DE102015220910A1

DE102015220910A1 - Spannungsüberwachung für eine Motoransteuerschaltung eines bürstenlosen Waschmaschinenmotors

Info

Publication number: DE102015220910A1
Application number: DE102015220910.5A
Authority: DE
Inventors: Mircea Barbu; Jörg Skrippek; Hasan Gökcer Albayrak; Manuel Lugauer; Rudolf Seidl
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Motoransteuerschaltung (10) für einen bürstenlosen Antriebsmotor in einem Haushaltsgerät (12), mit einer Inverterstufe (14) zur Leistungsansteuerung des bürstenlosen Motors, und mit einer Steuerstufe (16) zur Erzeugung von Steuersignalen für die Inverterstufe (14), wobei die Steuerstufe (16) die Inverterstufe (14) über Steuerleitungen (46a, 46b, 46c, 48a, 48b, 48c) ansteuert, die Inverterstufe (14) aus einer Zwischenkreisspannung UZW gespeist ist, und im Fall einer Abweichung der Zwischenkreisspannung UZW von vorbestimmten Grenzen den Antriebsmotor (12) kurzschließt, Bei der Motoransteuerschaltung ist eine Schutzschaltung (50) zum Abschalten der Steuerleitungen vorgesehen, welche die Zwischenkreisspannung UZW der Motoransteuerschaltung (10) auf Über- und/oder Unterspannung überwacht und im Fall einer Abweichung der Zwischenkreisspannung UZW von vorbestimmten Grenzen einen Teil der Steuerleitungen (46a, 46b, 46c) abschaltet und die übrigen Steuerleitungen (48a, 48b, 48c) so beschaltet, daß der Antriebsmotor (12) von der Inverterstufe (14) kurzgeschlossen ist. Vorgeschlagen wird außerdem ein Haushaltsgerät mit einer solchen Motoransteuerung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motoransteuerschaltung für einen bürstenlosen Antriebsmotor in einem Haushaltsgerät, einer Inverterstufe zur Leistungsansteuerung des bürstenlosen Motors, die aus einer Zwischenkreisspannung U_ZW gespeist ist, und mit einer Steuerstufe zur Erzeugung von Steuersignalen für die Inverterstufe, wobei die Steuerstufe (16) die Inverterstufe über Steuerleitungen ansteuert, und die Inverterstufe im Fall einer Abweichung der Zwischenkreisspannung U_ZW von vorbestimmten Grenzen den Antriebsmotor kurzschließt,. Die Erfindung betrifft außerdem ein Haushaltsgerät mit einer derartigen Motoransteuerschaltung.
Bei der Ansteuerung von bürstenlosen Permanentmagnetmotoren (BLDC, PMSM) im Brems- bzw. Verzögerungsbetrieb mit einer entsprechenden Stopp-Rampe tritt wegen der mechanischen Trägheit des Antriebs ein generatorischer Betrieb des Motors auf. Die vom Motor zurückgespeiste elektrische Energie wird in der Ansteuerelektronik über die Freilaufdioden der Schalttransistoren in den Zwischenkreis zurückgespeist. Bei Feldschwächbetrieb des Motors kann die generatorische Spannung deutlich höher werden als die im Betrieb üblicherweise vorgesehene Zwischenkreisspannung. Aus diesem Grund muß bei herkömmlichen Synchronmotor-Steuerungen die Leistungsbrücke und insbesondere der Zwischenkreiskondensator für sehr große Spannungen ausgelegt sein, was höhere Herstellkosten verursacht.
In der EP 0 935 336 A2 wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen, die Motorklemmen über die Leistungsbrücke zum Abbremsen des Motors und/oder bei kritischen Zuständen mittels einer Schutzschaltung kurzzuschließen um zu verhindern, daß der Zwischenkreiskondensator der Leistungsbrücke durch die in den Wicklungssträngen des Stators durch die Rotordrehung induzierten Spannungen aufgeladen wird. Dazu wird in der Motorsteuerung die Zwischenkreisspannung überwacht. Stellt die Steuerung eine Abweichung fest, sollen Motorwicklungen kurzgeschlossen werden, indem die Motorsteuerung gezielt die entsprechenden Schalttransistoren ansteuert. Dabei wird davon ausgegangen, daß die die Zwischenkreisspannung im allgemeinen so langsam anwächst, daß die in der Regel microcontrollergesteuerte Motorsteuerung rechtzeitig reagieren kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motoransteuerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und kostengünstigen aber zuverlässigen Schutz gegen Überlastung des Zwischenkreises im Bremsbetrieb bietet. So können die Elemente der Leistungsbrücke und insbesondere der Zwischenkreiskondensator kostengünstig ausgelegt werden.
Dies wird erreicht durch eine Motoransteuerschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit der Abschaltung eines Teils der Steuerleitungen wird zuverlässig verhindert, daß über die Inverterstufe Strom vom Antriebsmotor in den Zwischenkreis fließt, während die Beschaltung der übrigen Steuerleitungen gewährleistet, daß der Motor ohne Ansteuerung durch einen Microcontroller zuverlässig und schnell abgebremst und die generatorische Energie in den Motorwicklungen in Wärme umgesetzt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Inverterstufe eine Brückenschaltung, welche High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter aufweist. Die Brückenschaltung dient in vorteilhafter Weise dazu, aus der Gleichspannung des DC-Zwischenkreises für jeden Strang des bürstenlosen Motors eine phasenverschobene Wechselspannung bereitzustellen. Dabei ist in jedem Zweig der Brückenschaltung jeweils ein elektronischer High-Side-Schalter vorgesehen, der einen Strang des Motors mit dem High-Side-Potential der Zwischenkreisspannung verbindet, und mit einem Low-Side-Schalter, der den Strang des Motors mit dem Low-Side-Potential der Zwischenkreisspannung verbindet. Dabei wird als Low-Side-Potential der Zwischenkreisspannung dasjenige Potential bezeichnet, welches das Massepotential der Motoransteuerschaltung bildet oder welches spannungsmäßig jedenfalls näher am Massepotential liegt als das High-Side-Potential. Für den High-Side-Schalter und für den Low-Side-Schalter eines jeden Zweiges sind jeweils getrennte Steuerleitungen vorgesehen. Es ist vorgesehen, nur einen Teil der Steuerleitungen abzuschalten, beispielsweise nur die Steuerleitung für die High-Side-Schalter oder nur die Steuerleitungen für die Low-Side-Schalter. Über die nicht-abgeschalteten Steuerleitungen ist dann ein Kurzschlussbremsen des Motors möglich. Auf diese Weise kann verhindert werden kann, daß der Motor über die Freilaufdioden in den Schalttransistoren der Brückenschaltung eine Induktionsspannung in den Zwischenkreis zurückspeist. Eine solche Induktionsspannung könnte zu einem Schaden an der Ansteuerschaltung führen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schutzschaltung die Steuerleitungen für die High-Side-Schalter abschaltet. Dann sind insbesondere beim Kurzschlussbremsen die Stränge des Motors auf das niedrigere Potential der Zwischenkreisspannung geschaltet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schutzschaltung einen Steuereingang für einen Türsensor auf. Damit ist es möglich, zusätzlich auch eine Überwachung des Türzustands (Tür offen/geschlossen oder verriegelt/entriegelt) einzubeziehen und den Antriebsmotor zuverlässig zum Stillstand zu bringen, wenn die Tür geöffnet oder entriegelt wird, bzw. in einem solchen Fall ein Anlaufen des Motors zu verhindern.
Die Erfindung schafft weiterhin ein Haushaltsgerät mit einer erfindungsgemäßen Motoransteuerung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Motoransteuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ein detailliertes Blockschaltbild der Ausführungsform aus 1.
In dem Blockschaltbild in 1 ist schematisch eine Motoransteuerschaltung 10 für einen bürstenlosen Gleichstrommotor 12 dargestellt. Die Motoransteuerschaltung 10 weist eine Inverterstufe 14 zur Leistungsansteuerung des bürstenlosen Motors 12 mit drei Strängen U, V, W und eine Steuerstufe 16 zur Erzeugung von Steuersignalen für die Inverterstufe 14 auf. Die Motoransteuerschaltung 10 weist einen Zwischenkreis mit einem Low-Side-Potential und einem High-Side-Potential auf, zwischen denen eine Gleichspannung, die Zwischenkreisspannung U_zw anliegt. Dabei bildet das Low-Side-Potential das Massepotential GND der Motoransteuerschaltung, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das High-Side-Potential in Bezug auf Low-Side-Potential ein positives Gleichspannungspotential +DC führt. Die Zwischenkreisspannung U_zw wird durch ein Netzteil, mit einem Gleichrichter 18 und einem Kondensator 20, aus einer Netzwechselspannung gewonnen, welche an den Klemmen L, N anliegt.
Die Zwischenkreisspannung U_zw kann einige 100 Volt, typischerweise 300 bis 400 Volt, betragen. Eine solch hohe Spannung ist erforderlich, um ausreichend Leistung für die Ansteuerung des BLCD-Motors 12 bereitzustellen.
Die Inverterstufe 14 weist eine Brückenschaltung mit drei High-Side-Schaltern 22a, 22b, 22c und drei Low-Side-Schaltern 24a, 24b, 24c auf. Die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c und die Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c sind in 1 beispielhaft als IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode), mit jeweils einem Kollektor-, einem Emitter- und einem Gateanschluss und integrierter Freilaufdiode dargestellt. Die Erfindung ist jedoch auch auf Motoransteuerungen in anderen Technologien, etwa mit Leistungs-MOS-FETs anwendbar.
Die Kollektoranschlüsse der High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c sind mit dem High-Side-Potential +DC des Zwischenkreises verbunden. Der Emitter des Low-Side-Schalters 24a ist über einen Shuntwiderstand 26a, der Emitter des Low-Side-Schalters 24b über einen Shuntwiderstand 26b und der Emitter des Low-Side-Schalters 24c über einen Shuntwiderstand 26c mit dem Massepotential GND des Zwischenkreises verbunden. Jedes der Paare aus High-Side-Schalter 22a und Low-Side-Schalter 24a, High-Side-Schalter 22b und Low-Side-Schalter 24b, High-Side-Schalter 22a und Low-Side-Schalter 24a bildet einen Zweig der Brückenschaltung. Jeder der Stränge U, V, W des BLCD-Motors 12 ist mit einem der Zweige der Brückenschaltung verbunden, und zwar ist der Strang U mit dem Emitteranschluss des High-Side-Schalters 22a und dem Kollektoranschluss des Low-Side-Schalters 24a, der Strang V mit dem Emitteranschluss des High-Side-Schalters 22b und dem Kollektoranschluss des Low-Side-Schalters 24b, und der Strang W mit dem Emitteranschluss des High-Side-Schalters 22c und dem Kollektoranschluss des Low-Side-Schalters 24c, verbunden.
Weiterhin ist ein Treiberbaustein 30 vorgesehen, mit drei High-Side-Treibereingängen 32a, 32b, 32c und drei Low-Side-Treibereingängen 34a, 34b, 34c, sowie drei High-Side-Treiberausgängen 36a, 36b, 36c und drei Low-Side-Treiberausgängen 38a, 38b, 38c. Dabei bilden die Treibereingänge 32a, 32b, 32c, 34a, 34b, 34c des Treiberbausteins 30 in der dargestellten Ausführungsform gleichzeitig Steuereingänge der Inverterstufe. Der High-Side-Treiberausgang 36a des Treiberbausteins 30 ist mit dem Gateanschluß des High-Side-Schalters 22a verbunden. Entsprechend sind die übrigen Treiberausgänge 36b, 36c, 38a, 38b, 38c an den Gates der High-Side-Schalter 22b, 22c und der Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c angeschlossen.
Dem High-Side-Treiberausgang 36a des Treiberbausteins 30 ist der High-Side-Treibereingang 32a in der Weise zugeordnet, daß im Treiberbaustein 30, falls erforderlich, eine Anpassung der Signalpegel und -logik stattfindet. Dazu werden Ansteuersignale am Treibereingang 32a so umgesetzt, daß das Gate des High-Side-Schalters 22a korrekt angesteuert werden kann. Entsprechend sind die übrigen Treibereingänge 32b, 32c, 34a, 34b, 34c den Treiberausgängen 36b, 36c, 38a, 38b, 38c zugeordnet.
Im Treiberbaustein 30 können weitere Eingänge, etwa zur Überwachung der Spannungen und Phasenlage an den Strängen U, V, W des Motors 12, vorgesehen sein, die für die Erfindung aber nicht von Bedeutung sind und daher in dieser Beschreibung nicht näher erläutert werden.
In der Inverterstufe 14 können außerdem weitere Funktionseinheiten untergebracht sein, beispielsweise eine Stromüberwachungsschaltung 40, wie sie in 1 durch punktierte Linien angedeutet ist, welche aber für das Verständnis der Erfindung ebenfalls nicht von Bedeutung sind.
Die Steuerstufe 16 weist drei High-Side-Steuerausgänge 42a, 42b, 42c und drei Low-Side-Steuerausgänge 44a, 44b, 44c auf, an welchen Steuersignale zur Ansteuerung der Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c und der High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c bereitgestellt werden. Dazu kann die Steuerstufe 16 vorteilhaft als Mikroprozessor ausgeführt sein. Die Steuerstufe 16 kann darüber hinaus zusätzliche weitere Aufgaben ausführen, beispielsweise über weitere Daten- und Messeingänge die Überwachung der Strangströme des BLCD-Motors 12 mittels einer Strommesseinrichtung 40, wie sie in der Darstellung der Inverterstufe 14 in 1 angedeutet ist. Die Steuerstufe 16 wird ebenfalls aus dem Zwischenkreis versorgt, vorzugsweise über einen Spannungswandler 49.
Zum Betrieb des Motors 12 steuert die Steuerstufe 16 die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c der Inverterstufe 14 über High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c an, welche die High-Side-Steuerausgänge 42a, 42b, 42c der Steuerstufe 16 mit den High-Side-Treibereingängen 32a, 32b, 32c des Treiberbausteins 30 verbinden. In gleicher Weise werden die Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c der Inverterstufe 14 von der Steuerstufe 16 über Low-Side-Steuerleitungen 48a, 48b, 48c angesteuert, welche die Low-Side-Steuerausgänge 44a, 44b, 44c mit den Low-Side-Steuereingängen 34a, 34b, 34c des Treiberbausteins 30 verbinden, angesteuert.
Erfindungsgemäß ist eine Schutzschaltung 50 zum Abschalten von Steuerleitungen vorgesehen. Dazu weist die Schutzschaltung 50 einen Abschaltausgang 52 auf, der über eine Treiberschaltung 70 mit den High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c verbunden ist. Die Schutzschaltung 50 weist außerdem einen Überwachungseingang 54 auf, an dem ein Überwachungssignal, z. B. von einem Sensor, oder direkt eine zu überwachende Größe anliegt.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Überwachungseingang zweipolig ausgeführt. Zwischen den beiden Polen des Überwachungseingangs liegt die Zwischenkreisspannung U_zw an. Die Schutzschaltung 50 soll die Zwischenkreisspannung U_ZW überwachen und bei Überschreiten eines Höchstwertes U_ZWMax die Ansteuerung des Motors 12 unterbinden, bzw. den Motor 12 abbremsen.
Im Folgenden ist nun die Funktion der erfindungsgemäßen Motoransteuerschaltung 10 erläutert.
Das Netzteil aus Gleichrichter 18 und Kondensator 20 stellt die DC-Zwischenkreisspannung U_ZW zur Verfügung, mit einem positiven High-Side-Potential +DC und einem negativen Low-Side-Potential, welches in der beschriebenen Ausführungsform das Massepotential GND der Motoransteuerschaltung 10 darstellt.
Die Steuerstufe 16 wird ebenfalls aus dem Zwischenkreis versorgt, bevorzugt über einen DC-/DC-Wandler 49, und zwar mit einer Niederbetriebsspannung V_bb, von beispielsweise 3,3 Volt für einen in der Steuerstufe ausgebildeten Mikroprozessor, und erforderlichenfalls weiteren Niederbetriebsspannungen.
Die Steuerstufe 16 stellt an ihren High-Side-Steuerausgängen 42a, 42b, 42c und an ihren Low-Side-Steuerausgängen 44a, 44b, 44c Steuersignale zur Verfügung, mit denen jeweils die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c und die Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c durchgeschaltet werden können. In bekannter Weise sind diese Steuersignale so ausgebildet, daß die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c und die Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c abwechselnd phasenversetzt das High-Side- oder das Low-Side Potential durchschalten, sodaß den drei Strängen U, V, W des BLDC-Motos 12 eine Dreiphasenwechselspannung bereitgestellt wird, um den Motor 12 in Betrieb zu setzen.
Die Steuersignale aus der Steuerstufe 16 werden dabei über die High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c und die Low-Side-Steuerleitungen 48a, 48b, 48c an die Steuerstufe 14 übertragen, wobei die High-Side-Steuerleitung 46a für die Ansteuerung des High-Side-Schalters 22a vorgesehen ist. Entsprechend sind jeweils eine der übrigen High-Side-Steuerleitungen 46b, 46c für einen der High-Side-Schalter 22b, 22c und jeweils eine der Low-Side-Steuerleitungen 48a, 48b, 48c für jeweils einen der Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c vorgesehen. Die Steuersignale auf den Low-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c und den High-Side-Steuerleitungen 48a, 48b, 48c können je nach Ausbildung der Steuerstufe mit geringen Pegeln im Vergleich zur Zwischenkreisspannung U_ZW vorliegen. Deshalb werden die Steuersignale mit Hilfe des Treiberbausteins 30 auf für die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c und Low-Side-Schalter 24a, 24b, 24c erforderliche Pegel angepaßt. Außerdem kann es auch erforderlich sein, Logik- und/oder Timinganpassungen vorzunehmen.
Solange die Zwischenkreisspannung U_ZW einen vorbestimmten Höchststwert nicht überschreitet, gibt die Schutzschaltung 50 über den Abschaltausgang 52 die High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c frei. Die Steuerstufe 16 kann somit die Inverterstufe 14, wie zuvor beschrieben, ansteuern sodaß der BLDC-Motor 12 die Waschtrommel in Drehung versetzen kann.
Stellt die Schutzschaltung jedoch fest, daß die Zwischenkreisspannung U_ZW den vorbestimmten Höchstwert überschreitet, schaltet sie über ihren Abschaltausgang 52 die High-Side-Steuerleitungen 46 ab. Die Steuerstufe 16 kann dann die High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c nicht mehr ansteuern. Damit ist es nicht mehr möglich, die Stränge, U, V, W des BLDC-Motors 12 mit einer Dreiphasen-Wechselspannung zu versorgen und den Trommelantrieb in Betrieb zu versetzen.
Im Folgenden soll nun eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung detaillierter erläutert werden. Dazu ist in 2 eine beispielhafte Ausgestaltung für eine Schutzschaltung 50 und eine Beschaltung der High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c ausschnittsweise detaillierter dargestellt. Die übrige Schaltung, insbesondere der Inverterstufe 14 ist nicht näher dargestellt, soweit sie bereits aus 1 bekannt ist.
Die Treiberstufe 70 weist in der gezeigten Ausführungsform drei Treiberbausteine 72a, 72b, 72c auf, welche die High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c ansteuern. Weiterhin sind drei Treiberbausteine 74a, 74b, 74c auf, welche die Low-Side-Steuerleitungen 48b, 48b, 48c ansteuern. In der nachfolgenden Beschreibung ist exemplarisch die Beschaltung einer der High-Side-Steuerleitungen ausführlich beschrieben und in 2 dargestellt. Die Beschaltung der beiden anderen High-Side-Steuerleitungen 46b, 46c ist jedoch identisch ausgeführt, wie in 2 durch punktierte Linien angedeutet ist.
Gemäß dieser Beschaltung ist in die High-Side-Steuerleitung 46a zwischen der Steuerstufe 16 und der Inverterstufe 14 ein Entkopplungswiderstand 82a eingefügt, wodurch die Steuerleitung 46a in zwei Teile geteilt ist. Der erste Teil 46a1 verbindet den Steuerausgang 42a der Steuerstufe 16 mit dem Entkopplungswiderstand 82a. Der zweite Teil 46a2 verbindet den Entkopplungswiderstand 82a mit dem Eingang 32a der Inverterstufe 14. Der erste Teil 46a1 ist außerdem über einen Pull-Down-Widerstand 84a gegen Masse GND verbunden.
Die Schutzschaltung 50, weist wie schon oben beschrieben einen Schaltausgang 52 und einen Überwachungseingang 54 auf, wobei der Überwachungseingang 54 in der gezeigten Ausführungsform mit zwei Eingangsklemmen, einer High-Klemme 54.1 und einer Masse-Klemme 54.2, ausgeführt ist. Die Beschaltung Schutzschaltung 50 ist hier vereinfacht schematisch dargestellt und enthält eine Detektorstufe, mit einem Spannungsteiler 56 und einer Z-Diode 58, sowie eine Schaltstufe 60, mit einem Schalttransistor 62, einem Kollektorwiderstand 64 und einem Basiskondensator 66.
Die Masse-Klemme 54.2 ist mit der Masse GND der Motoransteuerschaltung 10 verbunden, die High-Klemme 54.1 ist mit dem gegenüber der Masse GND positiven Potential DC+ der Zwischenkreisspannung U_ZW verbunden, sodaß an dem Überwachungseingang 54 die Zwischenkreisspannung U_ZW anliegt.
Die Detektorstufe weist in der dargestellten Ausführungsform eine Reihenschaltung mit einem Spanungsteiler 56 aus zwei Widerständen und einer Z-Diode 58 auf. Die Kathode der Z-Diode ist mit der High-Klemme 54.1 verbunden. Die Anode der Z-Diode ist mit einem Ende des Spannungsteilers verbunden, andere Ende des Spannungsteilers ist mit der Masse-Klemme 54.2 verbunden.
In der Schaltstufe 60 ist ein Ende des Kollektorwiderstands mit der High-Klemme 54.1 verbunden, das andere Ende mit dem Kollektor des Schalttransistors 62. Der Kollektor des Schalttransistors 62 ist außerdem mit dem Schaltausgang 52 verbunden. Der Emitter des Schalttransistors 62 ist mit der Masse-Klemme 54.2 verbunden und die Basis mit dem Mittelabgriff des Spannungsteilers 56. Zwischen der Basis und dem Emitter des Schalttransistors ist noch ein Basiskondensator 66 geschaltet.
Die Detektorstufe ist so dimensioniert, daß die Z-Diode sperrt solange die Zwischenkreisspannung U_ZW den zulässigen Höchstwert U_ZWMax nicht überschreitet. Die Basis des Schalttransistors 62 liegt damit auf GND Potential, der Schalttransistor sperrt und der Ausgang ist auf einem hohen Potential das einen logischen zustand „1” definiert. einem Schwellspannung der Z-Diode 58 erreicht wird, wenn die Zwischenkreisspannung U_ZW den zulässigen Maximalwert erreicht.
Die Treiberbausteine 72a, 72b, 72c bzw. 74a, 74b, 74c sind in der dargestellten Ausführungsform als Open-Collector-Treiber ausgeführt, sodaß über beispielsweise den Treiberbaustein 72a der zweite Teil der Steuerleitung 46a2 freigegeben ist, so daß die Steuerstufe 16 die High-Side-Steuerleitung 46a hochziehen kann, um damit den High-Side-Schalter 22a durchzuschalten. Entsprechendes gilt für die anderen beiden Treiberbausteine 72b, 72c mit den daran die angeschlossenen High-Side Steuerleitungen und die Treiberbausteine 74a, 74b, 74c mit den daran die angeschlossenen Low-Side Steuerleitungen. In diesem Zustand kann der Motor 12 also ordnungsgemäß betrieben werden.
Sobald die Zwischenkreisspannung U_zw jedoch soweit ansteigt, daß die Schwellspannung der Z-Diode überschritten und diese leitend wird, schaltet der Schalttransistor 62 durch, die Kollektorspannung des Transistors wird auf GND gezogen, d. h. der Schaltausgang 52 geht auf logischen Zustand „0”.
Die Treiberschaltung 70 verriegelt dann das Leistungsmodul derart, daß die oberen IGBTs gesperrt und die unteren eingeschaltet bleiben. Damit liegt der Motor in kurzgeschlossenem Zustand.
Nun steuert die Treiberschaltung 70 den zweiten Teil der 46a2 der Steuerleitung gegen Masse GND. Die Steuerstufe 16 kann nun zwar versuchen, mit dem High-Side-Steuerausgang 42a den ersten Teil der High-Side-Steuerleitung 46a1 hochziehen, da der erste Teil 46a1 der Steuerleitung jedoch über den Entkopplungswiderstand 82 vom zweiten Teil der High-Side-Steuerleitung 46a2 entkoppelt ist, bleibt dieser auf dem Potential der Masse GND, so daß der High-Side-Schalter 22a nicht eingeschaltet werden kann.
In gleicher Weise passiert dies für die beiden übrigen High-Side-Steuerleitungen 46b und 46c, wie in 2 durch punktierte Linien angedeutet. Die Low-Side Steuerleitungen dagen sind so beschaltet, daß die Low Side Schalter 24 durchgeschaltet sind und die Wicklungen des Motors 12 nach Masse GND kurzschließen.
Es ist also gezeigt, daß die Schutzschaltung 50 wirksam das Einschalten der High-Side-Schalter 22a, 22b, 22c verhindern kann, wenn die Zwischenkreisspannung U_zw einen bestimmten Höchstwert U_ZWMax überschreitet.
Selbstverständlich ist die gezeigte Detailschaltung nur exemplarisch für alternative Beschaltungen. So können, abhängig von der Schaltungslogik, die in der Steuerstufe 16 und in der Inverterstufe 14 Verwendung findet, die High-Side-Steuerleitungen 46a, 46b, 46c auf andere Weise abzuschalten sein, beispielsweise durch Pull-Up-Treiber statt durch Pull-Down-Treiber. Entsprechend können die Steuerausgänge 42a, 42b, 42c mit Pull-Up-Widerständen, gegen das Potential der Betriebsspannung V_BB gezogen sein.
Die Erfindung ist zudem nicht auf die beispielhaft dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt sämtliche technisch sinnvollen Kombinationen der erläuterten und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die Steuerstufe mit der Inverterstufe über eine High-Side-Steuerleitung und eine Low-Side-Steuerleitung verbunden ist, über welche jeweils ein Ansteuersignal für die High-Side- und ein Ansteuersignal für die Low-Side-Schalter übertragen wird, und entsprechend in der Inverterstufe einzelne Schaltsignale für die einzelnen High-Side-Schalter und die Low-Side-Schalter aus den Ansteuersignalen gewonnen werden.
Die Schutzschaltung 50 kann so ausgeführt sein, daß sie anstelle oder zusätzlich zu einer Überschreitung eines Höchstwertes in der Zwischenkreisspannung U_ZW eine Unterschreitung eines Mindestwertes erkennt und daraufhin die Ansteuerung des Motors unterbindet, bzw. eine Bremsung veranlaßt.
In der Schutzschaltung 50 kann beispielsweise eine oder mehrere Komparatorschaltungen vorgesehen sein, welche die Zwischenkreisspannung U_ZW oder eine daraus abgeleitete, proportionale Spannung mit einem oder mehreren Referenzspannungswerten vergleichen um eine Überschreitung eines maximal zulässigen Wertes oder eine Unterschreitung eines mindestens erforderlichen Wertes zu detektieren.
Die Beschaltung der Schutzschaltung ist in der beschriebenen Ausführungsform beispielhaft schematisch und vereinfacht dargestellt.
In der Schutzschaltung können weitere Überwachungseingänge vorgesehen sein, die zusätzliche Zustände oder Parameter in dem Haushaltsgerät überwachen. Beispielsweise die Zustände von einem Türsensor. Als Türsensor sind hier Sensoren zu verstehen, die den Zustand einer Tür des Haushaltsgerätes, z. B. der Tür einer Beladungsöffnung einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners feststellen. Dazu zählen beispielsweise Türverschlußsensoren (Tür offen oder geschlossen) und Türverriegelungssensoren (Tür verriegelt oder freigegeben). Wobei als derartige Sensoren beispielsweise Schaltkontakte aber auch kontaktlose Sensoren, wie etwa Hallsensoren in Frage kommen.
Im Gegensatz zu Motorsteuerungen im Stand der Technik, bei denen der Motorstrom oder der Versorgungsstrom für die Motorsteuerung über einen Tür- bzw. Türverriegelungskontakt fließt, können mit der vorliegenden Motorsteuerung Türsensoren zum Einsatz kommen, die nicht für die Betriebsspannungen und -ströme des Motors bzw. der Motorsteuerung ausgelegt sein müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0935336 A2 [0003]

Claims

Motoransteuerschaltung (10) für einen bürstenlosen Antriebsmotor in einem Haushaltsgerät (12), mit – einer Inverterstufe (14) zur Leistungsansteuerung des bürstenlosen Motors, die aus einer Zwischenkreisspannung U_ZW gespeist ist, – und mit einer Steuerstufe (16) zur Erzeugung von Steuersignalen für die Inverterstufe (14), wobei die Steuerstufe (16) die Inverterstufe (14) über Steuerleitungen (46a, 46b, 46c, 48a, 48b, 48c) ansteuert, und die Inverterstufe (14), im Fall einer Abweichung der Zwischenkreisspannung U_ZW von vorbestimmten Grenzen den Antriebsmotor (12) kurzschließt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschaltung (50) zum Abschalten der Steuerleitungen vorgesehen ist, wobei die Schutzschaltung (50) die Zwischenkreisspannung U_ZW der Motoransteuerschaltung (10) auf Über- und/oder Unterspannung überwacht und im Fall einer Abweichung der Zwischenkreisspannung U_ZW von vorbestimmten Grenzen einen Teil der Steuerleitungen (46a, 46b, 46c) abschaltet und die übrigen Steuerleitungen (48a, 48b, 48c) so beschaltet, daß der Antriebsmotor (12) von der Inverterstufe (14) kurzgeschlossen ist.
Motoransteuerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Inverterstufe (14) eine Brückenschaltung umfaßt, welche High-Side-Schalter (22a, 22b, 22c) und Low-Side-Schalter (24a, 24b, 24c) aufweist, wobei für High-Side Schalter (22a, 22b, 22c) und Low-Side-Schalter (24a, 24b, 24c) jeweils separate Steuerleitungen vorgesehen sind und die Schutzschaltung (50) die Steuerleitungen für die High-Side-Schalter (22a, 22b, 22c) abschaltet.
Motoransteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Brückenschaltung dreiphasig ausgelegt ist.
Motoransteuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schutzschaltung (50) einen Überwachungseingang für einen Türsensor aufweist.
Haushaltsgerät mit einer Motoransteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Haushaltsgerät nach Anspruch 5, wobei das Haushaltsgerät eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner oder ein Waschtrockner ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 5, wobei das Haushaltsgerät einen Türsensor aufweist, der mit einem Überwachungseingang der Schutzschaltung (50) verbunden ist.