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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Sensors, welcher eine Lage eines Antriebselements oder eines vom Antriebselement angetriebenen Stellglieds erfasst, wobei der Sensor zumindest mittelbar mit einem Steuergerät über erste Verbindungsleitungen verbunden ist und wobei eine Leistungsstufe des Steuergeräts zur Ansteuerung des Antriebselements mit diesem über zweite Verbindungsleitungen verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Spannungsversorgung eines Sensors, bei welchem der zu versorgende Sensor eine Lage eines Antriebselements oder eines vom Antriebselement angetriebenen Stellglieds erfasst, wobei ein zu einer Übertragung gewandeltes Sensorsignal des Sensors an ein Steuergerät übertragen wird, wobei ein Controller des Steuergeräts eine Leistungsstufe derart steuert, dass diese mehrphasige Leistungsausgangssignale zur Steuerung eines Antriebselements bereitstellt, welche über zweite Verbindungsleitungen an das Antriebselement übertragen werden.
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Wandler oder Antriebselemente, welche elektrische Steuersignale oder Steuerbefehle, erzeugt von einem Steuergerät, in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Größen umformen, werden auch als Aktuatoren bezeichnet.
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Derartige Aktuatoren sind meist Stellglieder in einem Regelkreis. Zur Erfassung der aktuellen Position oder Lage des Aktuators werden diese mit entsprechenden Sensoren gekoppelt. Das mittels dieser Sensoren erzeugte Sensorsignal wird in ein analoges oder digitales Signal gewandelt, wobei das gewandelte Signal mit der erfassten Position oder Lage des Aktuators korrespondiert und an ein Steuergerät ausgegeben wird. Für diese Ausgabe verfügt der Aktuator meist über eine analoge oder digitale Schnittstelle zur Anpassung des gewandelten Signals an das zur Übertragung an das Steuergerät genutzte Übertragungsprotokoll.
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Für derartige Aktuatoren, welche über ein Antriebselement mit Lagerückmeldung verfügen und von einem entfernten Steuergerät (ECU) betrieben werden, sind nach dem Stand der Technik zusätzlich zu den zwei oder drei Leitungen für das Antriebselement (Motor) weitere Leitungen für die Spannungsversorgung des Sensors zur Lagerückmeldung und für die Signalübertragung notwendig. Es können hierbei analoge, sowie digitale Lagesensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien (bspw. resistiv / Hallsensor) eingesetzt werden.
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Unabhängig davon ist in jedem Fall eine zusätzliche Leitung als eine Spannungsversorgungsleitung zwischen dem Steuergerät und dem Sensor selbst notwendig, über welche der Sensor beispielsweise mit einer Betriebsspannung von 5 Volt gespeist wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die über die Motorleitungen am Aktuator zur Verfügung stehenden Spannungen zur Bereitstellung der Betriebsspannung für den Sensor genutzt wird. Somit kann eine Leitung zur Spannungsversorgung des Sensors zwischen dem Steuergerät und dem Sensor selbst entfallen. Mittels eines Spannungsreglers wird die zur Versorgung des Sensors benötigte Betriebsspannung, beispielsweise eine TTL-Spannung von 5 Volt, aus zwei oder drei an den Motorleitungen anliegenden Spannungen bereitgestellt. Alternativ kann an der Position des Spannungsreglers auch ein Gleichspannungswandler eingesetzt werden, wobei dieser beispielsweise als ein sogenannter Tiefsetzsteller arbeitet. Bei Forderungen nach Spannungen, welche höher als die auf den Motorleitungen anliegenden Spannungen sein sollen, kommt auch eine Arbeitsweise als sogenannter Hochsetzsteller in Frage.
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Da sich die Potentiale der Motorleitungen auf das Massepotential (Ground) des Sensors zur Lagebestimmung beziehen, können diese in dieser Ausführung über Dioden abgegriffen werden, und stellen somit die Eingangsspannung für den Spannungsregler bereit.
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Der Spannungsregler oder Gleichspannungswandler generiert eine gegebenenfalls durch eine Zusatzbeschaltung geglättete TTL-Spannung UB, welche dem Sensor als Versorgungsspannung zur Verfügung gestellt wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass ein erster Spannungsanschluss des Spannungsreglers oder Gleichspannungswandlers über mehrere Dioden mit je einer Motorleitung zweiter Verbindungsleitungen verbunden ist, wobei die Kathodenanschlüsse der Dioden jeweils mit diesem ersten Spannungsanschluss verbunden sind. Ein zweiter Spannungsanschluss des Spannungsreglers oder Gleichspannungswandlers ist mit einer Masseleitung verbunden, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsanschluss eine eingangsseitig am Spannungsregler oder Gleichspannungswandler anliegende pulsierende Gleichspannung anliegt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich nur noch auf eine Ausführungsform mit einem Spannungsregler, wobei an der Stelle des Spannungsreglers immer auch ein Gleichspannungswandler eingesetzt werden kann.
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Zweckmäßiger Weise kann ein Spannungsregler auch mehrere im Aktuator angeordnete Sensoren mit der erzeugten Betriebsspannung UB versorgen.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Sensor über Mittel zur Verarbeitung des durch den Sensor bereitgestellten Sensorsignals verfügt. So kann beispielsweise ein vom Sensor erzeugter Strom in eine Spannung gewandelt werden. Außerdem wird üblicherweise eine Wandlung der vom Sensor erzeugten analogen Messgröße in einen digitalen Wert durchgeführt. Auch eine Anpassung dieses digitalen Werts an ein zur Übertragung an das Steuergerät genutztes Übertragungsprotokoll wird durch dieses Mittel realisiert.
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Zweckmäßig ist es auch, den Spannungsregler mit Mitteln zu Glättung der erzeugten Betriebsspannung UB auszustatten. Da Sensoren meist kleine Spannungen oder Ströme als Sensorsignal erzeugen, sind gegebene Anforderungen bezüglich der Stabilität und Welligkeit der Betriebsspannung einzuhalten, um das Sensorsignal nicht durch Betriebsspannungsschwankungen zu verfälschen. Diesen Anforderungen wird mittels einer geringen Welligkeit der Betriebsspannung UB entsprochen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 hat den Vorteil, dass aus den zur Ansteuerung des Antriebselements bereitgestellten Spannungen auf zwei oder drei Motorleitungen mittels eines Spannungsreglers die für den Sensor benötigte Betriebsspannung abgeleitet wird und somit die im Stand der Technik notwendige Leitung zur Spannungsversorgung des Sensors zwischen diesem und dem Steuergerät entfällt.
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Die Einstellung der Spannungen auf den Motorleitungen erfolgt vorzugsweise mittels einer Puls-Weiten-Modulation (PWM), wobei durch die Endstufe des Steuergeräts wechselweise eine Versorgungsspannung (12V) oder eine Masse (0V) auf die Motorleitungen aufgeschaltet wird. Durch die zeitliche Aufteilung der beiden Potentiale kann durch die Modulation im Mittelwert ein beliebiger Spannungswert eingestellt werden.
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Zweckmäßiger Weise kann der Spannungsregler mit einer an diesem anliegenden eingangsseitigen pulsierenden Gleichspannung betrieben werden. Hierfür werden mehrere Dioden zwischen dem ersten Spannungsanschluss des Spannungsreglers und je einer Motorleitung eingebracht. Die an den Motorleitungen anliegenden Spannungen werden über die jeweilige Diode nach dem Überschreiten ihrer Dioden-Durchlassspannung an den ersten Spannungsanschluss des Spannungsreglers durchgeschaltet, wobei am ersten Spannungsanschluss eine Gleichspannung mit einer sich verändernden Amplitude entsteht.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dem Sensor die Betriebsspannung UB in ihrer Welligkeit reduziert zur Verfügung zu stellen, um eine Verfälschung des Sensorsignals zu vermeiden.
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Zweckmäßig ist es auch, die mehrphasigen Leistungsausgangssignale auf den Motorleitungen unter Nutzung einer FlatTop-Modulation zu erzeugen. Bei dieser Modulationsart ist zu jedem Zeitpunkt auf einer der drei Motorleitungen eine Spannung von beispielsweise 12 Volt aufgeschaltet. Derart kann über die Dioden und den Spannungsregler eine unterbrechungsfreie Bereitstellung der Betriebsspannung für den Sensor gewährleistet werden, wobei die Ansteuerbarkeit des Motors oder dessen Momentenentwicklung nicht beeinträchtigt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, dem Mittel zur Spannungsregelung oder dem Mittel zur Gleichspannungswandlung, auch für den Fall einer inaktiven oder defekten Leistungsstufe, eine Eingangsspannung zur Erzeugung der stabilisierten Betriebsspannung UB für den Sensor bereitzustellen. Beispielsweise im Fehlerfall ist es vorgesehen, die Leistungsstufe durch ein Öffnen ihrer Halbleiterschalter zu deaktivieren, wobei keine mehrphasigen Leistungsausgangssignale zur Steuerung eines Antriebselements mehr bereitgestellt werden. Um sicherzustellen, dass auch in diesem Fall die Lage eines Antriebselements oder eines vom Antriebselement angetriebenen Stellglieds durch den Sensor erfasst werden kann, wird eine hochohmige Spannungsquelle auf die zweiten Verbindungsleitungen aufgeschaltet.
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Zweckmäßiger Weise können mittels eines speziell hierfür eingerichteten Computerprogramms, welches einen auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausführbaren Programmcode enthält, die Schritte des Verfahrens zur Spannungsversorgung eines Sensors durchgeführt werde.
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Weiterhin vorteilhaft ist, das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium zu speichern.
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Die Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Sensors kann hierfür beispielsweise als Datenverarbeitungseinrichtung einen Prozessor zur Abarbeitung des Programmcodes umfassen. Zur Speicherung des Programmcodes ist die Vorrichtung mit einem nicht-flüchtigen Speichermittel, wie einem ROM (Read Only Memory), EPROM (Electrical Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable PROMs) oder Flash-EEPROM ausgestattet. Dieses Speichermittel ist zur Übertragung von Daten wie einem Programmcode mit dem Prozessor verbunden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Aktuator mit Antriebselement und Lagesensor mit einem BLDC-Motor nach dem Stand der Technik,
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2 einen Aktuator mit Antriebselement und Lagesensor mit einem DC-Motor nach dem Stand der Technik,
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3 einen Aktuator mit Stellantrieb und Lagesensoren mit einem BLDC-Motor mit einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgung,
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4 einen Aktuator mit Stellantrieb und Lagesensoren mit einem DC-Motor mit einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgung,
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5 eine schematische Darstellung eines Halbleiterschalters in einer B6-Brücke (BLDC),
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6 eine schematische Darstellung eines Halbleiterschalters in einer H-Brücke (DC) und
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7 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für die Phasen A, B und C eines BLDC-Motors mit einer FlatTop-Modulation.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung dargestellt, bestehend aus einem Aktuator 1, welcher über erste und zweite Verbindungsleitungen 9 und 10 mit einem Steuergerät 6 verbunden ist. Der Aktuator 1 beinhaltet ein Antriebselement 2 sowie einen Sensor 3, welcher mit einem ersten digitalen Interface 4 verbunden ist. Das Antriebselement 2 treibt ein Stellglied an, welches beispielsweise eine Drosselklappe (DV-E) eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug sein kann. Die Lage dieses Stellglieds wird mittels des Sensors 3 ermittelt und steht nach einer Analog-Digital-Wandlung am Ausgang des ersten digitalen Interface 4 als Ausgabe-Wert zur Verfügung.
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Der Sensor 3 ist mit dem Steuergerät 6 über die ersten Verbindungsleitungen 9 verbunden. Über diese Leitungen wird eine Versorgung mit einer Betriebsspannung mittels einer ein Bezugspotential „Ground“, auch als Masseleitung bezeichnet, und einer eine Spannung „Supply“ von 5V führenden Leitung sichergestellt und der Ausgabe-Wert, welcher der ermittelten Lageposition der vom Antriebselement 2 bewegten Drosselklappe entspricht, als digitales Signal über eine Signalleitung an das Steuergerät 6 übertragen.
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Zu diesem Zweck verfügt das Steuergerät 6 über ein zweites digitales Interface 5 mit einem Eingang für diese Signalleitung. Das Steuergerät 6 weist eine zentrale Steuereinheit auf, welche als Controller 7 dargestellt ist. Dieser ist mit dem zweiten Interface 5 verbunden. Zur Ansteuerung des Antriebselements 2 verfügt das Steuergerät 6 weiterhin über eine ebenfalls mit dem Controller 7 gekoppelte Leistungsstufe 8, welche mittels zweiter Verbindungsleitungen 10 mit dem Antriebselement 2 gekoppelt ist.
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Die Masseleitung „Ground“ wird zum einen als Masse für die Versorgungsspannung UB des Sensors wie auch als Referenzpotential für das Sensorsignal genutzt. Dies gilt sowohl für eine analoge, als auch für eine digitale Signalübertragung. Die Signalübertragung des die Lage des Antriebselements oder des Stellglieds beschreibenden Ausgabe-Werts des Sensors an das Steuergerät kann sowohl in einer analogen wie auch in einer digitalen Weise erfolgen.
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In der Darstellung der 1 ist das Antriebselement 2 als ein sogenannter bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ausgeführt, welcher über drei zweite Verbindungsleitungen 10 mit der Leistungsstufe 8 des Steuergerätes 6 verbunden ist. In der 1 sind die drei zweiten Verbindungsleitungen 10 mit den Buchstaben a, b und c bezeichnet und stellen die Phasen A, B und C des bürstenlosen Gleichstrommotors mit drei Phasen dar. Für die Verbindung des Aktuators 1 mit dem Steuergerät 6 werden drei erste Verbindungsleitungen 9 und drei zweite Verbindungsleitungen 10, also in Summe sechs Leitungen benötigt.
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Die Betriebsspannung ist im Beispiel mit 5 Volt dargestellt. Eine Beschränkung der Erfindung auf diesen Spannungswert ist aber nicht gegeben.
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Der Sensor 3 kann auch mehrere Einzelsensoren oder Sensorelemente umfassen. Darüber hinaus kann der Sensor 3 weitere zur Verarbeitung des erfassten Sensorsignals notwendige Teilbaugruppen enthalten, beispielsweise zur Verarbeitung mehrerer Sensoreingangssignale, einer Plausibilitätsprüfung sowie einer Bereitstellung eines analogen oder digitalen Signals zur Übertragung über die Signalleitung nach einem festgelegten Übertragungsprotokoll. Die Übertragung zweier oder mehrerer Sensorsignale auf dieser Signalleitung der ersten Verbindungsleitungen 9, erfolgt beispielsweise nach einem Zeitmultiplex-Verfahren. Alternativ ist auch eine Übertragung mehrerer Signale über mehrere Signalleitungen möglich. Für die in den 1 bis 4 dargestellten Beispiele wird beispielhaft eine nicht-redundante Signalübertragung genutzt.
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In der 2 ist ebenfalls eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung, bestehend aus einem Aktuator 1, welcher mittels erster und zweiter Verbindungsleitungen 9 und 10 mit dem Steuergerät 6 verbunden ist, dargestellt. In dieser Ausführung ist das Antriebselement 2 ein Gleichstrommotor (DC-Motor), welcher über zwei zweite Verbindungsleitungen 10, welche in der 2 mit a und b bezeichnet sind, mit der Leistungsstufe 8 des Steuergerätes 6 verbunden ist. Durch diese Ausführung des Antriebselements 2 werden zwischen dem Aktuator 1 und dem Steuergerät 6 in Summe fünf Verbindungsleitungen benötigt.
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Sowohl bei der Schaltung gemäß 1 als auch bei der Schaltung gemäß 2 ist jeweils unabhängig von der Ausführung des Antriebselements 2 immer eine separate Spannungsversorgungsleitung „Supply 5V“ als Bestandteil der ersten Verbindungsleitungen 9 vorzusehen, um den Sensor 2 mit einer von dem Steuergerät 6 bereitgestellten Betriebsspannung UB zu versorgen. Die ersten Verbindungsleitungen 9 und/oder die zweiten Versbindungsleitungen 10 werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen in einem Bündel oder einem Kabelbaum angeordnet verlegt, wobei jede Leitung bis zu einigen Metern lang sein kann.
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In der 3 sind die bereits aus der Beschreibung zur 1 bekannten Baugruppen oder -elemente 1 bis 10 dargestellt. Die 3 zeigt zusätzlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Spannungsversorgung für den Sensor 3. Diese besteht aus einem Spannungsregler 11, welcher über zwei eingangsseitige Spannungsanschlüsse 13 und 14 verfügt. Der Spannungsregler oder Gleichspannungswandler 11 ist mit seinem zweiten Spannungsanschluss 14 mit der das Bezugspotential „Ground“ führenden Leitung der ersten Verbindungsleitungen 9 verbunden. Mit seinem ersten Spannungsanschluss 13 ist der Spannungsregler 11 über je eine Diode 12 mit den drei zweiten Verbindungsleitungen 10a, b und c verbunden. Der Spannungsausgang 15 des Spannungsreglers 11 ist mit dem Eingang für die Betriebsspannung des Sensors 3, im Beispiel als 5 Volt dargestellt, verbunden. Die Betriebsspannung von beispielsweise 5 Volt ist bezogen auf das Bezugspotential „Ground“ am zweiten Spannungsanschluss 14. Die wesentlich kürzere Verbindungsleitung zwischen dem Spannungsausgang 15 des Spannungsreglers 11 und dem Betriebsspannungseingang des Sensors 3 ersetzt die nach dem Stand der Technik notwendige Spannungsversorgungsleitung „Supply 5V“, welche zu den ersten Verbindungsleitungen 9 gehörte.
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Bei der Ansteuerung des Antriebselements 2 wird das Vorhandensein einer Versorgungsspannung vorzugsweise an zumindest einer der Motorleitungen a, b oder c der zweiten Verbindungsleitungen 10, zu jedem Zeitpunkt gewährleistet. Derart kann mittels des Spannungsreglers 11 die Betriebsspannung UB des Lagesensors 3 bereitgestellt und auf eine Verbindungsleitung zwischen dem Steuergerät 6 und dem Sensor 3 verzichtet werden. Beim Einsatz derartiger Vorrichtungen beispielsweise in Kraftfahrzeugen liegen die den Motor 2 steuernden Spannungen üblicherweise im Bereich von 12 Volt oder 24 Volt. Diese über der geforderten Betriebsspannung UB des Sensors 3 liegende Spannung von 12 Volt oder 24 Volt stellt die eingangsseitige Spannung des Spannungsreglers 11 dar und wird mit diesem auf eine geforderte Betriebsspannung UB des Sensors 3 geregelt, wie es als Beispiel in der 3 mit der Angabe 5 Volt dargestellt ist.
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Die 4 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Spannungsversorgung für einen Sensor 3, bei welcher wie bereits in der 3 gezeigt, das Antriebselement 2 ein Gleichstrommotor ist. Auch in diesem Fall ist der zweite Spannungsanschluss 14 des Spannungsreglers 11 mit einer ersten Verbindungsleitung 9, welche das Bezugspotential „Ground“ bereitstellt, verbunden. Der erste Spannungsanschluss 13 des Spannungsreglers 11 ist mit je einer Kathode einer Diode 12 verbunden, wobei die Anoden der Dioden 12 mit den zweiten Verbindungsleitungen 10a und b verbunden sind. Der Spannungsausgang 15 des Spannungsreglers 11, an welchem eine stabilisierte, geregelte Betriebsspannung UB von beispielsweise 5 Volt bereitgestellt wird, ist mit dem Spannungseingang des Sensors 3 verbunden. Die Spannungsversorgung des Spannungsreglers 11 und somit des Sensors 3 wird dadurch sichergestellt, dass die Ansteuerung des Antriebselements 2 derart erfolgt, dass immer eine der beiden Motorleitungen 10a oder b eine Versorgungsspannung aufweist.
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In beiden in den 3 und 4 dargestellten Ausgestaltungen der Erfindung wird jeweils eine Leitung zwischen dem Sensor 3 und dem Steuergerät 6 weniger benötigt. Ein beispielsweise eine Drosselklappe als Stellglied antreibendes Antriebselement 2 ist unmittelbar mit dem Sensor 3 gekoppelt in der Baugruppe Aktuator 1 untergebracht. In dieser Baugruppe Aktuator 1 ist ebenfalls der erfindungsgemäß angeordnete Spannungsregler 11 mit den ihm zugeordneten Dioden 12 angeordnet.
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Durch das Entfallen der Notwendigkeit einer separaten Leitung zur Spannungsversorgung des Sensors 3 zwischen dem Steuergerät 6 und dem Aktuator 1 kommt es zu Materialeinsparungen an Leitungen mit unterschiedlichen Längen, welche sich noch mit der von einem Steuergerät gesteuerten Anzahl von Aktuatoren 1 vervielfältigt. Die zwischen dem Antriebselement 2, dem Spannungsregler 11 und dem Sensor 3 notwendigen Leitungen sind sehr kurz gehalten, da alle Elemente nahe beieinander in der Baugruppe Aktuator 1 angeordnet sind. Beispielsweise können der Spannungsregler 11 und der Sensor 3 auf einer gemeinsamen Platine angeordnet oder in den Sensorbaustein integriert sein. Auch eine Integration der Dioden 12 in die Baugruppe des Spannungsreglers ist vorteilhaft.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung der Leistungsstufe 8 aus den 3 und 1. Die Leistungsstufe 8 ist derart ausgeführt, dass jede der Phasen A, B und C der zweiten Versorgungsleitungen 10 des BLDC-Motors 2 mit je einem sogenannten Highside-Schalter mit dem höheren eingangsseitigen und mit je einem Lowside-Schalter mit dem niederen eingangsseitigen Spannungspotential verbindbar ist. Zu diesem Zweck werden die Schalter durch eine nicht dargestellte Steuerschaltung derart angesteuert, dass der Motor 2 beispielsweise mit einem sogenannten FlatTop-Modulationsverfahren betrieben wird.
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Dieses Verfahren garantiert das Vorhandensein der Versorgungsspannung Ubat an zumindest einer der Motorleitungen a, b oder c, zugehörig zu den Phasen A, B und C, zu jedem Zeitpunkt (PWM-Tastverhältnis 100%), während die Leistungsstufe 8 aktiv ist. Es ist also immer mindestens ein Highside-Schalter T1H, T2H oder T3H aktiv. Ziel der FlatTop-Modulation ist die Reduktion der Schaltverluste in der Endstufe. Die Ansteuerung des Motors bleibt vom Einsatz der FlatTop-Modulation unbeeinflusst, da für diesen ausschließlich die Differenzen zwischen den einzelnen Motorphasenspannungen relevant sind, nicht jedoch deren Potentialdifferenz zu der Masse des Sensors 3 oder der Masse des Steuergeräts 6.
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Somit bleiben alle Freiheiten der Motoransteuerung erhalten. Denkbar ist es auch – solange der Betriebspunkt des Motors seitens des benötigten Spannungsvektorbetrages es zulässt –, die FlatTop-Modulation insofern anzupassen, dass das Maximum der Tastverhältnisse in den drei Motorphasen nicht wie oben beschrieben bei 100% liegt, sondern bei einem beliebig kleineren Wert, der gerade die minimale Eingangsspannung des Spannungsreglers 11 abdeckt. Damit kann eine Reduktion der im Spannungsregler anfallenden Verlustleistung erzielt werden. Für den Fall, dass vom Controller 7 des Steuergeräts 6 ein größerer Spannungsvektor gefordert wird, kann der Maximalwert der Spannungen der Phasen A, B oder C wieder dynamisch erhöht werden.
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Das beschriebene Verfahren ist ebenso für Aktuatoren 1 mit DC-Motoren 2 geeignet. Die 6 zeigt eine hierfür geeignete Halbleiterschaltung in der Leistungsstufe 8 in einer schematischen Darstellung. Die Highside-Schalter T1H und T2H der eingesetzten H-Brücke der Leistungsstufe 8 können ebenfalls so angesteuert werden, dass eine der beiden Motorleitungen a oder b der zweiten Versorgungsleitungen 10 immer eine Versorgungsspannung trägt. Dadurch kann auch hier die Versorgung des Spannungsreglers 11 über die Dioden 12 und somit des Sensors 3 sichergestellt werden. Die eingangsseitige Spannung Ubat wird beispielsweise aus einem Bordspannungsnetz eines Kraftfahrzeuges entnommen oder durch das in der 6 nicht gezeigte Steuergerät 6 bereitgestellt.
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Das beschriebene Vorhandensein einer Versorgungsspannung auf den Motorleitungen a, b und c in der 3 oder a und b in der 4 der zweiten Versorgungsleitungen 10 bedeutet nicht, dass zu jedem Zeitpunkt die maximale Spannungsamplitude erreicht sein muss. Für die erfindungsgemäße Spannungsversorgung des Sensors 3 ist es ausreichend, wenn die am Spannungsregler 11 eingangsseitig anliegende Spannung um einen zur sicheren Regelung notwendigen Spannungswert Delta U über der am Spannungsausgang ausgegebenen Betriebsspannung UB für den Sensor 3 liegt. Ausreichend ist es, wenn eine zeitlich gemittelte eingangsseitige Spannung des Spannungsreglers 11 diese Bedingung erfüllt.
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Die Spannungsversorgung des Sensors 3 über die Dioden 12 und den Spannungsregler 11 muss über die zweiten Verbindungsleitungen während der Betriebsbereitschaft des Aktuators 1 unterbrechungsfrei sichergestellt werden. Hierzu wird im Falle von BLDC-Motoren die sogenannte FlatTop-Modulation, wie sie in der 7 gezeigt ist, eingesetzt. Die Figur zeigt eine beispielhafte Aussteuerung der Phasen A, B und C mit einer Motorphasenspannung von 12 Volt, bei welcher die Phase C nicht mehr geschaltet wird und bei einer Spannung von 12 Volt verbleibt.
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Wird ein BLDC-Motor 2 in einem Aktuator 1 eingesetzt, dessen Wicklungen in Sternschaltung aufgebaut sind, kann alternativ zu der in 3 gezeigten Beschaltung zum Abgriff der Motorphasenspannung auch der Sternpunkt des Motors 2 verwendet werden. Hierbei entfallen zwei der drei Dioden 12, es muss lediglich eine Diode 12 zwischen dem Sternpunkt des Motors 2 und dem ersten Spannungsanschluss 13 des Spannungsreglers 11 geschaltet werden.
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Bei sicherheitsrelevanten Aktuatoren 1, wie beispielsweise Drosselklappen zur Steuerung der angesaugten Luft bei Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Fahrzeugen, liegt die Anforderung vor, im Fehlerfall den Aktuator 1 zu deaktivieren. Hierbei wird die Leistungsstufe 8 durch Öffnen der Halbleiterschalter deaktiviert und der Aktuator 1 nimmt selbsttätig durch Federn getrieben eine mechanisch definierte sichere Position ein. Es wird zudem gefordert, dass auch in diesem Zustand mit deaktivierter Leistungsstufe 8 die Lageinformation des Aktuators 1 durch den Sensor 3 geliefert werden kann, um sicherzustellen, dass die sichere Position des Aktuators 1 erreicht wird. Es muss also weiterhin die Spannungsversorgung des Sensors 3 sichergestellt sein. Hierzu kann bei deaktivierter Leistungsstufe 8 eine hochohmige Spannungsquelle auf die drei (zwei für den DC-Motor) Motorphasen gelegt werden, welche die geringe Stromaufnahme des Lagesensors (–15mA) abdeckt.
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Ein beispielsweise federgetriebener Rücklauf des Aktuators 1 in die sichere Position bleibt davon unbeeinflusst, da zum einen diese Spannungsquelle auf alle drei (zwei) Motorphasen wirkt und somit kein Strom durch die Motorwicklungen getrieben wird und zum anderen die Spannungsquelle mittels ihres Innenwiderstands so bereitgestellt werden kann, dass keine Ströme > 15mA über die Motorphasen abgegeben werden können. Somit ist selbst im Fehlerfall (bspw. Masseschluss einer Motorleitung) sichergestellt, dass bei deaktivierter Leistungsstufe 8 keine Ströme in einer Größenordnung über die Motorwicklungen fließen können, welche den federgetriebenen Rücklauf behindern oder eine Blockierung hervorrufen könnten.
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Diese hochohmige Spannungsquelle ist für den aktiven Zustand der Endstufe bei Einsatz der FlatTop-Modulation nicht mehr von Bedeutung und kann somit bei aktiver Leistungsstufe 8 ausgeschaltet werden. Die notwendige Beschaltung zur Sicherstellung der Versorgung im deaktivierten Zustand kann entweder durch externe Beschaltung an der Leistungsstufe 8 innerhalb des Steuergeräts 6 erfolgen oder direkt im Design der Leistungsstufe 8 berücksichtigt werden.
