DE102014107946A1

DE102014107946A1 - Method for measuring the back EMF in a string of a brushless DC motor

Info

Publication number: DE102014107946A1
Application number: DE102014107946.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schäfer
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Verfahren zur Erkennung zur Messung der Back-EMF in einem Strang eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der über eine gesteuerte Versorgungsschaltung umfassend Stromrichterventile, insbesondere eine Brückenschaltung, mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist, – wobei die Versorgungsschaltung eingangsseitig mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist und ausgangsseitig Lastanschlüsse aufweist, – wobei der Gleichstrommotor einen permanent erregten Rotor und einen Stator mit wenigstens zwei Stränge mit wenigstens jeweils einer Spule aufweist, die mit einem ersten Anschluss mit einem der Lastanschlüsse und mit einem zweiten Anschluss mit einem Sternpunkt verbunden sind, – wobei die Stromrichterventile der Versorgungsschaltung mittels einer Steuerung gemäß einem Muster zum Schließen oder Öffnen angesteuert werden, so dass an jedem Strang während einer ersten Perioden mit einer ersten Periodendauer (T1) ein Spannungspuls mit einer Pulsdauer τ bei 0 ≤ τ < T1 anliegt und durch die Versorgungsschaltung ein Strom fließt, und – wobei nach Erkennung eines Nulldurchgangs eines Stroms durch einen der Stränge, durch die Steuerung außerhalb der durch das Muster vorgegebenen Ordnung die Stromrichterventile (T1 bis T6) so angesteuert werden, dass die Stromrichterventile (T1 bis T6) eine Verbindung des ersten Anschluss dieses Strangs mit der Gleichspannungsquelle für Zeitintervall unterbrechen und während des Zeitintervalls die Spannung an diesem ersten Anschluss (A, B, C) gemessen wird, – wobei das Zeitintervall der Unterbrechung der Verbindung dieses ersten Anschlusses (A, B, C) mit der Gleichspannungsquelle zu einem Zeitpunkt endet und dieser ersten Anschluss (A, B, C) mit einem der Anschlüsse der Gleichspannungsquelle verbunden wird, wenn gemäß dem Muster durch Schließen wenigstens eines der Stromrichterventile (T1 bis T6) eine Herstellung einer Verbindung dieses ersten Anschlusses (A, B, C) mit diesem Anschluss der Gleichspannungsquelle vorgesehen ist.Method for detecting the back-EMF in a string of a brushless DC motor, which is connected to a DC voltage source via a controlled supply circuit comprising converter valves, in particular a bridge circuit, - the supply circuit is connected on the input side to the DC voltage source and has output connections on the output side, wherein the DC motor comprises a permanent-magnet rotor and a stator having at least two strings with at least one coil connected to a first terminal to one of the load terminals and to a second terminal to a neutral point, - the power converter valves of the supply circuit being controlled by a controller be driven according to a pattern for closing or opening, so that at each strand during a first periods with a first period duration (T1) a voltage pulse with a pulse duration τ at 0 ≤ τ <T1 is applied and a current flows through the supply circuit, and - after detecting a zero crossing of a current through one of the strings, by the controller outside the pattern predetermined by the pattern, the converter valves (T1 to T6) are driven so that the converter valves (T1 to T6 ) interrupt a connection of the first terminal of this string to the DC voltage source for time interval and during the time interval the voltage at that first terminal (A, B, C) is measured, - the time interval of the interruption of the connection of this first terminal (A, B, C) with the DC voltage source ends at a time and this first terminal (A, B, C) is connected to one of the terminals of the DC voltage source, if according to the pattern by closing at least one of the power converter valves (T1 to T6) establishing a connection of this first Connection (A, B, C) with this connection of the DC voltage source vorges marriage is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Nulldurchgangs eines Stroms durch einen Strang eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der über eine gesteuerte Versorgungsschaltung, insbesondere eine Brückenschaltung, mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist,

– wobei die Versorgungsschaltung eingangsseitig mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist und ausgangsseitig Außenleiteranschlüsse aufweist,
– wobei der Gleichstrommotor einen permanent erregten Rotor und einen Stator mit wenigstens zwei Strängen mit wenigstens jeweils einer Spule aufweist, die mit einem ersten Anschluss mit einem der Außenleiteranschlüsse verbunden sind, und
– wobei Stromrichterventile der Versorgungsschaltung mittels einer Steuerung gemäß einem Muster zum Schließen angesteuert werden, so dass an jedem Strang während einer ersten Periode mit einer ersten Periodendauer (T1) ein Spannungspuls mit einer Pulsdauer τ bei 0 ≤ τ < T1 anliegt und durch die Versorgungsschaltung ein Strom fließt und
– wobei nach Erkennung eines Nulldurchgangs eines Stroms durch einen der Stränge, durch die Steuerung entgegen dem Muster die Stromrichterventile so angesteuert werden, dass die Stromrichterventile eine Verbindung des ersten Anschlusses dieses Strangs mit der Gleichspannungsquelle für Zeitintervall unterbrechen und während des Zeitintervalls die Spannung an diesem ersten Anschluss gemessen wird.

The invention relates to a method for detecting a zero crossing of a current through a string of a brushless DC motor, which is connected via a controlled supply circuit, in particular a bridge circuit, to a DC voltage source,

Wherein the supply circuit is connected on the input side to the DC voltage source and on the output side has outer conductor connections,
- Wherein the DC motor has a permanent magnet rotor and a stator having at least two strands having at least one coil, which are connected to a first terminal with one of the outer conductor terminals, and
- Wherein converter valves of the supply circuit are controlled by means of a control according to a pattern for closing, so that at each strand during a first period with a first period (T1) a voltage pulse with a pulse duration τ at 0 ≤ τ <T1 is applied and by the supply circuit Electricity flows and
- After detection of a zero crossing of a current through one of the strands, by the controller against the pattern, the converter valves are controlled so that the converter valves interrupt a connection of the first terminal of this strand with the DC voltage source for time interval and during the time interval, the voltage at this first Connection is measured.

Werden die Stromrichterventile mittels einer PWM angesteuert, was in der Regel der Fall ist, entspricht die erste Periodendauer einer PWM-Periode. If the converter valves are controlled by means of a PWM, which is generally the case, the first period corresponds to a PWM period.

Bürstenlose Gleichstrommotoren, auch als Brushless DC Motor, abgekürzt BLDC- oder BL-Motor sowie auch electronically commutated Motor, kurz EC-Motor oder Permanent Magnet Synchron Motor, kurz PMSM, bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik in großer Vielzahl und in vielen Variationen bekannt. Zumeist weist ein bürstenloser Gleichstrommotor einen Rotor mit einem Permanentmagneten auf, während der feststehende Stator die Spulen umfasst. Diese wird von einer elektronischen Versorgungsschaltung zeitlich versetzt mit elektrischer Energie versorgt, um ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Das Drehfeld verursacht ein Drehmoment am permanent erregten Rotor. Bei kleineren bürstenlosen Gleichstrommotoren mit geringen Ansprüchen ist es wegen des einfachen Aufbaus üblich, die Spulen an ein Zweiphasensystem anzuschließen. Um winkelabhängige Drehmomentschwankungen zu reduzieren, werden höhere Phasensysteme eingesetzt, wobei neben dem in der Energietechnik üblichen Dreiphasensystem auch höhere Phasenanzahlen zur Anwendung kommen. Durch eine hohe Polzahl werden die Laufeigenschaften verbessert, so dass das Drehfeld auch durch Ansteuerung mit einer rechteckförmigen Wechselspannung gebildet werden kann. Brushless DC motors, also referred to as brushless DC motor, abbreviated BLDC or BL motor as well as electronically commutated motor, short EC motor or permanent magnet synchronous motor, short PMSM, are known in the art in great variety and in many variations known. In most cases, a brushless DC motor has a rotor with a permanent magnet, while the stationary stator comprises the coils. This is supplied by an electronic supply circuit offset in time with electrical energy to produce a rotating electromagnetic field. The rotating field causes a torque at the permanently excited rotor. For smaller brushless DC motors with low requirements, it is common because of the simple structure to connect the coils to a two-phase system. In order to reduce angle-dependent torque fluctuations, higher phase systems are used, wherein in addition to the usual in energy technology three-phase system also higher numbers of phases are used. By a high number of poles, the running properties are improved, so that the rotating field can also be formed by driving with a rectangular AC voltage.

Bürstenlose Gleichstrommotoren werden elektronisch kommutiert. Dazu muss die Rotorposition und die Drehzahl erfasst werden. Die Erfassung kann mit Sensoren oder ohne Sensoren erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft die sensorlose elektronische Kommutierung. Brushless DC motors are commutated electronically. For this, the rotor position and the speed must be recorded. The detection can be done with sensors or without sensors. The present invention relates to sensorless electronic commutation.

Bei der sensorlosen Kommutierung erfolgt die Erfassung der Rotorposition über die in den Spulen des Stators ausgelöste Gegenspannung, welche von der elektronischen Steuerschaltung ausgewertet wird. Eine häufige Bezeichnung für bürstenlose Gleichstrommotoren mit Permanentmagnetrotor und drei Spulen im Stator ist elektronisch kommutierter Motor (EC-Motor). In sensorless commutation, the detection of the rotor position takes place via the reverse voltage triggered in the coils of the stator, which is evaluated by the electronic control circuit. A common name for brushless DC motor with permanent magnet rotor and three coils in the stator is electronically commutated motor (EC motor).

Der Fokus dieser Erfindung liegt auf Anwendungen, bei der EC-Motoren dauerhaft betrieben werden. Die Erfindung ist aber nicht auf Motoren mit drei Spulen im Stator beschränkt. The focus of this invention is on applications where EC motors are operated permanently. The invention is not limited to motors with three coils in the stator.

Ein heutiges Verfahren zur Ansteuerung von EC-Motoren basiert auf der Messung des Stroms in den drei Spulen zur Bestimmung der Rotorposition. Dieses Verfahren ist auch unter der Bezeichnung feldorientierte-Regelung (FOC) bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Rotorlage mittels komplexer Berechnungen berechnet. Das Verfahren erfordert

– einen hohen Rechenaufwand, wodurch es erhebliche Einschränkungen bei der zu erreichenden max. elektrischen Drehzahl gibt,
– eine genaue Ermittlung der drei Ströme in den Spulen,
– für die Berechnung der Rotorposition die Angabe von Motorparametern, die sich über Drehzahl und Temperatur ändern können oder aufgrund der natürlichen Toleranzen zwischen Motoren gleicher Bauart von Motor zu Motor schwanken können. Ggf. müssten diese Parameter messtechnisch ermittelt werden.

A current method for controlling EC motors is based on the measurement of the current in the three coils for determining the rotor position. This method is also known as Field Oriented Control (FOC). In this method, the rotor position is calculated by means of complex calculations. The procedure requires

- a high computational effort, which means there are significant limitations in the achievable max. electrical speed,
A precise determination of the three currents in the coils,
- For the calculation of the rotor position, the indication of motor parameters that may change with respect to speed and temperature or may fluctuate from motor to motor due to the natural tolerances between motors of the same type. Possibly. these parameters would have to be determined metrologically.

Bei dem auf einer Strommessung basierendem Verfahren ist, da die Verarbeitung der Messwerte und die Berechnung der Rotorposition sehr rechenintensiv sind, ein sehr leistungsfähiger Mikrocontroller erforderlich. Ggf. müssen deutliche Performance-Einbußen in Kauf genommen werden. Zusätzlich sind Strommessverfahren oft mit höheren Kosten verbunden (leistungsfähiger Mikrocontroller und Strommessung) und haben eine erhöhte Verlustleistung, basierend auf den benötigten Messshunts. In the method based on a current measurement, since the processing of the measured values and the calculation of the rotor position are very computationally intensive, a very powerful microcontroller is required. Possibly. significant performance losses must be accepted. In addition, current measuring methods are often associated with higher costs (powerful microcontroller and current measurement) and have an increased power loss, based on the required shunts.

Ein weiteres Verfahren zur Ansteuerung von EC-Motoren basiert auf der Messung der Polradspannung zur Bestimmung der Rotorposition. Another method for controlling EC motors is based on the measurement of the rotor voltage for determining the rotor position.

Ansteuerverfahren bei dem die Polradspannung gemessen wird, sind aufgrund der hohen Robustheit weit verbreitet. Die Polradspannung ist die Spannung, die vom rotierenden Rotor in die Wicklungen des Stators induziert wird (nachfolgend Back-EMF genannt). Diese Verfahren können allerdings nur angewandt werden, wenn der Strom in einer Spule vorübergehend null ist und somit in dieser Spule die Back-EMF gemessen werden kann. Daher wird bei diesen Verfahren in der Regel jede Spule zu 2/3 der Periodendauer bestromt und zu 1/3 ist die Spule stromfrei und wird als Tachogenerator genutzt (2/3 Motorbetrieb, 1/3 Generatorbetrieb). Diese Art der Ansteuerung wird in der Regel als Blockkommutierung bezeichnet. Driving method in which the Polradspannung is measured, are widely used because of the high robustness. The pole wheel voltage is the voltage that is induced by the rotating rotor in the windings of the stator (hereinafter called back-EMF). However, these methods can only be used if the current in a coil is temporarily zero and thus in this coil the back EMF can be measured. Therefore, in these methods, usually each coil is energized to 2/3 of the period and to 1/3, the coil is de-energized and is used as a tachogenerator (2/3 motor operation, 1/3 generator operation). This type of control is usually referred to as block commutation.

Zwei wesentliche Nachteile dieses Konzeptes sind:

1.) Die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors sind stark reduziert.
2.) Durch die Ansteuerung entstehen hohe Stromrippel, die a. ein schwankendes Drehmoment verursachen b. die Glättungskondensatoren stark belasten c. zusätzliche Geräusche verursachen.

Two major disadvantages of this concept are:

1.) The performance and efficiency of the engine are greatly reduced.
2.) The control generates high current ripple, the a. cause a fluctuating torque b. heavily load the smoothing capacitors c. cause additional noise.

Abhängig vom Motortyp kann es wünschenswert sein, dass alle drei Spulen mit einem sinusförmigen Strom versorgt werden. Außerdem ist es wünschenswert, wenn ein geringerer Rechenaufwand für die Steuerung des Motors notwendig wäre. Depending on the motor type, it may be desirable to provide all three coils with a sinusoidal current. In addition, it is desirable if a lower computational cost for the control of the engine would be necessary.

Verfahren zur Ansteuerung von EC-Motoren, bei denen die Back-EMF genutzt wird, sind in den Dokumenten WO 2007/026241 A2 und WO 2010046386 A2 beschrieben. Das Bestreben der in den Dokumenten beschriebenen technischen Lehren und auch der vorliegenden Erfindung ist es, die Phasenverschiebung zwischen der Back-EMF in einer Spule und dem sinusförmigen Strom durch die gleiche Spule zu eliminieren. Die beiden Dokumente beschreiben im Wesentlichen Folgendes:

1.) Der EC-Motor befindet sich im Motorbetrieb und die Drehzahl ist auf einem Niveau, so dass die Back-EMF messtechnisch ermittelt werden kann.
2.) Die Ansteuerung einer Schaltung zur Erzeugung des Stroms durch eine Spule wird unterbrochen, so dass der Strom in einer Spule null ist und die Back-EMF in dieser Spule gemessen werden kann.
3.) Die Back-EMF wird mittels eines Mikrocontrollers gemessen.
4.) Die Phasenverschiebung zwischen Back-EMF und dem Spulenstrom wird berechnet.
5.) Die berechnete Phasenverschiebung wird auf null geregelt, damit wird der Betrieb im optimalen Arbeitspunkt gewährleistet.

Methods for driving EC motors using back EMF are in the documents WO 2007/026241 A2 and WO 2010046386 A2 described. The endeavor of the technical teachings described in the documents, and also the present invention, is to eliminate the phase shift between the back EMF in a coil and the sinusoidal current through the same coil. The two documents essentially describe the following:

1.) The EC motor is in motor mode and the speed is at a level so that the back EMF can be measured.
2.) The driving of a circuit for generating the current through a coil is interrupted, so that the current in a coil is zero and the back EMF can be measured in this coil.
3.) The back EMF is measured by means of a microcontroller.
4.) The phase shift between back EMF and the coil current is calculated.
5.) The calculated phase shift is set to zero, thus ensuring operation at the optimum operating point.

Wie schon beschrieben, ist die Back-EMF-Messung nur möglich, wenn kein Strom in der Messphase fließt. Um in den Zustand zu gelangen, dass kein Strom in der Spule fließt, in der die Back-EMF gemessen werden soll, werden nach der Lehre aus dem Dokument WO 2007/026241 A2 sinusförmige Spannungen an die drei Spulen angelegt. Man unterbricht diese Spannungen für ein fest definiertes Zeitintervall. Während dieses Zeitintervalls bildet sich nach Abklingen des Stroms in den Spulen die Back-EMF aus und kann gemessen werden. Nach der Lehre des Dokumentes WO 2007/026241 A2 wird die Back_EMF an zwei Stellen gemessen und dann auf den Nulldurchgang der Back-EMF interpoliert. Ist der Nulldurchgang bekannt, kann die Phasenverschiebung ermittelt werden. Das Problem bei dieser Vorgehensweise ist, dass das definierte Zeitintervall relativ lang gewählt werden muss. Der Hintergrund dafür ist, dass das Abklingen des Phasenstroms eine gewisse Zeit dauert und während der Messung zwei Messwerte, mit ausreichendem Abstand gemessen werden müssen. Für die Abklingzeit ist im Wesentlichen die Motorzeitkonstante verantwortlich, die üblicherweise einige Millisekunden beträgt. Als Folge der langen Unterbrechung der Spannung an den Spulen entsteht ein ungleichmäßiges Drehmoment und eine deutliche Reduzierung der Leistung sowie des Wirkungsgrads. As already described, back EMF measurement is only possible if no current flows in the measurement phase. To get into the state that no current flows in the coil in which the back-EMF is to be measured, according to the teaching of the document WO 2007/026241 A2 Sinusoidal voltages applied to the three coils. These voltages are interrupted for a fixed time interval. During this time interval, after the current has dissipated in the coils, the back EMF is formed and can be measured. According to the teaching of the document WO 2007/026241 A2 the Back_EMF is measured in two places and then interpolated to the zero crossing of the back EMF. If the zero crossing is known, the phase shift can be determined. The problem with this approach is that the defined time interval must be chosen to be relatively long. The reason for this is that the decay of the phase current lasts for a certain time and during measurement two measured values have to be measured with sufficient distance. For the cooldown, the motor time constant is essentially responsible, which is usually a few milliseconds. As a result of the long interruption of the voltage across the coils creates a non-uniform torque and a significant reduction in performance and efficiency.

Der Lösungsansatz des Verfahrens nach dem Dokument WO 2010/046386 A2 hat ebenfalls das Ziel, die Back-EMF zu messen und den Phasenwinkel zwischen Back-EMF und Phasenstrom zu minimieren. Bei diesem Verfahren wird der Nulldurchgang des Stromes einer Spule genau detektiert, um so ohne Verzögerung die Back-EMF sofort messen zu können. Durch das Detektieren des Stromnulldurchgangs braucht keine Rücksicht auf die Motorzeitkonstante genommen zu werden. Zur genauen Bestimmung des Stromnulldurchgangs wird die Spulenspannung zu einem Zeitpunkt abgeschaltet, der vermutlich vor dem Stromnulldurchgang liegt. Nach dem Abschalten der Spulenspannung fließt der Strom über ein Freilaufelement weiter. Als Freilaufelement dient üblicherweise die inverse Freilaufdiode in MOSFETs von Halbbrücken, über welche die Spannungsversorgung der Spulen erfolgt. Da die Freilaufdiode nur in eine Richtung leitend ist, kommt es zu einem sprunghaften Anstieg der Spannung, sobald der Strom durch die Spule den Wert null erreicht. Dieser Anstieg kann als Triggersignal für das Einleiten der Back-EMF-Messung genutzt werden. Bei diesem Verfahren wird der Nulldurchgang des Stromes nach Abschalten der Spulenspannung genau bestimmt und die Phasenverschiebung zwischen Strom und Back-EMF kann relativ einfach ermittelt und auf null geregelt werden. The approach of the method according to the document WO 2010/046386 A2 It also aims to measure the back EMF and minimize the phase angle between back EMF and phase current. In this method, the zero crossing of the current of a coil is accurately detected, so as to be able to measure without delay the back EMF immediately. By detecting the current zero crossing, no consideration needs to be given to the motor time constant. To accurately determine the current zero crossing, the coil voltage is turned off at a time presumably before the current zero crossing. After switching off the coil voltage, the current continues to flow through a freewheeling element. As a freewheeling element usually serves the inverse freewheeling diode in MOSFETs of half-bridges, via which the power supply of the coils. Since the freewheeling diode is conductive only in one direction, there is a sudden increase in the voltage as soon as the current through the coil reaches zero. This rise can be used as a trigger signal to initiate the back EMF measurement. In this method, the zero crossing of the current after switching off the coil voltage exactly determined and the phase shift between current and back-EMF can be determined relatively easily and controlled to zero.

Das Abschalten der Strangspannung zur Messung der Back-EMF hat ein Abweichen des Stroms von dem gewünschten, für die Drehmomenterzeugung optimalen Strom durch den Strang, zum Beispiel von einem sinusförmigen Strom, zur Folge. Diese Beeinflussung ist unvermeidbar. Sie sollte jedoch möglichst gering gehalten werden, damit das vom Motor erzeugte Drehmoment möglichst unbeeinflusst bleibt. Disconnecting the strand voltage to measure the back EMF results in a deviation of the current from the desired optimal torque generation current through the string, for example, a sinusoidal current. This influence is unavoidable. However, it should be kept as low as possible so that the torque generated by the engine remains as uninfluenced as possible.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe war es demzufolge, ein Verfahren zur Messung der Back-EMF zu entwickeln, bei dem die Unterbrechung einen geringen Einfluss auf das Drehmoment hat. The object underlying the present invention was therefore to develop a method for measuring the back EMF, in which the interruption has a small influence on the torque.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zeitintervall der Unterbrechung der Verbindung dieses ersten Anschlusses mit der Gleichspannungsquelle zu einem Zeitpunkt endet und dieser erste Anschluss mit einem der Anschlüsse der Gleichspannungsquelle verbunden wird, wenn gemäß dem Muster durch Schließen wenigstens eines der Stromrichterventile eine Herstellung einer Verbindung dieses ersten Anschlusses mit diesem Anschluss der Gleichspannungsquelle vorgesehen ist. Die Erfindung ist sowohl für Motoren anwendbar, deren Stränge in Sternschaltung geschaltet sind, als auch für Motoren anwendbar, deren Stränge in Polygonschaltung geschaltet sind. This object is achieved in that the time interval of interruption of the connection of this first terminal to the DC voltage source ends at a time and this first terminal is connected to one of the terminals of the DC voltage source, if according to the pattern by closing at least one of the power converter valves producing a Connection of this first terminal is provided with this connection of the DC voltage source. The invention is applicable both to motors whose strings are connected in star connection, as well as applicable to motors whose strings are connected in polygonal circuit.

Anders als beim Stand der Technik durchaus üblich ist, wird also nicht unmittelbar nach Abschluss der Messungen zur Ermittlung der Back-EMF eine Spannung an den abgeschalteten Strang gelegt. Vielmehr wird die Spannungsversorgung erst dann wieder aufgenommen, wenn sich ohne die Unterbrechung der Schaltzustände der Stromrichterventile bezüglich des abgeschalteten Strangs geändert hätte. An den Strang wird dann die Spannung angelegt, die in diesem Moment angelegt worden wäre, wenn die Unterbrechung nicht stattgefunden hätte. Die Stromrichterventile werden also nach der Unterbrechung so betrieben, als hätte die Unterbrechung nicht stattgefunden. Unlike in the prior art is quite common, so not immediately after completion of the measurements to determine the back-EMF voltage is applied to the disconnected strand. Rather, the power supply is resumed only if changed without the interruption of the switching states of the converter valves with respect to the disconnected strand. The voltage is then applied to the string which would have been applied at that moment if the interruption had not occurred. The converter valves are thus operated after the interruption as if the interruption had not occurred.

Hinter dieser Erfindung steht die Erkenntnis, dass der durch die Spannungspulse in den Strängen des Stators getriebene Strom immer dann ansteigt, wenn der erste Anschluss des Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das positive Potential verbunden wird. Der Strom in einem Strang sinkt dagegen immer dann, wenn der erste Anschluss des Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das negative Potential verbunden wird. Während einer ersten Periode zur Zeit des Nulldurchgangs eines Strangstroms wird der erste Anschluss sowohl mit dem mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das positive Potential als auch Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das negative Potential verbunden. Das heißt, dass der Strangstrom während der ersten Periode, in welcher der Nulldurchgang erkannt wird, sowohl steigt als auch sinkt, wenn die Unterbrechung nicht stattfindet. Je nach dem ob der Nulldurchgang in einer steigenden oder sinkenden Flanke des Strangstroms erkannt wird, folgt also bei fehlender Unterbrechung auf den Zeitpunkt der Erkennung des Nulldurchgangs ein kleiner oder ein größer werdender Strangstrom. Durch die Unterbrechung verharrt der Strangstrom hingegen bei Null, d.h. er sinkt nicht und er steigt nicht. Wird nun, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Messung der Back-EMF die Spannungsversorgung des Strangs wieder aufgenommen, hat der Strangstrom zu diesem Zeitpunkt höchstwahrscheinlich einen anderen Wert als der, der sich eingestellt hätte, wenn die Unterbrechung unterblieben wäre. Wird, wie es nach dem Stand der Technik ebenfalls nicht unüblich ist, mit der Wiederaufnahme der Spannungsversorgung des Strangs auch das Muster zur Schaltung der Spannung in diesem Strang neu begonnen, kann es zu einer dauerhaften Verschiebung des Strangstroms im Fall der Unterbrechung gegenüber dem Strangstrom ohne Unterbrechung kommen. Der Motor läuft dann unrund. Behind this invention is the recognition that the current driven by the voltage pulses in the strings of the stator increases whenever the first terminal of the string is connected to the terminal of the positive potential DC source. The current in a string, however, decreases whenever the first terminal of the string is connected to the terminal of the DC source for the negative potential. During a first period at the time of zero crossing of a string current, the first terminal is connected both to the positive potential terminal of the DC source and the negative potential terminal of the DC source. That is, during the first period in which the zero crossing is detected, the phase current both rises and falls when the interruption does not occur. Depending on whether the zero crossing is detected in a rising or falling edge of the string current, so follows in the absence of interruption to the time of detection of the zero crossing, a small or larger string current. By interruption, however, the strand current remains at zero, i. he does not sink and he does not rise. If, as is customary in the prior art, the voltage supply of the string is resumed at any time after the measurement of the back EMF, the phase current at this time point is most likely to have a different value than that which would have set itself the interruption would be omitted. If, as is also not uncommon in the prior art, restarting the power supply of the strand and the pattern for switching the voltage in this strand restarted, there may be a permanent shift of the strand current in the event of interruption to the strand current without Interruption come. The engine then runs out of round.

Bleibt man dagegen, wie es erfindungsgemäß vorgesehen ist, in dem Muster zur Schaltung der Stromrichterventile und trifft mit dem Ende der Unterbrechung möglichst einen Zeitpunkt, in welchem der Strangstrom erneut die Nulllinie kreuzt, ist die Abweichung des Strangstroms mit Unterbrechung sehr nahe an dem Strom, der sich ohne Unterbrechung eingestellt hätte. Nach einigen ersten Perioden hat dann auch eine weitgehende Angleichung der Ströme stattgefunden, so dass dann keine Unterschiede mehr zu erkennen sind und auch das Drehmoment den gewünschten Verlauf hat. On the other hand, if, as provided for by the invention, the pattern for switching the converter valves coincides with the end of the interruption, if possible, a point in time in which the phase current again crosses the zero line, the deviation of the phase current with interruption is very close to the current. which would have stopped without interruption. After a few first periods then an extensive approximation of the currents has taken place, so that then no differences can be seen and also the torque has the desired course.

Der Anschluss der Gleichspannungsquelle, mit dem zum Zeitpunkt am Ende des Zeitintervalls der Unterbrechung der erste Anschluss, an dem die Messung durchgeführt wurde, verbunden wird, kann der Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential sein. Die Verbindung mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential erfolgt vorteilhaft dann, wenn der Strom durch diesen Strang des Stators im Mittel der der Unterbrechung vorangegangenen ersten Perioden steigt. The terminal of the DC power source to which the first terminal at which the measurement was performed is connected at the time of the end of the interval of the interruption may be the terminal of the DC potential for the positive potential. The connection with the connection of the DC voltage source for the positive potential is advantageously carried out when the current through this strand of the stator increases on average of the interruption preceding first periods.

Ebenso ist es möglich, dass der Anschluss der Gleichspannungsquelle, mit dem zum Zeitpunkt am Ende des Zeitintervalls der Unterbrechung der erste Anschluss, an dem die Messung durchgeführt wurde, verbunden wird, der Anschluss der Gleichspannungsquelle für das negative Potential ist. Die Verbindung mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das negative Potential ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Strom durch diesen Strang des Stators im Mittel der der Unterbrechung vorangegangenen ersten Perioden sinkt. Likewise, it is possible for the terminal of the DC voltage source to be connected at the time at the end of the time interval of the interruption of the first terminal at which the measurement was performed, the terminal of DC voltage source for the negative potential. The connection to the terminal of the DC voltage source for the negative potential is particularly advantageous when the current through this strand of the stator decreases on average of the first periods preceding the interruption.

Die Unterbrechung kann länger als eine erste Periode dauern. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Unterbrechung in der auf den Beginn der Unterbrechung als übernächste folgenden ersten Periode endet. The interruption may take longer than a first period. According to the invention, it can be provided that the interruption ends in the first period following the beginning of the interruption, which is the one after the next.

Gemäß der Erfindung kann zur Erkennung des Nulldurchgangs des Stroms durch einen der Stränge des Stators, der durch die Versorgungsschaltung fließende Strom zu verschiedenen Abtastzeitpunkten in einer ersten Periode abgetastet werden. According to the invention, to detect the zero crossing of the current through one of the strings of the stator, the current flowing through the supply circuit may be sampled at different sampling instants in a first period.

Anders als beim Stand der Technik wird also nicht geschätzt, wann der Nulldurchgang des Spulenstroms stattfinden könnte, um dann ein Triggersignal zu erhalten, welches den Zeitpunkt des Nulldurchgangs anzeigt. Bei der Erfindung wird der Strom durch die Versorgungsschaltung wenigstens zwei mal pro erster Periode abgetastet. Durch diese Abtastung des Stroms durch die Versorgungsschaltung kann der Nulldurchgang erfindungsgemäß ermittelt werden. Thus, unlike the prior art, it is not appreciated when the zero crossing of the coil current could take place to then obtain a trigger signal indicating the time of the zero crossing. In the invention, the current through the supply circuit is sampled at least twice per first period. By this sampling of the current through the supply circuit, the zero crossing can be determined according to the invention.

Vorzugsweise folgen in einer ersten Periode Zeitintervalle aufeinander. Diese Zeitintervalle können sich vorteilhaft durch unterschiedliche Schaltzustände der Stromrichterventile der Brückenschaltung unterscheiden. Gemäß der Erfindung können die Abtastzeitpunkte innerhalb verschiedener Zeitintervalle einer ersten Periode liegen. Preferably, in a first period, time intervals follow each other. These time intervals may advantageously differ by different switching states of the converter valves of the bridge circuit. According to the invention, the sampling times may be within different time intervals of a first period.

Die Spannungspulse, welche durch das Schalten der Stromrichterventile erzeugt werden, können periodische Pulsmuster bilden. Die periodischen Pulsmuster können zweite Perioden haben, wobei eine Periodendauer der zweiten Perioden vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Periodendauer ist. Die zweiten Perioden entsprechen in der Regel der Periodendauer einer elektrischen Umdrehung. Vorteilhaft können die Pulsmuster zur Ansteuerung der Stromrichterventile um 360° geteilt durch die Anzahl der Stränge des Stators zu einander phasenverschoben sein. Bei einem Motor mit drei Strängen sind die Pulsmuster vorzugsweise um 120° zueinander phasenverschoben. The voltage pulses, which are generated by the switching of the converter valves, can form periodic pulse patterns. The periodic pulse patterns may have second periods, wherein a period of the second periods is preferably an integer multiple of the first period. The second periods generally correspond to the period of one electrical revolution. Advantageously, the pulse patterns for controlling the power converter valves can be phase-shifted by 360 ° divided by the number of strands of the stator to each other. In a three-stranded motor, the pulse patterns are preferably phase-shifted by 120 ° with each other.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die während den ersten Perioden in den verschiedenen Strängen auftretenden Spannungspulse in einer einzelnen der ersten Perioden unterschiedliche Pulsdauern haben. Das bedeutet, dass in einer einzeln betrachteten ersten Periode die Spannungspulse der an den Strängen des Stators anliegenden Spannungen unterschiedlich lang sind. Die Länge der Spannungspulse wird dabei durch die Zustände der Stromrichterventile der Versorgungsschaltung bestimmt. Diese Zustände bestimmen auch die Zeitintervalle in den ersten Perioden. Da während einer ersten Periode in verschiedenen Zeitintervallen abgetastet wird, also zu Zeitpunkten, in denen nicht die gleichen Spannungspulse an den Strängen anliegen, hat die unterschiedliche Länge der Pulsdauern zur Folge, das der durch die Versorgungsschaltung fließende Strom, der abgetastet wird, die Summe unterschiedlicher Strangströme ist. Je nach dem, welcher Spannungspuls anliegt, also welches Stromrichterventil der Versorgungsschaltung leitend ist, ergibt sich der durch die Versorgungsschaltung fließende Strom aus unterschiedlichen Strangströmen. It may be advantageous if the voltage pulses occurring in the different phases during the first periods in a single one of the first periods have different pulse durations. This means that in an individually considered first period, the voltage pulses of the voltages applied to the strings of the stator are of different lengths. The length of the voltage pulses is determined by the states of the converter valves of the supply circuit. These states also determine the time intervals in the first periods. Since it is sampled at different time intervals during a first period, ie at times when the same voltage pulses are not applied to the strings, the different length of the pulse durations results in the sum of the current flowing through the supply circuit being sampled being different Strand currents is. Depending on which voltage pulse is applied, that is to say which converter valve of the supply circuit is conductive, the current flowing through the supply circuit results from different phase currents.

Es ist möglich, dass zu einzelnen Abtastzeitpunkten während jeder ersten Periode entweder an einem Strang des Stators ein Spannungspuls anliegt oder an zwei unterschiedlichen Strängen des Stators Spannungspulse anliegen. Das kann dadurch erreicht werden, dass mit den Stromrichterventilen der Versorgungsschaltung unterschiedliche Strompfade geschaltet werden. It is possible that at individual sampling times during each first period either a voltage pulse is applied to one line of the stator or voltage pulses are applied to two different lines of the stator. This can be achieved by switching different current paths with the converter valves of the supply circuit.

Nachfolgend wird insbesondere ein Motor betrachtet, der drei Stränge hat. Der Motor kann eine Spule pro Strang haben. Hereinafter, in particular, a motor is considered, which has three strands. The motor can have one coil per strand.

Gemäß der Erfindung kann der Strom durch die Versorgungsschaltung zweimal innerhalb einer ersten Periode abgetastet werden, und zwar

– das eine Mal, wenn der erste Anschluss eines ersten Strangs der drei Stränge mit einem negativen Potential der Gleichspannungsquelle verbunden ist und die ersten Anschlüsse eines zweiten Strangs und eines dritten Strangs der drei Stränge mit einem positiven Potential der Gleichspannungsquelle verbunden sind, und
– das andere Mal, wenn die ersten Anschlüsse des ersten Strangs und des dritten Strangs der drei Stränge mit dem negativen Potential der Gleichspannungsquelle verbunden sind und der erste Anschluss des zweiten Strangs der drei Stränge mit einem positiven Potential der Gleichspannungsquelle verbunden ist.

According to the invention, the current through the supply circuit can be sampled twice within a first period, namely

- the one time, when the first terminal of a first strand of the three strands is connected to a negative potential of the DC voltage source and the first terminals of a second strand and a third strand of the three strands are connected to a positive potential of the DC voltage source, and
- The other time, when the first terminals of the first strand and the third strand of the three strands are connected to the negative potential of the DC voltage source and the first terminal of the second strand of the three strands is connected to a positive potential of the DC voltage source.

Erfindungsgemäß kann aus den zu den Abtastzeitpunkten gemessenen Werten des Stroms durch die Versorgungsschaltung der Zeitpunkt eines Nulldurchgangs wenigstens eines der durch einen der Stränge fließenden Stroms ermittelt werden, insbesondere des durch den dritten Strang fließenden Stroms. According to the invention, the time of a zero crossing of at least one of the currents flowing through one of the strings, in particular of the current flowing through the third string, can be determined from the values of the current measured by the supply circuit at the sampling times.

Als Zeitpunkt eines Nulldurchgangs des durch den dritten Strang fließenden Stroms kann gemäß der Erfindung der Zeitpunkt ermittelt werden, zu dem die an den Abtastzeitpunkten gemessenen Ströme gleich groß sind oder die Differenz zwischen den beiden Strömen einen festgelegten Betrag nicht überschreitet. As the time of a zero crossing of the current flowing through the third strand current can be determined according to the invention, the time the currents measured at the sampling instants are equal or the difference between the two currents does not exceed a fixed amount.

Die Pulsmuster, die durch das Schließen und Öffnen der Stromrichterventile der Versorgungsschaltung erzeugt werden, können so gewählt sein, dass eine an den Strängen anliegende Strangspannung für ein Drittel der zweiten Periode gleich null ist. Die Pulsmuster können vorteilhaft so gewählt werden, dass sich in den Strängen sinusförmige oder nahezu sinusförmige Ströme ergeben. The pulse patterns generated by the closing and opening of the power converter valves of the supply circuit may be selected such that a string voltage applied to the strings is equal to zero for one third of the second period. The pulse patterns can advantageously be selected such that sinusoidal or nearly sinusoidal currents result in the strings.

Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren auch eine Vorrichtung zur Erkennung eines Nulldurchgangs eines Stroms durch einen Strang eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der über eine gesteuerte Versorgungsschaltung mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. In addition to the method, the invention also relates to a device for detecting a zero crossing of a current through a string of a brushless DC motor, which is connected to a DC voltage source via a controlled supply circuit.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist Mittel zum Messen des Stroms durch die Versorgungsschaltung auf. Die Vorrichtung kann ferner Mittel zum Auswerten der Messwerte des Stroms durch die Versorgungsschaltung zu verschiedenen Abtastzeitpunkten aufweisen. Mit den Mitteln zum Auswerten können Messwerte von verschiedenen Abtastzeitpunkten innerhalb einer ersten Periode verglichen werden. A device according to the invention has means for measuring the current through the supply circuit. The apparatus may further comprise means for evaluating the measurements of the current through the supply circuit at different sampling instants. By means of the evaluation, measured values of different sampling times within a first period can be compared.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: Reference to the accompanying drawings, the invention is explained in more detail below. Showing:

1 ein Ersatzschaltbild einer Anordnung aus einer Gleichspannungsquelle, einer Versorgungsschaltung und einem Stator eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit drei Strängen in einem ersten Schaltzustand, 1 an equivalent circuit diagram of an arrangement of a DC voltage source, a supply circuit and a stator of a brushless DC motor with three strands in a first switching state,

2 ein Ersatzschaltbild der Anordnung aus 1 in einem zweiten Schaltzustand, 2 an equivalent circuit diagram of the arrangement 1 in a second switching state,

3 ein Ersatzschaltbild der Anordnung aus 1 in einem dritten Schaltzustand, 3 an equivalent circuit diagram of the arrangement 1 in a third switching state,

4 Diagramme der über den drei Strängen des Stators abfallenden Strangspannungen und eines durch einen dritten Strang fließenden Stroms, 4 Diagrams of the drop across the three strings of the stator strand voltages and a current flowing through a third strand current,

5 ein Diagramm des durch die Versorgungsschaltung fließenden Stroms in einer Darstellung über mehrere zweite Perioden, 5 a diagram of the current flowing through the supply circuit current in a representation over several second periods,

6 ein Diagramm des durch die Versorgungsschaltung fließenden Stroms in einer Darstellung eines Ausschnitts aus einer zweiten Periode, 6 3 is a diagram of the current flowing through the supply circuit in a representation of a section of a second period,

7 ein Diagramm des durch die Versorgungsschaltung fließenden Stroms in einer Darstellung über zwei erste Perioden (oben), sowie der PWM-Signale (unten), 7 a diagram of the current flowing through the supply circuit in a representation over two first periods (top), and the PWM signals (below),

8 eine Darstellung einer Logikschaltung zur Ermittelung des Nulldurchgangs und 8th a representation of a logic circuit for determining the zero crossing and

9 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Ermittelung des Nulldurchgangs 9 a flowchart of the method for determining the zero crossing

10 ein Strom-Zeit-Diagramm des Stroms durch den Strang an dessen erstem Anschluss die Back-EMF-Messung stattgefunden hat und des Stroms durch den gleichen Strang ohne Durchführung der Back-EMF-Messung. 10 a current-time diagram of the current through the strand at its first terminal back EMF measurement has taken place and the current through the same strand without performing the back-EMF measurement.

In den 1 bis 3 ist die Gleichspannungsquelle mit 1, die Versorgungsschaltung mit 2 und der Stator des bürstenlosen Gleichstrommotors mit 3 bezeichnet. In the 1 to 3 is the DC voltage source with 1, the supply circuit with 2 and the stator of the brushless DC motor with 3.

Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich um eine Batterie, einen Akkumulator, ein Netzgerät oder ähnliches handeln. The DC voltage source may be a battery, an accumulator, a power supply or the like.

Als Versorgungsschaltung wurde für das dargestellte Beispiel eine B6C-Schaltung gewählt. Grundsätzlich sind aber auch andere Schaltungen als Versorgungsschaltungen möglich, zum Beispiel Mittelpunktsschaltungen. The supply circuit chosen was a B6C circuit for the example shown. In principle, however, circuits other than supply circuits are possible, for example center-point circuits.

Die B6C-Schaltung 2 ist aus Stromrichterventilen aufgebaut. Bei diesen kann es sich um NPN-Leistungstransistoren handeln. Die B6C-Schaltung 2 weist eine erste Gruppe von Transistoren T1, T3, T5 auf, deren Kollektoren mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential der Gleichspannung verbunden sind. Die Emitter dieser Transistoren T1, T3, T5 sind mit Lastanschlüssen der B6C-Schaltung 2 verbunden. Neben der ersten Gruppe von Transistoren weist die B6C-Schaltung 2 eine zweite Gruppe von Transistoren T2, T4, T6 auf. Die Transistoren T2, T4, T6 bilden zusammen mit jeweils einem Transistor T1, T3, T5 eine Halbbrücke. Die Kollektoren der Transistoren T2, T4, T6 sind dazu mit den Emittern und den Lastanschlüssen verbunden. Die Emitter der Transistoren T2, T4, T6 sind über einen Messwiderstand mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das negative Potential verbunden. The B6C circuit 2 is constructed of converter valves. These may be NPN power transistors. The B6C circuit 2 comprises a first group of transistors T1, T3, T5 whose collectors are connected to the terminal of the DC potential for the positive potential of the DC voltage. The emitters of these transistors T1, T3, T5 are connected to load terminals of the B6C circuit 2. In addition to the first group of transistors, the B6C circuit 2 has a second group of transistors T2, T4, T6. The transistors T2, T4, T6 together with a respective transistor T1, T3, T5 form a half-bridge. The collectors of the transistors T2, T4, T6 are connected to the emitters and the load terminals. The emitters of the transistors T2, T4, T6 are connected via a measuring resistor to the terminal of the DC voltage source for the negative potential.

Die Gateanschlüsse der Transistoren T1 bis T6 sind mit einer Steuerschaltung verbunden, die nicht dargestellt ist. The gate terminals of the transistors T1 to T6 are connected to a control circuit, which is not shown.

Der Stator 3 weist drei Stränge mit jeweils einer Spule auf. Die Stränge haben jeweils einen ersten Anschluss A, B, C und einen zweiten Anschluss. Die zweiten Anschlüsse sind miteinander verbunden, so dass sich eine Sternschaltung der Stränge ergibt. Der erste Anschluss A des Stators 3 ist mit dem Lastanschluss der B6C-Schaltung 2 in der Halbbrücke T1, T2 verbunden, der erste Anschluss B des Stators 3 ist mit dem Lastanschluss der B6C-Schaltung 2 in der Halbbrücke T3, T4 verbunden und der erste Anschluss C des Stators 3 ist mit dem Lastanschluss der B6C-Schaltung 2 in der Halbbrücke T5, T6 verbunden. The stator 3 has three strands, each with a coil. The strands each have a first terminal A, B, C and a second terminal. The second connections are connected to each other, so that a star connection of the strands results. The first terminal A of the stator 3 is connected to the load terminal of the B6C circuit 2 in the half-bridge T1, T2, the first terminal B of the stator 3 is connected to the load terminal of the B6C circuit 2 in the half-bridge T3, T4 and the first one Terminal C of the stator 3 is connected to the load terminal of the B6C circuit 2 in the half bridge T5, T6.

Zur Ansteuerung der Transistoren T1 bis T6 der B6C-Schaltung werden von der nicht dargestellten Steuerschaltung PWM-Signale erzeugt, die entweder den Transistor T1, T3, T5 der ersten Gruppe oder den Transistor T2, T4, T6 der zweiten Gruppe von Transistoren der Halbbrücken zum Schließen ansteuern. Das bedeutet, dass immer einer der Transistoren T1 bis T6 einer Halbbrücke leitend ist. To control the transistors T1 to T6 of the B6C circuit PWM signals are generated by the control circuit, not shown, either the transistor T1, T3, T5 of the first group or the transistor T2, T4, T6 of the second group of transistors of the half bridges Drive close. This means that always one of the transistors T1 to T6 of a half-bridge is conductive.

Im Beispiel sind die PWM-Signale so gewählt, dass in den Strängen des Stators 3 sinusförmige oder nahezu sinusförmige Ströme mit einer zweiten Periode fließen. Durch diese sinusförmigen Ströme wird das Wanderfeld erzeugt, welches den permanentangeregten Rotor des Motors treibt. Zur Erzeugung dieser Strangströme werden an die Stränge Spannungen angelegt, die in 4b, c, d dargestellt sind. Die PWM-Signale an den Gateelektroden der Transistoren sind in den 4e, f, g dargestellt. Diese erzeugen in jedem Strang Spannungspulse mit einer ersten Periode in Pulsmustern mit einer zweiten Periode. Ist eine Strangspannung auf einem hohen Wert, ist der mit diesem Strang verbundene Transistor T1, T3, T5 der ersten Gruppe durchgeschaltet während der mit diesem Strang verbundene Transistor der zweiten Gruppe T2, T4, T6 sperrt. Ist eine Strangspannung auf einem niedrigen Wert, ist es umgekehrt. In the example, the PWM signals are selected so that in the strands of the stator 3 sinusoidal or nearly sinusoidal currents flow with a second period. Through these sinusoidal currents, the traveling field is generated, which drives the rotor permanently excited of the motor. To generate these phase currents, voltages are applied to the strings, which are in 4b , c, d are shown. The PWM signals at the gate electrodes of the transistors are in the 4e , f, g shown. These generate voltage pulses having a first period in pulse patterns with a second period in each string. If a string voltage is at a high value, the transistor T1, T3, T5 connected to this string is turned on for the first group while the transistor of the second group T2, T4, T6 connected to this string is off. If a string voltage is at a low value, it is vice versa.

Die Pulsmuster der Strangspannungen sind um 120° der zweiten Periode phasenverschoben. Jeweils für einen Bereich von ca. 120° der zweiten Periode ist jede Strangspannung konstant gleich null, d.h. dass in dieser Zeit der erste Anschluss dieses Strangs über den mit diesem ersten Anschluss des Strangs verbundenen, durchgeschalteten Transistor der zweiten Gruppe mit dem negativen Potential verbunden ist. In dem übrigen Bereich von ca. 240° werden die mit dem ersten Anschluss eines Strangs verbundenen Transistoren T1 bis T6 alternierend betrieben. The pulse patterns of the phase voltages are phase-shifted by 120 ° of the second period. Each for a range of about 120 ° of the second period, each strand voltage is constantly equal to zero, i. in that the first terminal of this string is connected to the negative potential via the through-connected transistor of the second group connected to this first terminal of the string. In the remaining range of approximately 240 °, the transistors T1 to T6 connected to the first terminal of a string are operated alternately.

Die Pulsmuster der Strangspannungen sind so gewählt, dass die Mittelwerte der Strangspannungen pro erster Periode einen Verlauf ergeben, der in den Diagrammen b, c, d der 4 dargestellt sind. In 4a ist der Strom durch den Strang dargestellt, der mit dem Anschluss C verbunden ist. Die an diesem Strang anliegende mittlere Strangspannung ist in 4b dargestellt. The pulse patterns of the phase voltages are chosen so that the mean values of the phase voltages per first period give a course which is shown in the diagrams b, c, d of the 4 are shown. In 4a the current is represented by the strand which is connected to the terminal C. The voltage applied to this strand average strand stress is in 4b shown.

Durch die gewählten PWM-Signale ergibt es sich, dass in einer ersten Periode die Spannungspulse in den drei Stränge unterschiedlich lang sind. D.h., die PWM-Signale habe in einer ersten Periode unterschiedliche Duty-Cycle oder Tastgrade. Due to the selected PWM signals, it turns out that in a first period, the voltage pulses in the three strands have different lengths. That is, the PWM signals have different duty cycles or duty cycles in a first period.

Damit die unterschiedlichen Längen der Spannungspulse der Strangspannungen realisiert werden können, werden die Schaltzustände der Transistoren T1 bis T6 der B6C-Schaltung in einer ersten Periode geändert. Dadurch ergeben sich innerhalb einer ersten Periode unterschiedliche Strompfade, die für drei Schaltzustände für eine erste Periode in den 1 bis 3 dargestellt sind. Ausgewählt ist eine erste Periode, nämlich die PWM-Periode, die in den Diagrammen der 4 mit P1 bezeichnet ist. So that the different lengths of the voltage pulses of the phase voltages can be realized, the switching states of the transistors T1 to T6 of the B6C circuit are changed in a first period. This results within a first period, different current paths, for three switching states for a first period in the 1 to 3 are shown. Selected is a first period, namely the PWM period, which is shown in the diagrams of the 4 is denoted by P1.

Beim in der 1 dargestellten ersten Schaltzustand ist kein Transistor der ersten Gruppe durchgeschaltet. Die Transistoren der zweiten Gruppe sind dagegen leitend. In diesem ersten Schaltzustand kann kein Strom durch die B6C-Schaltung 2 fließen. Am Messwiderstand R fällt in diesem Schaltzustand keine Spannung ab. In den Strängen können Ströme fließen, die durch Entladevorgänge der Spulen getrieben werden. When in the 1 shown first switching state, no transistor of the first group is turned on. The transistors of the second group, however, are conductive. In this first switching state, no current can flow through the B6C circuit 2. At the measuring resistor R no voltage drops in this switching state. In the strands currents can flow, which are driven by discharging the coils.

Beim in der 2 dargestellten zweiten Schaltzustand ist der Transistor T3 leitend, während die anderen Transistoren der ersten Gruppe sperren. Die Transistoren T2 und T6 der zweiten Gruppe leiten und der Transistor T4 sperrt. In diesem Zustand ist ein Strompfad vom Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential, über den Transistor T3, den ersten Anschluss B, dem mit dem ersten Anschluss B verbundenen Strang des Stators 3 zum Sternpunkt des Stators geschaltet. Vom Sternpunkt sind zwei Strompfade zum Anschluss für das negative Potential der Gleichspannungsquelle 1 geschaltet, nämlich über den mit dem ersten Anschluss A verbundenen Strang, den ersten Anschluss A, den Transistor T2 und den Messwiderstand R und über den mit dem ersten Anschluss C verbundenen Strang, den ersten Anschluss C, den Transistor T6 und den Messwiderstand R. When in the 2 shown second switching state, the transistor T3 is conductive, while the other transistors of the first group block. The transistors T2 and T6 of the second group are conducting and the transistor T4 is off. In this state, a current path from the terminal of the DC potential for the positive potential, via the transistor T3, the first terminal B, connected to the first terminal B strand of the stator 3 is connected to the neutral point of the stator. From the star point, two current paths are connected to the terminal for the negative potential of the DC voltage source 1, namely via the strand connected to the first terminal A, the first terminal A, the transistor T2 and the measuring resistor R and via the strand connected to the first terminal C, the first terminal C, the transistor T6 and the measuring resistor R.

Beim in der 3 dargestellten dritten Schaltzustand sind der Transistor T3 und der Transistor T5 leitend, während der Transistor T1 der ersten Gruppe weiterhin sperrt. Die Transistoren T4 und T6 der zweiten Gruppe sperren und der Transistor T2 leitet. In diesem Zustand ist ein Strompfad vom Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential über den Transistor T3, den ersten Anschluss B, dem mit dem ersten Anschluss B verbundenen Strang des Stators 3 zum Sternpunkt des Stators geschaltet. Ferner ist ein Strompfad vom Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential, über den Transistor T5, den ersten Anschluss C, dem mit dem ersten Anschluss C verbundenen Strang des Stators 3 zum Sternpunkt des Stators geschaltet. Von dem Sternpunkt ist ein Strompfad zum Anschluss für das negative Potential der Gleichspannungsquelle 1 geschaltet, nämlich über den mit dem erste Anschluss A verbundenen Strang, den ersten Anschluss A, den Transistor T2 und den Messwiderstand R. When in the 3 shown third switching state, the transistor T3 and the transistor T5 are conductive, while the transistor T1 of the first group continues to block. The transistors T4 and T6 of the second group block and the transistor T2 conducts. In this state, a current path from the terminal of the DC potential for the positive potential via the transistor T3, the first terminal B, connected to the first terminal B strand of the stator 3 is connected to the neutral point of the stator. Further, a current path from the terminal of the DC potential source for the positive potential, via the transistor T5, the first terminal C, with the connected to the first terminal C connected strand of the stator 3 to the neutral point of the stator. From the star point, a current path for connection for the negative potential of the DC voltage source 1 is connected, namely via the line connected to the first terminal A, the first terminal A, the transistor T2 and the measuring resistor R.

Für den Sternpunkt des Stators ergibt die Knotenregel, dass die Strangströme in der Summe gleich null sein müssen. Hat der durch den mit dem Anschluss C verbundene Strang einen Nulldurchgang, fließen durch die mit den Anschlüssen A und B verbundenen Stränge betragsmäßig die gleichen Ströme. Der Strom durch die B6C-Schaltung und damit der Strom durch den Messwiderstand R entspricht, im zweiten und dritten Schaltzustand diesen Strömen. For the star point of the stator, the node rule indicates that the string currents must equal zero in the sum. If the strand connected by the connection C has a zero crossing, the currents flowing through the leads connected to the connections A and B flow in the same way. The current through the B6C circuit and thus the current through the measuring resistor R corresponds, in the second and third switching state of these currents.

Hat der Strom durch den mit dem Anschluss C verbundenen Strang keinen Nulldurchgang, muss der Strom durch den mit dem Anschluss C verbundenen Strang berücksichtigt werden. Dieser Strom fließt in einer ersten Periode, in der der Strom durch den mit dem Anschluss C verbundenen Strang keinen Nulldurchgang hat, in dem mit dem Anschluss C verbundenen Strang stets in der gleichen Richtung. If the current through the line connected to terminal C has no zero crossing, the current through the line connected to terminal C must be taken into account. This current flows always in the same direction in the first period in which the current through the strand connected to the terminal C has no zero crossing, in the strand connected to the terminal C.

Vom zweiten Schaltzustand zum dritten Schaltzustand und umgekehrt ändert sich die äußere Beschaltung des mit dem Anschluss C verbundenen Strangs. Mal ist der Anschluss C mit dem positiven Potential mal mit dem negativen Potential verbunden. Das bedeutet, dass der durch den Anschluss C fließende Strom je nach dem ob der zweite oder der dritte Schaltzustand eingenommen wird, mal einen negativen, mal einen positiven Beitrag zum durch den Messwiderstand fließenden Strom hat. From the second switching state to the third switching state and vice versa, the external wiring of the connected to the terminal C strand changes. Sometimes the connection C is connected with the positive potential times with the negative potential. This means that the current flowing through the terminal C, depending on whether the second or the third switching state is taken, sometimes a negative, sometimes a positive contribution to the current flowing through the measuring resistor current has.

Ändert sich also der Strom durch den Messwiderstand beim Wechsel vom zweiten Schaltzustand zum dritten Schaltzustand oder umgekehrt, hat der Strom durch den Anschluss C und damit auch durch den mit dem Anschluss C verbundenen Strang einen Beitrag zum Strom durch die B6C-Schaltung und kann daher nicht null sein. Ändert sich der Strom durch den Messwiderstand und damit durch die B6C-Schaltung nicht, fehlt dieser Beitrag und der Strom durch den mit dem Anschluss C verbundenen Strang ist zu diesem Zeitpunkt Null und hat einen Nulldurchgang. Thus, the current through the measuring resistor changes when switching from the second switching state to the third switching state or vice versa, the current through the terminal C and thus through the connected to the terminal C strand has a contribution to the current through the B6C circuit and therefore can not be zero. If the current through the measuring resistor and therefore through the B6C circuit does not change, this contribution is missing and the current through the line connected to the connection C is zero at this point and has a zero crossing.

Da im zweiten und im dritten Schaltzustand der Strom durch die mit den Anschlüssen A und B verbundenen Stränge vollständig über den Messwiderstand R fließt und in diesen Schaltzuständen bei einem Nulldurchgang des Stroms über den Anschluss C und den damit verbundenen Strang kein Strom durch den Anschluss C fließt, kann der durch die Anschlüsse A und B fließende Strom mittels des Messwiderstands unmittelbar erfasst werden. Since in the second and in the third switching state, the current flows completely through the connected to the terminals A and B strands on the measuring resistor R and no current flows through the terminal C in these switching states at a zero crossing of the current through the terminal C and the associated strand , the current flowing through the terminals A and B can be directly detected by means of the measuring resistor.

Diese Erkenntnisse macht sich die Erfindung insbesondere zu nutze. Für die Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei einem Nulldurchgang des Stroms in einem der Stränge in den beiden Schaltzuständen, in denen ein oder zwei Stränge mit dem positiven Potential verbunden sind, der Strom durch die B6C-Schaltung gleich ist. These findings make the invention particularly useful. For the invention, the fact is exploited that at zero crossing of the current in one of the strings in the two switching states in which one or two strings are connected to the positive potential, the current through the B6C circuit is the same.

Erfindungsgemäß wird das umgesetzt, in dem der durch die Versorgungsschaltung fließende Strom zu verschiedenen Abtastzeitpunkten in einer ersten Periode abgetastet wird. According to the invention, this is implemented by sampling the current flowing through the supply circuit at different sampling instants in a first period.

Dabei liegen beim anhand der Figuren erläuterten Beispiel die Abastzeitpunkte in Zeitintervallen, die durch unterschiedliche Schaltzustände gekennzeichnet sind. Beim Beispiel befindet sich unter diesen Schaltzuständen ein Schaltzustand, in dem an einem Strang ein Spannungspuls anliegt, und ein weiterer Schaltzustand, in dem an zwei Strängen ein Spannungspuls anliegt. Durch Vergleich der durch die Abtastung ermittelten Werte des Stroms wird dann im Beispiel festgestellt, ob in einem der Stränge ein Nulldurchgang vorliegt oder nicht. Sind die Werte für den Strom zu beiden Abtastzeitpunkten gleich oder ist die Differenz kleiner als ein vorbestimmter Wert, liegt ein Nulldurchgang in dem Strang vor, dessen Anbindung an die Gleichspannungsquelle durch die Änderung des Schaltzustands geändert wurde. In the case of the example explained with reference to the figures, the sampling times lie in time intervals which are characterized by different switching states. In the example, under these switching states there is a switching state in which a voltage pulse is applied to one line, and another switching state in which a voltage pulse is applied to two lines. By comparing the values of the current determined by the sampling, it is then determined in the example whether there is a zero crossing in one of the strings or not. If the values for the current at both sampling instants are the same or the difference is smaller than a predetermined value, there is a zero crossing in the string whose connection to the DC voltage source has been changed by the change of the switching state.

Beim anhand der Figuren erläuterten Beispiel werden die PWM-Signale zur Ansteuerung der Transistoren so erzeugt, dass, anders als es verbreitet ist, die Transistoren – falls sie in einer ersten Periode durchgeschaltet werden sollen – nicht mit dem Beginn der ersten Periode einschalten. Der Einschaltzeitraum der Transistoren wird dagegen symmetrisch zur Mitte der ersten Periode gelegt, was Vorteile hinsichtlich der EMV hat. Daraus ergibt sich, wie man insbesondere aus den 6 und 7 erkennen kann, dass die drei verschiedenen vorstehend näher erläuterten Schaltzustände 1, 2 und 3 in der Reihenfolge Schaltzustand 1, Schaltzustand 2, Schaltzustand 3, Schaltzustand 2, Schaltzustand 1 eingenommen werden. Innerhalb einer Periode werden die Schaltzustände 1 und 2 zweimal eingenommen. In the example explained with reference to the figures, the PWM signals for driving the transistors are generated such that, contrary to what is common, the transistors - if they are to be turned on in a first period - do not turn on at the beginning of the first period. On the other hand, the turn-on period of the transistors is set symmetrically to the middle of the first period, which has advantages in terms of EMC. It follows, in particular, from the 6 and 7 can recognize that the three different above-described switching states 1, 2 and 3 in the order switching state 1, switching state 2, switching state 3, switching state 2, switching state 1 are taken. Within a period, the switching states 1 and 2 are taken twice.

Wird bei anderen PWM jeder Zustand nur einmal während einer ersten Periode eingenommen, hat dieses keinen Einfluss auf die Erfindung. Die Abtastzeitpunkte müssen nur so festgelegt werden, dass während der richtigen Schaltzustände, im Beispiel die Schaltzustände 2 und 3 der Strom durch die Versorgungsschaltung 1 abgetastet wird. Die Abtastzeitpunkte sind in den 6 und 7 mit Pfeilen gekennzeichnet. In 6 bezeichnet CZC die erste Periode, in welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Nulldurchgang erkannt wird. If, in other PWM, each state is taken only once during a first period, this has no influence on the invention. The sampling times need only be set so that during the correct switching states, in the example the switching states 2 and 3, the current is sampled by the supply circuit 1. The sampling times are in the 6 and 7 marked with arrows. In 6 CZC is the first Period in which the zero crossing is detected by the method according to the invention.

Insbesondere aus den 6 und 7 ist erkennbar, dass der Strom durch die B6C-Schaltung während eines Schaltzustands 2 oder 3 nicht konstant ist, was im Wesentlichen an den sinusförmigen Strömen in den Strängen liegt. Schon allein deshalb ist es sinnvoll und vorteilhaft, wenn mit einem erfindungsgemäßen Verfahren der Nulldurchgang nicht nur dann erkannt wird, wenn die Abtastwerte des Stroms durch die B6C-Schaltung exakt gleich sind, sondern auch dann erkannt wird, wenn die Differenz der Beträge eine vorbestimmte Grenze nicht überschreitet. Vorteilhaft kann auch betrachtet werden, wann die Differenz das Vorzeichen wechselt. In particular from the 6 and 7 It can be seen that the current through the B6C circuit is not constant during a switching state 2 or 3, which is substantially due to the sinusoidal currents in the strands. For this reason alone, it is meaningful and advantageous if, with a method according to the invention, the zero crossing is not only detected when the sampling values of the current through the B6C circuit are exactly the same, but is also recognized when the difference of the amounts is a predetermined limit does not exceed. Advantageously, it can also be considered when the difference changes sign.

Die in der 8 dargestellte Logikschaltung weist drei Eingänge auf, über welche der Logikschaltung PWM-Signale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C zugeführt werden. Bei einem hohen Pegel des PWM-Signals PWM_Phase_A wird der mit dem Anschluss A des Stators verbundene Transistor T1 der ersten Gruppe durchgeschaltet. Bei einem niedrigen Pegel des PWM-Signals PWM_Phase_A wird der mit dem Anschluss A des Stators verbundene Transistor T2 der zweiten Gruppe durchgeschaltet. Entsprechend werden durch das PWM-Signal PWM_Phase_B die mit dem Anschluss B des Stators verbundenen Transistoren T3, T4 und durch das PWM-Signal PWM_Phase_C die mit dem Anschluss C des Stators verbundenen Transistoren T5, T6 alternierend geschaltet. The in the 8th shown logic circuit has three inputs, via which the logic circuit PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C are supplied. At a high level of the PWM signal PWM_Phase_A connected to the terminal A of the stator transistor T1 of the first group is turned on. At a low level of the PWM signal PWM_Phase_A, the transistor T2 of the second group connected to the terminal A of the stator is turned on. Correspondingly, the transistors T5, T6 connected to the terminal B of the stator T3, T4 and the PWM signal PWM_Phase_C the transistors T5, T6 connected to the terminal C of the stator are alternately switched by the PWM signal PWM_Phase_B.

Die drei PWM-Singale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C werden einem XOR-Gatter und einem OR-Gatter zugeführt, in denen die Signale miteinander verknüpft werden. The three PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C are fed to an XOR gate and an OR gate in which the signals are linked together.

Das Ausgangsignal des XOR-Gatters wird einem ersten Abtast-Halte-Glied als Triggersignal zugeführt, in welchem das Triggersignal die Abtastung des durch die B6C-Schaltung fließenden Stroms auslöst. Dem ersten Abtast-Halte-Glied kann ein Filter, insbesondere ein Tiefpassfilter nachgeschaltet sein, mit welchem das Ausgangssignal des ersten Abtast-Halte-Glieds gefiltert wird. The output signal of the XOR gate is supplied to a first sample-and-hold circuit as a trigger signal in which the trigger signal triggers the sampling of the current flowing through the B6C circuit. The first sample-and-hold element may be followed by a filter, in particular a low-pass filter, with which the output signal of the first sample-and-hold element is filtered.

Das Ausgangsignal des XOR-Gatters ist immer dann 1, wenn nur eines der PWM-Singale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel hat. The output signal of the XOR gate is 1 whenever only one of the PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C has a high level.

Das erste Abtast-Halte-Glied tastet daher dann den Strom durch die B6C-Schaltung ab, wenn die B6C-Schaltung im Schaltzustand 2 ist. Das Ausgangssignal des ersten Abtast-Halte-Glieds liefert einen Abtastwert für den Schaltzustand 2. Therefore, the first sample-and-hold circuit will sample the current through the B6C circuit when the B6C circuit is in the 2-state. The output signal of the first sample-and-hold element supplies a sample for the switching state 2.

Das Ausgangsignal des XOR-Gatters wird ferner über NOT-Gatter geführt. Das NOT-Gatter liefert ein Ausgangsignal vom Wert 1, wenn keines, zwei oder drei der PWM-Signale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel haben. Hat nur eines der PWM-Signale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel, ist das Ausgangsignal des NOT-Gatters 0. The output signal of the XOR gate is also passed through the emergency gate. The NOT gate provides an output signal of the value 1 when none, two or three of the PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C have a high level. If only one of the PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C has a high level, the output signal of the NOT gate is 0.

Das Ausgangssignal des NOT-Gatters wird mit dem Ausgangsignal des OR-Gatters in einem AND-Gatter verknüpft. Das OR-Gatter liefert am Ausgang eine 1, solange eines der PWM-Signale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel hat. Der Ausgang des AND-Gatters liefert eine 1, wenn der Ausgang des ODER-Gatters und der Ausgang des NOT-Gatters eine 1 liefern. Das ist dann der Fall, wenn zwei oder drei der PWM-Singale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel haben. Da im Beispiel der Fall nicht eintreten kann, dass drei der PWM-Singale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel haben, liefert das AND-Gatter eine 1, nur wenn zwei der PWM-Singale PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C einen hohen Pegel haben. The output of the NOT gate is tied to the output of the OR gate in an AND gate. The OR gate supplies a 1 at the output as long as one of the PWM signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C has a high level. The output of the AND gate returns a 1 if the output of the OR gate and the output of the NOT gate provide a 1. This is the case when two or three PWM PW_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C have a high level. In the example, since the case can not happen that three of the PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C have high levels, the AND gate supplies a 1 only when two of the PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C have a high level.

Das Ausgangsignal des AND-Gatters wird einem zweiten Abtast-Halte-Glied als Triggersignal zugeführt. Das zweite Abtast-Halte-Glied tastet daher dann den Strom durch die B6C-Schaltung ab, wenn die B6C-Schaltung im Schaltzustand 3 ist. Das Ausgangsignal des ersten Abtast-Halte-Glieds liefert einen Abtastwert für den Schaltzustand 3. The output signal of the AND gate is supplied to a second sample-and-hold element as a trigger signal. Therefore, the second sample-and-hold circuit then samples the current through the B6C circuit when the B6C circuit is in the switching state of 3. The output signal of the first sample-and-hold element supplies a sample for the switching state 3.

Die Ausgangsignale des ersten Abtast-Halte-Glieds und des zweiten Abtast-Halte-Glieds werden einem Komparator C zugeführt (9, Schritt 1), dessen Ausgangssignal immer dann eine Flanke hat, wenn das Vorzeichen der Differenz zwischen den Abtastwerten, d.h. den Ausgangssignalen der Abtast-Halte-Glieder wechselt. Jede Flanke am Ausgang des Komparators C markiert dann einen Nulldurchgang des Stroms in dem Strang, dessen erster Anschluss beim Wechsel vom zweiten Schaltzustand in den dritten Schaltzustand von einer Verbindung mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das negative Potential zu einer Verbindung mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential wechselt oder umgekehrt. The output signals of the first sample-and-hold element and of the second sample-and-hold element are fed to a comparator C ( 9 , Step 1) whose output signal has an edge whenever the sign of the difference between the samples, ie the output signals of the sample-and-hold circuits, changes. Each edge at the output of the comparator C then marks a zero crossing of the current in the string, the first terminal of which switches from the second switching state to the third switching state from a connection to the terminal of the DC voltage source for the negative potential to a connection to the terminal of the DC voltage source the positive potential changes or vice versa.

Grundsätzlich ist es möglich, die Triggersignale für die Abtast-Halte-Glieder auch durch einen Mikrocontroller, also durch eine Software-Lösung zu erzeugen und den Komparator als Software zu realisieren. In principle, it is also possible to generate the trigger signals for the sample-and-hold elements by means of a microcontroller, that is to say by means of a software solution, and to realize the comparator as software.

Ist einmal ein Nulldurchgang erkannt worden (9, Schritt 2), wird für den Strang, in dem der Nulldurchgang erkannt wurde, das PWM-Signals PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C für die diesem Strang zugeordneten Transistoren der B6C-Schaltung unterbrochen (9, Schritt 3). Das bedeutet, dass der Transistor der ersten Gruppe T1, T3, T5 nicht durchschaltet und auch der Transistor der zweiten Gruppe T2, T4, nicht durchschaltet. Dann fällt zwischen dem ersten Anschluss des Strangs und dem zweiten Anschluss dieses Strangs, d.h. dem Sternpunkt die Back-EMF ab, die dann auf bekannte Art und Weise gemessen werden kann. Once a zero crossing has been detected ( 9 , Step 2), the PWM signal PWM_Phase_A, PWM_Phase_B, PWM_Phase_C for the string in which the zero crossing was detected interrupted these transistors associated with the B6C circuit ( 9 , Step 3). This means that the transistor of the first group T1, T3, T5 does not turn on and also the transistor of the second group T2, T4, does not turn on. Then, between the first terminal of the string and the second terminal of this string, ie the star point, the back-EMF drops off, which can then be measured in a known manner.

Das gewählte Pulsmuster und die sich daraus ergebenden Strangspannungen sind vorteilhaft für die Messung der Back-EMF. Der Vorteil der gewählten Phasenspannung liegt darin, dass sowohl eine positive als auch eine negative Back-EMF gemessen werden kann, ohne dass Einfluss auf die Spannungen in den anderen Strängen genommen werden muss. The selected pulse pattern and the resulting phase voltages are advantageous for the measurement of the back EMF. The advantage of the selected phase voltage is that both a positive and a negative back EMF can be measured without having to influence the voltages in the other strings.

Im Betrieb des Motors eilt der Strangstrom der Strangspannung nach. Daher lässt sich feststellen: Im Leerlauf des Motors beträgt die Phasenverschiebung zwischen Strangspannung und Strangstrom nahezu 0°. Unter Belastung kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen Strangspannung und Strangstrom. Bis zu einer Stromnacheilung von 30° hat die Strangspannung eines um 120° voreilenden Strangs nahezu den maximalen Wert. D.h. der Spannungspuls hat nahezu die maximale Breite. Die Spannung in dem Strang, der um 120° nacheilt, liegt auf negativem Potential. Damit liegt für die Dauer des Pulses des voreilenden Strangs ein Spannungsteiler vor. Der Spannungsteiler wird aus den beiden Strängen gebildet, in denen beim Nulldurchgang des Stroms in einem Strang Ströme fließen. During operation of the motor, the phase current of the phase voltage lags behind. Therefore, it can be stated: When the motor is idling, the phase shift between phase voltage and phase current is almost 0 °. Under load there is a phase shift between phase voltage and phase current. Up to a current lag of 30 °, the strand voltage of a 120 ° leading strand has almost the maximum value. That the voltage pulse has almost the maximum width. The stress in the strand, which lags by 120 °, is at a negative potential. This is a voltage divider for the duration of the pulse of the leading strand. The voltage divider is formed from the two strings in which currents flow in a string at the zero crossing of the current.

Bei einem stehenden Motor kann die Spannung am Sternpunkt an dem ersten Anschluss des Strangs gemessen werden (Schritt 4), in dem der Strom den Nulldurchgang hatte und dessen PWM-Signal unterbrochen ist. Die Unterbrechung des PWM-Signals kann derart erfolgen, dass das PWM-Signal zwar erzeugt wird, dass Anlegen der Pulse des PWM-Signals an die Steuerelektroden der Stromrichterventile, die Spannung auf den Strang schalten, unterbunden wird. Es wird dann nicht das PWM-Signal selbst unterbrochen, sondern nur die Ausgabe an die Stromrichterventile. Die Spannung am Sternpunkt hat dann während der Unterbrechung den Wert der halben Betriebsspannung, sofern ein erster Anschluss eines anderen Strangs mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das positive Potential und gleichzeitig ein erster Anschluss eines anderen Strangs mit dem Anschluss der Gleichspannungsquelle für das negative Potential verbunden ist. Rotiert der Rotor, wird diese Spannung mit der Back-EMF überlagert und die sich aus der Überlagerung ergebende Spannung ist an dem ersten Anschluss des Strangs messbar, in dem der Strom den Nulldurchgang hatte und dessen PWM-Signal abgeschaltet ist. Nach der Messung kann das PWM-Signal für diesen Strang wieder fortgesetzt werden (Schritt 5). Liegt die gemessene Spannung unter der halben Betriebsspannung (9, Schritte 6 und 7), eilt die Back-EMF dem Strom nach. Liegt die gemessene Spannung über der halben Betriebsspannung, eilt die Back-EMF dem Strom voraus. For a stationary motor, the voltage at the neutral point at the first terminal of the string can be measured (step 4), in which the current had the zero crossing and its PWM signal is interrupted. The interruption of the PWM signal may be effected such that the PWM signal is generated, that the application of the pulses of the PWM signal to the control electrodes of the converter valves, the voltage to the strand, is inhibited. It is then not the PWM signal itself interrupted, but only the output to the converter valves. The voltage at the star point then has the value of half the operating voltage during the interruption, provided that a first terminal of another strand is connected to the terminal of the DC voltage source for the positive potential and at the same time a first terminal of another strand to the terminal of the DC voltage source for the negative potential , When the rotor rotates, this voltage is superimposed on the back EMF and the voltage resulting from the superposition is measurable at the first terminal of the string where the current was at zero and its PWM signal is off. After the measurement, the PWM signal for this string can be resumed (step 5). Is the measured voltage below half the operating voltage ( 9 , Steps 6 and 7), the back EMF trails the stream. If the measured voltage is above half the operating voltage, the back EMF leads the current.

Die durch das unterbrochene PWM-Signal unterbrochene Steuerung der Spannungsversorgung des Strangs, an dessen ersten Anschluss die Messung der Back-EMF erfolgt ist, wird wieder aufgenommen und das PWM-Signal zu den Stromrichterventilen geführt, sobald die Messung beendet ist. Das kann dadurch realisiert werden, dass das auch während der Unterbrechung weiter erzeugte PWM-Signal zur Steuerung der mit dem Strang, an dessen ersten Anschluss die Back-EMF gemessen wurde, verbundenen Stromrichterventile wieder zu den Steuerelektroden der Stromrichterventile durch geschaltet wird. The control of the power supply of the string interrupted by the interrupted PWM signal, at the first terminal of which the measurement of the back EMF has taken place, is resumed and the PWM signal is fed to the converter valves as soon as the measurement has ended. This can be realized in that the PWM signal further generated during the interruption to control the power converter valves connected to the line at whose first terminal the back-EMF has been measured is switched back to the control electrodes of the converter valves.

In der 10 ist dargestellt, dass der durch die Spannungspulse in dem Strang des Stators getriebene Strom immer dann ansteigt, wenn der erste Anschluss des Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das positive Potential verbunden wird. Der Strom in einem Strang sinkt dagegen immer dann, wenn der erste Anschluss des Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das negative Potential verbunden wird. Während einer ersten Periode zur Zeit des Nulldurchgangs eines Strangstroms wird der erste Anschluss sowohl mit dem mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das positive Potential als auch des Strangs mit dem Anschluss der Gleichstromquelle für das negative Potential verbunden. Das heißt, dass der Strangstrom I_s auch während der ersten Periode, in welcher der Nulldurchgang erkannt wird, sowohl steigt als auch sinkt, wenn die Unterbrechung nicht stattfindet. Je nach dem ob der Nulldurchgang in einer steigenden oder sinkenden Flanke des Strangstroms erkannt wird, folgt also bei fehlender Unterbrechung auf den Zeitpunkt der Erkennung des Nulldurchgangs ein kleiner oder ein größer werdender Strangstrom. Durch die Unterbrechung verharrt der Strangstrom I_s' hingegen bei Null, d.h. er sinkt nicht und er steigt nicht. In the 10 It is shown that the current driven by the voltage pulses in the string of the stator increases whenever the first terminal of the string is connected to the terminal of the positive potential DC source. The current in a string, however, decreases whenever the first terminal of the string is connected to the terminal of the DC source for the negative potential. During a first period at the time of zero crossing of a phase current, the first terminal is connected both to the terminal of the positive potential DC source and the terminal to the negative potential terminal of the DC source. That is, the strand current I _s both during the first period in which the zero crossing is detected, both increases and decreases, if the interruption does not take place. Depending on whether the zero crossing is detected in a rising or falling edge of the string current, so follows in the absence of interruption to the time of detection of the zero crossing, a small or larger string current. By interruption, however, the phase current I _s ' remains at zero, ie it does not sink and it does not rise.

Die Fortführung des vor der Unterbrechung verwendeten Musters zum Schalten der Stromrichterventile hat den Vorteil, dass sich der Strom in dem Strang, an dessen ersten Anschluss die Back-EMF-Messung durchgeführt wurde, im Vergleich zu anderen Lösungen nur wenig von dem Strom unterscheidet, der sich ohne die Unterbrechung eingestellt hätte. Diese ist in 10 dargestellt. Mit durchgezogener Linie ist der Strom mit Unterbrechung zur Back-EMF-Messung dargestellt, mit gestrichelter Linie ist der Strom dargestellt, der sich ohne Back-EMF-Messung ergibt. Der Zeitpunkt des Endes der Unterbrechung ist dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass durch Schließen wenigstens eines Stromrichterventils genau dann ein Spannungspuls an den Strang angelegt wird, wenn der Strom im Fall ohne Unterbrechung einen Nulldurchgang gehabt hätte, da dann nicht nur das PWM-Signal fortgeführt wird, sondern der Strangstrom auch vom gleichen Wert ausgeht, nämlich dem Wert zum Zeitpunkt der Erkennung des Nulldurchgangs. The continuation of the pattern used for switching the converter valves before the interruption has the advantage that the current in the string at whose first terminal the back EMF measurement was carried out differs only slightly from the current compared to other solutions would have set without the break. This is in 10 shown. A solid line shows the current with interruption for back EMF measurement, and a dashed line shows the current that results without back EMF measurement. The timing of the end of the Break is inventively chosen so that a voltage pulse is applied to the strand by closing at least one converter valve just when the current would have had a zero crossing in the case without interruption, because then not only the PWM signal is continued, but the string current as well from the same value, namely the value at the time of detection of the zero crossing.

Ziel der Regelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors ist der Synchronverlauf der Back-EMF und des Strangstroms. Dann kann ein maximales Drehmoment erreicht werden. Das bedeutet, dass der Winkel zwischen der Back-EMF und dem Strom auf null geregelt werden muss. Der eine Phasenwinkel zwischen Strangstrom und Back-EMF im gleichen Strang kann aus dem ermittelten Stromnulldurchgang und der gemessenen Back-EMF ermittelt werden. Die Stellgröße zum Variieren der Phasenverschiebung ist der Tastgrad der PWM-Signale (siehe 9, Schritte 8 und 9) The aim of the regulation of a brushless DC motor is the synchronization of the back EMF and the phase current. Then a maximum torque can be achieved. This means that the angle between the back EMF and the current must be set to zero. The one phase angle between phase current and back EMF in the same strand can be determined from the determined current zero crossing and the measured back EMF. The manipulated variable for varying the phase shift is the duty cycle of the PWM signals (see 9 , Steps 8 and 9)

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

T1T1: Transistor der ersten Gruppe, mit erstem Anschluss A des Stators verbunden Transistor of the first group, connected to the first terminal A of the stator
T2T2: Transistor der zweiten Gruppe, mit erstem Anschluss A des Stators verbunden Transistor of the second group, connected to the first terminal A of the stator
T3T3: Transistor der ersten Gruppe, mit erstem Anschluss B des Stators verbunden Transistor of the first group, connected to the first terminal B of the stator
T4T4: Transistor der zweiten Gruppe, mit erstem Anschluss B des Stators verbunden Transistor of the second group, connected to the first terminal B of the stator
T5T5: Transistor der ersten Gruppe, mit erstem Anschluss C des Stators verbunden Transistor of the first group, connected to the first terminal C of the stator
T6T6: Transistor der zweiten Gruppe, mit erstem Anschluss C des Stators verbunden Transistor of the second group, connected to the first terminal C of the stator
A, B, C A, B, C: erste Anschlüsse des Stators first connections of the stator
CC: Komparator comparator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/026241 A2 [0013, 0014, 0014]
WO 2010046386 A2 [0013, 0015]

Claims

Method for measuring the back EMF in a string of a brushless DC motor, which is connected to a DC voltage source via a controlled supply circuit comprising converter valves (T1 to T6), in particular a bridge circuit, wherein the supply circuit is connected to the DC voltage source on the input side and load connections on the output side wherein the DC motor comprises a permanent magnet rotor and a stator having at least two strings with at least one coil connected to a first terminal (A, B, C), one of the load terminals, the converter valves (T1 to T6) of the supply circuit are controlled by means of a control according to a pattern for closing or opening, so that at each strand during a first period with a first period (T1) a voltage pulse with a pulse duration τ at 0 ≤ τ <T1 is applied and by the supply circuit a current flows, and - after detecting a zero crossing of a current through one of the strings by the controller outside the pattern predetermined by the pattern, the converter valves (T1 to T6) are driven so that the converter valves (T1 to T6) connect the first Interrupt the connection of this line to the DC voltage source for the time interval and during the time interval the voltage at that first terminal (A, B, C) is measured, characterized in that the time interval of the interruption of the connection of this first terminal (A, B, C) ends with the DC voltage source at a time and this first terminal (A, B, C) is connected to one of the terminals of the DC voltage source, if according to the pattern by closing at least one of the power converter valves (T1 to T6) establishing a connection of this first terminal ( A, B, C) is provided with this connection of the DC voltage source.

A method according to claim 1, characterized in that the terminal of the DC voltage source to which at the time at the end of the time interval of the interruption of this first terminal (A, B, C) is connected, the terminal of the DC voltage source for the positive potential.

A method according to claim 2, characterized in that the connection to the terminal of the DC voltage source for the positive potential, when the current through this strand of the stator increases on average of the interruption preceding first periods.

A method according to claim 1, characterized in that the terminal of the DC voltage source to which at the time at the end of the time interval of the interruption of this first terminal (A, B, C) is connected, the terminal of the DC voltage source for the negative potential.

A method according to claim 2, characterized in that the connection to the terminal of the DC voltage source for the negative potential, when the current through this strand of the stator decreases on average of the interruption preceding first periods.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the interruption lasts longer than a first period.

A method according to claim 6, characterized in that the interruption ends in the on the beginning of the interruption as the next following first period.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that for detecting the zero crossing of the current through one of the strings of the stator, the current flowing through the supply circuit is sampled at different sampling times in a first period.

A method according to claim 8, characterized in that each first period is subdivided into successive second time intervals and that the sampling instants lie within different second time intervals of a first period, wherein the second time intervals differ by different switching states of the power converter valves of the supply circuit.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the voltage pulses form periodic pulse pattern with second periods, wherein a period of the second period is an integer multiple of the first period and wherein the pulse pattern for driving the power converter valves by 360 ° divided by the number the strands of the stator are out of phase with each other.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the voltage pulses occurring in the different phases during the first periods in a single one of the first periods have different pulse durations.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that at the individual sampling times during a first period either on a strand of the stator Voltage pulse applied or applied to two different strings of the stator voltage pulses.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the engine has three strands.

Method according to claims 11 to 13, characterized in that the current through the supply circuit is sampled twice within a first period, the one time when the first terminal of a first string of the three strings is connected to a negative potential of the DC voltage source and the first terminals of a second string and a third string of the three strings are connected to a positive potential of the DC voltage source, and the other time the first terminals of the first string and the third string of the three strings are connected to the negative potential of the DC voltage source and the first terminal of the second string of the three strings is connected to a positive potential of the DC voltage source.

Method according to one of Claims 8 to 14, characterized in that, from the values of the current measured by the supply circuit at the sampling instants, the time of a zero crossing is determined at least one of the currents flowing through one of the lines, in particular of the current flowing through the third line.