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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Reduzieren von leitungsgebunden Störungen bei einer Pulsweiten-modulierten
Ansteuerung eines Elektromotors. Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Steuerschaltung zur Ansteuerung eines Elektromotors mithilfe
eines Pulsweitenmodulationssignals.
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Mithilfe eines Pulsweitenmodulationssignals ist
ein Elektromotor nahezu stufenlos ansteuerbar. Das Pulsweitenmodulationssignal
wird dazu an eine Schalteinrichtung, die vorzugsweise einen Feldeffekt-Leistungstransistor
umfasst, angelegt, um die Versorgungsspannung an einen Elektromotor
abhängig
von dem Pulsweitenmodulationssignal anzulegen.
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Das Pulsweitenmodulationssignal weist
eine Ansteuerfrequenz und ein Tastverhältnis auf. Das Tastverhältnis bestimmt
den Grad der Ansteuerung des Elektromotors und ist definiert als
das Verhältnis zwischen
der Zeitdauer, die der Elektromotor eingeschaltet ist, und der Periodendauer
der Ansteuerfrequenz.
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Bei der Wahl der Ansteuerfrequenz
ist insbesondere darauf zu achten, dass die gewählte Frequenz nicht im hörbaren Bereich
liegt, da ansonsten störende
hörbare
Schwingungen des Elektromotors bzw. der ansteuernden Schaltung auftreten
können.
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Durch das gemäß dem Pulsweitenmodulationssignal
vorgenommene periodische Schalten der Versorgungsspannung von dem
Elektromotor kommt es zu periodischen Spannungsschwankungen auf den
Versorgungsleitungen, die sich störend auf das Versorgungsspannungsnetz
auswirken können. Dazu
wird üblicherweise
eine Tiefpassfilterschaltung im Versorgungsspannungsnetz vorgese hen,
um hochfrequente Spannungsschwankungen, d.h. Spannungsschwankungen
im Bereich der Ansteuerfrequenz und höher, möglichst herauszufiltern und somit
zu glätten.
Dies wird jedoch durch eine Tiefpassfilterschaltung nicht vollständig erreicht.
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Insbesondere durch die steilen Ansteuerflanken
an einem Gateeingang des Feldeffekt-Leistungstransistors kommt es
aufgrund der Schaltkennlinie zu einem abrupten Schalten, so dass
neben dem Frequenzanteil der Ansteuerfrequenz auch ein großer Anteil
von höherfrequenten
Oberschwingungen in der Versorgungsspannungsleitung vorkommen. Diese
sind umso störender
im Versorgungsspannungsnetz, je größer die Frequenz ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Steuerschaltung vorzusehen, um leitungsgebundene
Störungen
bei einer Pulsweiten-modulierten Ansteuerung eines Elektromotors
zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach
Anspruch 1, sowie durch die Steuerschaltung durch Anspruch 3 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Reduzieren von leitungsgebunden
Störungen
bei einer Pulsweiten-modulierten Ansteuerung eines Elektromotors vorgesehen.
Ein ansteuerndes Pulsweitenmodulationssignal weist in einem Taktzyklus
eine oder mehrere Signalflanken zwischen einem ersten Signalpegel und
einem zweiten Signalpegel auf. Das Pulsweitenmodulationssignal wird
so generiert, dass mindestens eine der Signalflanken einen ersten
Abschnitt mit einer ersten Flankensteigung und einen zweiten Abschnitt
mit einer zweiten Flankensteigung aufweist. Dabei ist der Betrag
der ersten Flankensteigung geringer als der Betrag der zweiten Flankensteigung.
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Auf diese Weise wird die Steilheit
der Flanken der Spannungsänderungen
auf der Versorgungsspannungsleitung reduziert. Zunächst wird dazu
ein Teil des Signalhubs des Pulsweitenmodulationssignals bei einer
geringeren Steilheit der jeweiligen Flanke durchgeführt. Anschließend wird
der Rest des Spannungs-hubs der Signalflanke mit einer großen Flankensteigung
durchgeführt.
Da das Pulsweitenmodulationssignal als Ansteuersignal für eine Schalteinrichtung
verwendet wird, erfolgt auch das Durchschalten der Schalteinrichtung
gemäß der unterschiedlichen
Steilheiten des Signalverlaufs des Pulsweitenmodulationssignals
insgesamt mit einer geringeren Steilheit.
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Dadurch wird erreicht, dass während des ersten
Abschnitts der Signalflanke nur ein geringer Anteil an hochfrequenten
Störungen
in den Versorgungsspannungsleitungen aufgrund der langsameren Spannungsänderung
bewirkt wird. Dadurch, dass der Spannungshub im zweiten Abschnitt
der Signalflanke geringer ist als der gesamte Spannungshub zwischen
dem ersten und dem zweiten Signalpegel, reduzieren sich im gleichen
Maße auch
die Beträge der
Amplituden der dadurch bewirkten hochfrequenten Störungen.
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Darüber hinaus kann bei einer Verwendung eines
Feldeffekt-Leistungstransistors
in der Schalteinrichtung durch den ersten Abschnitt der Signalflanke
eine langsamere Widerstandsänderung
des Feldeffekt-Leistungstransistors erreicht werden, insbesondere
in einem Schaltbereich des Feldeffekt-Leistungstransistors, bei
dem die Widerstandsänderung
zwischen Drain und Source sehr groß gegenüber einer Änderung der Gate-Source-Spannung ist.
Der zweite Abschnitt der Signalflanke dient dann dazu, im Bereich
der Sättigung
des Schaltbereichs des Feldeffekt-Leistungstransistors, d.h. bei
dem die Widerstandsänderung
bezüglich
der Änderung
der Gate-Source-Spannung gering ist, eine nicht zu langsame Widerstandsänderung
zwischen Drain und Source zu bewirken. Auf diese Weise wird einerseits vermieden,
dass das Durchschalten bzw. Sperren des Feldeffekt-Leistungstransistors
zu schnell, d.h. mit einer zu großen Widerstandsänderung
pro Zeiteinheit erfolgt und andererseits ein volles Durchschalten
des Feldeffekt-Leistungstransistors innerhalb der vorgegebenen Zeit
erreicht.
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Auf diese Weise kann also erreicht
werden, dass insbesondere die Amplituden der Oberfrequenzen der
durch das Schalten der Schalteinrichtung bewirkten Spannungsänderungen
geringer werden, so dass die leitungsgebunden Störungen bei einer Ansteuerung
der Schalteinrichtung mithilfe eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
generierten Pulsweitenmodulationssignals reduziert werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
der erste Abschnitt der Signalflanke mithilfe eines ersten Pulssignals
und der zweite Abschnitt mithilfe eines zweiten Pulssignals erzeugt
wird. Das erste und das zweite Pulssignal sind zeitlich zueinander
versetzt, wobei die zeitliche Differenz zwischen dem ersten und
dem zweiten Pulssignal im Wesentlichen der zeitlichen Länge des
ersten Abschnittes der Signalflanke entspricht. Auf diese Weise
können
die beiden Abschnitte der Signalflanke mithilfe von zwei zeitlich
zueinander versetzten Pulssignalen, die von einem Pulssignalgenerator
generiert werden können,
erzeugt werden. Dabei bewirkt das erste Pulssignal die Änderung der
Signalflanke gemäß der ersten
Flankensteigung und das zweite Pulssignal das Ändern der Signalflanke gemäß der zweiten
Flankensteigung, bis der entsprechende Signalpegel erreicht ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist eine Steuerschaltung zur Ansteuerung
eines Elektromotors mithilfe eines Pulsweitenmodulationssignals
vorgesehen. Der Elektromotor ist über eine durch das Pulsweitenmodulationssignal
steuerbare Schalteinrichtung mit einer Versorgungsspannung verbindbar.
Das Pulsweitenmodulationssignal wird durch ein Steuermodul zur Ansteuerung
einer Schalteinrichtung generiert. Das Pulsweitenmodulationssignal,
welches den Elektromotor ansteuert, weist in einem Taktzyklus eine
oder mehrere Signalflanken zwischen einem ersten Signalpegel und
einem zweiten Signalpegel auf. Das Steuermodul ist so gestaltet,
um mindestens eine der Signalflanken so zu generieren, dass die
Signalflanke einen ersten Abschnitt mit einer ersten Flankensteigung
und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Flankensteigung aufweist,
wobei der Betrag der ersten Flankensteigung geringer ist als der
Betrag der zweiten Flankensteigung.
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Auf diese Weise kann eine Steuerschaltung geschaffen
werden, die ein Steuermodul aufweist, um Signalflanken zu erzeugen,
mit der die Schalteinrichtung und damit der Elektromotor so angesteuert wird,
dass leitungsgebundene Störungen
minimiert werden. Dies wird gemäß der oben
beschriebenen Weise erreicht, nämlich
indem zunächst
eine flachere Steigung in einem ersten Abschnitt der Signalflanke des
Pulsweitenmodulationssignals vorgesehen wird, und erst im zweiten
Abschnitt der Signalflanke des Pulsweitenmodulationssignals der
entsprechende gewünschte
Signalpegel mit einer großen
Flankensteigung erreicht wird. Dadurch wird der durch das Schalten
der Schalteinrichtung bewirkte Spannungshub an dem Elektromotor
flacher, so dass die Anteile der durch die Flankensteigung erzeugten
Oberfrequenzen, die Vielfache der Ansteuerfrequenz des Pulsweitenmodulationssignals
betragen, reduziert werden. Da insbesondere bei höheren Frequenzen die
Störungen
auf den Versorgungsleitungen schädlicher
sind, kann dadurch eine erhebliche Reduzierung der leitungsgebunden
Störungen
erreicht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das
Steuermodul einen Pulssignalgenerator aufweist, um ein erstes Pulssignal
und ein zweites zeitversetztes Pulssignal zu generieren. Es ist
weiterhin eine Flankengeneratorschaltung vorgesehen, um den ersten Abschnitt
der Signalflanke mithilfe des ersten Pulssignals und den zweiten
Abschnitt der Signalflanke mithilfe des zweiten Pulssignals zu erzeugen.
So ist es in einfacher Weise möglich,
die zeitliche Dauer der beiden Abschnitte der Signalflanke exakt
mithilfe des Pulssignalgenerators zu definieren.
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Die Flankengeneratorschaltung umfasst
vorzugsweise eine erste Verstärkerstufe
zum Ansteuern der Schalteinrichtung, wobei die ersten Verstärkerstufe
eine Umladung eines Steuereingangs einer Schalteinrichtung gemäß der ersten
Flankensteilheit bewirkt. Vorzugsweise umfasst die Flankengeneratorschaltung
eine zweite Verstärkerstufe
zum Ansteuern der Schalteinrichtung, wobei die zweite Verstärkerstufe
eine Umladung des Steuereingangs der Schalteinrichtung gemäß der zweiten
Flankenssteilheit bewirkt.
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Alternativ zu der ersten und zweiten
Verstärkerstufe
kann auch vorgesehen sein, dass die Flankengeneratorschaltung eine
dritte Verstärkerstufe zum
Ansteuern der Schalteinrichtung aufweist, wobei die dritte Verstärkerstufe
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Transistor aufweist.
Die Transistoren sind zwischen einem hohen Versorgungsspannungspotential
und einem niedrigen Versorgungsspannungspotential in Reihe geschaltet,
wobei der erste und dritte Transistor durch das erste Pulssignal
und der zweite und vierte Transistor durch das zweite Pulssignal
angesteuert sind. Dabei ist jeweils bei einem Signalpegel des jeweiligen
Pulssignals nur der erste oder der dritte Transistor bzw. der zweite
oder der vierte Transistor durchgeschaltet. Auf diese Weise kann
eine Verstärkerstufe
geschaffen werden, die mit dem Steuereingang der Schalteinrichtung
verbunden ist, und die zwei Ausgänge
aufweist, die die Kapazität
des Steuereingangs der Schalteinrichtung, insbesondere die Gatekapazität eines
Feldeffekt-Leistungstransistors
mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlädt.
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Der erste Abschnitt der Signalflanke
wird erzeugt, indem ein erster Knoten zwischen dem ersten und zweiten
Transistor über
einen ersten Widerstand mit dem Steuereingang der Schaltein richtung
verbunden ist und indem ein zweiter Knoten zwischen dem dritten
und vierten Transistor mit einem zweiten Widerstand mit dem niedrigen
Versorgungsspannungspotential verbunden ist. Auf diese Weise wird bei
einem Durchschalten des ersten oder des dritten Transistors mithilfe
des ersten Pulssignals die Schaltkapazität der Schalteinrichtung bzw.
der Ansteuerleitung über
den ersten bzw. den zweiten Widerstand umgeladen, so dass eine erste
Flankensteigung erreicht wird. Durch das Durchschalten des zweiten oder
des vierten Transistors, nachdem der erste oder der dritte Transistor
durchgeschaltet sind, wird der Schalteingang der Schalteinrichtung,
der mit einem dritten Knoten zwischen dem zweiten und dem dritten Transistor über einen
dritten Widerstand verbunden ist, mit entweder der hohen oder der
niedrigen Versorgungsspannung verbunden und dadurch schnell umgeladen,
so dass die zweite Flankensteigung am Schalteingang erreicht wird.
Der dritte Widerstand ist dabei mit einem wesentlich geringeren
Widerstandswert versehen, als der erste und der zweite Widerstand.
Der dritte Widerstand kann auch weggelassen werden. Die Transistoren
können
als NPN- bzw. PNP-Transistoren bzw. als n-Kanal- und p-Kanal-Feldeffekttransistoren
ausgeführt
sein.
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Da die Ansteuerspannung der Schalteinrichtung,
insbesondere bei Verwendung eines Feldeffekt-Leistungstransistors
häufig
in einem anderen Spannungsbereich liegt als die Spannungspegel der Pulssignale,
können
Spannungspegelwandler vorgesehen sein, um die Spannungspegel des
ersten und des zweiten Pulssignals, die an den ersten bis vierten Transistor
angelegt sind, an die benötigte
Ansteuerspannung der ersten bis vierten Transistoren anzupassen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung;
und
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2 die
Signalverläufe
der Pulssignale, des Pulsweitenmodulationssignals und der Motorspannung.
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In 1 ist
eine Steuerschaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Die Steuerschaltung dient zum Ansteuern
eines Elektromotors 1 mithilfe einer Schalteinrichtung 2,
die als Feldeffekt-Leistungstransistor 2 ausgebildet ist.
Die Serienschaltung von Elektromotor 1 und dem Feldeffekt-Leistungstransistor 2 ist
mit einem Motorversorgungsspannungspotential Vmot und
dem Massepotential UGND verbunden. Abhängig von
einem Pulsweitenmodulationssignal S wird die Schalteinrichtung 2 durchgeschaltet
oder gesperrt, so dass die Versorgungsspannung an den Elektromotor 1 angelegt
wird oder nicht.
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Um bei ausgeschaltetem Feldeffekt-Leistungstransistor 2 an
den Drain-Anschluss des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 keine
Spannungsspitze aufgrund der Eigeninduktivität des Elektromotors 1 entstehen
zu lassen, ist eine Freilaufdiode 3 vorgesehen, die die
Spannungsspitze gegen das Motorversorgungsspannungspotential Vmot abführt.
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Zum Generieren des Pulsweitenmodulationssignals
S ist ein Steuermodul 4 vorgesehen, das einen Pulssignalgenerator 5,
zwei Spannungspegelwandler 6 und eine Flankengeneratorschaltung 7 aufweist.
Der Pulssignalgenerator 5 empfängt ein Stellsignal ST über ein
Netzwerk, z.B. ein CAN-Netzwerk, oder von einer (nicht gezeigten)
Steuereinheit, wobei das Stellsignal ST angibt, zu welchem Grad der
Elektromotor 1 angesteuert werden soll.
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Der Pulssignalgenerator 5 ermittelt
aus dem Stellwert ST ein erstes Pulssignal P1 mit einer Ansteuerfrequenz
f und einem Tastverhältnis
Tv.
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Das Tastverhältnis Tv gibt das Verhältnis zwischen
der Zeitdauer innerhalb der Periode der Ansteuerfrequenz f, während der
Feldeffekt-Leistungstransistor 2 angesteuert, d.h. durchgeschaltet
sein soll, zur gesamten Periodenlänge der Ansteuerfrequenz f
an. Die Ansteuerfrequenz ist im Wesentlichen fest vorgegeben und
liegt vorzugsweise in einem Bereich über der Hörgrenze, um störende Schwinggeräusche der
Steuerschaltung bzw. des Elektromotors 1 zu vermeiden.
Die Ansteuerfrequenz f liegt vorzugsweise bei ca. 20 kHz.
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Der Pulssignalgenerator 5 erzeugt
weiterhin ein zweites Pulssignal P2, das im Wesentlichen das gleiche
Tastverhältnis
Tv wie das erste Pulssignal P1 aufweist, jedoch gegenüber dem
ersten Pulssignal P1 zeitlich nach hinten versetzt ist. Das erste
und das zweite Pulssignal P1, P2 werden dem jeweilig zugeordneten
Spannungspegelwandler 6 zugeführt. Die Spannungspegelwandler 6 sind
als Emitterschaltungen ausgeführt,
und ermöglichen
das Anheben des High-Pegels des gewandelten ersten bzw. zweiten Pulssignals
P1, P2 auf einen höheren
Spannungspegel, der durch die an die Spannungspegelwandler 6 angelegte
Versorgungsspannung VH vorgegeben ist. Das gewandelte erste und
zweite Pulssignal P1',
P2' werden der Flankengeneratorschaltung 7 zugeführt.
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Die Flankengeneratorschaltung 7 weist
einen ersten, zweiten, dritten und vierten Transistor T1, T2, T3,
T4 auf, die in Serie geschaltet sind. An einem ersten Anschluss
des ersten Transistors T1 ist das hohe Versorgungsspannungspotential
VH angelegt. Ein zweiter Anschluss des ersten Transistors T1 ist mit
einem ersten Anschluss des zweiten Transistors T2 verbunden und
bildet einen ersten Knoten K1. Ein zweiter Anschluss des zweiten
Transistors T2 ist mit einem ersten Anschluss des dritten Transistors
T3 verbunden und bildet einen zweiten Knoten K2. Ein zweiter Anschluss
des dritten Transistors T3 ist mit einem ersten Anschluss des vierten
Transistors T4 verbunden und bildet einen dritten Knoten K3. Ein zweiter
An schluss des vierten Transistors T4 ist mit dem Massepotential
GND verbunden.
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Das erste gewandelte Pulssignal P1' ist mit dem Steuereingang
des ersten Transistors T1 und einem Steuereingang des dritten Transistors
T3 verbunden. Das gewandelte zweite Pulssignal P2' ist mit einem Steuereingang
des zweiten Transistors T2 und einem Steuereingang des vierten Transistors
T4 verbunden. Der erste und der zweite Transistor T1, T2 sind vorzugsweise
NPN-Bipolartransistoren und der dritte und der vierte Transistor
T3, T4 vorzugsweise PNP-Bipolartransistoren. Eine Ausführung der
Flankengeneratorschaltung 7 mit N-Kanal- und P-Kanal-Feldeffekttransistoren
ist ebenso denkbar.
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Der erste Knoten K1 ist über einen
ersten Widerstand R1 mit dem Steuereingang des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 verbunden.
Der dritte Knoten K3 ist über
einen zweiten Widerstand R2 mit dem Massepotential verbunden. Beim
Anlegen des ersten gewandelten Pulssignals P1' an die Steuereingänge der zueinander komplementären ersten
und dritten Transistoren T1, T3 wird einer der beiden Transistoren
T1, T2 durchgeschaltet und der jeweils andere gesperrt.
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Ist der erste Transistor T1 durchgeschaltet, so
liegt über
dem Widerstand R1 die hohe Versorgungsspannung VH an dem Steuereingang
des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 an. Der Steuereingang des
Feldeffekt-Leistungstransistors 2 weist üblicherweise
eine Eigenkapazität,
im Falle eines Feldeffekttransistor eine Gate-Kapazität, auf,
die durch den über
den ersten Widerstand R1 und den ersten Transistor T1 fließenden Umladestrom
umgeladen wird. Hierzu kommt die Leitungskapazität der Ansteuerleitung für das Pulsweitenmodulationssignal,
die die generierte Signalflanke abflacht.
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Ist der erste Transistor T1 gesperrt,
so ist der dritte Transistor T3 durchgeschaltet, und es fließt über den
zweiten Widerstand R2, den dritten Transistor T3 und einen weiteren dritten
Widerstand R3, der den zweiten Knoten K2 mit dem Steuereingang des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 verbindet,
ein Umladestrom, der die Kapazität
des Steuereingangs des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 umlädt. Die
Umladung der Kapazität
des Steuereingangs erfolgt also mit einem reduzierten Strom, der
im Wesentlichen durch den ersten Widerstand R1 bzw. den zweiten Widerstand
R2 beschränkt
ist.
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Das zweite gewandelte Pulssignal
P2' ist zeitlich
verzögert,
ansonsten aber hinsichtlich seiner Richtung, seiner Länge gemäß dem Tastverhältnis Tv,
seiner Ansteuerfrequenz und seinen Signalpegeln im Wesentlichen
identisch zu dem ersten gewandelten Pulssignal P1'. D.h., da der erste
Transistor T1 aufgrund des ersten gewandelten Pulssignals P1' durchgeschaltet
ist, ist zunächst
der zweite Transistor T2 gesperrt, bis das zweite gewandelte Pulssignal
P2' ebenfalls vorgibt,
den zweiten Transistor T2 durchzuschalten. Auf gleiche Weise ist
bei einem durchgeschalteten dritten Transistor T3 zunächst der dritte
Transistor T4 gesperrt, bis das zeitlich versetzte zweite gewandelte
Pulssignal P2' das
Durchschalten des vierten Transistors T4 vorgibt.
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Kurz nachdem entweder der erste Transistor T1
oder der dritte Transistor T3 durchgeschaltet worden ist, wird also
durch die nachfolgende Flanke des zweiten gewandelten Pulssignals
P2' der zweite Transistor
T2 bzw. der vierte Transistor T4 ebenfalls durchgeschaltet, so dass
der zweite Knoten K2 entweder mit dem hohen Versorgungsspannungspotential
VH oder mit dem Massepotential GND verbunden wird. Über den
dritten Widerstand R3 und den zweiten Knoten K2 wird dann die Kapazität des Steuereingangs
des Feldeffekt-Leistungstransistors Schalteinrichtung 2 umgeladen.
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Der Widerstandswert des dritten Widerstands
R3 ist wesentlich geringer als die Widerstandswerte des ersten und
des zweiten Widerstands R1, R2. Auf diese Weise wird nach der entsprechenden
Flanke des zweiten gewandelten Pulssignals P2' der Steuereingang schnell umgeladen, wobei
die Umladezeit im Wesentlichen durch den dritten Widerstand R3 und
die Steuereingangskapazität
vorgegeben ist. Der Widerstandswert des dritten Widerstands R3 ist
vorzugsweise sehr gering zu wählen,
um eine steile Flanke zwischen dem nach dem ersten Abschnitt der
Flanke des Pulsweitenmodulationssignals erreichten Spannungspegels
bis zu dem gewünschten
Spannungspegel zu erreichen. Der Widerstand R3 kann auch entfallen.
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Auf diese Weise wird der Feldeffekt-Leistungstransistor 2 mit
einem Pulsweitenmodulationssignal S geschaltet, das zwei Abschnitte
aufweist. Der erste Abschnitt ist definiert durch die Zeitdauer zwischen
einer Signalflanke des ersten gewandelten Pulssignals P1' bis zu der entsprechenden
Signalflanke des zweiten gewandelten Pulssignals P2', den Widerstandswerten
des ersten und des zweiten Widerstands R1, R2, sowie durch die Kapazität des Steuereingangs
des Feldeffekt-Leistungstransistors 2.
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Die Steilheit des Pulsweitenmodulationssignals
wird durch die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstands
R1, R2 und die Kapazität des
Steuereingangs bestimmt, während
die Zeitdauer zwischen den einander zugeordneten Signalflanken des
ersten und des zweiten gewandelten Pulssignals P1', P2' einen ersten Spannungshub
des Pulsweitenmodulationssignals S angeben, der mit dem ersten Abschnitt
der Flanke des Pulsweitenmodulationssignals erreicht werden soll.
Die Steilheit des zweiten Abschnittes der Flanke des Pulsweitenmodulationssignals
wird im Wesentlichen durch den Widerstandswert des dritten Widerstands
R3 und die Kapazität
des Steuereingangs der Schalteinrichtung 2 vorgegeben.
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Die erfindungsgemäße Schaltung bietet den Vorteil,
leitungsgebundene Störungen
auf den Versorgungsspannungsleitungen für den Elektromotor 1 zu
reduzieren, indem der hochfrequente Anteil der Spannungsänderung
vermindert wird. Je steiler die Signalflanke des Pulsweitenmodulationssignals
S ist, desto steiler ist das Schaltverhalten des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 und
desto größer ist
der hochfrequente Anteil aufgrund der Oberfrequenzen auf der Versorgungsleitung
für den
Elektromotor 1. Die leitungsgebunden Störungen werden dadurch reduziert,
dass die Widerstandsänderung
des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 beim Schalten verlangsamt
wird. Durch das Vorsehen eines ersten Abschnittes der Signalflanke
des Pulsweitenmodulationssignals S mit einer geringeren Steigung
wird das Schalten verlangsamt und der Anteil der Oberfrequenzen
der Ansteuerfrequenz erheblich reduziert.
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In 2 sind
die Spannungsverläufe
des Pulsweitenmodulationssignals VP am Steuereingang des Feldeffekt-Leistungstransistors 2,
der Spannungsverlauf am Motor VM und das erste und zweite Pulssignal
P1, P2 dargestellt. Man erkennt deutlich, dass zwischen der fallenden
Flanke des ersten Pulssignals P1 und der fallenden Flanke des zweiten Pulssignals
P2 ein flacheres Ansteigen des Pulsweitenmodulationssignals S am
Steuereingang des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 vorliegt,
und nach dem Abfallen der zweiten Signalflanke des zweiten Pulssignals
P2 ein steileres Ansteigen des Spannungspegels des Pulsweitenmodulationssignals
S erfolgt.
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Vorzugsweise werden der erste und
der zweite Abschnitt der Signalflanke des Pulsweitenmodulationssignals
S entsprechend dem Schaltverhalten des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 dimensioniert.
Der Feldeffekt-Leistungstransistor 2 schaltet in einem
bestimmten Spannungsbereich sehr schnell, d.h. die Widerstandsänderung
zwischen Drain und Source ist sehr groß gegenüber einer Spannungsänderung
des Pulsweitenmodulationssignals VP, das an dem Gateanschluss anliegt.
In einem zweiten Spannungsbereich, nämlich in einem Sättigungszustand,
ist die Widerstandsänderung
zwischen Drain und Source bezüglich
der Änderung
des Pulsweitenmodulationssignals deutlich geringer.
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Es können also vorzugsweise der
erste Abschnitt der Signalflanke und der zweite Abschnitt der Signalflanke
so an den ersten und zweiten Spannungsbereich des Schaltverhaltens
des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 angepasst werden,
dass mit dem ersten Abschnitt mit geringerer Steigung das schnelle
Schaltverhalten des Feldeffekt-Leistungstransistors verlangsamt
wird. Zum Zeitpunkt der Flanke des zweiten Pulssignals sollte dann
eine Gatespannung an dem Feldeffekt-Leistungs-transistor erreicht sein,
an dem im Wesentlichen die Sättigung beim
Schaltverhalten beginnt oder bereits eingetreten ist, d.h. ein Schaltbereich
erreicht ist, bei dem die Widerstandsänderung bei einer Änderung
der Gate-Source-Spannung
gering ist. Auf diese Weise kann mithilfe eines ersten und zweiten
Abschnittes der Signalflanke verhindert werden, dass die Spannungsänderung
am Elektromotor 1 sich zu schnell ändert.
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Durch die Änderung des zeitlichen Versatzes zwischen
dem ersten und dem zweiten Pulssignal P1, P2 lassen sich abhängig von
der Motordrehzahl unterschiedliche Flanken beim Schalten der Feldeffekt-Leistungstransistors 2 generieren.
Somit lassen sich hinsichtlich der leitungsgebundenen Störspannungen
vorteilhafte Spannungsverläufe
des Pulsweitenmodulationssignals S und folglich der Motorspannung
bzw. des Feldeffekt-Leistungstransistors 2 erreichen.