DE10057156A1

DE10057156A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Einschalten einr Leistungsendstufe

Info

Publication number: DE10057156A1
Application number: DE10057156A
Authority: DE
Inventors: Christoph Joch
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2001-06-07

Abstract

Bei einer Schaltungsanordnung zum Einschalten einer Leistungsendstufe, insbesondere für Elektromotoren mit hoher Stromaufnahme, ist die Endstufe und mindestens ein dazu parallelgeschalteter Puffer-Kondensator über ein Relais mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden. Eine einen begrenzten Strom liefernde Stromquelle ist unter Umgehung des Relais an den mindestens einen Kondensator angeschlossen. Eine Verzögerungseinrichtung ist vorgesehen, die das Relais erst einschaltet, wenn der mindestens eine Kondensator mit Hilfe der Stromquelle etwa auf die Betriebsspannung aufgeladen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschalten einer Leistungsendstufe, insbesondere für Elektromotoren mit hoher Stromaufnahme sowie eine Schal tungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

In Kraftfahrzeugen werden in zunehmenden Maße auch solche Elektromotoren eingesetzt, die beim Anlaufen, Abbremsen oder bei einem Richtungswechsel einen sehr hohen Strom aufnehmen. Derartige Elektromotoren dienen bei spielsweise für Fensterheber oder zur Realisierung eines Ventilhubes in der Brennkraftmaschine. Um bei diesen hohen Stromspitzen, die beispielsweise etwa 100 A betragen können, eine konstante Versorgungsspannung für die Endstufe sicherzustellen, kann die Endstufe mit im allgemeinen mehreren Elek trolytkondensatoren gepuffert werden, die eine große Kapazität von beispiels weise 3000 µF und einen sehr geringen Innenwiderstand von einigen mOhm aufweisen. Ein zum Ein- und Ausschalten der Endstufe dienendes Relais wird wegen des extrem geringen Innenwiderstandes der Kondensatoren beim Ein schalten mit einem sehr hohen Stromimpuls belastet, beispielsweise 200 A. Die se starke Belastung des Relais erfordert eine entsprechende Auslegung, obwohl es für den eigentlichen Betriebsfall für geringere Ströme ausgelegt sein kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltungs anordnung anzugeben, mit welcher derartig hohe Stromimpulse beim Ein schalten vermieden werden können und somit ein für geringere Ströme ausge legtes Relais verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein für die Pufferung der Leistungsendstufe vorgesehener Kondensator zunächst mit ei nem begrenzten Strom vorgeladen und anschließend auf etwa die Betriebs spannung der Leistungsendstufe aufgeladen wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Vorladung des Kondensators das Fließen von schädlichen Einschaltströmen verhindert wird. Erst wenn eine Spannung am Kondensator erreicht wird, bei welcher kein schädlicher Ein schaltstrom mehr fließt, wird die Betriebsspannung angelegt.

Die Umschaltung von der Vorladephase auf die Betriebsspannung kann dabei auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

In einer Ausgestaltung wird der mindestens eine Kondensator in einer vorgege benen Zeit mit dem begrenzten Strom aufgeladen.

Alternativ dazu wird der mindestens eine Kondensator solange mit dem be grenzten Strom vorgeladen, bis die Spannung an dem Kondensator einen vor gegebenen Wert erreicht.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird der mindestens eine Kon densator solange aufgeladen, bis die Differenz der Betriebsspannung und der Spannung an dem mindestens einen Kondensator einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

Vorteilhafterweise wird nach Abschalten des begrenzten Stromes auf die volle Betriebsspannung der Leistungsendstufe umgeschaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Endstufe und mindestens ein dazu parallelgeschalteter Puffer- Kondensator über ein Relais mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist, daß eine einen begrenzten Strom liefernde Stromquelle unter Umgehung des Relais an den mindestens einen Kondensator angeschlossen ist und daß eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, die das Relais erst einschaltet, wenn der mindestens eine Kondensator mit Hilfe der Stromquelle etwa auf die Be triebsspannung aufgeladen ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erspart den Einsatz eines teuren Hochlast-Relais und verringert dabei die Funkenbildung beim Einschalten, ent lastet die Relais-Kontakte und erhöht damit die Lebensdauer des Relais. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die mit hohen Stromimpulsen verbundenen elektromagnetischen Störun gen vermieden werden.

Der elektronische Aufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung ist äußerst gering, insbesondere wenn die Stromquelle und das Relais von einem Controller steuerbar sind. Häufig wird dazu ein ohnehin zur Steuerung der Endstufe erforderlicher Controller verwendbar sein. Eine Realisierung der Verzögerungseinrichtung in herkömmlicher Schaltungstechnik ist jedoch nicht ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die in der Regel im gleichen Gehäuse wie die Endstufe und die Kondensatoren eingebaut ist, benötigt keinerlei zusätzlichen Aufwand wie Verkabelung oder Steckverbinder.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Relais nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Einschalten der Stromquelle einge schaltet wird. Diese ist besonders einfach zu verwirklichen und führt zu einer deutlichen Verringerung des Stromimpulses beim Einschalten.

Je nach den Umständen im einzelnen kann auch eine andere vorteilhafte Aus gestaltung angewendet werden, bei der das Relais erst eingeschaltet wird, wenn die Spannung an dem mindestens einen Kondensator einen vorgegebe nen Wert erreicht.

Eine noch stärkere Verringerung des Stromimpulses beim Einschalten ist bei einer weiteren Ausgestaltung dadurch möglich, daß das Relais erst einge schaltet wird, wenn die Differenz der Betriebsspannung und der Spannung an dem mindestens einen Kondensator einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Drei davon sind schema tisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 den Verlauf der Kondensatorspannung beim Einschalten,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei den in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen wird ein Motor 1 von einer Endstufe 2 mit in der Regel pulsbreitenmodulierten Strömen versorgt, wozu die Endstufe 2 von einem Controller 7 angesteuert wird. Der Controller 7 ist dabei als Steuerelektronik der Endstufe 2 ausgebildet. Wegen der eingangs erwähnten hohen Stromaufnahme beim Anfahren des Motors 1 ist die Betriebsspannung der Endstufe 2 mit Elektrolytkondensatoren 3 gepuffert. Die Endstufe 2 und die Elektrolytkondensatoren 3 sind über ein Relais 5 und über einen Anschluß 4 mit der Betriebsspannung verbunden. Der andere An schluß 6 für die Betriebsspannung ist im Kraftfahrzeug in der Regel mit Masse verbunden.

Wird die Schaltungsanordnung eingeschaltet, erhält zunächst der Controller 7 über einen Anschluß 9 Betriebsspannung, der eine Stromquelle 8 derart an steuert, daß die Kondensatoren 3 mit einem begrenzten Strom aus der Versor gung des Controllers 7 aufgeladen werden. Ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine vorgegebene Zeit von beispielsweise 20 ms vergangen (Fig. 2), wird vom Controller 7 die Stromquelle 8 abgeschaltet und das Relais 5 ein geschaltet, so daß der Kondensator schlagartig auf die bei 4 zugeführte Be triebsspannung U₄ aufgeladen wird. Der dabei entstehende Stromimpuls ist je doch wesentlich kleiner als beim Einschalten der ungeladenen Kondensatoren 3, nämlich im Verhältnis (U₄ - U₁)/U₄.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die am Kondensator anliegende Spannung U_c einem Eingang des Controllers 7 zugeführt, der nicht zeitabhän gig, sondern in Abhängigkeit davon, ob die Spannung U_c einen vorgegebenen Wert überschreitet, das Relais 5 einschaltet.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem nicht der Absolutwert der Spannung U_c zum Einschalten des Relais 5 herangezogen wird, sondern dazu zwischen den Spannungen U₄ und U_c die Differenz gebildet wird. Wenn diese klein genug ist, wird das Relais 5 eingeschaltet.

Es ist vorteilhaft, die Stromquelle 8 regel- und/oder steuerbar auszugestalten, um zu verhindern, daß bei Nichtanschluß der Leistungsversorgung der gesamte Strom über die Steuerelektronikversorgung fließt, was diese zerstören würde.

Claims

1. Verfahren zum Einschalten einer Leistungsendstufe, insbesondere für Elektromotoren mit hoher Stromaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein für die Pufferung der Leistungsendstufe vorgese hener Kondensator (3) zunächst mit einem begrenzten Strom vorgela den und anschließend auf etwa die Betriebsspannung der Leistungs endstufe aufgeladen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minde stens eine Kondensator (3) in einer vorgegebenen Zeit mit dem be grenzten Strom vorgeladen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minde stens eine Kondensator (3) solange mit dem begrenzten Strom vorge laden wird, bis die Spannung an dem mindestens einem Kondensator (3) einen vorgegebenen Wert erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minde stens eine Kondensator (3) solange vorgeladen wird, bis die Differenz der Betriebsspannung und der Spannung an dem mindestens einen Kondensator (3) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschaltung des begrenzten Stromes auf die volle Betriebs spannung der Leistungsendstufe umgeschaltet wird.

6. Schaltungsanordnung zum Einschalten einer Leistungsendstufe, insbe sondere für Elektromotoren mit hoher Stromaufnahme, dadurch ge kennzeichnet, daß die Endstufe (2) und mindestens ein dazu parallel geschalteter Puffer-Kondensator (3) über ein Relais (5) mit einer Be triebsspannungsquelle verbunden ist, daß eine einen begrenzten Strom liefernde Stromquelle (8) unter Umgehung des Relais (5) an den min destens einen Kondensator (3) angeschlossen ist und daß eine Verzö gerungseinrichtung (7) vorgesehen ist, die das Relais (5) erst einschal tet, wenn der mindestens eine Kondensator (3) mit Hilfe der Strom quelle (8) etwa auf die Betriebsspannung aufgeladen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (8) und das Relais (5) von einem Controller (7) steuer bar sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (5) nach einer vorgegebenen Zeit nach dem Einschalten der Stromquelle (8) eingeschaltet wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (5) erst eingeschaltet wird, wenn die Spannung an dem mindestens einen Kondensator (3) einen vorgege benen Wert erreicht.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (5) erst eingeschaltet wird, wenn die Differenz der Betriebsspannung und der Spannung an dem mindestens einen Kondensator (3) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.