DE10045633A1 - Steuerschaltung für einen Wischermotor - Google Patents
Steuerschaltung für einen WischermotorInfo
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Abstract
Es wird eine Steuerschaltung für einen Wischermotor beschrieben, der zwischen mindestens zwei Betriebsschaltstellungen (Stufe I, Stufe II) umschaltbar ist, in denen der Wischermotor mit unterschiedlichen Drehzahlen läuft. Die Ansteuerung der beiden Motorwicklungen des Wischermotors erfolgt über Halbleiterschalter (1, 2). Dabei ist die Schaltung trotz der Verwendung von Halbleiterschaltern so ausgelegt, dass die erste Motorwicklung von der Bordnetzspannung abgekoppelt ist, wenn der Motor in der zweiten Stufe läuft.
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für den Wischermotor eines Kraftfahrzeuges, der
zwischen mindestens zwei Betriebsschaltstellungen (Stufe I, Stufe II) umschaltbar ist, in
denen der Wischermotor mit unterschiedlichen Drehzahlen läuft. Zu diesem Zweck weist der
Wischermotor zwei Motorwicklungen auf, die über entsprechende Anschlüsse am
Wischermotor wahlweise mit der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeuges beaufschlagt
werden. Dabei läuft der Wischermotor bei Beaufschlagung der ersten Motorwicklung mit der
Bordnetzspannung in Stufe I mit einer kleinen Drehzahl und bei Beaufschlagung der zweiten
Motorwicklung mit der Bordnetzspannung in Stufe II mit einer demgegenüber höheren
Drehzahl. Läuft nun der Wischermotor in der Stufe II, so induziert er in der ersten
Motorwicklung eine Spannung, die höher als die Bordnetzspannung sein kann. Aus diesem
Grunde muss der Anschluss für die erste Motorwicklung (Stufe I) von der Bordnetzspannung
entkoppelt sein, wenn der Motor in Stufe II läuft. Anderenfalls würde der Wischermotor dann
in Stufe II in unerwünschter und unzulässiger Weise belastet werden und nicht mit der
gewünschten hohen Drehzahl laufen.
Es ist bekannt, zur Ansteuerung des Wischermotors einen Halbleiterschalter einzusetzen,
wobei jedoch für die Umschaltung zwischen der Stufe I und der Stufe II ein
elektromechanisches Relais eingesetzt wird. Auf diese Weise wird der Anschluss für die erste
Motorwicklung (Stufe I) galvanisch zuverlässig von der Bordnetzspannung getrennt. Aus
Kostengründen sowie aus Zuverlässigkeitsgründen sind Relais jedoch oftmals nicht
erwünscht. Daher wird eine Ansteuerung nur über Halbleiterschalter angestrebt. Wenn jedoch
die Beaufschlagung der ersten Motorwicklung (Stufe I) mit der Bordnetzspannung über einen
ersten Halbleiterschalter und die Beaufschlagung der zweiten Motorwicklung (Stufe II) mit
der Bordnetzspannung über einen zweiten Halbleiterschalter erfolgen soll, dann gibt es ein
Problem, da die zur Anwendung kommenden Halbleiterschalter (z. B. n-Kanal-MOSFET-
Transistoren mit integrierter Charge-Pump) aufgrund von parasitären Dioden eine
Entkopplung des Ausgangs von der Bordnetzspannung nicht ermöglichen, wenn am Ausgang
eine Spannung anliegt, die höher ist als die zu schaltende Bordnetzspannung.
Wenn der Wischermotor in Stufe II läuft wird jedoch in der ersten Motorwicklung (Stufe I)
eine Spannung induziert, die größer als die Bordnetzspannung ist. In diesem Fall würde nun
über die parasitäre Diode des Halbleiterschalters ein Strom fließen, der den Wischermotor
belasten und abbremsen würde.
Eine Möglichkeit zur Entkopplung besteht in dem Einsatz einer Diode in Anschlussleitung
zwischen dem ersten Halbleiterschalter und dem Anschluss für die erste Motorwicklung
(Stufe I). Diese Lösung hat jedoch den Nachteil einer relativ hohen Verlustleistung, wenn
nicht entkoppelt wird, d. h. wenn die Diode in Durchlassrichtung betrieben wird und der
Wischermotor in Stufe I läuft. Bei einer Stromaufnahme durch den Wischermotor von z. B.
5A liegt die Verlustleistung bei ca. 5 Watt. Je nach Art des Wischermotors und den
Bedingungen unter denen dieser betrieben wird (z. B. angeeiste Wischerblätter) kann die
Stromaufnahme und damit auch die Verlustleistung an der Diode um ein Vielfaches höher
sein.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine zuverlässige und kostengünstige Steuerschaltung für
einen Wischermotor zu schaffen, bei der die Beaufschlagung des Wischermotors mit der
Bordnetzspannung in beiden Betriebsschaltstellungen über Halbleiterschalter erfolgt, wobei
das vorstehend geschilderte Problem der Entkopplung mit geringen Verlustleistungen gelöst
werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in der Anschlussleitung des ersten
Halbleiterschalters zu dem entsprechenden Anschluss am Wischermotor ein p-Kanal-
MOSFET-Transistor angeordnet ist, dessen Drain mit dem Ausgang des Halbleiterschalters
und dessen Source mit dem Anschluss am Wischermotor verbunden ist, wobei das Gate des
p-Kanal-MOSFET-Transistors derart mit einer Schaltspannung beaufschlagt wird, dass der
Drain-Source-Kanal gesperrt wird, wenn der zweite Halbleiter eingeschaltet ist. Auf diese
Weise wird der Anschluss für die Stufe I wirksam von der Bordnetzspannung getrennt, wenn
der Motor in Stufe II läuft. Dabei ist die Verlustleistung, die an dem erfindungsgemäßen
Entkopplungselement - dem p-Kanal-MOSFET-Transistor - beim Betrieb des Wischermotors
in Stufe I auftritt, im Vergleich zu einer Diode sehr gering, da der p-Kanal-MOSFET-
Transistor im durchgeschalteten Zustand sehr niederohmig (typischer Wert ca. 20 mΩ) ist. Bei
einer Stromaufnahme durch den Wischermotor in Stufe I von z. B. ca. 5 A entsteht somit
lediglich eine Verlustleistung von 0,5 Watt.
Anhand der beiden beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Steuerschaltung
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Einschalt-, Umschalt- und Abschaltfolge.
Die Steuersignale (Stufe I, Stufe II) zum Ein- und Ausschalten der Halbleiterschalter (1, 2)
werden von einem Mikrokontroller (µC) generiert, dem eingangsseitig wiederum die
Schaltsignale eines manuell betätigbaren Schalters (nicht dargestellt) zugeführt sind, über den
der Wischermotor in Stufe I bzw. Stufe II eingeschaltet und abgeschaltet werden kann. Die
beiden Halbleiterschalter (1, 2) schalten jeweils die Bordnetzspannung, die im Kraftfahrzeug
an Klemme 30 zur Verfügung steht, über entsprechende Anschlussleitungen (1B, 2B) an die
jeweiligen Anschlüsse (I, II) des Wischermotors für die erste Motorwicklung (Stufe I) und die
zweite Motorwicklung (Stufe II) durch. Als Halbleiterschalter (1, 2) werden bevorzugt
sogenannte vertikale n-Kanal-MOSFETs mit integrierter Charge-Pump (Ladungspumpe)
eingesetzt. Zum Einschalten der Halbleiterschalter (1, 2) muss jeweils der Schalteingang (1A,
2A) auf ein Spannungspotential gelegt werden, das negativ gegenüber dem Potential der
Bordnetzspannung ist, welches im ausgeschalteten Zustand auch an den Schalteingängen (1A,
2A) anliegt. Zu diesem Zweck sind die Steuersignale (Stufe I, Stufe II) auf n-Kanal
MOSFET-Transistoren (10, 20) geführt, die den Halbleiterschaltern (1, 2) vorgeschaltet sind.
Durch diese Transistoren (10, 20) werden die Schalteingänge (1A, 1B) der Halbleiterschalter
(1, 2) über einen Widerstand auf Masse geschaltet. In der Anschlussleitung (1B) zwischen
dem ersten Halbleiterschalter (1) und dem Anschluss (I) für die erste Motorwicklung (Stufe I)
ist nun ein p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) angeordnet, der die erste Motorwicklung (Stufe
I) von der Bordnetzspannung trennt, wenn der Wischermotor in Stufe II läuft. Dabei ist der
p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) so eingebaut, dass er mit seinem Drain am Ausgang des
ersten Halbleiterschalters (1) liegt, wo in der ersten Betriebsschaltstellung (Stufe I) die
Bordnetzspannung anliegt. Die Source ist mit dem Anschluss (I) für die erste Motorwicklung
(Stufe I) verbunden. Die Gate-Ansteuerung des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) erfolgt
über einen n-Kanal-MOSFET-Transistor (12), der wiederum über das inverse Steuersignal
(Stufe II) angesteuert wird. Damit der p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) durchschaltet, muss
das Spannungspotential am Gate negativer sein als an Source. In der Stufe I ist das Gate durch
den Transistor (12) über einen Schutzwiderstand (15) auf Masse gelegt, während die Source
des p-Kanal-Transistors (11) über die parasitäre Diode nahezu auf dem Potential der
Bordnetzspannung liegt. Um die Spannung zwischen Source und Gate hierbei auf ein
zulässiges Maß zu beschränken, ist zwischen Source und Gate eine Zenerdiode (13)
geschaltet.
In der Stufe II wird die am Anschluss (I) für die erste Motorwicklung anliegende Spannung,
die auch am Source des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) anliegt, aufgrund der Induktion
größer als die Bordnetzspannung. Um den p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) jetzt zu sperren,
wird das Gate über den vorgeschalteten n-Kanal-MOSFET (12) freigegeben und von dem
Widerstand (14) zwischen Source und Gate des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) auf
Source-Potential gezogen.
Zum Abschalten und Abbremsen des Wischermotors wird eine Kurzschlussbremse betätigt.
Dabei wird vom Mikrokontroller (µC) ein Bremssignal (Bremsen) erzeugt, wenn ein am
Wischermotor angeordneter Endlagenschalter (3) signalisiert, dass der Wischermotor seine
Endlage erreicht hat. Dieses Bremssignal bewirkt, dass die erste Motorwicklung (Stufe I), die
in der Abschaltphase bestromt wird, über einen n-Kanal-MOSFET-Transistor (30) zur Masse
kurzgeschaltet wird.
Die zeitliche Steuer- und Schaltabfolge ist in Fig. 2 veranschaulicht. Nachdem der
Fahrzeugbediener den Wischermotor in Stufe I eingeschaltet hat, wird vom Mikrokontroller
(µC) zum Zeitpunkt T0 das Steuersignal (Stufe I) von LOW auf HIGH geschaltet. Damit liegt
am Gate des n-Kanal-MOSFET-Transistors (10), der dem ersten Halbleiterschalter (1)
vorgeschaltet ist, ein höheres Spannungspotential als an Source an, so dass dieser Transistor
(10) den Schalteingang (1A) des ersten Halbleiters (1) über einen Widerstand an Masse legt.
Dadurch wird die Charge-Pump im Halbleiterschalter (1) aktiviert und so mit einer gewissen
zeitlichen Verzögerung ΔT (ca. 100 µs, bedingt durch die Ladezeit der Charge-Pump) der
Halbleiterschalter (1) eingeschaltet. Nun liegt am Ausgang des ersten Halbleiterschalters (1)
und damit am Drain des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) die Bordnetzspannung an.
Gleichzeitig (zum Zeitpunkt T0) mit der positiven Flanke für das erste Steuersignal (Stufe I)
schaltet der Mikrokontroller (µC) das inverse zweite Steuersignal (Stufe II) von LOW auf
HIGH, wodurch der dem Gate des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) vorgeschaltete
Transistor (12) durchschaltet und das Gate über einen Schutzwiderstand (15) auf Masse legt.
Dies wiederum hat zur Folge, dass der p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) durchschaltet und
die erste Motorwicklung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt wird. Nun läuft der
Wischermotor auf Stufe I.
Zum Zeitpunkt T2 wird die Umschaltung von Stufe I auf Stufe II eingeleitet. Hierzu wird das
Steuersignal für die Stufe I von HIGH auf LOW geschaltet. Nach einer gewissen zeitlichen
Verzögerung ΔT - bedingt durch die Ladezeiten der Charge-Pump - kann sicher davon
ausgegangen werden, dass der erste Halbleiterschalter (1) ausgeschaltet ist. Zu diesem
Zeitpunkt (T2) wird dann das Steuersignal für Stufe II von LOW auf HIGH geschaltet;
gleichzeitig wird das inverse Steuersignal (Stufe II) von HIGH auf LOW geschaltet. Dies
bewirkt nun zwei Dinge. Zum einen wird der zweite Halbleiterschalter (2) eingeschaltet und
der Anschluss (II) für die zweite Motorwicklung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt.
Zum anderen wird über das inverse Steuersignal (Stufe II) der p-Kanal-MOSFET-Transistor
(11) gesperrt und damit die erste Motorwicklung von der Bordnetzspannung sauber getrennt.
Nun läuft der Wischermotor zuverlässig auf Stufe II.
Zum Zeitpunkt T3 wird die Abschaltphase eingeleitet. Dabei geht dem eigentlichen
Abbremsen eine Umschaltung auf die langsamere Stufe I voraus. Hierzu wird der zweite
Halbleiterschalter (1) ausgeschaltet, indem das zweite Steuersignal (Stufe II) von HIGH auf
LOW geschaltet wird. Mit einer Verzögerung von ΔT wird nun zum Zeitpunkt T4 das erste
Steuersignal (Stufe I) von LOW auf HIGH geschaltet, wodurch der erste Halbleiterschalter (1)
wieder für eine gewisse Zeit eingeschaltet wird. Zum Zeitpunkt T5 wird dann das Steuersignal
(Stufe I) von HIGH auf LOW geschaltet. Zum Zeitpunkt T6 wird dann keine der
Motorwicklungen mehr mit der Bordnetzspannung beaufschlagt. Der nun als Generator
arbeitende Wischermotor wird dann über die Kurzschlussbremse schlagartig in seiner Endlage
angehalten. Zu diesem Zweck wird zum Zeitpunkt T6 das Bremssignal von LOW auf HIGH
geschaltet. Zum Zeitpunkt T8 wird die Kurzschlussbremse wieder freigegeben.
In der dargestellten Ausführungsform liefert der Mikrokontroller das inverse Steuersignal für
die Stufe II. Es ist jedoch auch möglich, dass dieses inverse Steuersignal außerhalb des
Mikrokontrollers über einen Inverter (nicht dargestellt) aus dem Steuersignal für die Stufe II
generiert wird.
Die erfindungsgemäße Steuerschaltung kann Teil eines zentralen Steuergeräts sein, das eine
Vielzahl von elektrischen Verbrauchern im Kraftfahrzeug ansteuert und überwacht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerschaltung besteht darin, dass sie
verpolungssicher ist, d. h. auch dann, wenn z. B. die Starterbatterie im Kraftfahrzeug
irrtümlicherweise falsch angeschlossen wurde, wird die Steuerschaltung nicht beschädigt. Im
Falle einer Verpolung läuft der Wischermotor in Stufe II in umgekehrter Richtung, da durch
die Motorwicklung II ein Strom über die parasitäre Diode des zweiten Halbleiterschalters
fließen kann. Am Anschluss (I) der ersten Motorwicklung wird dann eine negative Spannung
induziert, die größer ist als die Bordnetzspannung. Diese negative Spannung pflanzt sich über
die parasitäre Diode des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) bis zum Ausgang des ersten
Halbleiterschalters (1) durch. Dort wird der Anschluss (I) jedoch über die sperrende parasitäre
Diode im Verpolungsfall vom Massepotential auf Klemme 30 getrennt. Damit der Anschluss
(I) im Verpolungsfall nicht über die parasitäre Diode des Transistors (30) in der
Bremssteuerleitung auf das positive Potential der Bordnetzspannung gelegt wird, ist für
diesen Fall eine Schutzdiode (31) vorgesehen.
Claims (4)
1. Steuerschaltung für einen Wischermotor, der zwischen mindestens zwei
Betriebsschaltstellungen (Stufe I, Stufe II) umschaltbar ist, in denen der Wischermotor
mit unterschiedlichen Drehzahlen läuft, wobei der Wischermotor
einen ersten Anschluss (I) aufweist, über den eine erste Motorwicklung des Wischermotors für die erste Betriebsschaltstellung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt wird,
einen zweiten Anschluss (II) aufweist, über den eine zweite Motorwicklung des Wischermotors für die zweite Betriebsschaltstellung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beaufschlagung des ersten Anschlusses (I) in der ersten Betriebsschaltstellung über einen ersten Halbleiterschalter (1) und die Beaufschlagung des zweiten Anschlusses (II) in der zweiten Betriebsschaltstellung über einen zweiten Halbleiterschalter (2) erfolgt, wobei der erste Halbleiterschalter (1) über ein erstes Steuersignal (Stufe I) ein- und ausgeschaltet wird und der zweite Halbleiter über ein zweites Steuersignal (Stufe II) ein- und ausgeschaltet wird,
in der Anschlussleitung (1B) des ersten Halbleiterschalters (1) zu dem entsprechenden Anschluss (I) am Wischermotor ein p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) angeordnet ist, dessen Drain mit dem Ausgang des Halbleiterschalters (1) und dessen Source mit dem Anschluss (I) am Wischermotor verbunden ist, wobei das Gate des p-Kanal- MOSFET-Transistors (11) derart mit einer Schaltspannung beaufschlagt wird, dass der Drain-Source-Kanal gesperrt wird, wenn der zweite Halbleiter (2) eingeschaltet ist.
einen ersten Anschluss (I) aufweist, über den eine erste Motorwicklung des Wischermotors für die erste Betriebsschaltstellung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt wird,
einen zweiten Anschluss (II) aufweist, über den eine zweite Motorwicklung des Wischermotors für die zweite Betriebsschaltstellung mit der Bordnetzspannung beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beaufschlagung des ersten Anschlusses (I) in der ersten Betriebsschaltstellung über einen ersten Halbleiterschalter (1) und die Beaufschlagung des zweiten Anschlusses (II) in der zweiten Betriebsschaltstellung über einen zweiten Halbleiterschalter (2) erfolgt, wobei der erste Halbleiterschalter (1) über ein erstes Steuersignal (Stufe I) ein- und ausgeschaltet wird und der zweite Halbleiter über ein zweites Steuersignal (Stufe II) ein- und ausgeschaltet wird,
in der Anschlussleitung (1B) des ersten Halbleiterschalters (1) zu dem entsprechenden Anschluss (I) am Wischermotor ein p-Kanal-MOSFET-Transistor (11) angeordnet ist, dessen Drain mit dem Ausgang des Halbleiterschalters (1) und dessen Source mit dem Anschluss (I) am Wischermotor verbunden ist, wobei das Gate des p-Kanal- MOSFET-Transistors (11) derart mit einer Schaltspannung beaufschlagt wird, dass der Drain-Source-Kanal gesperrt wird, wenn der zweite Halbleiter (2) eingeschaltet ist.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gate des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) in Abhängigkeit vom Steuersignal
(Stufe II, Stufe II) für den zweiten Halbleiterschalter (2) mit der Schaltspannung
beaufschlagt wird, um den Drain-Source-Kanal durchzuschalten oder zu sperren.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halbleiterschalter (1, 2) vertikale n-Kanal-MOSFET-Transistoren mit integrierter
Ladungspumpe (Charge-Pump) sind.
4. Steuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Source und Gate des p-Kanal-MOSFET-Transistors (11) eine Zenerdiode
(13) als Überspannungsschutz angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000145633 DE10045633A1 (de) | 2000-09-15 | 2000-09-15 | Steuerschaltung für einen Wischermotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000145633 DE10045633A1 (de) | 2000-09-15 | 2000-09-15 | Steuerschaltung für einen Wischermotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10045633A1 true DE10045633A1 (de) | 2002-04-04 |
Family
ID=7656293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2000145633 Ceased DE10045633A1 (de) | 2000-09-15 | 2000-09-15 | Steuerschaltung für einen Wischermotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10045633A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008019546A1 (de) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Motorpumpenaggregat für Kraftfahrzeugbremsenregelungssysteme |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3930539A1 (de) * | 1989-09-13 | 1991-03-21 | Swf Auto Electric Gmbh | Antrieb, insbesondere fuer wischanlagen an kraftfahrzeugen |
| DE19734928A1 (de) * | 1997-08-12 | 1999-02-18 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung induktiver Lasten |
-
2000
- 2000-09-15 DE DE2000145633 patent/DE10045633A1/de not_active Ceased
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