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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuerung zum Überwachen
einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor,
insbesondere für
einen Lüftermotor zur
Verwendung im Kfz-Bereich.
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Aus
der
DE 1 941 489 A1 ist
eine Schutzschaltung für
eine Reihenschaltung aus einer Leistungshalbleiter-Endstufe und
einem induktiven Verbraucher, dem ein Freilaufkreis aus Freilaufdiode
und einem in Reihe geschalteten Verpolschutz-Halbleiterschalter parallel geschaltet
ist, bekannt. Die Leistungshalbleiter-Endstufe ist in Abhängigkeit von einem vorgegebenen
Sollwert mit einem Pulsweiten-modulierten Steuersignal ein- und
wieder ausschaltbar. Der Verpolschutz-Halbleiterschalter ist über eine
Ladungspumpe bei verpolter Versorgungsspannung nicht leitend steuerbar.
Wie der genannten Offenlegungsschrift weiterhin zu entnehmen ist,
bieten derartige Schutzschaltungen bei fehlerfreien Bauelementen
einen ausreichenden Verpolschutz, d. h. einen Schutz der Bauelemente
vor Überlastung und
Zerstörung
bei verpolt angelegter Versorgungsspannung. Treten jedoch Unregelmäßigkeiten
in einer derartigen Schaltung auf, dann können unkontrollierte Überspannungen
in der Schaltung auftreten, die bis zur Zerstörung von Bauelementen führen können. Entsprechend
schlägt
die
DE 199 41 489
A1 vor, die vorgenannte Schutzschaltung dahingehend weiterzubilden,
dass in dem Freilaufkreis eine Stelle auf eine Spannung überwacht
wird, die beim Nichtfunktionieren des Freilaufkreises auftritt.
Alternativ wird vorgeschlagen, eine Stelle des Freilaufkreises auf
einen Strom zu überwachen,
der beim Nichtfunktionieren des Freilaufkreises ausbleibt. Bei Auftreten
der Fehlerspannung oder beim Ausbleiben des Stroms am überwachten
Punkt soll dann die Abschaltung der Ansteuerung der Leistungshalbleiter-Endstufe
eingeleitet werden. Insbesondere schlägt die
DE 199 41 489 A1 vor, den
Spannungsabfall über
einen im Freilaufkreis angeordneten Feldeffekttransistor (FET) mittels
einer speziell ausgebildeten Überwachungsschaltung
zu überwachen.
Hierzu wird im Freilaufkreis am Verbindungspunkt zwischen der Freilaufdiode
und dem Verpolschutz-Halbleiterschalter ein Pufferkondensator angeschaltet.
Die Spannung an diesem Pufferkondensator wird dann als Überwachungsspannung
verwendet und über
einen Spannungsteiler der Motorelektronik zugeführt.
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Nachteilig
an der aus der
DE
199 41 489 A1 bekannten Schutzhaltung ist die verhältnismäßig große Anzahl
kostenintensiver Bauteile, die für
die Schutzschaltung erforderlich sind. Darüber hinaus erfordert die Schutzschaltung
für ein
ordnungsgemäßes Funktionieren
einen kontinuierlichen Betrieb des angesteuerten Elektromotors im
Pulsweiten-modulierten Betrieb. Ein Betrieb bei 100%-igem Tastverhältnis (duty
cycle 100%) ist nicht möglich.
Hierdurch ergeben sich Effizienznachteile der Motorsteuerung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, daher eine Motorsteuerung zum Überwachen
einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor
anzugeben, wobei die Motorsteuerung dazu eingerichtet sein soll,
den Strom am Gleichstromelektromotor zu überwachen, wobei die Motorsteuerung
gleichzeitig die Nachteile der aus dem Stand der Technik vorbekannten
Schutzschaltungen vermeiden soll.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Schutzschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Weiterhin
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen
einer Pulsweiten-modulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor
mittels einer Motorsteuerung anzugeben, wobei die Motorsteuerung
dazu eingerichtet sein soll, den Strom am Gleichstromelektromotor
zu überwachen.
Dabei soll die pulsweitenmodulierte Steuerung eine Leistungs-Endstufe
mit zumindest einem Feldeffekttransistor umfassen, der den Strom
am Gleichstromelektromotor steuert.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 8.
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Die
erfindungsgemäße Motorsteuerung
zum Überwachen
einer Pulsweitenmodulierten Steuerung für einen Gleichstromelektromotor
ist dabei erfindungsgemäß dazu eingerichtet,
den Spannungsabfall über
den stromsteuernden Feldeffekttransistor zu erfassen. Dieser Spannungsabfall
ist über
den Innenwiderstand des Feldeffekttransistors und das Ohmsche Gesetz
unmittelbar mit dem Strom am Gleichstromelektromotor verknüpft. Weiterhin
umfasst die Motorsteuerung erfindungsgemäß einen Temperaturfühler, der
dazu eingerichtet ist, die Temperatur des stromsteuernden Feldeffekttransistors
der Leistungs-Endstufe zu erfassen. Weiterhin ist die Motorsteuerung
dazu eingerichtet, aus der mittels des Temperaturfühlers erfassten
Temperatur des stromsteuernden Feldeffekttransistors dessen Widerstand zu
bestimmen. Aus dem so bestimmten Widerstand des Feldeffekttransistors
und aus dem erfassten Spannungsabfall über den Feldeffekttransistor
wird dann der Strom über
den Gleichstrommotor ermittelt.
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Die
erfindungsgemäße Motorsteuerung weist
dabei eine gegenüber
der aus dem Stand der Technik vorbekannten Überwachungsschaltungen deutlich
verbesserte Genauigkeit auf, wobei gleichzeitig die Zahl der erforderlichen
Komponenten wesentlich verringert werden kann. Der temperaturabhängige Innenwiderstand
des stromsteuernden Feldeffekttransistors lässt sich dabei auf einfachste
Weise tabellieren, wobei die Charakteristik des Feldeffekttransistors
praktisch keinen Alterungserscheinungen unterworfen ist. Schließlich weist
die erfindungsgemäße Motorsteuerung
den Vorteil auf, das sie in allen Betriebszuständen der Pulsweitenmodulierten Steuerung
funktionsfähig
ist, insbesondere auch bei einem Tastverhältnis von 100%.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Motorsteuerung
dazu eingerichtet, den ermittelten Strom am Gleichstromelektromotor mit
einem vorgegebenen Referenzwert zu vergleichen. Dieser vorgegebene
Referenzwert kann dabei insbesondere eine Funktion des Tastverhältnisses der
Pulsweitenmodulierten Steuerung sein. Die erfindungsgemäße Motorsteuerung
kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die pulsweitenmodulierte Steuerung
außer
Betrieb zu setzen, wenn der ermittelte Strom am Gleichstromelektromotor
den vor gegebenen Referenzwert übersteigt,
insbesondere um ein vorbestimmtes Maß übersteigt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Motorsteuerung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
sowie den nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen, die anhand
der Zeichnung näher
erläutert
werden. In dieser zeigen:
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1:
Ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung,
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2:
eine bevorzugte erste Weiterbildung der Schaltungsanordnung aus 1,
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3:
eine bevorzugte zweite Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,
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4:
eine bevorzugte dritte Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,
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5:
eine bevorzugte vierte Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,
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6:
eine bevorzugte fünfte
Weiterbildung der Motorsteuerung aus 1,
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7:
eine schematische Darstellung des Verlaufs des maximal zulässigen Motorstroms
an einem mit einer erfindungsgemäßen Pulsweitenmodulierte
Motorsteuerung angesteuerten Gleichstromelektromotor als Funktion
des Tastverhältnis
der Pulsweiten-modulierten Steuerung, und
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8:
den zeitabhängigen
Verlauf des Stroms über
die Source-Drain-Strecke der Leistungsendstufe der Pulsweiten-modulierten
Motorsteuerung über
einen vollen Schaltzyklus.
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1 zeigt
eine Schaltskizze einer pulsweitenmodulierte Steuerung für einen
Gleichstromelektromotor, die eine Schaltungsanordnung zur Überwachung
des Motorstroms gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst. Die Steuerung 1 ist dazu vorgesehen,
mit dem 12-Volt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verbunden zu werden,
wobei bei geeigneter Auslegung der Steuerung auch mit anderen Versorgungsspannungen
gearbeitet werden kann. Die Steuerung umfasst einen Mik roprozessor 5,
der mit einer Versorgungsspannung von 5 Volt versorgt wird, die
beispielsweise von einem Spannungsregler erzeugt wird. Der Mikroprozessor 5 ist
dazu vorgesehen, an seinem Eingang E1 von einem Steuergerät ein Sollsignal
zu empfangen, welches die gewünschte
Drehzahl des anzusteuernden Motors 10 vorgibt. Auf Basis
des am Eingang E1 anliegenden Sollsignals erzeugt der Mikroprozessor 1 Steuersignale
für einen Leistungs-Feldeffekttransistor
T1, der in Serie mit dem anzusteuernden Motor 10 geschaltet
ist. Zur Minimierung elektromagnetischer Störimpulse des Motors 10 weist
die Motorsteuerung 1 einen Freilaufkreis bestehend aus
einer Freilaufdiode D1 und einem mit der Freilaufdiode D1 in Reihe
geschalteten Feldeffekttransistor T2 auf. Der im Freilaufkreis angeordnete
Feldeffekttransistor T2 fungiert in an sich bekannter Weise als
Verpolschutz für
die Motorsteuerung 1. Zu diesem Zweck wird das Gate des
Feldeffekttransistors T2 von einer Ladungspumpe angesteuert, dergestalt
dass bei korrekter Polung der Versorgungsspannung an der Steuerung 1 die
Source-Drain-Strecke
des Feldeffekttransistor T2 leitend geschaltet is. Ist die Versorgungsspannung
hingegen verpolt, so legt die Ladungspumpe keine Spannung an das
Gate des Feldeffekttransistor T2 an. Dieser ist im Sperrzustand,
so dass kein Strom über
die im Verpolungsfall in Durchlassrichtung geschaltete Freilaufdiode
D1 fließen
kann, wodurch sie gegen Beschädigung
geschützt
ist.
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Die
Ladungspumpe ist mit dem Ausgang A2 des Mikroprozessors 5 verbunden
und wird von diesem dergestalt angesteuert, dass die Ladungspumpe im
betriebsbereiten Zustand der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung 1 das
Gate Feldeffekttransistors T2 mit der erforderlichen Steuerspannung
versorgen kann.
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Erfindungsgemäß wird nun
der über
den Gleichstromelektromotor 10 fließende Strom überwacht.
Hierzu ist vorgesehen, den Spannungsabfall über den Leistungs-Feldeffekttransistor
T1 auf geeignete Weise zu messen. Hierzu ist der Knotenpunkt zwischen
der Anode der Freilaufdiode D1 und dem Feldeffekttransistor T1 über eine
Steuerleitung mit dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 verbunden.
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Zwischen
den Feldeffekttransistor T1 und den Eingang E3 des Mikroprozessors 5 ist
die Source-Drain-Strecke eines Depletion-Feldeffekttransistors T3
eingefügt.
Das Gate dieses Feldeffekttransistors ist auf die Masseschiene gelegt.
Der Depletion-Feldeffekttransistor T3 dient dazu, den Eingang E3
des Mikroprozessors 5 vor zu hohen Eingangsspannungen.
Er ist so ausgewählt,
dass seine Source-Drain-Strecke
nur bis zu einer maximalen Source-Spannung von etwa 2V leitend ist,
bei höheren Spannungen
ist die Source-Drain-Strecke hingegen gesperrt. Hierdurch wird der
Eingang E3 des Mikroprozessors 5 effektiv vor zu hohen
Eingangsspannungen geschützt,
die sich z.B. durch Induktionserscheinungen am freilaufenden Elektromotor 10 ergeben
könnten.
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Der
Eingang E3 ist mit dem Eingang eines in den Mikroprozessor 5 integrierten
AD-Wandlers verbunden, der das am Eingang E3 anliegende Spannungssignal,
welches den Spannungsabfall über
die Source-Drain-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 repräsentiert,
digitalisiert und für
eine weitere Prozessorinterne Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.
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Der
Mikroprozessor 5 weist den weiteren Eingang E2 auf, welcher
ebenfalls mit einem integrierten AD-Wandler verbunden ist. Am Eingang
E2 liegt das Spannungssignal eines Spannungsteilers an, welcher
aus einem ohmschen Widerstand R1 und einem temperaturveränderlichen
Widerstand RTC, beispielsweise einem Heißleiter gebildet wird. Der temperaturveränderliche
Widerstand RTC ist dabei so innerhalb der Schaltungsanordung angeordnet, dass
er in unmittelbarem Kontakt mit dem Leistungs-Feldeffekttransistor
T1 steht. Insbesondere kann der temperaturveränderliche Widerstand RTC am
Gehäuse
des Leistungs-Feldeffekttransistor
T1 angeordnet sein, so dass eine Temperaturänderung des Leistungs-Feldeffekttransistors
T1 unmittelbar mit einer Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstands
RTC einhergeht.
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Die
am Eingang E2 des Mikroprozessors 5 anliegende Spannung
ist damit ein Maß für die Temperatur
des Leistungs-Feldeffekttransistors T1. Die Temperaturabhängigkeit
des Innenwiderstands des Leistungs-Feldeffekttransistors T1 ist
dabei eine für den
Feldeffekttransistor T1 charakteristische Größe und unterliegt praktisch
keinen Veränderungen
z. B. durch Alterung.
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Im
Mikroprozessor 5 oder einem mit diesem assoziierten Speicher,
der hier nicht separat dargestellt ist, ist eine erste Referenztabelle
des temperaturabhängigen
Widerstands des Feldeffekttransistors T1 abgelegt. Weiterhin ist
im Mikroprozessor 5 oder einem mit diesem assoziierten
Speicher eine zweite Referenztabelle abgelegt, in welcher der Widerstand des
temperaturabhängigen
Widerstands RTC als Funktion der Temperatur verzeichnet ist. Aus
dem digitalisierten Spannungssignal am Eingang E2 kann auf Basis
dieser zweiten Referenztabelle die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands
RTC und damit auch des Leistungs-Feldeffekttransistors T1
bestimmt werden. Aus der ersten Referenztabelle lässt sich
nun anhand der gemessenen Temperatur der Innenwiderstand der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors
T1 bestimmen.
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Eine
besonders hohe Genauigkeit der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung ergibt
sich, wenn die erste Referenztabelle, in der der Temperaturabhängige Widerstand
der Source-Drain-Strecke des Leistungs-Feldeffekttransistors T1
bei verschiedenen Strömen
tabelliert ist, jeweils nach Komplettierung einer betriebsbereiten
erfindungsgemäßen Schaltung
individuell erstellt wird im Rahmen einer „end-of-line"-Kalibration des
verbauten Feldeffekttransistors T1.
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Insgesamt
lässt sich
also auf Basis der festgestellten Temperatur T des Leistungs-Feldeffekttransistors
T1 sowie dessen über
die Temperaturmessung bestimmbaren Innenwiderstands R aus dem Spannungsabfall über die
Source-Drain-Strecke des
Leistungs-Feldeffekttransistors T1, welcher am Eingang E3 des Mikroprozessors 5 anliegt, über das ohmsche
Gesetz der über
die Source-Drain-Strecke des
Feldeffekttransistors T1 fließende
Strom bestimmen. Aufgrund der Serienschaltung des Feldeffekttransistors
T1 mit dem Motor zu überwachenden
entspricht dieser dem Motorstrom.
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In
einer dritten Referenztabelle, die ebenfalls im Mikroprozessor 5 oder
einem mit diesem assoziierten Speicher abgelegt ist, sind die Normwerte
des Motorstroms als Funktion des Tastverhältnisses der Pulsweiten-modulierten
Motorsteuerung tabelliert. Beispielhaft sind verschiedene Verläufe des
Motorstroms als Funktion des Tastverhältnisses duty-cycle in 2 dargestellt.
Der Mikroprozessor 5 ist nun dazu eingerichtet, den mittels
des vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmten Motorstrom mit dem
in der dritten Referenztabelle verzeichneten Motorstroms für das gegenwärtig verwendete
Tastverhältnis
zu vergleichen. Übersteigt
der gemessene Motorstrom den sich aus der dritten Referenztabelle ergebenden
Motorstrom um ein voreingestelltes Maß, so leitet der Mikroprozessor 5 die
Abschaltung des Motors 10 ein, beispielsweise in dem der
Ausgang A1, über
welchen der Leistungs-Feldeffekttransistor T1 angesteuert wird,
außer
Betrieb gesetzt wird.
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Zur
elektromagnetischen Abkopplung des Elektromotors 10 vom 12-Volt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs
kann ein Elektrolytkondensator C1 mit dem Elektromotor 10 parallel
geschaltet werden, wie aus 2 ersichtlich
ist. Dieser Elektrolytkondensator C1 ist gegen Verpolung empfindlich
und wird daher vor einer Verpolung geschützt über einen dritten Feldeffekttransistor
T4, dessen Source-Drain-Strecke in Serie geschaltet ist mit dem
Elektrolytkondensator C1. Das Gate des Feldeffekttransistors T4
wird über
die 5-Volt-Schiene angesteuert, so dass der Feldeffekttransistors
T4 leitend ist, solange die 5-Volt-Versorgungsspannung an seinem
Gate anliegt. Ein wirksamer Verpolungsschutz für den Elektrolytkondensator
C1 wird daher erreicht, wenn durch geeignete technische Maßnahmen
sichergestellt wird, dass die 5-Volt-Versorgungsspannung sicher abgeschaltet
wird, wenn die 12-Volt-Bordspannung verpolt an die Motorsteuerung 1 angelegt
wird. Dies kann beispielsweise durch geeignete Beschaltung eines
Spannungsreglers realisiert werden, der die 5-Volt-Versorgungsspannung
für die
Motorsteuerung 1 erzeugt und in Parallelschaltung mit der
Motorsteuerung 1 aus dem 12-Volt-Bordnetz versorgt wird.
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3 zeigt
eine Weiterentwicklung der Motorsteuerung aus 1.
Hier ist in die Messleitung zwischen dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und
dem Knoten zwischen dem Leistungs-Feldeffekttransistor T1 sowie
der Anode der Freilaufdiode D1 eine Kollektor Emitterstrecke eines
bipolaren Transistors angeordnet. Die Basis des bipolaren Transistors
T5 ist dabei über
geeignete Widerstände
(nicht gezeigt) mit dem Pluspol der 5-Volt-Schiene verbunden. Der
bipolare Transistor T5 wird dazu benutzt, um im Ausschaltzustand
der gezeigten Motorsteuerung Leckageströme über den Mikroprozessor 5 zu minimieren,
die Ursache von erhöhten
Ruheströmen sein
können.
Mögliche
Quellen solcher Leckageströme
können
beispielsweise Elektrolytkondensatoren hoher Kapazität sein,
die parallel zum angesteuerten Gleichstromelektromotor geschaltet
sind.
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4 zeigt
eine weitere Weiterentwicklung der in 1 gezeigten
Motorsteuerung, wobei hier in die Steuerleitung, die sich zwischen
dem Ausgang A1 des Mikroprozessors 5 und dem Gate des Feldeffekttransistors
T1 erstreckt, eine Leistungsverstärkerstufe angeordnet ist. Diese
Leistungsverstärkerstufe
wird ebenfalls aus dem 12 Volt Bordnetz des Kraftfahrzeuges versorgt,
wobei der Spannungsabgriff auf der High-Seite am Knotenpunkt zwischen dem
Drain- Anschluß des Feldeffekttransistors
T2 und der Kathode der Freilaufdiode D1 angeschlossen. Auf diese
Weise ist auch die Verstärkerstufe 15 von
der in den Freilaufkreis integrierten Verpolschutzschaltung sicher
gegen eine Verpolung der 12 Volt-Versorgungsspannung geschützt. Die
Verstärkerstufe 15 kann
dabei beispielsweise unter Verwendung geeigneter bipolarer Transistoren
aufgebaut werden. Die Verstärkerstufe 15 dient
in erster Linie dazu, trotz der inneren Kapazität der Gateelektrode des Leistungsfeldeffekt-Transistors
T1 kurze Schaltzeiten des Feldeffekttransistors T1 zu realisieren,
so dass ein Betrieb bei den angestrebten Taktzahlen von zwischen
10 und 30 KHz, hier insbesondere 20 bis 25 KHz, problemlos möglich ist.
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Aus 5 ist
nun eine weitere Weiterentwicklung der in 1 gezeigten
erfindungsgemäßen Motorsteuerung
ersichtlich, mit der eine Verbesserung der Signalqualität des am
Eingang E3 des Mikroprozessors 5 anliegenden Spannungssignals
erzielt wird. Aufgrund von unvermeidbaren Induktionserscheinungen
am Gleichstromelektromotor 10 im Pulsweiten-modulierten
Betrieb wird der von der Motorsteuerung erzeugten rechteckförmigen Steuerspannung
am Elektromotor 10 stets ein hochfrequenter Oszillationsteil überlagert
sein. Beispielhaft ist dieses Verhalten aus 8 ersichtlich. 8 zeigt den
Verlauf des Stroms über
die Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors T1 über einen
Zyklus der pulsweiten modulierten Steuerung als Funktion der Zeit.
Deutlich ersichtlich ist, dass sowohl beim Austasten der Spannung
am Gleichstromelektromotor eine abklingende Oszillation im Strom über der Source-Drain-Strecke
auftritt als auch beim Eintasten der Spannung. Obwohl diese hochfrequenten
Oszillationen aufgrund interner Dämpfungseffekte nach einigen
Oszillationsperioden ausgedämpft
sind, so ergeben sich jedoch Schwierigkeiten für eine hochgenaue Messung des
Spannungsabfalls über
die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1.
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Erfindungsgemäß wird nun
vorgeschlagen, in die Messleitung zwischen dem Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und
dem Knotenpunkt zwischen dem Drain-Anschluß des Leistungsfeldeffekt-Transistors
T1 und der Anode der Freilaufdiode D1 Glättungsbaugruppen 20 einzufügen, die
als so genannte „Snubber"-Schaltungen ausgebildet sind. Diese
verbinden die Messleitung einerseits mit Masse und andererseits
mit der High-Schiene des 12 Volt-Bordnetzes. Jede Snubber-Schaltung
besteht dabei aus einem ohmschen Widerstand R2 bzw. R3, der in Serie geschaltet
ist mit einem Kondensator C2 bzw. C3. Das Einfügen der Snubber-Schaltungen
zwischen der Messleitung am Eingang E3 des Mikroprozessors 5 und
Masse bzw. der High-Schiene führt
eine zusätzliche
Dämpfung
der Strom- bzw. Spannungsoszillation über die Source-Drain-Strecke
des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ein. Bei einer geeigneten
Auswahl der RC-Konstante jeder Snubber-Schaltung kann eine Überdämpfung der
hochfrequenten Strom- bzw.
Spannungsoszillationen erzielt werden. Bei optimaler Abstimmung
ist es möglich,
den so genannten asymptotischen Grenzfall zu realisieren, bei dem
ein Nulldurchgang der hochfrequenten Strom- bzw. Spannungsoszillation
komplett unterdrückt
wird und dennoch ein rascher Abfall auf dem asymptotischen Grenzwert
innerhalb von etwa einer Oszillationsperiode auftritt. Bei entsprechend
abgestimmten RC-Konstanten der Snubber-Schaltungen wird dann der
Zeitpunkt, an dem der Mikroprozessor 5 über den integrierten AD-Wandler
den Spannungsabfall über die
Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ermittelt,
so gewählt,
dass sich der asymptotische Grenzwert bereits im Wesentlichen eingestellt
hat. Hier wird also eine Verzögerung von
einigen Mikrosekunden gegenüber
der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke des Pulsweiten-modulierten
Motorstroms eingestellt. Durch Einführung der Snubber-Schaltungen
ist es möglich,
die Genauigkeit der Messung des Spannungsabfalls über die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors
T1 nochmals deutlich zu erhöhen.
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6 zeigt
schließlich
eine letzte Weiterentwicklung der aus 1 ersichtlichen
Motorsteuerung, bei der durch geeignete Einführung eines Kondensators Leckströme in der
Motorsteuerung nochmals verringert werden können. In dieser Weiterentwicklung
ist ein Kondensator C4 zwischen dem Gehäuse des Motors 10 und
der Masse der Motorsteuerung eingefügt. Als ein Anschlusspunkt
des Kondensators C4 an der Motorsteuerung wird bevorzugt der Kühlkörper des
Mikroprozessors 5 verwendet wird. Die Einführung des
Kondensators C4 in der gezeigten Weise stellt sicher, dass sich
das Gehäuse des
Elektromotors 10 und die Basis der Motorsteuerung 1 stets
auf gleichem Potential befinden, wodurch auf der einen Seite Leckströme weiter
vermindert werden können
und auf der anderen Seite die elektromagnetische Störsicherheit
der Motorsteuerung nochmals verbessert wird.
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Für den Fachmann
ist offensichtlich, dass die hier vorgestellten Weiterentwicklungen
der erfindungsgemäßen Motorsteuerung
jeweils separat oder auch ge meinschaftlich eingesetzt werden können. In einer
besonders bevorzugten Ausführung
umfasst die erfindungsgemäße Motorsteuerung
sämtliche Weiterentwicklungen
gemäß der 2 bis 6.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbeispiele nur zur Veranschaulichung
der vorliegenden Erfindung dienen und nicht einschränkend zu
verstehen sind.
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Die
aus 1 ersichtliche erfindungsgemäße Motorsteuerung ist dazu
eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß Anspruch
10 auszuführen.
Der Mikroprozessor 5 erfasst über den integrierten AD-Wandler
den an seinem Eingang E3 anliegenden Spannungsabfall Ober die Source-Drain-Strecke
des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 zu einem gegebenen Zeitpunkt
im Zyklus der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung. Weiterhin erfasst
der Mikroprozessor 5 über
den aus dem temperaturveränderlichen
Widerstand RTC und dem ohmschen Widerstand R1 gebildeten Spannungsteiler
die Temperatur des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1. Der Mikroprozessor 5 ist
dazu eingerichtet, aus dem erfassten Spannungsabfall und der erfassten
Temperatur auf Basis einer Referenztabelle für den temperaturabhängigen Widerstand
der Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1
dessen inneren Widerstand zu bestimmen. Aus dem inneren Widerstand
des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 und dem erfassten Spannungsabfall über die
Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1 ermittelt der Mikroprozessor 5 im
nachfolgenden Schritt Ober die Anwendung des ohmschen Gesetzes den
Strom über
die Source-Drain-Strecke des Leistungsfeldeffekt-Transistors T1,
welcher dem Strom am angesteuerten Gleichstrom-Elektromotor 10 entspricht.
Im letzten Verfahrensschritt vergleicht der Mikroprozessor 5 den
gemessenen Strom am Gleichstrom-Elektromotor 10 mit einem
vorgegebenen Maximalwert, der vom aktuellen Tastverhältnis der
Pulsweiten-modulierten Steuerung abhängt und dessen Verlauf schematisch in 7 dargestellt
ist. Übersteigt
der ermittelte Strom am Gleichstrom-Elektromotor 10 den sich aus der
Referenz-Tabelle für
den Maximalstrom bei dem gegebenen Tastverhältnis ergebenden Maximalstrom,
so leitet der Mikroprozessor 5 die Abschaltung der Leistungsendstufe
der Pulsweiten-modulierten Motorsteuerung ein, beispielsweise indem
er den Ausgang A1 des Mikroprozessors 5 außer Betrieb setzt.
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- 1
- Motorsteuerung
- 5
- Mikroprozessor
- 10
- Gleichstromelektromotor
- 15
- Temperaturfühler
- 20
- Glättungsbaugruppe