DE102010040184A1 - Circuit for pulse width modulated driving an electric motor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten Ansteuern eines Elektromotors. Die Schaltungsanordnung weist wenigstens eine Transistor-Halbbrücke umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine Low-Side auf. Die Schaltungsanordnung weist auch einen Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere mit dem Stator des Elektromotors auf. Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit mit einem ersten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die Low-Side wirkverbunden ist. Die Schaltungsanordnung ist ausgebildet, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchzusteuern.The invention relates to a circuit arrangement for the pulse-width-modulated control of an electric motor. The circuit arrangement has at least one transistor half-bridge comprising a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a high side and a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a low side. The circuit arrangement also has an output for connecting to the electric motor, in particular to the stator of the electric motor. According to the invention, the circuit arrangement has a control unit, the control unit being operatively connected to a first output of the control unit with a control connection of the semiconductor switch for the high side and with a second output of the control unit to a control connection of the semiconductor switch for the low side. The circuit arrangement is designed to switch through the semiconductor switch for the high side and the semiconductor switch for the low side with the same switching potential.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum pulsweitenmodulierten Ansteuern eines Elektromotors. Die Schaltungsanordnung weist wenigstens eine Transistor-Halbbrücke umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere einen N-MOS-Transistor, für eine Low-Side auf. Die Schaltungsanordnung weist auch einen Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere mit dem Stator des Elektromotors auf.The invention relates to a circuit arrangement for pulse width modulated driving an electric motor. The circuit arrangement has at least one transistor half-bridge comprising a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch, in particular an N-MOS transistor, for a low-side. The circuit arrangement also has an output for connection to the electric motor, in particular to the stator of the electric motor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit mit einem ersten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang der Steuereinheit mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die Low-Side wirkverbunden ist. Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgebildet, die Halbleiterschalter einander abwechselnd durchzusteuern. Die Schaltungsanordnung ist bevorzugt ausgebildet, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchzusteuern. Der Halbleiterschalter für die High-Side wird im Folgenden auch High-Side-Halbleiterschalter genannt, der Halbleiterschalter für die Low-Side wird im Folgenden auch Low-Side-Halbleiterschalter genannt.According to the invention, the circuit arrangement has a control unit, wherein the control unit is operatively connected to a first output of the control unit with a control terminal of the semiconductor switch for the high-side and to a second output of the control unit with a control terminal of the semiconductor switch for the low-side. The control unit is preferably designed to control the semiconductor switches alternately. The circuit arrangement is preferably designed to control the semiconductor switch for the high-side and the semiconductor switch for the low-side with the same switching potential. The semiconductor switch for the high-side is also referred to below as the high-side semiconductor switch, the semiconductor switch for the low-side is also referred to below as the low-side semiconductor switch.

Durch die Ansteuerung der Halbleiterschalter mit demselben Schaltpotenzial kann mit der vorbeschriebenen Schaltungsanordnung vorteilhaft auf einen Pegelshifter, und weiter vorteilhaft auf eine Ladungspumpe oder auf eine Bootstrap-Schaltung zum Erhöhen des Schaltpotentials für die High-Side verzichtet werden.By driving the semiconductor switch with the same switching potential can be advantageously dispensed with the above-described circuit arrangement on a level shifter, and further advantageous to a charge pump or a bootstrap circuit for increasing the switching potential for the high-side.

Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung ausgebildet, einen pulsweitenmodulierten Ausgangsstrom zu erzeugen. Mittels des pulsweitenmodulierten Ausgangsstroms kann eine Leistungsabgabe und/oder eine Drehzahl eines Rotors des Elektromotors gesteuert werden.Preferably, the circuit arrangement is designed to generate a pulse width modulated output current. By means of the pulse width modulated output current, a power output and / or a rotational speed of a rotor of the electric motor can be controlled.

Der Elektromotor ist beispielsweise ein bürstenloser Elektromotor mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor, ein bürstenkommutierter Elektromotor mit einem insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Stator oder ein Reihenschlussmotor mit in seriell miteinander verbundenem Stator und Rotor, und im Bremsbetrieb vom Stator elektrisch getrenntem Rotor.The electric motor is, for example, a brushless electric motor with a particular permanent magnet rotor, a brush-commutated electric motor with a particular permanent magnet stator or a series motor with serially connected stator and rotor, and in braking operation from the stator electrically separated rotor.

Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung Bootstrap-schaltungsfrei ausgebildet und weist dazu keine Bootstrap-Schaltung auf.Preferably, the circuit arrangement is designed bootstrap circuit-free and has no bootstrap circuit on.

Mittels der Schaltungsanordnung ohne Bootstrap-Schaltung kann die Schaltungsanordnung weiter vorteilhaft aufwandsgünstig hergestellt werden.By means of the circuit arrangement without bootstrap circuit, the circuit arrangement can be further advantageously produced inexpensively.

Bevorzugt weist die Schaltungsanordnung kein kapazitives Rückkopplungselement auf, insbesondere keinen Kondensator als Rückkopplungselement auf. Bevorzugt ist das kapazitive Rückkopplungselement – insbesondere mit einem ersten Anschluss – mit dem Ausgang zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere dem Stator des Elektromotors, und – insbesondere mit einem zweiten Anschluss – mit dem Steueranschluss des High-Side-Halbleiterschalters, oder mit einem Treiber für den High-Side-Steueranschluss verbunden. Das kapazitive Rückkopplungselement ist ausgebildet, eine Steuerspannung für den High-Side-Halbleiterschalter im Vergleich zu einer Steuerspannung für den Low-Side-Halbleiterschalters zu erhöhen oder zu verdoppeln.Preferably, the circuit arrangement has no capacitive feedback element, in particular no capacitor as a feedback element. Preferably, the capacitive feedback element - in particular with a first connection - with the output for connection to the electric motor, in particular the stator of the electric motor, and - in particular with a second connection - with the control terminal of the high-side semiconductor switch, or with a driver for connected to the high-side control terminal. The capacitive feedback element is configured to increase or to double a control voltage for the high-side semiconductor switch in comparison to a control voltage for the low-side semiconductor switch.

Dadurch kann ein Tastverhältnis einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung vorteilhaft bis zu 100 Prozent – insbesondere ein ständiges Durchschalten der High-Side – betragen. Ein Tastpuls zum Laden eines Rückkopplungselements – insbesondere eines Kondensators der Bootstrap-Schaltung kann nämlich entfallen, der das Tastverhältnis von 100 Prozent zugunsten der High-Side verhindern würde. Beispielsweise kann der Elektromotor so vorteilhaft mit der ständigen Durchsteuerung des Halbleiterschalters für die High-Side im Bremsbetrieb arbeiten, bei dem ein Motorstrom, beispielsweise ein Stator oder ein Ankerstrom, im Vergleich zu einem Betrieb mit einer positiven Leistungsabgabe umgekehrt wird.As a result, a duty cycle of a pulse-width-modulated control advantageously up to 100 percent - in particular a constant switching through the high-side - amount. Namely, a sense pulse for charging a feedback element - in particular a capacitor of the bootstrap circuit can be omitted, which would prevent the duty cycle of 100 percent in favor of the high-side. For example, the electric motor can operate so advantageously with the continuous control of the semiconductor switch for the high-side in braking mode, in which a motor current, such as a stator or an armature current, is reversed compared to a operation with a positive power output.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgang der Schaltungsanordnung nur mit Anschlüssen der Schaltstrecken der Halbleiterschalter verbunden. Bevorzugt sind die Halbleiterschalter MOS-Feldeffekttransistoren, wobei ein Quellenanschluss des Transistors für die High-Side mit dem Ausgang verbunden ist und ein Senkenanschluss des Low-Side-Transistors mit dem Ausgang verbunden ist.In a preferred embodiment, the output of the circuit arrangement is connected only to terminals of the switching paths of the semiconductor switches. Preferably, the semiconductor switches are MOS field-effect transistors, wherein a source terminal of the transistor for the high-side is connected to the output and a drain terminal of the low-side transistor is connected to the output.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltungsanordnung für wenigstens einen Halbleiterschalter einen Treiber, insbesondere einen Operationsverstärker auf. Der Treiber ist ausgebildet, den Steueranschluss des Halbleiterschalters anzusteuern. Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgebildet, die Treiber oder die Steueranschlüsse der Halbleiterschalter mit demselben Potenzial anzusteuern. Dadurch kann die Schaltungsanordnung vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden.In a preferred embodiment, the circuit arrangement for at least one semiconductor switch has a driver, in particular an operational amplifier. The driver is designed to control the control terminal of the semiconductor switch. The control unit is preferably designed to drive the drivers or the control terminals of the semiconductor switches with the same potential. As a result, the circuit arrangement can advantageously be provided at low cost.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein FPGA (FPGA = Field-Programmable-Gate-array) gebildet. In a preferred embodiment, the control unit is formed by a microprocessor, a microcontroller or an FPGA (FPGA = Field Programmable Gate Array).

Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgangsseitig unmittelbar mit den Steueranschlüssen der Halbleiterschalter verbunden. Dadurch kann die Schaltungsanordnung vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden, weiter vorteilhaft braucht die Schaltungsanordnung keinen Pegelshifter für die High-Side aufweisen.The control unit is preferably connected on the output side directly to the control terminals of the semiconductor switches. As a result, the circuit arrangement can advantageously be provided at low cost, further advantageously the circuit arrangement does not need to have a level shifter for the high side.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgangsseitig unmittelbar mit einem Steuereingang des Treibers verbunden. Die Schaltungsanordnung weist beispielsweise für jeden Halbleiterschalter einen Treiber auf, oder nur für den High-Side-Halbleiterschalter, bzw. den Low-Side-Halbleiterschalter einen Treiber auf. Dadurch können die High-Side und die Low-Side zueinander symmetrisch geschaltet werden, was eine hohe Schaltgenauigkeit und ein symmetrisches PWM-Ausgangssignal bewirkt.In a preferred embodiment, the control unit is connected on the output side directly to a control input of the driver. The circuit arrangement has, for example, a driver for each semiconductor switch, or a driver for only the high-side semiconductor switch or the low-side semiconductor switch. As a result, the high-side and the low-side can be switched to each other symmetrically, which causes a high switching accuracy and a balanced PWM output signal.

Die Erfindung betrifft auch ein Handwerkzeug, insbesondere einen Akku-Schrauber, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine, eine Säbelsäge oder ein anderes Handwerkzeug mit der vorab beschriebenen Schaltungsanordnung und einem ausgangsseitig mit der Schaltungsanordnung verbundenen Elektromotor als Antriebsmotor des Handwerkzeugs auf. Das Handwerkzeug kann so aufwandsgünstig hergestellt werden.The invention also relates to a hand tool, in particular a cordless screwdriver, a drilling machine, a percussion drill, a saber saw or another hand tool with the circuit arrangement described above and an output side connected to the circuit electric motor as the drive motor of the hand tool. The hand tool can be produced as low cost.

Bevorzugt ist bei dem Handwerkzeug eine über der Halbbrücke anliegende Zwischenkreisspannung kleiner als eine Schaltspannung, auch Schaltpotential genannt, zum Schalten der Halbleiterschalter der Halbbrücke, weiter bevorzugt beträgt die Zwischenkreisspannung weniger als ein Drittel oder ein Drittel der Schaltspannung.In the case of the hand tool, an intermediate circuit voltage applied across the half bridge is preferably smaller than a switching voltage, also called switching potential, for switching the semiconductor switches of the half bridge, more preferably the intermediate circuit voltage is less than one third or one third of the switching voltage.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe für einen Elektromotor, insbesondere einen Elektromotor mit der Schaltungsanordnung gemäß der vorbeschriebenen Art. Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Elektromotor eines Handwerkzeugs, insbesondere Akkuschrauber, angesteuert.The invention also relates to a method for controlling a power output stage for an electric motor, in particular an electric motor with the circuit arrangement according to the above-described type. Preferably, in the method of the electric motor of a hand tool, in particular cordless screwdriver, driven.

Bei dem Verfahren zum Ansteuern der Leistungsendstufe für einen Elektromotor, insbesondere den Elektromotor gemäß der vorbeschriebenen Art, wird wenigstens eine Halbbrücke der Leistungsendstufe umfassend einen Halbleiterschalter, insbesondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter, insbesondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side pulsweitenmoduliert angesteuert.In the method for controlling the power output stage for an electric motor, in particular the electric motor according to the above-described type, at least one half-bridge of the power output stage comprising a semiconductor switch, in particular N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch, in particular N-MOS Transistor, driven pulse-width modulated for a low-side.

Bevorzugt wird der Halbleiterschalter für die High-Side und der Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchgesteuert.Preferably, the semiconductor switch for the high-side and the semiconductor switch for the low-side is turned on with the same switching potential.

Bevorzugt umfasst bei dem Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe für einen Elektromotor ein Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Ansteuerung ein ständiges Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side.Preferably, in the method for driving a power output stage for an electric motor, a duty cycle of the pulse-width-modulated drive comprises a continuous switching of the semiconductor switch for the high-side.

Weiter bevorzugt erfolgt das Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side während eines Bremsbetriebes des Elektromotors.Further preferably, the switching through of the semiconductor switch for the high-side takes place during a braking operation of the electric motor.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den Merkmalen der Figuren sowie aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.The invention will now be described below with reference to further embodiments. Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the figures and from the features of the dependent claims.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Antrieb eines Handwerkzeugs. Das Handwerkzeug ist beispielsweise ein Akku-Schrauber, eine Handbohrmaschine oder ein anderes elektromotorisch angetriebenes Handwerkzeug. 1 shows an embodiment for a drive of a hand tool. The hand tool is for example a cordless screwdriver, a hand drill or another electric motor driven hand tool.

Der Antrieb 1 umfasst einen Elektromotor mit einem Rotor 5. Der Rotor 5 ist beispielsweise permanentmagnetisch ausgebildet. Der Elektromotor umfasst auch einen Stator 7 mit Statorspulen 9, 10 und 11. Der Stator 7 ist ausgebildet, im bestromten Zustand ein magnetisches Drehfeld zum Drehbewegen des Rotors 5 zu erzeugen. Der Antrieb 1 umfasst auch eine Leistungsendstufe 17. Die Leistungsendstufe 17 weist in diesem Ausführungsbeispiel für jede der Statorspulen des Stators 7 eine Transistor-Halbbrücke auf. Die Statorspulen 9, 10 und 11 des Stators 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Sternschaltung geschaltet.The drive 1 includes an electric motor with a rotor 5 , The rotor 5 is, for example, permanently magnetically formed. The electric motor also includes a stator 7 with stator coils 9 . 10 and 11 , The stator 7 is formed, in the energized state, a magnetic rotating field for rotating the rotor 5 to create. The drive 1 also includes a power output stage 17 , The power output stage 17 In this embodiment, for each of the stator coils of the stator 7 a transistor half-bridge on. The stator coils 9 . 10 and 11 of the stator 7 are connected in this embodiment in star connection.

Die Leistungsendstufe 17 ist eingangsseitig über eine mehrkanalige Verbindung 21 mit einer Verarbeitungseinheit 19 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 19 ist ausgebildet, die Leistungsendstufe 17 über die Verbindung 21 derart anzusteuern, dass mittels der Leistungsendstufe 17 die Statorspulen 9, 10 und 11 des Stators 7 zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes bestromt werden können. Die Leistungsendstufe 17 ist ausgangsseitig über einen Ausgangsanschluss 13 mit dem Stator 7 verbunden. Der Ausgangsanschluss 13 weist für jede Statorspule einen Ausgang auf, von denen der Ausgang 15 für die Statorspule 10 beispielhaft bezeichnet ist. Der Ausgang 15 ist mit einer Halbbrücke zum Schalten der Statorspule 10 der Leistungsendstufe 17 verbunden.The power output stage 17 is input side via a multi-channel connection 21 with a processing unit 19 connected. The processing unit 19 is trained, the power output stage 17 about the connection 21 to control such that by means of the power amplifier 17 the stator coils 9 . 10 and 11 of the stator 7 can be energized to generate a magnetic rotating field. The power output stage 17 is output side via an output terminal 13 with the stator 7 connected. The output terminal 13 has one output for each stator coil, one of which is the output 15 for the stator coil 10 is designated by way of example. The exit 15 is with a half bridge for switching the stator coil 10 the power output stage 17 connected.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung 30. Die Schaltungsanordnung 30 umfasst eine Halbbrücke 36, welche beispielsweise eine der Halbbrücken der in 1 dargestellten Leistungsendstufe 17 ist. Die Halbbrücke 36 weist einen Feldeffekttransistor 32 und einen Feldeffekttransistor 34 auf. Die Feldeffekttransistoren 32 und 34 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch einen N-MOS-Transistor gebildet. 2 shows an embodiment of a circuit arrangement 30 , The circuit arrangement 30 includes a half bridge 36 which, for example, one of the half bridges of in 1 shown power output stage 17 is. The half bridge 36 has a field effect transistor 32 and a field effect transistor 34 on. The field effect transistors 32 and 34 are each formed by an N-MOS transistor in this embodiment.

Der Transistor 32 der Halbbrücke 36 bildet einen Halbleiterschalter für eine High-Side, der Transistor 34 bildet einen Halbleiterschalter für eine Low-Side.The transistor 32 the half bridge 36 forms a semiconductor switch for a high-side, the transistor 34 forms a semiconductor switch for a low-side.

Der Transistor 32 ist mit einem Quellenanschluss 58 mit einem Ausgang 15 zum Ansteuern einer Statorspule eines Stators verbunden.The transistor 32 is with a source connection 58 with an exit 15 connected to drive a stator coil of a stator.

Der Ausgang 15 ist in 1 bereits als Bestandteil des Anschlusses 13 dargestellt.The exit 15 is in 1 already as part of the connection 13 shown.

Der Transistor 34 weist einen Senkenanschluss 59 auf, welcher mit dem Ausgang 15 verbunden ist. Der Ausgang 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel nur mit dem Anschluss 58 und dem Anschluss 59 verbunden.The transistor 34 has a drain port 59 on, which with the exit 15 connected is. The exit 15 is in this embodiment only with the connection 58 and the connection 59 connected.

Die Schaltungsanordnung 30 weist auch einen Treiber 38 für eine High-Side und einen Treiber 40 für eine Low-Side auf.The circuit arrangement 30 also has a driver 38 for a high-side and a driver 40 for a low-side up.

Der Treiber 38 ist ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Transistors 32 verbunden. Der Treiber 40 ist ausgangsseitig mit einem Steueranschluss des Transistors 34 verbunden. Die Treiber 38 und 40 sind jeweils zum Beziehen einer Versorgungsspannung der Treiber 38 und 40 mit einem Masseanschluss 56 verbunden. Der Treiber 38 ist über einen Verbindungsknoten 50 mit einem Anschluss 52 für eine Hilfsspannung verbunden.The driver 38 is the output side with a control terminal of the transistor 32 connected. The driver 40 is the output side with a control terminal of the transistor 34 connected. The drivers 38 and 40 are each for obtaining a supply voltage of the driver 38 and 40 with a ground connection 56 connected. The driver 38 is via a connection node 50 with a connection 52 connected for an auxiliary voltage.

Ein Senkenanschluss des Transistors 32 ist mit einem Anschluss 54 für eine Zwischenkreisspannung verbunden. Der Treiber 40 ist – wie der Treiber 38 – über den Verbindungsknoten 50 mit dem Anschluss 52 für die Hilfsspannung verbunden. Die Treiber 38 und 40 beziehen jeweils über den Verbindungsknoten 50 und den Anschluss 52 eine Versorgungsspannung zum Betreiben der Treiber 38 und 40. Die Treiber 38 und 40 werden somit mit demselben Potenzial versorgt.A drain terminal of the transistor 32 is with a connection 54 connected for a DC link voltage. The driver 40 is - like the driver 38 - via the connection node 50 with the connection 52 connected for the auxiliary voltage. The drivers 38 and 40 each refer via the connection node 50 and the connection 52 a supply voltage for operating the drivers 38 and 40 , The drivers 38 and 40 are thus provided with the same potential.

Die Schaltungsanordnung 30 weist auch eine Verarbeitungseinheit 19 auf. Die Verarbeitungseinheit 19 ist bereits in 1 dargestellt. Die Verarbeitungseinheit 19 ist beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder ein FPGA gebildet. Die Verarbeitungseinheit 19 weist einen Ausgang 42 auf und ist über den Ausgang 42 mittels einer Verbindungsleitung 46 mit einem Signaleingang des Treibers 38 verbunden.The circuit arrangement 30 also has a processing unit 19 on. The processing unit 19 is already in 1 shown. The processing unit 19 is formed for example by a microprocessor, a microcontroller or an FPGA. The processing unit 19 has an exit 42 up and over the exit 42 by means of a connecting line 46 with a signal input of the driver 38 connected.

Ein Ausgang 44 der Verarbeitungseinheit 19 ist über eine Verbindungsleitung 48 mit einem Signaleingang des Treibers 40 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 19 ist ausgebildet, zum Ansteuern der Transistoren 32 und 34 der Halbbrücke 36 jeweils ein pulsweitenmoduliertes Ausgangssignal zu erzeugen. Das pulsweitmodulierte Ausgangssignal weist Schaltflanken zum Durchsteuern und Schaltflanken zum Sperren des jeweiligen Transistors der Transistoren 32 und 34 auf.An exit 44 the processing unit 19 is via a connection line 48 with a signal input of the driver 40 connected. The processing unit 19 is designed to drive the transistors 32 and 34 the half bridge 36 each generate a pulse width modulated output signal. The pulse width modulated output signal has switching edges for driving through and switching edges for blocking the respective transistor of the transistors 32 and 34 on.

Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 30 weist keine Bootstrap-Schaltung auf. So kann beispielsweise zum Verwirklichen einer Bootstrap-Schaltung der Treiber 38 anstelle des Verbindungsknotens 50 zum Beziehen einer Versorgungsspannung des Treibers 38 über einen Kondensator mit dem Ausgang 15 verbunden sein. Der Treiber 38 ist dann zum Verwirklichen der Bootstrap-Schaltung mit seinem Masseanschluss mit dem Ausgang 15 unmittelbar verbunden. Somit ist der Kondensator dann zu den Anschlüssen der Versorgungsspannung des Treibers 38 parallel geschaltet. Weiter kann zum Verwirklichen der Bootstrap-Schaltung der Treiber 38 mit dem Anschluss für die Versorgungsspannung mit einem Kathodenanschluss einer Diode verbunden sein, wobei ein Anodenanschluss der Diode mit dem Verbindungsknoten 50 und somit dem Anschluss 52 für die Hilfsspannung verbunden ist.In the 2 illustrated circuit arrangement 30 has no bootstrap circuit. For example, to implement a bootstrap circuit, the driver 38 instead of the connection node 50 for referring to a supply voltage of the driver 38 via a capacitor to the output 15 be connected. The driver 38 is then to implement the bootstrap circuit with its ground connection to the output 15 directly connected. Thus, the capacitor is then to the terminals of the supply voltage of the driver 38 connected in parallel. Further, to realize the bootstrap circuit, the driver 38 be connected to the terminal for the supply voltage to a cathode terminal of a diode, wherein an anode terminal of the diode to the connection node 50 and thus the connection 52 connected for the auxiliary voltage.

So kann mittels der Bootstrap-Schaltung ein Schaltpotenzial zum Durchschalten des Transistors 32 für die High-Side im Vergleich zu einer Schaltspannung zum Durchschalten des Transistors für die Low-Side 34 erhöht werden.Thus, by means of the bootstrap circuit, a switching potential for turning on the transistor 32 for the high-side compared to a switching voltage for turning on the transistor for the low-side 34 increase.

Vorteilhaft braucht die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 30 die zuvor beschriebenen Elemente zum Verwirklichen einer Bootstrap-Schaltung nicht aufweisen, wobei zum sicheren Durchschalten des Transistors 32 für die High-Side – beispielsweise während eines Bremsbetriebes des Elektromotors – die Zwischenkreisspannung am Anschluss 54 kleiner als die Hilfsspannung am Anschluss 52 ist. Beispielsweise beträgt eine Differenz zwischen der Zwischenkreisspannung und der Hilfsspannung wenigstens oder genau zehn Volt.Advantageously, the in 2 illustrated circuit arrangement 30 not having the elements described above for realizing a bootstrap circuit, wherein for safely turning on the transistor 32 for the high-side - for example, during a braking operation of the electric motor - the DC link voltage at the connection 54 smaller than the auxiliary voltage at the connection 52 is. For example, a difference between the intermediate circuit voltage and the auxiliary voltage is at least or exactly ten volts.

Der Mikroprozessor 19 ist zum Beziehen einer Versorgungsspannung des Mikroprozessors 19 mit dem Verbindungsknoten 50 und mit dem Masseanschluss 56 verbunden und bezieht so die Hilfsspannung als Versorgungsspannung.The microprocessor 19 is to refer to a supply voltage of the microprocessor 19 with the connection node 50 and with the ground connection 56 connected and thus obtains the auxiliary voltage as a supply voltage.

Claims (10)

Schaltungsanordnung (1) für einen Elektromotor (5, 7), mit wenigstens einer Transistor-Halbbrücke (36) umfassend einen Halbleiterschalter (32), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter (34), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side und einen Ausgang (15) zum Verbinden mit dem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) eine Steuereinheit (19) aufweist, welche mit einem ersten Ausgang (42) mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters (32) für die High-Side und mit einem zweiten Ausgang (44) mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters (34) für die Low-Side wirkverbunden ist und welche ausgebildet ist, die Transistoren einander abwechselnd durchzusteuern, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, den Halbleiterschalter für die High-Side und den Halbleiterschalter für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchzusteuern.Circuit arrangement ( 1 ) for an electric motor ( 5 . 7 ), with at least one transistor half-bridge ( 36 ) comprising a semiconductor switch ( 32 ), in particular N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch ( 34 ), in particular N-MOS transistor, for a low-side and an output ( 15 ) for connection to the electric motor, characterized in that the circuit arrangement ( 1 ) a control unit ( 19 ), which with a first output ( 42 ) with a control terminal of the semiconductor switch ( 32 ) for the high-side and with a second output ( 44 ) with a control terminal of the semiconductor switch ( 34 ) is operatively connected to the low-side and which is designed to turn through the transistors alternately, wherein the circuit arrangement is designed to durchzusteuern the semiconductor switch for the high-side and the semiconductor switch for the low-side with the same switching potential. Schaltungsanordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung Bootstrap-Schaltungsfrei ausgebildet ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the circuit arrangement is formed bootstrap circuit free. Schaltungsanordnung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) kein kapazitives Rückkopplungselement aufweist, welches mit dem Ausgang (15) zum Verbinden mit dem Elektromotor, insbesondere dem Stator (7) des Elektromotors, und mit einem Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side (32), oder mit einem Treiber (38) für den Steueranschluss des Halbleiterschalters für die High-Side (32) verbunden ist, und das kapazitive Rückkopplungselement ausgebildet ist, die Steuerspannung für den Halbleiterschalter für die High-Side (32) im Vergleich zu einer Steuerspannung für den Halbleiterschalter für die Low-Side (34) zu erhöhen oder zu verdoppeln.Circuit arrangement ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the circuit arrangement ( 1 ) has no capacitive feedback element connected to the output ( 15 ) for connection to the electric motor, in particular the stator ( 7 ) of the electric motor, and with a control terminal of the semiconductor switch for the high-side ( 32 ), or with a driver ( 38 ) for the control terminal of the semiconductor switch for the high-side ( 32 ) is connected, and the capacitive feedback element is formed, the control voltage for the semiconductor switch for the high-side ( 32 ) compared to a control voltage for the semiconductor switch for the low-side ( 34 ) increase or double. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (15) der Schaltungsanordnung (1) nur mit Anschlüssen (58, 59) der Schaltstrecken der Halbleiterschalter (32, 34) verbunden ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the output ( 15 ) of the circuit arrangement ( 1 ) only with connections ( 58 . 59 ) of the switching paths of the semiconductor switches ( 32 . 34 ) connected is. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) für wenigstens einen Halbleiterschalter (32, 34) einen Treiber (38, 40) aufweist, welcher ausgebildet ist, den Steueranschluss des Halbleiterschalters (32, 34) anzusteuern.Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement ( 1 ) for at least one semiconductor switch ( 32 . 34 ) a driver ( 38 . 40 ), which is formed, the control terminal of the semiconductor switch ( 32 . 34 ) head for. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) ausgangsseitig (42, 44) unmittelbar mit den Steueranschlüssen des Halbleiterschalters (32, 34) verbunden ist.Circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 19 ) on the output side ( 42 . 44 ) directly to the control terminals of the semiconductor switch ( 32 . 34 ) connected is. Handwerkzeug, insbesondere Akkuschrauber, mit einem Elektromotor als Antriebsmotor des Handwerkzeugs und einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ausgangsseitig mit dem Elektromotor verbunden ist.Hand tool, in particular cordless screwdriver, with an electric motor as the drive motor of the hand tool and a circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, which is connected on the output side to the electric motor. Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7), insbesondere mit einer Schaltungsanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Halbbrücke (36) der Leistungsendstufe (17) umfassend umfassend einen Halbleiterschalter (32), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine High-Side und einen Halbleiterschalter (34), insbesondere N-MOS-Transistor, für eine Low-Side pulsweitenmoduliert angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (32) für die High-Side und der Halbleiterschalter (34) für die Low-Side mit demselben Schaltpotential durchgesteuert wird.Method for controlling a power output stage ( 17 ) for an electric motor ( 5 . 7 ), in particular with a circuit arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one half-bridge ( 36 ) of the power output stage ( 17 ) comprising a semiconductor switch ( 32 ), in particular N-MOS transistor, for a high-side and a semiconductor switch ( 34 ), in particular N-MOS transistor, is driven pulse-width modulated for a low-side, characterized in that the semiconductor switch ( 32 ) for the high-side and the semiconductor switch ( 34 ) is controlled for the low-side with the same switching potential. Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7) gemäß Anspruch 8, bei dem ein Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Ansteuerung ein ständiges Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side (32) umfasst.Method for controlling a power output stage ( 17 ) for an electric motor ( 5 . 7 ) according to claim 8, wherein a duty cycle of the pulse width modulated drive a continuous switching of the semiconductor switch for the high-side ( 32 ). Verfahren zum Ansteuern einer Leistungsendstufe (17) für einen Elektromotor (5, 7) gemäß Anspruch 9, bei dem das ständige Durchschalten des Halbleiterschalters für die High-Side (32) während eines Bremsbetriebes des Elektromotors (5, 7) erfolgt.Method for controlling a power output stage ( 17 ) for an electric motor ( 5 . 7 ) according to claim 9, wherein the continuous switching of the semiconductor switch for the high-side ( 32 ) during a braking operation of the electric motor ( 5 . 7 ) he follows.
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