DE10322118A1 - Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors - Google Patents

Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors Download PDF

Info

Publication number
DE10322118A1
DE10322118A1 DE10322118A DE10322118A DE10322118A1 DE 10322118 A1 DE10322118 A1 DE 10322118A1 DE 10322118 A DE10322118 A DE 10322118A DE 10322118 A DE10322118 A DE 10322118A DE 10322118 A1 DE10322118 A1 DE 10322118A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
motor
circuit arrangement
resistors
arrangement according
field effect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10322118A
Other languages
English (en)
Inventor
Walter Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Visteon Global Technologies Inc
Original Assignee
Visteon Global Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Visteon Global Technologies Inc filed Critical Visteon Global Technologies Inc
Priority to DE10322118A priority Critical patent/DE10322118A1/de
Priority to US10/842,040 priority patent/US7187853B2/en
Publication of DE10322118A1 publication Critical patent/DE10322118A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00821Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
    • B60H1/00828Ventilators, e.g. speed control

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors (1), insbesondere zur Drehzahlregelung eines von diesem Gleichstrommotor (1) angetriebenen Lüfters, welcher als Teil eines Luftverteilungssystems in Kraft- und Nutzfahrzeugen Anwendung findet. Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors (1) umfasst erfindungsgemäß einen Gleichstrommotor (1) und eine diesen Gleichstrommotor (1) speisende Versorgungsspannung (9), ein Regelmodul (2) zum Erzeugen von PWM-Signalen (8) und zur Erfassung von Messströmen und Messspannungen, eine Anzahl n parallel verschalteter Feldeffekttransistoren (4), die mit den PWM-Signalen (8) kaskadenartig beaufschlagbar den, Gleichstrommotor (1) schaltend, ausgebildet sind, und eine Anzahl n - 1 Widerstände (3), die jeweils mit einem der Feldeffekttransistoren (4) verschaltet ausgebildet sind, wobei n mindestens 2 ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors, insbesondere zur Drehzahlregelung eines von diesem Gleichstrommotor angetriebenen Lüfters, welcher als Teil eines Luftverteilungssystem in Kraft- und Nutzfahrzeugen Anwendung findet.
  • Mit der Tendenz zu mehr Komfort und einem effektiveren Energiemanagement von elektrischen Verbrauchern in Fahrzeugen, insbesondere bei zukünftigen Fahrzeuggenerationen, besteht die Notwendigkeit, auch die zur Luftverteilung der Fahrzeuginnenraumluft eingesetzen Lüfter energetisch optimiert regelbar auszubilden.
  • Eine einfache Möglichkeit einer gestuften Drehzahlstellung bei Gleichstrommotoren besteht darin, mit Hilfe eines oder mehrerer miteinander parallel oder seriell verschalteter Widerstände die Steigung der Geschwindigkeitgeraden zu verändern. Für den Fall der seriellen Verschaltung der Widerstände ist für jede gewünschte Drehzahl ein separater Widerstand erforderlich. Die Anzahl dieser notwendigen Widerstände kann reduziert werden, wenn die Widerstände miteinander parallel verschaltet werden. Dabei ergeben sich bei Verschaltung von nur drei Widerständen acht verschiedene Kombinationen. Bei der seriellen Verschaltung der Widerstände des Gleichstrommotors ergeben sich dahingegen nur vier Kombinationen, respektive Drehzahlen. Eine größere Anzahl miteinander verschalteter Widerstände erhöht zwar die Anzahl verschiedener Drehzahlen und damit den Komfort, lässt sich aber aus praktischen Sicht wegen der umfangreichen Bauteile und deren Verkabelung nicht umsetzen.
  • Eine weitere Möglichkeit der Drehzahlstellung bei Gleichstrommotoren kann durch den Einsatz eines elektronischen Linearreglers realisiert werden. Hierbei wird ein Transistor mit linearer Spannung derart beaufschlagt, dass jede beliebige Drehzahl eingestellt werden kann. Der Hauptnachteil besteht neben dem erheblichen Gewicht vor allem in der Umwandlung der vom Verbraucher nicht benötigten Leistung in Verlustwärme. Diese Verlustwärme muss vom Reglerchip an die Umgebung kontinuierlich abgegeben werden. Die Abgabe dieser Verlustwärme ist regelmäßig problembehaftet. Dieser Umstand ist daher als Hauptausfallursache für überhitze Transistoren zu nennen.
  • Eine weitere Regelstrategie zur Drehzahlregelung besteht in der Anwendung einer Pulsweitenmodulation (PWM) in Verbindung mit einer Drosselspule. Ein mit Pulssignalen beaufschlagter Feldeffekttransistor (FET) schaltet und begrenzt damit den Strom, der durch eine Spule fließt. Das gepulste Signal bewirkt ein Zu- und Abschalten des Stromes durch den FET, was zu einem kleineren Leistungsverlust führt. In der Praxis werden kleine Spulen eingesetzt, um mit Frequenzen über dem hörbaren Bereich eines Menschen, also über 20 kHz, operieren zu können. Der Nachteil dieser Regelstrategie besteht darin, dass der Transistor mit hohen Frequenzen beaufschlagt werden muss. Dieses schnelle Ein- und Ausschalten der Bordspannung in Verbindung mit einem Hochstrompegel führt zu hoher EMV-Strahlung. Zur Vermeidung dieser EMV-Strahlung (elektromagnetische Verträglichkeit) sind ergänzende Spulen und Kondensatoren notwendig, um vorgeschriebene EMV-Bedingungen erfüllen zu können. Dies führt zu weiteren Kosten.
  • Aus der US 4,856,078 ist ein Lüftermotor, vorzugsweise für Computer, bekannt, der mit einem mit Pulssignalen beaufschlagten Transistor und einer Spannungsquelle seriell verschaltet ist. Die Pulssignale mit konstanter Amplitude erzeugt hierbei ein sogenannter 555 Zeitgeber, dessen Tastverhältnis durch einen veränderlichen Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur variiert werden kann. Die Pulsfrequenz wird hierbei mit 10 Hz bei einem Tastverhältnis von 30 bis 90 % angegeben, um ein Anlaufen des Lüfters zu ermöglichen. Die Anwendung dieses Lüftermotors beschränkt sich allerdings nur auf einen Leistungsbereich zwischen 5–20 W, da größere abgenommene Leistungen einerseits zu erhöhter Geräuschbelästigung beim Anlaufen des Motors führen und andererseits entstehen zu hohe Wärmelasten.
  • In der US 4,588,934 ist eine Regelung für Fahrzeuglüfter offenbart, die aus zwei Generatoren, einem mit zufällig veränderbaren Signalen und einem mit Dreieckssignalen, und einem Vergleichsglied besteht, wobei das Vergleichsglied ein gepulstes Signal erzeugt, mit welchem ein nachgeschalteter Transistor beaufschlagt wird. Die Grundidee dieser Erfindung besteht darin, zufällige Drehzahlen des Lüftermotors zu erzeugen, um den Komfort für die Insassen zu erhöhen. Ein besonderer Nachteil dieses mit mehreren kHz beaufschlagten Transistors besteht darin, dass die EMV-Strahlung sehr hoch ist.
  • Das Kraftfahrzeug nimmt wegen seiner örtlich nicht weit voneinander angeordneten Komponenten und der dadurch bedingten gegenseitigen Störung und Beeinflussung, insbesondere durch das Autoradio, gegenüber anderen Produkten in Bezug auf die Anforderungen der Störausstrahlung eine Sonderstellung ein. Aus diesem Grund wird für diese Komponenten im Fahrzeug eine sehr niedrige Störausstrahlung gegenüber elektromagnetischen Feldern gefordert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltunganordnung und ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors vorzuschlagen, bei der die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), insbesondere bei Kraftfahrzeugen, verbessert wird sowie eine geringere Anzahl von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen zur Funktionserfüllung benötigt wird und damit kostengünstiger zu realisieren ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors gemäß Patentanspruch 1 und durch die Merkmale des Verfahrens zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der Beschreibung und den Zeichnungen enthalten und Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass n Feldeffekttransistoren nacheinander kaskadenartig in Abhängigkeit des Tastverhältnisses einer Pulsweitenmodulation, vorzugsweise 10 bis 100 %, mit Pulssignalen beaufschlagt werden, wobei die Frequenz dieser Signale ≦ 20 Hz beträgt und die Leistungsverluste in den FETs durch die ihnen nachgeschalteten Widerstände minimiert werden. Der Gleichstrommotor wird von einer Spannungsquelle des Bordnetzes, also von der Drehstromlichtmaschine oder im Fahrzeugleerlauf bzw. bei Motorstillstand von der Batterie, gespeist. In der nachfolgenden Beschreibung wird diese Spannungsquelle als Versorgungsspannung bezeichnet. Als Signalquelle zur Lieferung von Steuersignalen für die Feldeffekttransistoren (FET) ist ein Regelmodul vorgesehen, welches gepulste Signale (PWM) erzeugt. Mit diesen gepulsten Signalen wird eine Anzahl n parallel verschalteter FET nacheinander beaufschlagt, wobei die den jeweiligen FET nachgeschalteten Widerstände zur Reduzierung des Stromes, welcher durch den Motor fließt, eingesetzt werden. Die Anzahl der eingesetzten Widerstände folgt der Funktion n–1, wobei n die Anzahl der FET und n mindestens 2 ist. Die Widerstände mit unterschiedlichem ohmschen Betrag können erfindungsgemäß seriell oder parallel verschaltet werden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann anstelle eines dieser Widerstände auch ein elektrischer Verbraucher, wie z. B. eine elektrische Front- oder Heckscheibenheizung, eingesetzt werden. Der Vorteil des Austausches eines Widerstandes gegen einen elektrischen Verbraucher besteht darin, dass die Kosten für den Widerstand dadurch entfallen, dass ein ohnehin notwendiger elektrischer Verbraucher besonders vorteilhaft mit Spannung versorgt wird. Es besteht einerseits die Möglichkeit, den elektrischen Verbraucher erst durch ein Zuschalten des Motors oder andererseits auch ohne ein Zuschalten des Motors in Betrieb zu setzen. Praxisnah ist die Notwendigkeit des gemeinsamen Betriebs von beispielsweise der Frontscheibenheizung und des Lüftermotors, vor allem in den Wintermonaten, gegeben, wenn eine zügige Enteisung oder ein kontinuierliches Freihalten der Frontscheibe gewünscht ist. Im Fall eines Singlebetriebs, also dem unabhängigen Betrieb des elektrischen Verbrauchers vom Schaltzustand des Motors, wird ein weiterer FET eingesetzt, um den Motor zu überbrücken. Vorzugsweise ist mindestens ein FET ist zum Zwecke des Überlastungsschutzes als selbstschützender FET ausgebildet. Im Falle des Blockierens des Motors steigt die Spannung in den Widerständen oder dem selbstschützenden FET an. Dieser Spannungsanstieg wird vom Regelmodul erfasst und die entsprechenden Steuerroutinen zum Abschalten der PWM eingeleitet. Als Messgrößen werden dazu ein Messstrom und die Messspannung vor und nach dem Motor, also die Differenz der Versorgungsspannung abzüglich des Spannungsabfalls über des Motors, aufgenommen. Neben der Erfassung des Messspannung erfolgt auch die Erfassung des Messstroms, um Widerstände, die FETs oder den Gleichstrommotor vor Überlastung zu schützen. Bevorzugt werden hierzu ein Shunt-Widerstand, ein FET mit Stromspiegelausgang oder ein ein magnetisches Feld erfassender Sensor, wie z. B. ein Hall-Sensor, ein magneto-sensitiver Widerstand oder ein Giant-Magneto-Resistive-Sensor eingesetzt. Für jeden Schaltzustand des Motors wird ein spezieller Schwellenwert für jeden Fehlerzustand spezifiziert. Wenn der Strom diesen festgelegten Schwellenwert überschreitet, wird der Fehlerzustand erkannt und die FETs abgeschalten.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des Verfahrens zur Drehzahlregelung besteht darin, dass durch die Erfassung und die Auswertung einer Messspannung oder eines Messstromes die Drehzahl des Motors berechnet werden kann, da die Generatorspannung proportional der Motordrehzahl ist. Hilfsweise wird dazu das Ersatzschaltbild des Motors zur Berechnung herangezogen, wobei der Einfluss der Induktivität gegenüber des ohmschen Widerstandes aufgrund der langsamen Drehzahlverstellung des Motors vernachlässigbar gering ist und deshalb unberücksichtigt bleibt. Die am Ausgang des Motors erfassbare Spannung Us ist die Generatorspannung U zuzüglich des Spannungsabfalls über dem Regelmodul Z·Ri.
  • Nachstehende Formel liefert entsprechend die gewünschte Generatorspannung U.
    Figure 00060001
  • Es wurde gefunden, dass die Störausstrahlung erheblich verringert werden kann, indem die FETs mit Pulssignalen mit einer Frequenz ≦ 20 Hz beaufschlagt werden. Ferner konnte unter Nutzung der PWM mit variablem Tastverhältnis des Steuersignals die Anzahl der benötigten Widerstände gegenüber dem Stand der Technik auf 1 bis 2 Widerstände reduziert werden, was zu einer nicht unerheblichen Kostenreduzierung beiträgt.
  • Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
    • • Leistungsverluste im Transisitor werden durch die ihnen nachgeschalteten Widerstände minimiert,
    • • EMV-Verträglichkeit wird verbessert, da die Pulssignale nur eine Frequenz von ≦ 20 Hz aufweisen,
    • • Anzahl der benötigten Widerstände sinkt auf 1 bis 2.
  • Nachstehend wird die Erfindung beispielhaft anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1: Stand der Technik, manuell schaltbare Drehzahlstellung mit seriell verschalteten Widerständen,
  • 2: Stand der Technik, manuell schaltbare Drehzahlstellung mit parallel verschalteten Widerständen,
  • 3: Stand der Technik, Drehzahlregelung mit einem Linearregler,
  • 4: Stand der Technik, PWM-unterstütze Drehzahlregelung mit einem Transistor,
  • 5: Drehzahlregelung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
  • 6: Drehzahlregelung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform und
  • 7: Drehzahlregelung nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
  • Die 1 und 2 zeigen eine einfache Möglichkeit der manuell schaltbaren Drehzahlregelung beim Stand der Technik. Hierbei werden seriell oder parallel verschaltete Widerstände 3 eingesetzt, um den Strom durch den Motor 1 und damit die Drehzahl des von diesem Motor 1 betriebenen Lüfters stellen zu können. Bei der Reihenschaltung werden unterschiedliche Spannungsabfälle über die Widerstände 3 realisiert. Das Zuschalten einzelner Widerstände 3 mittels der Schalter 5 erfolgt bei serieller Anordnung, wie auch bei paralleler Anordnung, manuell. Bei der Parallelschaltung verteilt sich der Strom auf die einzelnen Zweige, wobei sich der Spannungsabfall aus dem Produkt In·Rn 3.5 ergibt. Gemäß 1 werden mit der entsprechenden Stellung des Schalters 5.1 die Widerstände 3.1 bis 3.4 zu- bzw. abgeschalten, was zu einem erhöhten bzw. vermindertem Spannungsabfall und damit zur variablen Drehzahleinstellung des durch den Motor 1 angetriebenen Lüfters führt.
  • In 2 sind den Widerständen 3.1 bis 3.3 die Schalter 5.1 bis 5.3 zugeordnet. Unter Umgehung der Widerstände 3.1 bis 3.3 lässt sich mittels des Schalters 5.4 eine maximale Lüfterdrehzahl realisieren, da kein weiterer ohmscher Widerstand 3 zwischengeschaltet ist.
  • 3 illustriert eine Drehzahlregelung mit einem Linearregler. Die Spannungsversorgung 9 des Motors 1 erfolgt durch die Bordspannung, während die Steuerspannung des Gate des Transistors 10 durch ein lineare Spannung sichergestellt wird. Das Gate des Transistors 10 wird hierbei derart mit Steuerspannung beaufschlagt, dass der Motor 1 mit einer beliebigen Spannung zwischen 0 V und der Versorgungspannung betrieben werden kann und so jede beliebige Drehzahl eingeregelt werden kann. Bei einer etwa 50%igen Leistungsabgabe wird die maxiale Energie im Transistor 10 verbraucht.
  • 4 stellt eine PWM-unterstütze Drehzahlregelung mit Drosselspule 6 schematisch dar, bei der ein mit einer pulsbreiten modulierten Rechteckspannung 8 beaufschlagter Feldeffekttransistor 4.1 den Strom, der durch eine Spule 6 fließt, schaltet. In der Drosselspule 6 stellt sich ein mittlerer Strom ein, der proportional zur prozentualen Pulsweite des PWM-Signals ist. Der FET 4.1 wird entweder nur eingeschalten oder nur ausgeschalten, was zu einem geringeren Leistungsverlust im FET 4.1 führt.
  • Die parallel zum Motor 1 angeordnete Diode 7 leitet den Freilaufstrom der Drosselspule 6 weiter über den Motor 1. Die Regelung beschränkt sich hierbei nicht nur auf die Drehzahl, sondern auch auf das Drehmoment und die Leistung des Motors 1.
  • 5 stellt die erste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung dar. Die Spannungsversorgung 9 des Motors 1 erfolgt über die angedeutete fahrzeuginterne Bord- bzw. Versorgungsspannung 9. Das Regelmodul 2 wird als Signalquelle zur Erzeugung einer pulsbreiten modulierten Rechteckspannung 8.1 bis 8.4 eingesetzt, um vier in Parallelschaltung kaskadenartig angeordnete Feldeffekttransistoren (FET) 4.1 bis 4.3 und 4.5 anzusteuern. Bis auf den FET 4.1 ist jedem FET 4 ein nachgeschalteter Widerstand 3 zugeordnet. Das heißt dem FET 4.5 ist der Widerstand 3.5, dem FET 4.3 der Widerstand 3.2 und dem FET 4.2 der Widerstand 3.1 zugeordnet. Die Widerstände 3 sind miteinander parallel verschaltet. Der Widerstand 3.1 hat erfindungsgemäß den kleinsten ohmschen Widerstand, währenddessen der Widerstand 3.5 den größten ohmschen Widerstand aufweist. Das Regelmodul 2 misst kontinuierlich die Ladespannung, die Spannung nach dem Motor 1 und den Strom, der durch den Motor 1 fließt. In Abhängigkeit dieser Messwerte erfolgt die erfindungsgemäße Erzeugung einer Schaltsequenz der Steuersignale 8 zur Ansteuerung aller Feldeffekttransistoren 4.
  • Die Zu- bzw. Abschaltung des Motors 1 wird durch den mit voller Pulsbreite beaufschlagten FET 4.5 mit größtem nachgeschalteten Widerstand 3.5 realisiert. Durch das Anlegen eines Steuerstroms an dem Gate des FET 4.1, fließt ein Kollektorstrom, der den Motor 1 in Rotation vesetzt.
  • Erfahrungsgemäß kann diese niedrigste Schaltstufe nicht mit PWM-Signalen operieren, da durch ein gepulstes Stromsignal bei sehr niedriger Drehzahl erhebliche Geräusche entstehen.
  • Zur Realisierung höherer Motor- bzw. Lüfterdrehzahlen wird der FET 4.3 mit einem Pulssignal 8.3 mit kleinem Tastverhältnis beaufschlagt, wobei der Leistungsverlust über den Widerstand 3.2 realisiert wird. Zur Erhöhung der Drehzahl des Motors 1 wird das Tastverhältnisses des Pulssignals 8.3 bis auf einen Wert von 100 % erhöht. Mit dem Erreichen eines maximalen Tastverhältnisses für das Pulssignal 8.3 erfolgt bei einer weiteren gewünschten Erhöhung der Motordrehzahl eine Signalbeaufschlagung 8.2 des FET 4.2 mit niedrigem Tastverhältnis. Da der ihm zugeordnete Widerstand 3.1 einen kleineren ohmschen Widerstand als derjenige Widerstand 3.5 und 3.2, die den FET's 4.5 und 4.3 zugeordnet sind, aufweist, ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 3.1 geringer und die Motorspannung entsprechend höher.
  • Mit dem Erreichen eines maximalen Tastverhältnisses für das Pulssignal 8.2 erfolgt bei einer weiteren gewünschten Erhöhung der Motordrehzahl eine Signalbeaufschlagung 8.1 des FET 4.1 mit niedrigem Tastverhältnis. Da diesem FET 4.1 kein Widerstand zugeordnet ist, erreicht der Lüfter bei einem 100%-igen Steuer- bzw. Pulssignal 8.1 seine maximale Drehzahl.
  • Es werden demnach alle Feldeffekttransistoren 4 nacheinander, in Abhängigkeit des Tastverhältnisses, mit Pulssignalen 8 beaufschlagt, bis die maximale Drehzahl des Motors 1 erreicht ist. Es versteht sich von selbst, dass der Motor während des elektronischen Umschaltens in Betrieb ist.
  • In der Praxis ist es ausreichend, mindestens zwei FETs 4 parallel zu verschalten, wobei ein erster FET 4 zum Zu- und Abschalten des Motors 1 dient und ein zweiter FET 4 mit Pulssignalen 8 beaufschlagbar den Motor 1 schaltet.
  • Der Leistungsverlust in den Widerständen 3 vermeidet einerseits Verlustleistungen in den FETs 4 und die damit einhergehenden erhöhten Ausfallraten der FETs, und andererseits wird damit die Möglichkeit eröffnet, einen einfachen Leiterplattenentwurf ohne die im Gegensatz bei einem hohen Leistungsverlust in den FETs 4 entstehende Wärme mit zusätzlichen Kühleinrichtungen abzuführen.
  • 6 zeigt die zweite bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung. Gegenüber 5 besteht der Unterschied in der Schaltungsanordnung darin, dass die den FETs 4 nachgeschalteten Widerstände 3 seriell angeordnet sind. Das Zu- und Abschalten des Gleichstrommotors 1 wird mit einem 100%igen Steuersignal durch den FET 4.5 und die Drehzahlerhöhung des Gleichstrommotors mittels der FETs 4.3, 4.2 und 4.1 ermöglicht. Bei geringeren Motordrehzahlen wird der FET 4.3 mit Pulssignalen 8.3 beaufschlagt, wobei ein Spannungsabfall durch die Widerstände 3.1, 3.2 und 3.5 zu verzeichnen ist. Zur Erhöhung der Motordrehzahl wird das Taktverhältnis des Pulssignales 8.3 bis 100 % erhöht, und bei einer weiterer gewünschten Drehzahlerhöhung wird der FET 4.2 mit Pulssignalen 8.2 mit einem anfänglich niedrigem Tastverhältnis beaufschlagt. Unter Umgehung der Widerstände 3.5 und 3.2 ist ein geringerer Spannungsabfall über den nachgeschalteten Widerstand 3.1 zu verzeichnen. Bis zum Erreichen des maximalen Motordrehzahl werden also die FETs 4.1 bis 4.3 und 4.5 nacheinander mit Pulssignalen 8.1 bis 8.4 beaufschlagt. Zum Erreichen der maximalen Drehzahl des Motors 1 wird ausschließlich der FET 4.1 mit dem ihm zugehörigen Pulssignal 8.1 beaufschlagt.
  • 7 illustriert eine dritte bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der einer der Widerstände 3.1 bzw. 3.2 gegen eine elektrische Frontscheibenheizung und/oder der andere Widerstand 3.1 bzw. 3.2 gegen eine elektrische Heckscheibenheizung ersetzt wurde. Das Zu- und Abschalten des Motors 1 erfolgt durch eine Beaufschlagung des FET 4.3 mit dem Steuersignal 8.3. Eine Erhöhung der Motordrehzahl erfolgt sinngemäß, wie in den zuvor beschriebenen 5 und 6.
  • Es ist gemäß 7 zu erkennen, dass im Singlebetrieb, also dem unabhängigen Betrieb des elektrischen Verbrauchers vom Schaltzustand des Gleichstrommotors 1, ein den Gleichstrommotor überbrückender FET 4.4 eingesetzt wird. Die Ansteuerung des FET 4.4 erfolgt mittels des Regelmoduls 2 durch Anlegen einer Steuerspannung 8.4 mit einem Steuersignal mit 100%igem Taktverhältnis. Der Einsatz dieses der Überbrückung dienenden FET 4.4 ist dann notwendig, falls bei eingeschalteter Front- und/oder Heckscheibenheizung der Lüftermotor nicht in Betrieb genommen werden soll.
  • 1
    Motor
    2
    Regelmodul
    3
    Widerstände
    3.1
    1. Widerstand
    3.2
    2. Widerstand
    3.3
    3. Widerstand
    3.4
    4. Widerstand
    3.5
    n-ter Widerstand
    4
    Transistoren
    4.1
    1. Transistor
    4.2
    2. Transistor
    4.3
    3. Transistor
    4.4
    4. Transistor
    4.5
    n-ter Transistor
    5
    Schalter
    5.1
    1. Schalter
    5.2
    2. Schalter
    5.3
    3. Schalter
    5.4
    4. Schalter
    6
    Spule
    7
    Diode
    8
    PWM-Signale
    8.1
    1. PWM-Signal
    8.2
    2. PWM-Signal
    8.3
    3. PWM-Signal
    8.4
    n-tes PWM-Signal
    9
    Versorgungsspannung
    10
    Transistor

Claims (11)

  1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors (1), bestehend aus: a. einem Gleichstrommotor (1) und eine diesen Gleichstrommotor (1) speisenden Versorgungsspannung (9), b. einem Regelmodul (2) zum Erzeugen von PWM-Signalen (8) und zur Erfassung von Messströmen und Messspannungen, c. einer Anzahl n parallel verschalteter Feldeffekttransistoren (4), die mit den PWM-Signalen (8) kaskadenartig beaufschlagbar den Gleichstrommotor (1) schaltend ausgebildet sind und d. einer Anzahl n–1 Widerstände (3), die jeweils mit einem der n Feldeffekttransistoren (4) verschaltet ausgebildet sind.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Widerstände (3) n–1 und die Anzahl der vorgeschalteten Feldeffekttransistoren (4) n betragen, wobei n mindestens 2 ist.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (3) unterschiedliche Ohmsche Beträge aufweisen und untereinander seriell verschaltet werden.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (3) unterschiedliche ohmsche Beträge aufweisen und untereinander parallel verschaltet werden.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle mindestens eines Widerstandes (3) ein elektrischer Verbraucher angeordnet sind.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher eine Front- und/oder Heckscheibenheizung ist.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher unabhängig vom Schaltzustand des Gleichstrommotors (1), respektive im Singlebetrieb, betrieben werden kann.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Feldeffekttransistor (4) als selbstschützender Feldeffekttransistor (4) ausgebildet ist.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmodul 2 den Messstrom und/oder die Messspannung erfassend ausgebildet ist, um Widerstände (3) und/oder die Feldeffekttransistoren (4) und/oder den Gleichstrommotors (1) vor Überlastung zu schützen.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelmodul (2) den Messstrom und/oder die Messspannung erfassend ausgebildet ist, um die Motordrehzahl eines Gleichstrommotors (1) berechnen zu können.
  11. Verfahren zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, dass n Feldeffektransistoren (4) nacheinander kaskadenartig in Abhängigkeit des Tastverhältnisses einer Pulsweitenmodulation, vorzugsweise von 10 bis 100 %, mit Steuersignalen (8) beaufschlagt werden, wobei die Frequenz dieser Signale ≦ 20 Hz beträgt und die Leistungsverluste in den FETs (4) durch die ihnen nachgeschalteten Widerstände (3) minimiert werden.
DE10322118A 2003-05-09 2003-05-09 Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors Withdrawn DE10322118A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10322118A DE10322118A1 (de) 2003-05-09 2003-05-09 Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors
US10/842,040 US7187853B2 (en) 2003-05-09 2004-05-07 Speed control of a d.c. motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10322118A DE10322118A1 (de) 2003-05-09 2003-05-09 Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10322118A1 true DE10322118A1 (de) 2004-12-16

Family

ID=33440893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10322118A Withdrawn DE10322118A1 (de) 2003-05-09 2003-05-09 Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7187853B2 (de)
DE (1) DE10322118A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004018169A1 (de) * 2004-04-14 2005-11-03 Sitronic Gesellschaft für elektrotechnische Ausrüstung mbH. & Co. KG Schaltungsanordnung zur Steuerung der Motorspannung eines Motors
EP2063521A1 (de) * 2007-11-20 2009-05-27 ELMOS Semiconductor AG Vorrichtung zum Treiben einer Last
DE102015224471A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 Continental Automotive Gmbh Motorsteuervorrichtung zum Überwachen eines Elektromotors für ein Kraftfahrzeug

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7489094B2 (en) * 2005-11-18 2009-02-10 Lutron Electronics Co., Inc. Method and apparatus for quiet fan speed control
US8436566B2 (en) * 2011-02-02 2013-05-07 Cooler Master Co., Ltd. Multi-speed control apparatus for fan motor
US8860350B2 (en) * 2012-10-04 2014-10-14 Enermax Technology Corporation Motor driving apparatus with rotational speed limitation function and fan apparatus with rotational speed limitation function
DE102017119740A1 (de) * 2017-08-29 2019-02-28 Elektrosil Systeme Der Elektronik Gmbh Ansteuerung eines Lüftermotors für ein verbessertes EMV-Verhalten

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112822A (ja) * 1981-12-26 1983-07-05 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 自動車用フアンコントロ−ラ
DE3342031B4 (de) * 1982-11-23 2005-01-13 Papst Licensing Gmbh & Co. Kg Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines Elektromotors
US4668906A (en) 1985-07-11 1987-05-26 Ekstrand John P Switched resistor regulator
US4995094A (en) 1985-07-19 1991-02-19 Omron Tateisi Electronics Co. DC motor control circuit providing variable speed operation
US4719395A (en) 1986-12-22 1988-01-12 Omron Tateisi Electronics Co. Variable speed control switch for an electric tool including a DC motor
US4856078A (en) 1988-03-23 1989-08-08 Zenith Electronics Corporation DC fan speed control
US5136138A (en) * 1989-06-30 1992-08-04 Gilliland Malcolm T Transistor failure selection circuit and structure for ease of maintenance of a welding station
US5528721A (en) 1992-05-04 1996-06-18 John Svoboda Direct current motor speed control apparatus
US5883488A (en) * 1996-07-26 1999-03-16 Emerson Electric Co. Method and apparatus for multispeed hybrid start switch for a motor
US5857061A (en) 1997-01-28 1999-01-05 Eaton Corporation Power window switch which incorporates express up/down and window motor speed control features using a force sensitive resistor or capacitor
KR100382636B1 (ko) * 1998-07-15 2005-09-20 삼성전자주식회사 컴퓨터의냉각팬제어장치
US6060849A (en) * 1999-02-19 2000-05-09 Mustek Systems Inc. Current control system for an electric motor
KR100488523B1 (ko) * 2003-02-14 2005-05-11 삼성전자주식회사 모터제어장치 및 그 제어방법
US20050264253A1 (en) * 2003-10-21 2005-12-01 Mladen Ivankovic Linear power module
US6937180B1 (en) * 2004-04-26 2005-08-30 Texas Instruments Incorporated Code-controlled voltage divider

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004018169A1 (de) * 2004-04-14 2005-11-03 Sitronic Gesellschaft für elektrotechnische Ausrüstung mbH. & Co. KG Schaltungsanordnung zur Steuerung der Motorspannung eines Motors
EP2063521A1 (de) * 2007-11-20 2009-05-27 ELMOS Semiconductor AG Vorrichtung zum Treiben einer Last
DE102015224471A1 (de) * 2015-12-07 2017-06-08 Continental Automotive Gmbh Motorsteuervorrichtung zum Überwachen eines Elektromotors für ein Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
US20050002656A1 (en) 2005-01-06
US7187853B2 (en) 2007-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10118177B4 (de) Energieversorgungsvorrichtung für Fahrzeuge
EP3815230A1 (de) Steuerungseinrichtung sowie verfahren zum entladen eines zwischenkreiskondensators, stromrichter und fahrzeug
DE102011009672A1 (de) Elektrische Heizung, Fahrzeug mit elektrischer Heizung sowie Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung
DE102007035607A1 (de) Systeme und Verfahren zum Treiben einer Last
DE102011007817A1 (de) Elektrische Heizung, Fahrzeug mit elektrischer Heizung sowie Verfahren zum Steuern einer elektrischen Heizung
DE102005004114A1 (de) Elektrisches Servolenkungssystem
DE102012211577A1 (de) Leistungsendstufe, Verfahren zum Betreiben
DE10322118A1 (de) Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors
WO2002091560A1 (de) Antriebsaggregat
DE19845401A1 (de) Elektrisches Heizelement
EP0467085B1 (de) Treiberschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
DE102007055837A1 (de) Last-Ansteuerverfahren
EP2502329B1 (de) Vorrichtung zur minimierung der stromaufnahme eines kfz-generators aus der batterie während der startphase eines kraftfahrzeugs
EP1934486B1 (de) Kühlerlüftermodul für ein kraftfahrzeug
EP1715573B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von elektrischen Verbrauchern
DE102013011109A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Temperatur einer Spule sowie Kraftfahrzeug
DE4311533B4 (de) Ansteuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor
EP3646665B1 (de) Anordnung zum schalten eines widerstands
DE102020124387A1 (de) Leistungselektronische Einrichtung, Verfahren zu deren Betrieb und Kraftfahrzeug
EP1016214B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ansteuern einer integrierten leistungsendstufe
DE19755653C2 (de) Schaltung eines Kraftfahrzeug-Generators zum Aufladen einer Batterie
DE102009041451B4 (de) Ansteuereinheit für elektrische und/oder pneumatische Verstellantriebe
EP1913684A1 (de) Steuerschaltung für eine anordnung mit wenigstens zwei parallel an ein gleichspannungsnetz anschliessbaren gleichstrommotoren
DE602004006087T2 (de) Verfahren zur messung der stromaufnahme eines elektrischen kühlers in einem fahrzeugbelüftungs-, heiz- oder klimaanlagensystem
WO2005031962A1 (de) Steuerschaltung und verfahren zur ansteuerung eines induktiven elektrischen verbrauchers

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee