückenschaltung 10 wurde bislang anhand von Transistoren T1-T4 beschrieben. Es liegt auf der Hand, daß anstelle von Transistoren T1-T4 auch andere schaltbare Halbleiterbauelemente eingesetzt werden können.The bridge circuit 10 has so far been described using transistors T1-T4. It is obvious that other switchable semiconductor components can also be used instead of transistors T1-T4.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |