DE102004017401A1 - Circuit arrangement and method for short-circuit braking of a DC motor - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Kurzschlussbremsung eines Gleichstrommotors (M), insbesondere eines permanentmagnetisch erregten Kühlgebläsemotors für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, welcher über eine von einer Ansteuerelektronik (20) gesteuerte Endstufe (34) an ein Gleichspannungsnetz (10, 12), vorzugsweise an das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, anschließbar ist. Dabei wird die Endstufe (34) getaktet angesteuert und ein dem Gleichstrommotor (M) als Freilaufelement und gleichzeitig als Bremsschalter (36) zugeordnetes weiteres Schaltelement (M2) im Wechsel mit der Endstufe (34) getaktet eingeschaltet. Hierdurch erreicht man einerseits eine verlustarme und rasche Abbremsung mit entsprechend verringerter Wärme- und Geräuschbildung und weiterhin eine Energieeinsparung durch die Rückspeisung von Rotationsenergie des Motors nach Art einer Nutzbremsung.It is a circuit arrangement and a method for short-circuit braking of a DC motor (M), in particular a permanent magnetically excited cooling fan motor for a motor vehicle, proposed which via a control electronics (20) controlled output stage (34) to a DC voltage network (10, 12), preferably to the electrical system of a motor vehicle, can be connected. In this case, the output stage (34) is controlled clocked and switched on the DC motor (M) as a freewheeling element and at the same time as a brake switch (36) associated with another switching element (M2) in alternation with the output stage (34) clocked. As a result, one achieves both a low-loss and rapid deceleration with correspondingly reduced heat and noise and continue to save energy through the recovery of rotational energy of the engine in the manner of regenerative braking.
Description
Die
Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung und einem Verfahren
zur Kurzschlussbremsung eines Gleichstrommotors, wie sie aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Kurzschlussbremsung eines Gleichstrommotors, insbesondere eines permanentmagnetisch erregten Kühlgebläsemotors für ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche einerseits eine rasche Abbremsung des Motors und andererseits eine zumindest teilweise Rückspeisung von Bremsenergie in das den Motor speisende Gleichspannungsnetz erlauben. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Hierbei wird durch die getaktete Ansteuerung der Endstufe des Motors im Wechsel mit einem weiteren, als Freilauf- und Bremselement für den Motor dienenden Schaltelement einerseits eine gesteuerte Abbremsung des Motors und andererseits eine Rückspeisung von Bremsenergie in das Gleichspannungsnetz möglich. Außerdem kann die bei der Abbremsung des Motors entstehende Wärme durch die Steuerung des Abbremsvorgangs begrenzt und somit thermische Probleme in der Schaltungsanordnung vermieden werden.Of the Invention is based on the object, a circuit arrangement and a method for short-circuit braking of a DC motor, in particular specify a permanent magnetically excited cooling fan motor for a motor vehicle, which on the one hand a rapid deceleration of the engine and on the other hand a at least partial recovery of braking energy in the motor supplying DC voltage network allow. This task is solved by the characterizing features of claim 1. Here is by the clocked control of the output stage of the motor alternately with another, serving as a freewheeling and braking element for the engine switching element on the one hand a controlled deceleration of the engine and on the other a return feed of braking energy in the DC network possible. In addition, the at the deceleration the heat generated by the engine the control of the deceleration process limited and thus thermal Problems in the circuit arrangement are avoided.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn sowohl die Endstufe als auch das weitere, für die Bremsung und den Freilauf verwendete Schaltelement als Schalttransistoren ausgebildet sind, die entsprechend dem Leistungsbedarf des Gleichstrommotor und dem gewünschten Grad seiner Abbremsung mit variablem Tastverhältnis ansteuerbar sind. Vorzugsweise werden hierbei als Schaltelemente MOSFETs vom Anreicherungstyp verwendet, welche den Vorteil haben, dass sie selbstsperrend sind und nur zur Leitendschaltung ein Ansteuersignal benötigen.When It has proven advantageous if both the final stage and the further, for the braking and the freewheel used switching element as switching transistors are formed according to the power requirements of the DC motor and the desired one Degree of its deceleration with variable duty cycle are controlled. Preferably are used here as switching elements enhancement mode MOSFETs, which have the advantage that they are self-locking and only for Leitendschaltung need a drive signal.
Als Ansteuerelektronik für die Schaltungsanordnung dient zweckmäßigerweise ein Mikrocontroller, der an seinem Eingang einen Sollwert für die Drehzahl des Gleichstrommotors enthält, welcher beispielsweise dem Kühlungsbedarf eines Kraftfahrzeugmotors entspricht. In diesem Fall ist die übergeordnete Führungsgröße für die Schaltungsanordnung der Kühlungsbedarf des Kraftfahrzeugmotors, wobei jedoch auch Komfortaspekte wie die Verminderung des durch den Gebläsemotor erzeugten Geräuschs berücksichtigt werden können. So kann beispielsweise die Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors als Richtwert für die Gebläseleistung des Gleichstrommotors verwendet werden, indem störende Geräusche durch das Gebläse durch eine längerfristige, verringerte Kühlluftzuführung vermieden werden. Außerdem können die Abbremsung des Motors und die hierbei erzeugte Rückspeiseleistung sowie die abzuführende Wärme gesteuert werden, indem das Tastverhältnis bei der Taktung des als Bremsschalter arbeitenden Schaltelementes entsprechend den Vorgaben gesteuert wird.When Control electronics for the circuit arrangement is expediently a microcontroller, at its input a setpoint for the speed of the DC motor contains which, for example, the need for cooling corresponds to a motor vehicle engine. In this case, the parent is Reference variable for the circuit arrangement the cooling requirement the motor vehicle engine, but also comfort aspects such as Reduction of the blower motor generated noise considered can be. For example, the speed of the motor vehicle engine as Guideline for the blower power of the DC motor can be used by disturbing noises through the blower a longer-term, decreased Cooling air supply avoided become. Furthermore can the deceleration of the engine and the regenerative power generated in this case as well as the to be discharged Heat controlled be by the duty cycle in the timing of working as a brake switch switching element controlled according to the specifications.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.Further Details and advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the description of the embodiment.
Die Figur zeigt das Prinzip einer Schaltungsanordnung zur Kurzschlussbremsung eines fremderregten Gleichstrommotors.The FIG. 1 shows the principle of a circuit arrangement for short-circuit braking a foreign-excited DC motor.
In
der Figur ist mit M ein Gleichstrommotor bezeichnet, welcher im
Ausführungsbeispiel
als permanentmagnetisch erregter Motor ausgebildet ist und als Kühlgebläsemotor
für ein
Kraftfahrzeug dient. Der Gleichstrommotor M wird gespeist aus einem Gleichspannungsnetz
mit einem Pluspol
Die
Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen:
Der Gleichstrommotor
M liegt mit seinem einen Anschluss
The DC motor M is located with its one connection
Der
Gleichstrommotor M ist als permanentmagnetisch erregter Motor ausgebildet.
Mit seinen Klemmen
Hierbei
treten im Wesentlichen drei Betriebszustände auf, und zwar der Normalbetrieb
für den Antrieb
des Gleichstrommotors M mit einer bestimmten Drehzahl, weiterhin
ein Betriebszustand, in dem die Antriebsleistung des Gleichstrommotors
M deutlich reduziert wird, so dass dieser einen Energie-Überschuss
besitzt, und schließlich
der gesteuerte Bremsbetrieb, in dem das Schaltelement M1 der Endstufe
Im
Normalbetrieb bei Ansteuerung der Endstufe
Ein
zweiter Betriebszustand entsteht dadurch, dass der Gleichstrommotor
M nach dem Antrieb mit hoher Leistung in seiner Antriebsleistung
zurückgenommen
wird durch kürzere
Einschaltzeiten der Endstufe
Als weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem getakteten Schaltelement in Form des MOSFET M2 beispielsweise gegenüber einer Freilaufdiode eine deutliche Reduzierung der Verlustleistung und der hierbei entstehenden Wärme wegen der geringeren Verlustleistung bei Verwendung eines MOSFET, so dass zusätzlich zu der Steuerungsmöglichkeit der Bremsleistung durch die Verwendung eines verlustärmeren Bauelementes die entstehende Wärme noch weiter reduziert werden kann.As a further advantage over the prior art results from the inventive circuit arrangement with a clocked switching element in the form of MOSFET M2, for example, compared to a freewheeling diode, a significant reduction in power dissipation and the resulting heat due to the lower power loss when using a MOSFET, so that in addition to the ability to control the braking power through the use of a lower-loss component The resulting heat can be further reduced.
In
der Schaltungsanordnung ist schließlich noch in grundsätzlich bekannter
Weise ein Elektrolytkondensator
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