DE10241778C1 - Garagentorantrieb mit impulsweitengesteuertem Gleichstrommotor - Google Patents

Abstract

Ein Garagentorantrieb mit einem Niederspannungsgleichstrommotor (1), der von einem Netztransformator (5) über einen Gleichrichter (4) versorgt ist, wobei in Serie zum Motor (1) ein Mosfettransistor (3) angeordnet ist, der von einem Pulsweitenmodulator (12) gesteuert ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator (8) vorgesehen ist, der zur Abgabe von mit der Netzfrequenz synchronen Sägezahnimpulsen (Fig. 3) ausgebildet ist, daß ein Mittelwertbildner (13) vorgesehen ist, der zur Erzeugung einer Gleichspannung (a, b) als Mittelwert des Ausgangssignals des Pulsweitenmodulators (12) ausgebildet ist, und daß der Ausgang des Sägezahngenerators (8) und der Ausgang des Mittelwertbildners (13) mit Eingängen eines logischen Komparators (9) verbunden sind, dessen Ausgang den Mosfettransistor (3) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Garagentorantrieb mit impulsweitengesteuertem Gleichstrommotor.

Garagentorantriebe weisen einen Elektromotor auf, der in der Regel von einer Funkfernsteuerung gesteuert wird. Bei moderneren Antrieben soll der Motor in seiner Geschwindigkeit steuerbar sein, um z. B. nach einer fest vorgegebenen Kurve langsam anzufahren, dann schneller zu fahren und am Ende der Bewe­ gungsbahn wieder langsamer zu fahren. Damit lassen sich beispielsweise Anfahr­ rucke und Überlastungen des Antriebes vermeiden.

Bekannte Garagentorantriebe verwenden dazu einen Niederspannungs­ gleichstrommotor, da diese Motoren einfacher geschwindigkeitssteuerbar sind und kostengünstig aus Großserien der Automobilindustrie verfügbar sind, z. B. in Form von Scheibenwischermotoren. Zur Verarbeitung der empfangenen Steuer­ signale dient in der Regel ein Mikroprozessor, der in handelsüblicher Ausführung als Modul einen Pulsweitenmodulator aufweist, also einen Schaltkreis, der Im­ pulse unterschiedlicher Impulsweite abgibt. Dieser ohnehin vorhandene Puls­ weitenmodulator läßt sich gut zur Impulsweitenansteuerung eines den Motor­ strom steuernden Mosfettransistors verwenden.

Bei derartigen bekannten Garagentorantrieben wird der Mosfettransistor direkt mit Steuerimpulsen verstellbarer Breite betrieben. Es ist dabei jedoch erforderlich den Motor mit einer gesiebten Gleichspannung zu betreiben, wozu große und teu­ re Elektrolytkondensatoren erforderlich sind. Außerdem ergeben sich erhebliche Schaltverluste an dem Mosfettransistor und es sind eine stark belastete Freilauf­ diode erforderlich sowie aufwendige Entstörmaßnahmen.

Derartige Garagentorantriebe sind in der DE 199 44 964 A1, Spalte 1, Zeilen 22-­ 45 beschrieben. In dieser Schrift wird weiterhin angeregt, zur Vermeidung dieser Probleme, einen Mostfettransistor in Serie zum Motor mit einem Pulsweitenmo­ dulator nach Gleichrichtung des Steuersignals anzusteuern. Der Mosfettransistor wird daher nicht digital, sondern analog angesteuert, arbeitet also als regelbarer Vorwiderstand und wird somit sehr hoch thermisch belastet.

Aus DE 94 07 752 U1 ist es bekannt, den Gleichstrommotor eines Garagentoran­ triebes mittels Pulsweitenmodulation anzusteuern. Die Phasenanschnittsteuerung ist hier netzspannungsseitig vorgesehen und ersetzt den Transformator. Dies bie­ tet zwar Vorteile, aber auch erhebliche Sicherheitsnachteile, da die gesamte Schaltung einschließlich Motor auf Netzspannung liegen kann.

Aus DE 92 02 649 U1 ist ein Garagentorantrieb mit einem Niederspannungs­ gleichstrommotor bekannt, der von einem Netztransformator über einen Gleich­ richter versorgt wird.

Die Aufgabe der vorliegen Erfindung besteht darin, einen Ga­ ragentorantrieb mit einfacherer und insbesondere kostengünstigerer Schaltung vorzusehen.

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmalen des Anspruches gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Mosfettransistor nicht unmittelbar mit den impuls­ weitenmodulierten Impulsen des Pulsweitenmodulators beaufschlagt, sondern diese werden zunächst in eine Gleichspannung umgewandelt, die je nach Ein­ stellung der Pulsweite unterschiedliche Höhe aufweist. Diese über den Pulswei­ tenmodulator verstellbare Gleichspannung wird in einem logischen Komparator mit einem Sägezahn verglichen, der synchron zur Netzspannung, aus der die Motorgleichspannung erzeugt wird, gebildet ist. Je nachdem, welche der Span­ nungen an den beiden Eingängen des Komparators höher liegt, erzeugt der Kom­ parator an seinem Ausgang zur Steuerung des Mosfettransistor die Spannung 1 oder die Spannung 0. Er erzeugt also impulsweitenmodulierte Impulse im Takt der Netzspannung und somit im Takt der von dem den Motor versorgenden Gleichrichter erzeugten Halbwellen. Ein Siebkondensator für die den Motor trei­ bende Gleichspannung ist daher nicht erforderlich. Das Ausschalten des Mosfets erfolgt von selbst, wenn die vom Gleichrichter gelieferten ungesiebten Halbwel­ len durch 0 gehen. Eine Freilaufdiode für den Mosfettransistor wird nur wenig belastet oder kann ganz entfallen. Die Schaltfrequenz des Mosfettransistor beträgt das Doppelte der Netzfrequenz, also 100 Hertz, so daß er nur einer geringen Wärmebelastung durch Schaltverluste unterliegt. Es kann wie bei den bekannten gattungsgemäßen Garagentorantrieben der ohnehin in üblicherweise verwendeten Mikroprozessoren vorgesehene Pulsweitenmodulator als Steuerschaltkreis ver­ wendet werden. Es ergibt sich also eine insgesamt sehr einfache und kostengün­ stige Schaltung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein stark schematisiertes Blockschaltbild eines erfindungsgemä­ ßen Garagentorantriebes und

Fig. 2-7 zeitliche Spannungs- bzw. Stromverläufe an bestimmten Schal­ tungsstellen der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Garagentorantrieb mit einem Motor 1 in Form eines Nieder­ spannungsgleichstrommotors, beispielsweise eines handelsüblichen PKW- Scheibenwischermotors. In dem Stromkreis 2 des Motors 1 ist ein in Mosfettech­ nik ausgeführter Transistor 3 und ein Gleichrichter 4 für Vollwellenbetrieb ange­ ordnet, dessen Wechselstromeingänge über einen Transformator 5 von einem Netzanschluß 6 von z. B. 230 Volt versorgt werden. Im Stromkreis 2 des Motors 1 ist kein Glättungskondensator vorgesehen.

Die Wechselspannung des Transformators 5 wird über einen weiteren aus zwei Dioden 7 bestehenden Vollwellengleichrichter gleichgerichtet und liegt an Punkt A in der in Fig. 2 gezeigten Form an. Diese Spannung der in Fig. 2 gezeigten Form wird von Punkt A an den Steuereingang eines Sägezahngenerators 8 gelegt, der an seinem Ausgang am Punkt B eine zur Eingangssteuerspannung an Punkt A in der in Fig. 2 gezeigten Form an. Diese Spannung der in Fig. 2 gezeigten Form wird von Punkt A an den Steuereingang eines Sägezahngenerators 8 gelegt, der an seinem Ausgang am Punkt B eine zur Eingangssteuerspannung an Punkt A synchrone Sägezahnspannung erzeugt, deren Form in Fig. 3 wiedergegeben ist. Diese Sägezahnspannung von Punkt B gelangt, wie die Leitungsführung in Fig. 1 zeigt an einen Eingang eines logischen Komparators 9.

Es ist ein Mikroprozessor 10 vorgesehen, der beispielsweise dazu dient, über eine Steuerleitung 11 ankommende Steuersignale logisch zu verrechnen, z. B. zu de­ kodieren um Werte für die Steuerung des Motors 1 zu gewinnen, z. B. zu dessen Ein-, Ausschaltung etc. Der Mikroprozessor 10 in handelsüblicher Ausführung enthält als Modul einen Pulsweitenmodulator 12, der bei entsprechender An­ steuerung aus dem Mikroprozessor 10 Pulsfolgen unterschiedlicher Pulsweite an seinem Ausgang erzeugt. Diese Impulse werden über die in Fig. 1 dargestellte Leitung einem aus Widerstand und Kondensator gebildeten Mittelwertbildner 13 zugeführt, der mit den üblichen Schaltsymbolen schematisiert angedeutet ist. An seinem Ausgang am Punkt C liefert der Mittelwertbildner 13 folglich eine Gleichspannung, deren Höhe von der Pulsweite abhängt, die vom Pulsweitenmo­ dulator 12 geliefert wird.

Das auf diese Weise veränderlich erzeugte Gleichspannungssignal am Punkt C gelangt an den anderen Eingang des logischen Komparators 9 und wird von die­ sem mit dem Sägezahn am Punkt B verglichen.

Der logische Komparator 9 ist im Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß er an seinem Ausgang am Punkt D eine Spannung 1 erzeugt, wenn die Sägezahn­ spannung niedriger liegt als die Gleichspannung und sonst den Wert 0.

Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Es ist der Sägezahn gemäß Fig. 3 dargestellt und es sind zwei Gleichspannungen a und b dargestellt, die bei unterschiedlicher An­ steuerung des Pulsweitenmodulators 12 an Punkt C anliegen können.

Fig. 5 zeigt die Impulse am Punkt D, wie sie sich gemäß Fig. 4 ergeben, wenn an Punkt C die kleinere Gleichspannung a anliegt. Impulse werden gemäß Fig. 5 immer dann gebildet, wenn die Sägezahnspannung niedriger ist als die Spannung a.

Fig. 6 zeigt die Impulse, die sich gemäß Fig. 4 mit der niedrigeren Spannung b bilden. Diese Impulse sind, wie Fig. 6 zweigt, kürzer als in Fig. 5.

Die Impulse gemäß Fig. 5 oder Fig. 6 steuern den Transistor 3 auf, so daß dieser Stromimpulse durchläßt, wie sie in Fig. 7 dargestellt sind. Bei einer Ansteuerung mit dem Signal der Fig. 5 sind diese Impulse breiter und bei einer Ansteuerung mit dem Signal der Fig. 6 schmaler.

Auf diese Weise läßt sich der Motor 1 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit steuern, wobei diese Geschwindigkeit von der Ansteuerung des Pulsweitenmo­ dulators 12 abhängt, der wiederum mit entsprechender Geschwindigkeitsvorgabe z. B. aus einer Zeittabelle von dem Mikroprozessor 10 gesteuert wird.

Claims (1)

1. Garagentorantrieb mit einem Niederspannungsgleichstrommotor (1), der von einem Netztransformator (5) über einen Gleichrichter (4) versorgt ist, wobei in Serie zum Motor (1) ein Mosfettransistor (3) angeordnet ist, der von einem Puls­ weitenmodulator (12) gesteuert ist, wobei ein Sägezahn­ generator (8) vorgesehen ist, der zur Abgabe von mit der Netzfrequenz synchro­ nen Sägezahnimpulsen (Fig. 3) ausgebildet ist, daß ein Mittelwertbildner (13) vorgesehen ist, der zur Erzeugung einer Gleichspannung (a, b) als Mittelwert des Ausgangssignales des Pulsweitenmodulators (12) ausgebildet ist, und daß der Ausgang des Sägezahngenerators (8) und der Ausgang des Mittelwertbildners (13) mit Eingängen eines logischen Komparators (9) verbunden sind, dessen Ausgang den Mosfettransistor (3) steuert.