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Stand der Technik
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Bei batterie- bzw. akkubetriebenen Elektrogeräten kann die Versorgungsspannung eines internen Verbrauchers mittels einer elektronischen Einstellung der mittleren Ausgangsspannung, mit welcher der elektrische Verbraucher beaufschlagt wird, gesteuert werden. So werden beispielsweise bei akkubetriebenen Elektrowerkzeugen eine Gasgebefunktion, eine Drehzahl-Wahlmöglichkeit, eine Drehmoment-Limitierung oder ähnliche Funktionen mit Hilfe des gepulsten Ansteuerns eines oder mehrerer Leistungsschalter realisiert. Dazu werden Leistungshalbleiter, wie z. B. MOSFETs, von einer internen Steuereinrichtung pulsweitenmoduliert angesteuert. Die so erzeugte mittlere Ausgangsspannung kann je nach Tastverhältnis des Steuersignals zwischen 0 und 100 % der Eingangsspannung frei eingestellt werden.
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Typischerweise werden für akkubetriebene Elektrowerkzeuge pulsweitenmodulierte Steuersignale mit einer Frequenz im Bereich zwischen 0,5 und 32 KHz verwendet, was ein entsprechend schnelles Ein- und Ausschalten des jeweiligen Leistungsschalters erfordert. Aufgrund der bei Elektrowerkzeugen üblichen Ströme und damit verbunden in dem Akkupack und den Zuleitungen induktiv gespeicherten Energie stellt jeder Ausschaltvorgang eines solchen Leistungshalbleiters während des gepulsten Betriebs ein kritisches Ereignis dar, da der Leistungshalbleiter ab einer gewissen dabei kurzzeitig auftretenden Spannungsüberhöhung zerstört werden kann. Die im Leistungshalbleiter dabei kurzfristig umgesetzte Energie kann ab einem gewissen Wert zur thermischen Zerstörung des entsprechenden Leistungshalbleiters führen.
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Um die thermische Zerstörung des Leistungshalbleiters zu vermeiden, können beispielsweise größere Zwischenkreiskapazitäten verwendet werden. Allerdings werden solche typischerweise als Elektrolytkondensatoren realisierte Zwischenkreiskapazitäten aufgrund ihres bauartbedingten innewohnenden Serienwiderstands dabei extrem warm. Bei entsprechend hohen Strömen kann dies zur Überhitzung und Zerstörung der Elektrolytkondensatoren führen. Der Erhitzung einzelner Kondensatoren kann zwar durch eine Parallelschaltung mehrerer solcher Kondensatoren entgegen gewirkt werden, was jedoch aufgrund der limitierten Platz- und Kostenverhältnisse nicht immer möglich ist. Die Verwendung von Kondensatoren anderer Bauart, wie z. B. Keramik- oder Folienkondensatoren, ist – bezogen auf die Kapazität – typischerweise mit höheren Kosten und Platzbedarf verbunden.
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Eine weitere Möglichkeit zur Reduktion der am Leistungsschalter auftretenden Spannungsüberhöhung bietet die Verwendung einer kleinen Zwischenkreiskapazität in Verbindung mit einer hohen PWM-Frequenz des Steuersignals. Allerdings steigen mit der hohen PWM-Frequenz auch die Schaltverluste bzw. die Schaltverlustleistung. Zur Begrenzung dieser Schaltverluste ist ein entsprechend erhöhter Schaltungs- bzw. Bauteilaufwand mit entsprechend auf hohe Schaltfrequenzen ausgelegten MOSFET-Gate-Treibern notwendig. Dies geht jedoch auch mit höheren Herstellungskosten einher.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Reduktion von Spannungsüberhöhungen an Leistungsschaltern mit einem geringen Schaltungs- bzw. Bauteilaufwand bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie durch batteriebetriebenes Elektrogerät gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Steuern eines batteriebetriebenen Elektrogeräts mit einem elektrischen Verbraucher wird eine Versorgungsspannung des Verbrauchers durch Ansteuern eines Leistungsschalters mittels eines pulsweitenmodulierten Steuersignals erzeugt, wobei der Leistungsschalter in einer durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal vorgegebenen Einschaltphase eingeschaltet und in einer durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal vorgegebenen Ausschaltphase ausgeschaltet wird. Dabei wird in einer sich an die Einschaltphase anschließenden Zwischenphase eine am Leistungsschalter infolge eines abrupten Ausschaltens des Leistungsschalters am Ende der Einschaltphase auftretende induktive Spannungsüberhöhung durch ein- oder mehrmaliges Ein- und Wiederausschalten des Leistungsschalters abgebaut. Durch diese relativ kurzen Einschaltphasen wird die bei dem harten Abschalten am Leistungsschalter auftretende Spannungsüberhöhung effektiv abgebaut. Somit kann mit einem typischerweise für niedrige PWM-Frequenzen ausgelegten kostengünstigen Schaltungs- bzw. Bauteilaufwand ein wirkungsvoller Schutz vor dem Auftreten extremer Spannungsüberhöhungen erreicht werden. Diese Maßnahme erlaubt ferner bei gleichem Schaltungs- bzw. Bauteilaufwand dem elektrischen Verbraucher eine höhere Leistung bereitzustellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Leistungsschalter in der Zwischenphase mit einem Pulssignal angesteuert, dessen Frequenz dem zwei- bis zwanzigfachen der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals entspricht. Durch die Verwendung eines Pulssignals mit wenigstens dem zweifachen der Frequenz des pulsweitenmodulierten Steuersignals kann die Spannungsüberhöhung optimal abgebaut werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein mit der Spannungsüberhöhung in Zusammenhang stehender elektrischer Parameter des Elektrogeräts ermittelt wird und dass der Leistungsschalter in der Zwischenphase mit einem Pulssignal angesteuert wird, dessen Frequenz, Tastverhältnis und/oder Dauer abhängig ist von der Höhe des aktuell ermittelten elektrischen Parameters. Hierdurch kann besonders flexibel auf Änderungen der Spannungsüberhöhung, beispielsweise infolge einer Erhöhung der Versorgungsspannung, reagiert werden. Durch die Steuerung des Pulssignals in der Zwischenphase kann anhand von verschiedenen elektrischen Parametern des Elektrogeräts die Belastung bestimmter Schaltungsteile bzw. -komponenten kontrolliert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens ein mit der Spannungsüberhöhung in Zusammenhang stehender elektrischer Parameter des Elektrogeräts ermittelt wird, und dass die Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge des Leistungsschalters in der Zwischenphase abhängig von der Höhe des aktuell ermittelten elektrischen Parameters gewählt wird. Hiermit lässt sich auf eine besonders einfache Weise eine Adaption des Pulssignals an die Höhe der Spannungsüberhöhung realisieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der als elektrischer Parameter eine an einer Zwischenkreiskapazität oder am Leistungsschalter anliegende Spannung, ein Batteriestrom, ein durch den elektrischen Verbraucher fließender Strom und/oder ein durch eine parallel zum elektrischen Verbraucher und in Reihe zum Leistungsschalter geschaltete Freilaufdiode oder Schalteinrichtung fließender Strom verwendet wird. Anhand der an der Zwischenkreiskapazität oder am Leistungsschalter abfallenden Spannung lässt sich die Spannungsüberhöhung direkt messen. Hingegen kann mit Hilfe des Batteriestroms, des durch den elektrischen Verbraucher, die Freilaufdiode oder eine entsprechende Schalteinrichtung fließenden Stroms indirekt auf das Auftreten und die Höhe der am Leistungsschalter vorliegenden Spannungsüberhöhung geschlossen werden. Gleichzeitig erlaubt die Beobachtung des Stroms eine Überwachung der entsprechenden Komponente.
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Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Frequenz, das Tastverhältnis und/oder die Dauer des Pulssignals variiert werden, um die am Leistungsschalter anliegende Spannung unterhalb eines maximalen Spannungswerts zu halten. Hierdurch kann die mittels des Pulssignals realisierte Ansteuerung des Leistungsschalters optimal an die sich ohne diese Maßnahmen sonst einstellende Spannungsüberhöhung angepasst werden. So lässt sich mit Hilfe der erwähnten Größen die Abbaurate der aktuellen Spannungsüberhöhung je nach Bedarf steuern. So kann beispielsweise bei einer geringen Spannungsüberhöhung die Dauer des Pulssignals in der Zwischenphase verkürzt und somit auch die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert werden, was mit einer Verringerung der Schaltverluste einhergeht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die am Leistungsschalter anliegende elektrische Spannung ermittelt wird, wobei der Leistungsschalter in der Zwischenphase eingeschaltet wird, wenn die gemessene elektrische Spannung den vorgegebenen oberen Spannungswert überschreitet und wobei der Leistungsschalter in der Zwischenphase wieder ausgeschaltet wird, wenn die gemessene elektrische Spannung einen vorgegebenen unteren Spannungswert unterschreitet. Die Verwendung von Schwellwerten als Kriterium für das Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters stellt eine besonders einfache Möglichkeit der Steuerung des Leistungsschalters während der Zwischenphase dar, welche sich ferner mit relativ geringem Schaltungsaufwand realisieren lässt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Spannungsversorgung des elektrischen Verbrauchers ein Halbbrückenzweig mit einem in Reihe zum Leistungsschalter und parallel zum elektrischen Verbraucher geschalteten Schalteinrichtung verwendet wird. Dabei wird die Schalteinrichtung in der Zwischenphase in einem vom Pulssignal bestimmten Ausschaltzeitraum des Leistungsschalters eingeschaltet, um einen durch induktive Effekte bedingten Strom in einem den elektrischen Verbraucher umfassenden Teilschaltkreis zu führen. Hierdurch werden die ansonsten in einer zur Schalteinrichtung parallel geschalteten Freilaufdiode auftretenden Durchlaßverluste reduziert.
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Ferner ist ein batteriebetriebenes Elektrogerät umfassend einen elektrischen Verbraucher und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers durch Ansteuern eines Leistungsschalters mit Hilfe eines pulsweitenmodulierten Steuersignals vorgesehen, wobei der Leistungsschalter in einer durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal vorgegebenen Einschaltphase eingeschaltet und in einer durch das pulsweitenmodulierte Steuersignal vorgegebenen Ausschaltphase ausgeschaltet wird. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, in einer sich an die Einschaltphase anschließenden Zwischenphase eine am Leistungsschalter infolge eines abrupten Ausschaltens des Leistungsschalters am Ende der Einschaltphase auftretende induktive Spannungsüberhöhung durch ein- oder mehrmaliges Ein- und Wiederausschalten des Leistungsschalters abzubauen. Eine solche Steuerschaltung lässt sich mit einfachen Bauteilen und Komponenten realisieren und ist daher kostengünstig in der Herstellung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Elektrogerät eine Messeinrichtung zum Ermitteln wenigstens eines elektrischen Parameters des Elektrogeräts umfasst und dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Leistungsschalter in der Zwischenphase mit einem Pulssignal anzusteuern, dessen Frequenz, das Tastverhältnis und/oder Dauer abhängig ist von der Höhe des aktuell ermittelten elektrischen Parameters. Durch die interne Messeinrichtung lassen sich die betreffenden Bauteile vor negativen Effekten der Spannungsüberhöhung effektiv schützen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Elektrogeräts sowie der elektronischen Komponenten;
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2 einen Schaltkreis zur Spannungsversorgung eines elektrischen Verbrauchers des Elektrogeräts;
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3 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des Stroms im elektrischen Verbraucher;
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4 den zeitlichen Verlauf des von der Batterie zur Verfügung gestellten Stroms;
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5 den zeitlichen Verlauf der an einer Zwischenkreiskapazität abfallenden elektrischen Spannung;
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6 ein gemäß der Erfindung modifiziertes Steuersignal zum Ansteuern des Leistungsschalters;
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7 beispielhaft ein Steuersignal mit einem PWM-Tastverhältnis von 50 %;
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8 das Steuersignal aus 7 mit einem reduzierten PWM-Tastverhältnis; und
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9 das Steuersignal aus 7 mit einem erhöhten PWM-Tastverhältnis.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines batterie- oder akkubetriebenen Elektrogeräts 100, insbesondere eines Elektrowerkzeugs. Ein solches Elektrogerät 100 umfasst einen elektrischen Verbraucher 110, welcher im Falle eines Elektrowerkzeugs beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Ferner umfasst das Elektrogerät 100 eine interne Spannungs- bzw. Stromversorgung 160, welche in Form eines Akkus bzw. einer wieder aufladbaren Batterie realisiert ist, sowie eine elektrische Schaltung zum Steuern des elektrischen Verbrauchers 110. Die elektrische Schaltung wandelt die von der Batterie 160 bereitgestellte Batteriespannung in eine Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers 110 um. Dies erfolgt im vorliegenden Fall mittels einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung eines Leistungsschalters 120, welcher in Serie zum elektrischen Verbraucher 110 geschaltet ist. Der Leistungsschalter, typischerweise ein Halbleitertransistor wie ein MOSFET, ist hierzu mit einer internen Steuereinrichtung 180 verbunden, welche anhand bestimmter Vorgaben die Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers 110 durch Bereitstellen eines entsprechenden Steuersignals steuert. Der gepulst angesteuerte Leistungsschalter 120 öffnet und schließt synchron zu dem PWM-Steuersignal und erzeugt am elektrischen Verbraucher 110 somit eine mittlere Spannung, welche je nach Tastverhältnis des Steuersignals von 0 % bis 100 % der Batteriespannung betragen kann. In dem Fall, dass der elektrische Verbraucher eine relevante Induktivität aufweist, enthält die Schaltung typischerweise eine parallel zum elektrischen Verbraucher geschaltete Freilaufdiode. Die Freilaufdiode 130 stellt dabei sicher, dass der durch die Motorinduktivität bedingte Strom auch in der Aus- bzw. Ausschaltphase des Leistungsschalters 110 ungehindert fließen kann. Somit werden Schäden durch den Induktionsstrom vermieden. Anstelle der Freilaufdiode kann auch eine Schalteinrichtung 140 mit integrierter Freilaufdiode 130 verwendet werden. Die Schalteinrichtung 140 wird dabei von der Steuereinrichtung 180 synchron zum Leistungsschalter 120 geschaltet, wobei die Ansteuerung jeweils mit Totzeiten erfolgen muss, um durch Schaltzeiten bzw. Schaltverzögerungen Kurzschlüsse der Versorgungsspannung über Leistungsschalter 110 und Schalteinrichtung 140 zu vermeiden.
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Das Elektrogerät 100 umfasst ferner eine Messeinrichtung 190 zum Erfassen wenigstens eines elektrischen Parameters des Elektrogeräts 100. Als elektrischer Parameter eignet sich grundsätzlich jede messbare oder ableitbare Größe, wie z. B. die am Leistungsschalter 120 abfallende Spannung USD, die an der Freilaufdiode 130 bzw. der Schalteinrichtung 140 abfallende elektrische Spannung UD, die an den Polen der Batterie 160 bzw. am Kondensator 150 abfallende Batteriespannung UBAT, der durch den Motor fließende Strom IMOT oder der durch die Batterie 160 und die Zuführleitungen fließende Strom IBAT. Je nach Komplexität der Ansteuerschaltung können auch andere direkt oder indirekt messbare bzw. ermittelbare elektrische Größen von der Messeinrichtung 190 bzw. der Steuereinrichtung 180 verwendet werden. Im folgenden Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung 190 als Teil der Steuereinrichtung 180 dargestellt. Entsprechende Messeinrichtungen können jedoch auch unabhängig von der Steuereinrichtung realisiert werden.
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Die elektrische Schaltung des Elektrogeräts 100 umfasst ferner eine Zwischenkreiskapazität 150 zur Reduktion von Spannungsschwankungen im Zwischenkreis.
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Die 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung der elektrischen Schaltung 101 des Elektrogeräts aus 1. Dabei sind die in der 1 in Form von Blöcken dargestellten elektrischen Komponenten nunmehr als elektrische Bauteile dargestellt. Im Unterschied zu der Darstellung in der 1 ist das im Halbbrückenzweig parallel zum elektrischen Verbraucher 110 geschaltete elektrische Bauteil nunmehr als eine einzige Freilaufdiode 130 ausgebildet. Ferner ist zur Verdeutlichung der Problematik die Induktivität 170 der Zuleitungen, welche für die Spannungsüberhöhung verantwortlich ist, mittels eines entsprechenden Symbols dargestellt. Hingegen sind die in der 1 gezeigten Steuereinrichtung und Messeinrichtung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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In der 2 sind ferner vier elektrische Größen der Schaltung 101 dargestellt, nämlich der Batteriestrom IBat, der Motorstrom IMot, die an der Zwischenkreiskapazität 150 abfallende Spannung UC sowie die Batteriespannung UBat.
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In den 3 bis 5 sind die Zeitverläufe verschiedener elektrischer Größen in den verschiedenen Schaltphasen des Leistungsschalters dargestellt. Dabei zeigt die 3 den Verlauf des durch den elektrischen Verbraucher 110 (hier ein Elektromotor) fließenden Stroms IMot während einer Periode des PWM-Steuersignals. Dabei wird der Motorstrom IMot in der Einschalt-Phase 210 und der Ausschalt-Phase 230 des Leistungsschalters aufgrund der Motorinduktivität im Wesentlichen als konstant angenommen. In der zum Zeitpunkt t2 beginnenden Ausschaltphase 230 des Leistungsschalters 120 wird in dem den Elektromotor 110 umfassenden Schaltkreiszweig 102 durch das in sich zusammenfallende Magnetfeld der Motorspulen ein Induktionsstrom erzeugt, welcher vom Betrag her im Wesentlichen dem Motorstrom während der Einschaltphase 210 des Leistungsschalters 110 entspricht. Auch in der sich an die Einschalt-Phase 210 anschließenden und in die Ausschaltphase 230 übergehenden Zwischenphase 220 (Zeitraum t1 bis t2), in welcher der Leistungsschalter 120 zwecks Reduktion von Spannungsüberhöhungen mit einem höher frequenten Pulssignal angesteuert wird, bleibt der Motorstrom IMot aufgrund der Eigeninduktion im Wesentlichen konstant.
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Im Unterschied zu dem durch den elektrischen Verbraucher 110 fließenden Strom IMot, ändert sich der durch die Batterie 160 und die daran angeschlossenen Versorgungsleitungen 161, 162 fließende Strom IBat je nach Schaltphase des Leistungsschalters 120. So fällt der in der Einschalt-Phase 210 zunächst im Wesentlichen dem Motorstrom IMot entsprechende Batteriestrom IBat nach dem Ausschalten des Leistungsschalters 120 am Ende der Einschalt-Phase 210 relativ schnell ab. In der 4 sind dabei zwei verschiedene Situationen dargestellt, wobei die durchgehende Linie den Stromverlauf während einer durch gepulste Ansteuerung des Leistungsschalters 120 gezeichneten Zwischenphase 220 darstellt. Hingegen zeigt die gestrichelte Linie den typischen Stromverlauf nach dem Ausschalten des Leistungsschalters 120 am Ende der Einschaltphase 210 während eines herkömmlichen Ansteuerns des Leistungsschalters 120 mittels eines PWM-Signals ohne eine entsprechende Zwischenphase 220. Wie hier zu sehen ist, erfolgt der Stromabfall während der Zwischenphase 220 idealerweise linear und erreicht sein Minimum idelearweise zum Zeitpunkt t2, welcher den Anfang der Ausschaltphase 230 markiert.
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Im Vergleich hierzu fällt der Strom im herkömmlichen Fall, also ohne entsprechende Zwischenphase 220, deutlich schneller ab und erreicht sein Minimum bereits zum Zeitpunkt t7. Der Verlauf des Stromabfalls ist dabei im Wesentlichen vom Ladeverhalten der Zwischenkreiskapazität 150 bestimmt. Ursächlich hierfür ist die höhere zugelassene Spannungsüberhöhung. im Zwischenkreis und folglich auch am ausgeschalteten Leistungsschalter. Eine solche Spannungsüberhöhung 310 ist in der 5 gezeigt, welche den Verlauf der an der Zwischenkreiskapazität 150 abfallenden Spannung UC für den herkömmlichen und den erfindungsgemäßen Fall gelöst wird. Dabei zeigt die gestrichelte Linie den im herkömmlichen Fall auftretenden Spannungspeak 310, welcher zum Zeitpunkt t7 seinen größten Wert Uhigh erreicht. Nach dem Zeitpunkt t7 fällt die Spannung wieder ab.
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Um die Spannungsüberhöhung 310 abzubauen bzw. zu reduzieren, wird erfindungsgemäß eine Zwischenphase 220 zwischen der Einschaltphase 210 und der Ausschaltphase 230 des Leistungsschalters 120 eingeführt, in welcher der Leistungsschalter 120 mittels eines schnellen Pulssignals angesteuert wird. Das Pulssignal weist dabei eine im Vergleich zur PWM-Frequenz FPWM deutlich höhere Frequenz FP auf. Die Pulsfrequenz FP beträgt vorzugsweise das zwei- bis zwanzigfache der PWM-Frequenz FPWM.
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Aufgrund des pulsförmigen Steuersignals wird der Leistungsschalter in der Zwischenphase 220 jeweils kurzfristig ein- und wieder ausgeschaltet. Wie in der 5 gezeigt ist, führt das Einschalten des Leistungsschalters 120 zum Zeitpunkt t4 zu einem Abfall der am Kondensator 150 anliegenden Spannung UC, welche im Wesentlichen der am Leistungsschalter 120 anliegenden Spannung USD entspricht. Der Spannungsabfall wird dabei durch das Ausschalten des Leistungsschalters 120 zum Zeitpunkt t5 infolge einer negativen Flanke des Pulssignals unterbrochen. In dem anschließenden Ausschaltzeitraum 223 vom Zeitpunkt t5 bis t6 steigt die Kondensatorspannung UC daher erneut stark an. Dieser Anstieg wird wiederum mit dem Einschalten des Leistungsschalters 120 zum Zeitpunkt t6 unterbrochen. Im Anschluss daran erfolgen noch weitere Aus- und Einschaltvorgänge bis die induktive Spannungsüberhöhung zum Zeitpunkt t2 im Wesentlichen abgebaut ist. Dabei werden die Ein- und Ausschaltvorgänge in der Zwischenphase 220 im Wesentlichen so gestaltet, dass die Kondensatorspannung UC einen maximalen Spannungswert Umax nicht überschreitet. Dieser maximale Spannungswert Umax wird vorzugsweise so gewählt, dass sich durch die vom Betrag geringe Spannungsüberhöhung keine wesentlichen negativen Folgen für die Schaltung und ihre Komponenten ergibt. Wie in der 5 gezeigt ist, bewegt sich die Kondensatorspannung UC während der Zwischenphase 220 im Wesentlichen zwischen einem unteren Spannungswert Umin und einem oberen Spannungswert Umax. Nach der Zwischenphase 220 fällt die Kondensatorspannung UC ab dem Zeitpunkt t2, welcher den Beginn der Ausschaltphase 230 markiert, letzmalig wieder ab.
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Die 6 zeigt beispielhaft ein gemäß der Erfindung modifiziertes Steuersignal 200 zum Ansteuern des Leistungsschalters 120. Das Steuersignal 200 umfasst einen PWM-Signalanteil 201, welcher sich aus den Ein- und Ausschaltphasen 210, 230 zusammensetzt, sowie einen zweiten Signalanteil 202, welcher durch das höherfrequente Pulssignal während der Zwischenphasen 220 gebildet wird. Beide Signalteile können dabei auch unabhängig voneinander variiert werden, um einerseits eine optimale Steuerung der Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers 110 zu realisieren und andererseits die am Leistungsschalter 120 auftretende Spannungsüberhöhung im Wesentlichen zu kompensieren. Insbesondere kann das Pulssignal 202 während der Zwischenphase 220 durch eine Variation der Frequenz, des Tastverhältnisses bzw. der Dauer den jeweiligen Anforderungen stets angepasst werden. Die Anpassung des PWM-Signals 202 erfolgt dabei in üblicher Weise durch die Variation des Tastverhältnisses, wobei aufgrund der zusätzlichen Zwischenphase 220 auch die jeweiligen Einschaltzeiten während der Zwischenphase bei der Bestimmung der mittleren Spannung berücksichtigt werden müssen.
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Die 7 bis 9 zeigen drei verschiedene Steuersignale 200, welche durch Variation der beiden Signalanteile 201, 202 unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Elektrogeräts angepasst wurden. So zeigt die 7 beispielsweise ein erstes Steuersignal, dessen PWM-Signalanteil 201 ein Tastverhältnis von ca. 50 % aufweist. Hierdurch ergibt sich am elektrischen Verbraucher 110 eine erste Versorgungsspannung, welche im Wesentlichen der halben Batteriespannung UBAT entspricht. Zur Reduktion der durch den harten Abschaltvorgang am Ende der Einschaltphase 210 am Leistungsschalter 120 auftretenden Spannungsüberhöhung 310 erfolgt in der Zwischenphase 220 ein kurzzeitiges Ein- und Wiederausschalten des Leistungsschalters 120. Im vorliegenden Fall besteht der zweite Signalanteil 202 des Steuersignals 200 aus drei Pulsen mit einem Tastverhältnis von ca. 50 %.
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Die 8 zeigt ein zweites Steuersignal 200, dessen PWM-Signalanteil 201 ein gegenüber dem in der 7 gezeigten PWM-Signalanteil reduziertes Tastverhältnis aufweist. Hierdurch ergibt sich eine reduzierte mittlere Spannung, welche typischerweise mit einer Reduktion der Versorgungsspannung des elektrischen Verbrauchers 210 im Zusammenhang steht. Im folgenden Ausführungsbeispiel weist das Pulssignal 202 während der Zwischenphase 220 ein geringeres Tastverhältnis auf. Dies ist durch den Vergleich der Einschalt- und Ausschaltzeiträume 221, 222, 223 des Pulssignals 202 in 8 ersichtlich. Ferner erfolgt eine Reduktion der Frequenz des Pulssignals 202. Alternativ wäre auch eine Reduktion der Dauer des Pulssignals 202 möglich.
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Die 9 zeigt hingegen ein Steuersignal 200, bei dem das Tastverhältnis D des PWM-Signalanteils 201 gegenüber dem PWM-Signalanteil aus 7 erhöht ist. Gegenüber dem Pulssignal aus 7 ist das Tastverhältnis des Pulssignals 202 während der Zwischenphase 220 hier ebenfalls erhöht dargestellt. Dies ergibt einen entsprechend anderen Verlauf des Spannungsabbaus der am Leistungsschalter 120 auftretenden Spannungsüberhöhung 310.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus auch andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das Verfahren neben den hier genannten Elektrowerkzeugen grundsätzlich auch in anderen Elektrogeräten zum Einsatz kommen. Auch jede sinnvolle Kombination der verschiedenen Merkmalen kommt hierfür grundsätzlich in Frage.
