DE102004062580A1 - Multiphase electronically commutated motor regulating method, involves determining regulation relevant parameter by current state of free run diodes, which are arranged in phase half bridge of bridge circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung eines mehrphasigen, elektronisch kommutierten Motors. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.The The invention relates to a method for controlling a multiphase, electronically commutated motor. The invention further relates to a device for carrying out of the said method.
Bei einem elektronisch kommutierten (Elektro-)Motor ist zur Kommutierung, d.h. zur Ansteuerung der Motorphasen, ein Wechselrichter vorgesehen, der üblicherweise in Form einer Brückenschaltung realisiert ist. Eine solche Brückenschaltung umfasst eine der Anzahl der Motorphasen entsprechende Anzahl von Phasenhalbbrücken, wobei jede Phasenhalbbrücke über einen Spannungszwischenkreis mit dem Pluspol und dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und an einem Mittelabgriff eine Phasenanschlussklemme zum Anschluss einer zugeordneten Motorphase umfasst. Innerhalb einer jeden Phasenhalbbrücke ist zwischen der Phasenanschlussklemme und dem Pluspol ein hochpotentialseitiger Leistungsschalter, und zwischen der Phasenanschlussklemme und dem Minuspol ein niederpotentialseitiger Leistungsschalter angeordnet, über welchen der jeweilige Ast der Phasenhalbbrücke gesperrt oder freigegeben werden kann. Jedem Leistungsschalter ist eine Freilaufdiode parallel geschaltet, die in Richtung des Potentialgefälles zwischen Pluspol und Minuspol sperrend angeordnet ist.at an electronically commutated (electric) motor is commutating, i.e. for controlling the motor phases, an inverter is provided, the usual in the form of a bridge circuit is realized. Such a bridge circuit includes a number of motor phases corresponding number of Phase half-bridge, wherein each phase half-bridge over a Voltage intermediate circuit with the positive pole and the negative pole of a DC voltage source is connected and at a center tap a phase terminal includes for connecting an associated engine phase. Within each one Phase half bridge is a high potential side between the phase terminal and the positive terminal Circuit breaker, and between the phase terminal and the Negative pole arranged a low potential side circuit breaker, via which the respective branch of the phase half-bridge is blocked or released can be. Each circuit breaker has a freewheeling diode in parallel switched in the direction of the potential gradient between positive and negative pole is arranged blocking.
Durch die Kommutierung werden in den Motorphasen oszillierende elektrische Ströme angeregt. Unter Wirkung dieser Motorphasenströme wird im Motor ein magnetisches Drehfeld erzeugt, welches einen Rotor des Motors zu einer Rotationsbewegung antreibt. Eine Motorregelung erfolgt üblicherweise anhand der Motorphasenströme und/oder so genannter Back-EMF-Spannungen, die durch die Rotordrehung in jede Motorphase induziert werden.By the commutation become oscillating electrical in the motor phases streams stimulated. Under the effect of these motor phase currents in the motor becomes a magnetic Rotary field generated, which drives a rotor of the motor to a rotational movement. Motor control is usually based on the motor phase currents and / or so-called back EMF voltages caused by the rotor rotation be induced in each motor phase.
Aus
der
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, dass zur Erfassung der Motorstromrichtung nur die vergleichsweise kurze Totzeit zur Verfügung steht. Eine Messung der Klemmenspannung ist mit schaltungstechnisch akzeptablem Aufwand nur dann möglich, wenn die Totzeit hinreichend groß dimensioniert ist. Diesem Erfordernis läuft die fortschreitende Entwicklung moderner Motoransteuerungen zuwider. Mit der kommerziellen Verfügbarkeit zunehmend präziserer Leistungsschalter werden auch zunehmend kürzere Totzeiten angestrebt, um einen störenden Einfluss totzeitbedingter Oberwellen der Motorphasenströme zu eliminieren.One Disadvantage of the known method is that for detection the motor current direction only the comparatively short dead time for Available. A measurement of the terminal voltage is technically acceptable Effort only possible when the dead time is sufficiently large. this Requirement is running contravening the progressive development of modern motor controls. With the commercial availability increasingly more precise Circuit breakers are also increasingly seeking shorter dead times, a disturbing influence deadtime-related harmonics of the motor phase currents to eliminate.
Bei
einem weiteren, aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelungsverfahren für einen mehrphasigen, elektronisch kommutierten Motor anzugeben, im Zuge dessen eine besonders präzise und messtechnisch einfache Erfassung einer regelungsrelevanten Größe, insbesondere eines Motorphasenstroms und/oder einer Back-EMF-Spannung und/oder einer hieraus abgeleiteten Größe stattfindet. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des genannten Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.Of the Invention is based on the object, a control method for a multiphase, electronically commutated motor in the course one of which is very precise and metrologically simple detection of a control-relevant variable, in particular a motor phase current and / or a back EMF voltage and / or a derived therefrom size takes place. The invention is further based on the object, one for carrying out the Specify the method mentioned particularly suitable device.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass eine einer Motorphase zugeordnete, regelungsrelevante Größe durch Erfassung des Bestromungszustandes einer Freilaufdiode bestimmt wird, die innerhalb einer der Motorphase zugeordneten Phasenhalbbrücke einer Brückenschaltung angeordnet ist. Der Bestromungszustand wird hierbei während einer nachfolgend als „Einzeit" bezeichneten Zeitspanne erfasst, die dadurch definiert ist, dass ein der Freilaufdiode innerhalb der Phasenhalbbrücke parallel geschalteter Leistungsschalter „ein"-geschaltet ist, d.h. einen leitendenden Zustand aufweist, während ein der Freilaufdiode seriell geschalteter Leistungsschalter einen sperrenden Zustand aufweist.With regard to the method, the object is achieved by the features of claim 1. Thereafter, it is provided that a motor phase associated, control-relevant variable is determined by detecting the Bestromungszustandes a freewheeling diode, which is arranged within a phase of the motor phase associated half-bridge of a bridge circuit. The Bestromungszustand is in this case during a subsequently referred to as "time" period detected, which is characterized in that one of the freewheeling diode within the phase half-bridge parallel-connected power switch is "on", ie, has a conductive state, while one of the freewheeling diode serially connected power switch one has blocking state.
Im Folgenden wird zwischen einer „betrachteten Motorphase" und den jeweils „weiteren Motorphasen" unterschieden. Durch diese Sprachregelung soll ausgedrückt werden, dass durch Erfassung des Bestromungszustands einer gegebenen Freilaufdiode stets eine regelungsrelevante Größe ermittelt wird, die derjenigen Motorphase zugeordnet ist, in deren zugeordneten Phasenhalbbrücke die Freilaufdiode angeordnet ist. Diese Motorphase wird nachfolgend, zur Unterscheidung von den „weiteren Motorphasen", als „betrachtete Motorphase" bezeichnet. Diese Sprachregelung ist jedoch nicht im Sinne einer Festlegung auf eine bestimmte, physikalische Motorphase zu verstehen. Vielmehr wird in bevorzugter Ausführung der Bestromungszustand jeweils einer Freilaufdiode einer jeden Phasenhalbbrücke erfasst, so dass, je nach Bezugnahme, eine jede Motorphase die „betrachtete Motorphase" sein kann.in the The following is between a "considered Motor phase "and each "further Motor phases "distinguished. By this language regulation is to be expressed that by detection the energization state of a given freewheeling diode always one determining the size of the regulation, which is associated with that motor phase, in the associated Phase half bridge the freewheeling diode is arranged. This engine phase will be below, to distinguish it from the "other Motor phases "as" considered Motor phase ". However, this language is not in the sense of a definition to understand a specific, physical engine phase. Much more is in a preferred embodiment the current status of each freewheeling diode of each phase half-bridge is detected, so that, depending on the reference, each engine phase "considered Engine phase " can.
Der Bestromungszustand der Freilaufdiode wird in einer zweckmäßigen Verfahrensvariante durch einen direkten Stromsensor, insbesondere einen der Freilaufdiode über seine Basis-Emitter-Strecke seriell geschalteten Bipolartransistor erfasst. In einer gleichermaßen bevorzugten alternativen Verfahrensvariante wird der Bestromungszustand der Freilaufdiode, z.B. mittels einer Komparatorschaltung, indirekt anhand einer über der Freilaufdiode abfallenden Referenzspannung bestimmt. Die indirekte Erfassung des Bestromungszustandes eignet sich insbesondere für vergleichsweise hohe Antriebsleistungen, zumal die indirekte Erfassung des Bestromungszustandes im Wesentlichen verlustlos erfolgt.Of the Bestromungszustand the freewheeling diode is in an appropriate method variant by a direct current sensor, in particular one of the freewheeling diode via its Base-emitter junction serially connected bipolar transistor detected. In one alike preferred alternative process variant is the Bestromungszustand the freewheeling diode, e.g. by means of a comparator circuit, indirectly using an over the freewheeling diode sloping reference voltage determined. Indirect capture the Bestromungszustandes is particularly suitable for comparatively high drive power, especially as the indirect detection of the current state essentially lossless.
Diese Referenzspannung entspricht erkanntermaßen der (in Durchlassrichtung abfallenden) Flussspannung der Freilaufdiode, wenn diese bestromt ist. Ist die Freilaufdiode dagegen stromlos, so entspricht die Referenzspannung während der Einzeit der (in Sperrrichtung der Freilaufdiode abfallenden) Sättigungsspannung des parallel geschalteten Leistungsschalters. Die Referenzspannung ändert somit bei einer Änderung des Bestromungszustandes der Freilaufdiode das Vorzeichen, wodurch der Bestromungszustand der Freilaufdiode und eine Änderung desselben mit schaltungstechnisch besonders einfachen und damit insbesondere kostengünstigen Mitteln erkennbar ist.These Reference voltage corresponds to recognized (in the forward direction falling) forward voltage of the freewheeling diode when energized is. On the other hand, if the free-wheeling diode is de-energized, then the reference voltage corresponds while the time of the (falling in the reverse direction of the freewheeling diode) saturation voltage of the parallel circuit breaker. The reference voltage thus changes in case of a change the Bestromungszustandes the freewheeling diode the sign, whereby the Bestromungszustand the freewheeling diode and a change the same with circuitry particularly simple and thus especially cost-effective Means is recognizable.
Bevorzugt wird der Bestromungszustand der niederpotentialseitigen, d.h. der zwischen einer Phasenanschlussklemme und dem Minuspol angeordneten Freilaufdiode einer Phasenhalbbrücke bestimmt. Dies ist insbesondere unter dem Aspekt zweckmäßig, dass der Minuspol üblicherweise als Systemmasse herangezogen wird, auf die auch die Steuerungslogik einer Motoransteuerung gewöhnlicherweise bezogen ist. Grundsätzlich kann aber zusätzlich oder alternativ hierzu auch der Bestromungszustand der hochpotentialseitigen Freilaufdiode erfasst werden.Prefers the energization state of the low potential side, i. of the arranged between a phase terminal and the negative terminal Freewheeling diode of a half-phase bridge certainly. This is particularly useful from the aspect that the negative pole usually is used as the system mass, to which also the control logic a motor control usually is related. in principle but in addition or Alternatively, the energization state of the high potential side Freewheeling diode can be detected.
Als regelungsrelevante Größe wird in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens die Flussrichtung des in der betrachteten Motorphase fließenden Motorphasenstroms bestimmt. Eine niederpotentialseitig angeordnete Freilaufdiode ist während der Einzeit erkanntermaßen dann bestromt, wenn die Flussrichtung des zugeordneten Motorphasenstroms positiv ist, d.h. wenn der Motorstrom auf den Motor zufließt. Bei negativer Flussrichtung des Motorphasenstroms ist die Freilaufdiode dagegen unbestromt. Der Bestromungszustand einer hochpotentialseitigen Freilaufdiode verhält sich hierzu genau entgegengesetzt.When becomes regulation-relevant variable in a preferred embodiment of the method, the flow direction of the considered in the engine phase flowing Motor phase current determined. A low potential side arranged Free-wheeling diode is during the At one time recognized then energized when the flow direction of the associated motor phase current positive is, i. when the motor current flows to the motor. at negative flow direction of the motor phase current is the freewheeling diode however, without power. The Bestromungszustand a high potential side freewheeling diode behave exactly opposite to this.
Vorzugsweise wird der Bestromungszustand der Freilaufdiode fortlaufend, d.h. während einer jeden Einzeit kontinuierlich oder zeitdiskret mit einer vorgegebenen Abtastrate überwacht, um Nulldurchgänge, d.h. Flussrichtungswechsel des Motorphasenstroms zu erkennen. Als für einen Nulldurchgang charakteristische Größen werden hierbei insbesondere der Zeitpunkt, zu dem der Nulldurchgang stattfindet, sowie optional ein dem Nulldurchgang zugeordnetes Vorzeichen erfasst. Ein Nulldurchgang wird hierbei positiv notiert, wenn der Motorphasenstrom von negativer Flussrichtung zu positiver Flussrichtung wechselt. Ein Flussrichtungswechsel von positiv zu negativ wird entsprechend als negativer Nulldurchgang bezeichnet. Aus den ermittelten Nulldurchgängen des Motorphasenstroms werden optional abgeleitete Größen wie die Frequenz des Motorphasenstroms und/oder die Phasenlage des Motorphasenstroms zu einem beliebigen Zeitpunkt bestimmt.Preferably the energization state of the freewheeling diode is continuously, i. while each one time continuously or time discretely with a predetermined Sample rate monitored, around zero crossings, i.e. Detect flow direction change of the motor phase current. When for one Zero-crossing characteristic quantities become particular here the time at which the zero crossing occurs and optionally detects a sign associated with the zero crossing. A zero crossing is noted positive, if the motor phase current of negative Flow direction to positive flow direction changes. A flow direction change from positive to negative will be defined as a negative zero crossing designated. From the determined zero crossings of the motor phase current will be optionally derived quantities like the frequency of the motor phase current and / or the phase position of the motor phase current determined at any time.
Zusätzlich oder alternativ zu der Flussrichtung des Motorphasenstroms wird in einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens als weitere regelungsrelevante Größe das Vorzeichen einer in die betrachtete Motorphase induzierten Back-EMF-Spannung anhand des Bestromungszustandes der Freilaufdiode bestimmt. Hierzu wird während einer Einzeit einer betrachteten Motorphase, insbesondere nach Abkommuteirung des betreffenden Motorphasenstroms, ein so genannter Nullvektorzustand hergestellt, im Zuge dessen alle Motorphasen auf einen gemeinsamen Pol des Spannungszwischenkreises geklemmt werden, so dass an die weiteren Motorphasen ein Klemmenpotential angelegt wird, das dem Klemmenpotential der betrachteten Motorphase im Wesentlichen entspricht. Wird der Bestromungszustand der niederpotentialseitigen Freilaufdiode bestimmt, so wird der Nullvektorzustand insbesondere realisiert, indem alle Motorphasen auf den Minuspol geklemmt werden.Additionally or alternatively to the flow direction of the motor phase current is in a advantageous embodiment of the procedure as further regulation-relevant size the sign of an in the considered motor phase induced back EMF voltage the Bestromungszustandes the freewheeling diode determined. For this purpose is while a one-time of a considered engine phase, especially after Abkommuteirung of the relevant motor phase current, a so-called zero vector state manufactured in the course of which all motor phases on a common Pole of the voltage intermediate circuit are clamped, so that to the another motor phases, a terminal potential is applied, which is the Terminal potential of the considered engine phase substantially corresponds. If the Bestromungszustand the low potential side freewheeling diode determined, the zero vector state is realized in particular, by clamping all motor phases to the negative pole.
Während des auf den Minuspol bezogenen Nullvektorzustands ist im Grenzfall eines geringen Motorphasenstroms das der betrachteten Motorphase zugeordnete Klemmenpotential gegenüber dem Massenpotential dann positiv, wenn die zugehörige Back-EMF-Spannung ein positives Vorzeichen aufweist. Entsprechend ist die niederpotentialseitige Freilaufdiode in diesem Fall stromlos. Umgekehrt ist die niederpotentialseitige Freilaufdiode dann bestromt, wenn die Back-EMF-Spannung ein negatives Vorzeichen aufweist.During the the zero pole state related to the negative pole is in the limit of one low motor phase current associated with the considered motor phase Terminal potential opposite the mass potential then positive if the associated back EMF voltage on has positive sign. Accordingly, the low-potential side freewheeling diode in this case de-energized. Conversely, the low potential side Freewheeling diode then energized when the back EMF voltage has a negative sign having.
Das Vorzeichen der Back-EMF-Spannung kann äquivalenterweise auch anhand des Bestromungszustandes einer hochpotentialseitigen Freilaufdiode ermittelt werden. Hierbei werden zur Herstellung des Nullvektorzustandes alle Motorphasen auf den Pluspol geklemmt. Die hochpotentialseitige Freilaufdiode ist bei positivem Vorzeichen der Back- EMF-Spannung bestromt und bei negativem Vorzeichen der Back-EMF-Spannung stromlos.The Sign of the back EMF voltage can equivalently also be based on the Bestromungszustandes a high potential side freewheeling diode be determined. Here are used to produce the zero vector state all motor phases are clamped on the positive pole. The high potential side freewheeling diode is energized with a positive sign of the back EMF voltage and with a negative sign the back EMF voltage is de-energized.
Bevorzugt werden als regelungsrelevante Größen sowohl die Flussrichtung des Motorphasenstroms als auch das Vorzeichen der Back-EMF-Spannung in der betrachteten Motorphase bestimmt. Die Bestimmung des Vorzeichens der Back-EMF-Spannung wird hierbei vorteilhafterweise immer dann vorgenommen, wenn zuvor ein Nulldurchgang des Motorphasenstroms erkannt wurde. Durch diese mit dem Nulldurchgang des Motorphasenstroms quasi-simultane Bestimmung des Vorzeichens der Back-EMF-Spannung wird gleichzeitig Information über eine qualitative Phasenverschiebung zwischen dem Motorphasenstrom und der Back-EMF-Spannung gewonnen, d.h. es kann festgestellt werden, ob die Back-EMF-Spannung dem Motorstrom nach- oder vorauseilt. Die Information über diese qualitative Phasenverschiebung wird in einer insbesondere bei einem Synchronmotor vorteilhaften Ausführung des Verfahrens als Regelgröße zur Phasenangleichung des Motorphasenstroms an die Back-EMF-Spannung herangezogen.Prefers are considered regulatory variables both the flow direction of the motor phase current as well as the sign determines the back EMF voltage in the considered motor phase. The Determining the sign of the back-EMF voltage is hereby always advantageous then made, if previously a zero crossing of the motor phase current was detected. Through this with the zero crossing of the motor phase current quasi-simultaneous determination of the sign of the back EMF voltage is simultaneous information about a qualitative phase shift between the motor phase current and the back EMF voltage recovered, i. it can be stated whether the back EMF voltage is lagging or leading the motor current. The information about this qualitative phase shift is in a particular in a synchronous motor advantageous embodiment of the method as a control variable for phase matching of the motor phase current to the back EMF voltage.
Um vor Herstellung des Nullvektorzustandes den in der Motorphase fließenden Motorstrom zu eliminieren, wird dem Nullvektorzustand zweckmäßigerweise ein Abkommutierungszustand vorausgeschaltet. Während des Abkommutierungszustandes wird die der betrachteten Motorphase zugeordnete Phasenhalbbrücke hochohmig geschaltet. Mit anderen Worten werden beide Leistungsschalter dieser Phasenhalbbrücke vorübergehend sperrend angesteuert. An die weiteren Motorphasen wird gleichzeitig ein Klemmenpotential angelegt, das dem Motorphasenstrom in der betrachteten Motorphase entgegenwirkt. Fließt der Motorphasenstrom in der betrachteten Motorphase also in positive Flussrichtung, so wird an die weiteren Motorphasen im Wesentlichen das Betriebspotential angelegt. Entsprechend werden die weiteren Motorphasen auf Masse gelegt, wenn zu Beginn des Abkommutierungszustandes der Motorphasenstrom in der betrachteten Motorphase in negative Flussrichtung floss.Around before producing the zero vector state, the motor current flowing in the motor phase to eliminate, the null vector state expediently preceded by a Abkommutierungszustand. During the Abkommutierungszustandes is the phase half-bridge associated with the considered motor phase has a high impedance connected. In other words, both power switches of this phase half-bridge become temporary locking activated. At the other engine phases is simultaneously a clamping potential applied to the motor phase current in the considered Motor phase counteracts. flows the motor phase current in the considered motor phase thus in positive Flow direction, so is the other motor phases substantially created the operating potential. Accordingly, the others Motor phases grounded when at the beginning of Abkommutierungszustandes the Motor phase current in the considered motor phase in negative flow direction raft.
Bezüglich der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Danach umfasst die Vorrichtung eine Brückenschaltung zur Ansteuerung eines mehrphasigen elektronisch kommutierten Motors. Die Brückenschaltung umfasst zu jeder Motorphase eine zugeordnete Phasenhalbbrücke, in welcher bezüglich einer Phasenanschlussklemme ein hochpotentialseitig angeordneter Leistungsschalter und ein niederpotentialseitig angeordneter Leistungsschalter angeordnet sind. Jedem Leistungsschalter ist hierbei eine Freilaufdiode parallel geschaltet. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Steuereinheit, die zur Ansteuerung der Leistungsschalter der Brückenschaltung ausgebildet ist.Regarding the to carry out of the method described above the object is achieved by the features of claim 10. Thereafter, the device comprises a bridge circuit for controlling a multiphase electronically commutated motor. The bridge circuit includes an associated phase half-bridge for each motor phase, in FIG which respect a phase connection terminal a high potential side arranged Circuit breaker and a low potential side arranged circuit breaker are arranged. Each circuit breaker is in this case a freewheeling diode connected in parallel. The device further comprises a control unit, which is designed to control the power switch of the bridge circuit.
Erfindungsgemäß ist hierbei einer Freilaufdiode mindestens einer Phasenhalbbrücke eine Sensorschaltung zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, während einer Einzeit gemäß obiger Definition den Bestromungszustand der Freilaufdiode zu ermitteln. Der Steuereinheit ist von der Sensorschaltung ein den Bestromungszustand kennzeichnender Ausgabewert zugeführt, anhand dessen die Steuereinheit nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine regelungsrelevante Größe, insbesondere die Flussrichtung des Motorphasenstroms, das Vorzeichen der Back-EMF-Spannung oder eine hieraus abgeleitete Größe bestimmt.According to the invention here is a freewheeling diode at least one phase half-bridge a Assigned sensor circuit, which is adapted during a One time according to the above Definition to determine the Bestromungszustand the freewheeling diode. Of the Control unit is the current from the sensor circuit indicative output value supplied, based on which the control unit after the method described above a control-relevant variable, in particular the flow direction of the motor phase current, the sign of the back EMF voltage or a quantity derived therefrom.
Zweckmäßigerweise ist die Sensorschaltung einer niederpotentialseitig angeordneten Freilaufdiode zugeordnet. Bevorzugt ist der niederpotentialseitigen Freilaufdiode einer jeden Phasenhalbbrücke eine Sensorschaltung zugeordnet.Conveniently, is the sensor circuit of a low potential side arranged Freewheeling diode assigned. The lower potential side is preferred Free-wheeling diode associated with each phase half-bridge, a sensor circuit.
Für eine direkte Messung des Bestromungszustandes der Freilaufdiode umfasst die Sensorschaltung in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung einen Bipolartransistor, der über seine Basis-Emitter-Strecke der Freilaufdiode seriell geschaltet ist. In einer alternativen Ausführung der Erfindung umfasst die Sensorschaltung zur indirekten Messung des Bestromungszustandes einen Komparator, dem zur Erfassung der über der Freilaufdiode abfallenden Referenzspannung ein anodenseitiges Diodenpotential und ein kathodenseitiges Diodenpotential der Freilaufdiode zugeführt ist.For a direct Measurement of the Bestromungszustandes the freewheeling diode includes the sensor circuit in a preferred embodiment of the invention, a bipolar transistor, via its base-emitter path the freewheeling diode is connected in series. In an alternative execution The invention comprises the sensor circuit for indirect measurement of the Bestromungszustandes a comparator, to capture the above Free-wheeling diode sloping reference voltage an anode-side diode potential and a cathode-side diode potential of the freewheeling diode is supplied.
In einer schaltungstechnisch besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Sensorschaltung zusammen mit der zugeordneten Freilaufdiode und dem der letzteren parallel geschalteten Leistungsschalter in einem gemeinsamen, insbesondere monolithisch ausgeführten Bauteil integriert, das als 4-Pol realisiert ist, d.h. zusätzlich zu den drei Eingängen des Leistungsschalters einen der Sensorschaltung zugeordneten Sensorausgang umfasst, an welchem das Ausgabesignal abgreifbar ist. Dieser Sensorausgang ist insbesondere als Open-Kollektor-Ausgang ausgeführt. Ein Open-Kollektor-Ausgang stellt anstelle eines aktiven Spannungssignals einen passiven Widerstandswert zur Kennzeichnung eines Signalzustandes zur Verfügung.In a circuitally particularly advantageous embodiment of the invention, the sensor circuit together with the associated freewheeling diode and the latter connected in parallel circuit breaker in a common, in particular integrated monolithic running component, which is realized as a 4-pole, ie in addition to the three inputs of the circuit breaker comprises a sensor circuit associated sensor output, on which the output signal can be tapped. This sensor output is designed in particular as an open-collector output. An open-collector output provides a passive resistance value instead of an active voltage signal to indicate a signal condition.
Die mit der Erfindung verknüpften Vorteile bestehen insbesondere darin, das mittels eines gemeinsamen Messprinzips, nämlich der Erfassung des Bestromungszustandes einer Freilaufdiode während des für die oben definierte Einzeit charakteristischen Schaltzustands, auf schaltungstechnisch besonders einfache und somit kostengünstige Weise regelungsrelevante Größen wie die Flussrichtung eines Motorphasenstroms und/oder das Vorzeichen einer Back-EMF-Spannung ermittelt werden können. Derartige Einzeiten treten bei einer gewöhnlichen Motoransteuerung von Haus aus und mit messtechnisch hinreichend großer Dauer auf, so dass insbesondere die Flussrichtung des Motorphasenstroms unproblematisch im Normalbetrieb des Motors bestimmbar ist. In Hinblick auf eine Erfassung der Back-EMF-Spannung ist das vorstehend beschriebene Messprinzip insbesondere insofern vorteilhaft, als die Messung der Back-EMF-Spannung während eines Nullvektorzustands erfolgt. Ein derartiger Nullvektorzustand wird typischerweise bei jedem Taktzyklus der Leistungsschalter einmal durchlaufen.The associated with the invention Benefits consist in particular in the means of a common Measuring principle, namely the detection of the Bestromungszustandes a freewheeling diode during the for the above-defined one-time characteristic switching state, on circuit technology particularly simple and thus cost-effective way control relevant Sizes like the flow direction of a motor phase current and / or the sign a back EMF voltage can be determined. Such one-times occur in a normal motor control from home and with metrologically sufficiently long duration on, so that in particular the flow direction of the motor phase current unproblematic can be determined during normal operation of the engine. In terms of one Detection of back EMF voltage is as described above Measuring principle in particular advantageous insofar as the measurement of Back EMF voltage during of a zero vector state. Such a zero vector state Typically, at each clock cycle, the power switch is turned on once run through.
Zur konstruktiven Vereinfachung der Steuervorrichtung trägt insbesondere bei, dass die Flussrichtung des Motorphasenstroms und das Vorzeichen der Back-EMF-Spannung mit ein und derselben Sensorschaltung detektiert werden. Diese erlaubt trotz einfachem schaltungstechnischem Aufbau eine hochpräzise Messung, so dass insbesondere auch die vergleichsweise schwache, durch den Remanenzmagnetismus des Rotoreisens verursachte Back-EMF-Spannung eines Asynchronmotors sicher gemessen wird. Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ist ebenso vorteilhaft auch bei einem Synchronmotor, insbesondere zur Phasenangleichung der Motorphasenströme an die Back-EMF-Spannung einsetzbar.to constructive simplification of the control device contributes in particular in that the flow direction of the motor phase current and the sign detects the back EMF voltage with one and the same sensor circuit become. This allows despite simple circuit design a high precision Measurement, so that in particular the comparatively weak, Back EMF voltage caused by the remanent magnetism of the rotor iron An asynchronous motor is measured safely. The procedure and the associated device is also advantageous in a synchronous motor, in particular for phase matching the motor phase currents to the back EMF voltage used.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
Die
Vorrichtung
Mit
der Phasenanschlussklemme
Die
Vorrichtung
Zur
Ermittlung einer (nachfolgend näher
beschriebenen) Regelgröße R umfasst
die Steuereinheit
Ein
niederpotentialseitiger Leistungsschalter
Die
Sensorschaltung
In
einer alternativen Ausführung
der Sensorschaltung
Optional
sind der Leistungsschalter
Weitere
Ausführungsformen
der Sensorschaltung
Im
Betrieb des Motors
Zur
Steuerung der Phasenströme
Ia, Ib, Ic wird durch Auf- bzw. Zusteuerung der Leistungsschalter
Der
hochpotentialseitige Leistungsschalter
Als
Phasenspannung Ua, Ub,
Uc wird nachfolgend der über den PWM-Takt gebildete
zeitliche Mittelwert des entsprechenden Klemmenpotentials φa, φb, φc bezeichnet. Eine jede Phasenspannung Ua, Ub, Uc ist
auf das Massenpotential φM bezogen und variiert zwischen 0V und dem
Betriebspotential φB. Die Phasenspannung Ua,
Ub, Uc ist hierbei
direkt proportional zu der Pulsweite, mit welcher die entsprechende
Motorphase
In
der Praxis werden verschiedene Varianten der pulsweitenmodulierten
Motoransteuerung eingesetzt, auf die das erfindungsgemäße Verfahren
gleichermaßen
anwendbar ist. Exemplarisch ist in
Dem
Diagramm gemäß
Bei
der „Fiat
Bottom"-Modulation
gemäß
Nachfolgend
wird in exemplarisch auf die Motorphase
Diese
Zeitausschnitte Va und Vb sind in
Der
Sockelwert L des Klemmenpotentials φa ist
hierbei durch den Bestromungszustand Z der Freilaufdiode
Der
Bestromungszustand Z der Freilaufdiode
Wie
wiederum aus
Ein
negativer Nulldurchgang erfolgt dagegen während des Teilzyklus
Ein
weiteres Beispiel einer pulsweitenmodulierten Motoransteuerung,
auf die das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar ist, ist in
Eine
Verfahrensvariante, gemäß der (wiederum
exemplarisch anhand der Motorphase
Die
Back-EMF-Spannung Va, Vb,
Vc einer Motorphase
Die
Bestimmung des Vorzeichens der Back-EMF-Spannung Va erfolgt,
indem während
einer Messzeit TM ein so genannter Nullvektorzustand N
an die Motorphasen
Dementsprechend
wird während
der gemäß
Im
Gegensatz dazu wird während
der innerhalb des Zeitausschnitts VIIb geschalteten Messzeit TM ein positiver Sockelwert L des Klemmenpotentials φa bzw. der stromlose Bestromungszustand Z
der Freilaufdiode
Die
Erfassung der Back-EMF-Spannung Va wird
jeweils bei Erkennung eines Nulldurchgangs des zugehörigen Motorphasenstroms
Ia, und damit zu einem Zeitpunkt, zu dem
der Stromfluss in der betrachteten Motorphase
Unmittelbar
nach Erkennung des innerhalb des Zeitausschnitts VIIa stattfindenden
positiven Nulldurchgangs des Motorphasenstroms Ia werden entsprechend
die weiteren Motorphasen
Unmittelbar
nach Erkennung des während des
Zeitausschnitts VIIb stattfindenden negativen Nulldurchgangs des
Motorphasenstroms Ia werden die weiteren
Motorphasen
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist entsprechend auf weitere gängige
Arten einer pulsweitenmodulierten Motoransteurung, insbesondere
auf eine sogenannte Blockkommutierung anwendbar. Optional werden
weiterhin, z.B. nach einem an sich aus der
Im
Betrieb des Motors
Anhand
der Flussrichtung bzw. des Vorzeichens der Motorphasenströme Ia, Ib, Ic und/oder Back-EMF-Spannungen
Va, Vb, Vc sowie gegebenenfalls anhand von hieraus
abgeleiteten Nulldurchgängen
dieser Größen ermittelt
das Auswertemodul
Bei
der Regelgröße R handelt
es sich insbesondere um die einen Nulldurchgang der Phasenströme Ia, Ib, Ic und/oder
der Back-EMF-Spannungen Va, Vb,
Vc zugeordneten Zeitpunkte, die dem Schaltmodul
Das
Schaltmodul
Konkrete
Ausführungsbeispiele
derartiger Regelungsalgorithmen sind an sich bekannt und beispielsweise
in den Dokumenten
Eine
spezielle Anwendungsmöglichkeit
des beschriebenen Verfahrens besteht in der sicheren Erkennung der
Drehzahl eines Permanentmagnet-Synchronmotors oder eines Asynchronmotors
im Auslauf oder einer sonstigen ansteuerungsfreien Freilaufphase.
Während
eines solchen Freilaufs werden einer oder mehrere der Leistungsschalter
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Motorengine
- 33
- Brückenschaltungbridge circuit
- 44
- GleichspannungsquelleDC voltage source
- 55
- SpannungszwischenkreisVoltage link
- 6a-6c6a-6c
- PhasenhalbbrückePhase half bridge
- 77
- Pluspolpositive pole
- 88th
- Minuspolminuspol
- 9a-9c9a-9c
- PhasenanschlussklemmeLine clamp
- 10a-10c10a-10c
- (hochpotentialseitiger) Leistungsschalter(High potential side) breakers
- 11, 11a-11c11 11a-11c
- (niederpotentialseitiger) Leistungsschalter(Low potential side) breakers
- 12a-12c12a-12c
- (hochpotentialseitige) Freilaufdiode(High potential side) Freewheeling diode
- 13, 13a-13c13 13a-13c
- (niederpotentialseitige) Freilaufdiode(Low-potential side) Freewheeling diode
- 15a-15c15a-15c
- Motorphasemotor phase
- 16a-16c16a-16c
- Erregerwicklungexcitation winding
- 1717
- Statorstator
- 1818
- Sternpunktstar point
- 1919
- Rotorrotor
- 2020
- Steuereinheitcontrol unit
- 2121
- Schaltmodulswitching module
- 2222
- Steuerleitungcontrol line
- 2323
- Auswertemodulevaluation module
- 24, 24a-24c24 24a-24c
- Sensorschaltungsensor circuit
- 2525
- Erfassungsleitungsense line
- 3030
- Komparatorcomparator
- 3131
- Eingangentrance
- 3232
- Eingangentrance
- 3333
- Ausgangoutput
- 3434
- Treiberbausteindriver module
- 3535
- „COM"-Eingang"COM" input
- 3636
- „Vs"-Eingang"Vs" input
- 3737
- „Sign"-Eingang"Sign" input
- 3838
- „LO"-Eingang"LO" input
- 3939
- „HO"-Eingang"HO" input
- 4040
- Bipolartransistorbipolar transistor
- 4141
- Basis-Emitter-StreckeBase-emitter path
- 4242
- Mittelabgriffcenter tap
- 4343
- SpannungsteilerschaltungVoltage divider circuit
- 4444
- Widerstandresistance
- 4545
- Widerstandresistance
- 4646
- KollektoreingangPannel
- 4747
- Bauteilcomponent
- 4848
- Anschlussconnection
- 4949
- Anschlussconnection
- 5050
- Anschlussconnection
- 5151
- Sensorausgangsensor output
- 5555
- Flussrichtungflow direction
- 6060
- Teilzyklussubcycle
- 6161
- Teilzyklussubcycle
- φ–,φ– φ - , φ -
- Diodenpotentialdiodes potential
- φa, φb, φc φ a , φ b , φ c
- Klemmenpotentialterminal potential
- φB φ B
- Betriebspotentialoperating potential
- φM φ M
- Massenpotentialground potential
- AA
- AbkommutierungszustandAbkommutierungszustand
- Ia, Ib, Ic I a , I b , I c
- MotorphasenstromMotor phase current
- LL
- Sockelwertbase value
- NN
- NullvektorzustandZero vector state
- PP
- Steuerpulscontrol pulse
- RR
- Regelgrößecontrolled variable
- SC S C
- Steuersignalcontrol signal
- SZ S Z
- Ausgabesignaloutput signal
- tt
- ZeitTime
- t1, t2, t3 t 1 , t 2 , t 3
- Zeitpunkttime
- T1, T2, T3 T 1 , T 2 , T 3
- Einzeiton-time
- TM T M
- Messzeitmeasuring time
- Ua, Ub, Uc U a , U b , U c
- Phasenspannungphase voltage
- UR U R
- Referenzspannungreference voltage
- Va, Vb, Vc V a , V b , V c
- Back-EMF-SpannungBack-EMF voltage
- VCCVCC
- Versorgungspotentialsupply potential
- ZZ
- Bestromungszustandenergization
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