DE3000403C2

DE3000403C2 - Steuerschaltung für einen Mehrphasenverbraucher

Info

Publication number: DE3000403C2
Application number: DE3000403A
Authority: DE
Inventors: Joergen Nordborg Hyldal
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-01-08
Filing date: 1980-01-08
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DK157963B; US4348621A; CA1172691A; IT1143253B; DE3000403A1; DK157963C; DK546580A; IT8167007A0; JPS56103977A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Verbraucher, insbesondere einen zweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei der in jeder Phase ein steuerbares Schaltelement aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Transistoren in Darlington-Schaltung, und ein Verbraucherteil in Reihe an einer Gleichspannungsquelle liegen und bei der die Schaltelemente in zyklischer Reihenfolge durch Schaltimpulse ein- und ausschaltbar sind, von denen alle in der Schaltreihenfolge benachbarten Schaltimpulse eine Totzeit zwischen sich aufweisen, die wesentlich kürzer ist als ein Schaltimpuls.

Bei einer bekannten Steuerschaltung dieser Art (US-PS 4070606) werden den Schaltelementen vorgeschaltete Schalttransistoren durch gegenphasige Ströme angesteuert, deren Frequenz der Drehzahl des Motors entspricht und denen ein konstanter Gleichstrom überlagert ist Hierdurch ergeben sich Schaltimpulse, deren Impulsdauer etwas kürzer als die halbe Periodendauer ist und zwischen denen jeweüs eine Totzeit auftritt Diese Totzeit ist jedoch drehzahlabhängig und nimmt mit zunehmender Drehzahl ab. Hierbei können während der Schaltvorgänge im Betrieb Funkstörungen auftreten.

Bei in Reihe geschalteten Halbleiter-Schaltelementen sind bereits konstante Totzeiten zwischen den diesen Schaltelementen zugeordneten Schaltimpulse vorgesehen worden, jedoch allein zu dem Zweck, einen Kurzschluß während der Überlappungszeit zu vermeiden (DE-AS 2508546). Bei der gattungsgemäßen Steuerschaltung sind derartige Kurzschlüsse jedoch nicht zu befurchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der Funkstörungen weitgehend vermieden sind.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Totzeit zur Vermeidung von Funkstörungen einen konstanten Wert aufweist

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Halbleiter-Schaltelementen, insbesondere Transistoren in Darlington-Schaltung die Sperrverzögerungszeit länger als die Durchlaßverzögerungszeit ist. Wenn daher gleich beim Verschwinden des Schaltimpulses vom Steueranschluß des einen Schaltelements oder kurz danach der Schaltimpuls an den Steueranschluß des in der Reihenfolge nächsten Schaltelements angelegt wird, überlappen sich die Durchlaßzustände beider Schaltelemente. Während dieser Überlappungszeit kann daher ein sehr viel höherer Betriebsstrom in der gemeinsamen Verbraucherzuleitung fließen und entsprechende Funkstörungen verursachen. Durch das Zwischenschalten der konstanten und daher von der Betriebsfrequenz unabhängigen Totzeit zwischen allen in der Reihenfolge benachbarten Schaltimpulsen wird eine derartige Durchlaßüberlappung weitgehend oder völlig vermieden, so daß Funks tot engen im gleichen Maße vermieden werden.

Die Totzeit liegt vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 10 MikroSekunden. Dies ergibt einen günstigen Kompromiß, der einerseits eine ausreichende Dämpfung von Funkstörungen und andererseits keinen zu hohen Kommutierungsfehler bei kurzen Schaltimpulsen bzw. hohen Drehzahlen sicherstellt.

Eine besonders einfache Ausbildung der Steuerschaltung ergibt sich, wenn die Vorderflanke aller Schaltimpulse gegenüber der Rückflanke des jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltimpulses um die konstante Totzeit verzögert ist.

So läßt sich eine Steuerschaltung für einen zweiphasigen Verbraucher, bei der die Schaltimpulse aus den Impulsen eines Impulsgebers abgeleitet sind, in der Weise ausbilden, daß durch alle Flanken der Impulse des Impulsgebers je ein Sperrimpuls mit einer der Totzeit entsprechenden Dauer auslösbar ist und die Sperrimpulse abwechselnd mit den mit ihnen zusammenfallenden Impulsen und Impulspausen des Impulsgebers zur Bildung der Schaltimpulse verknüpft sind. Hierbei sperren die Sperrimpulse jeweils einen Anfangsabschnitt jedes Impulses bzw. jeder Impulspause, die jeweils einer Phase zugeordnet sind, so daß sich auf ein- '■ fache Weise Schaltimpulse mit der Dauer der Sperrim-! pulse entsprechenden Abständen ergeben.

Ferner können die Impulse des Impulsgebers einem auf die Flanken dieser Impulse mit der Abgabe je eines Auslöseimpulses für je einen der Sperrimpulse anspre-

chenden Zeitschaltglied zuführbar sein. Obwohl es auch möglich ist, für jede Phase ein eigenes Zeitschaltglied vorzusehen, genügt bei dieser Ausbildung ein Zeitschaltglied für alle Phasen.

Dieses Zeitschaltglied kann in der Weise ausgebildet sein, daß es einen bei jeder Eingangsimpulsflanke einen Nadelimpuls erzeugenden Nulldetektor und ein diesem nachgeschaltetes Verzögerungsglied aufweist, das nur die Rückflanke seines Eingangsimpulses verzögert Aus den Ausgangsimpulsen dieses Verzögerungsgliedes können dann durch einfache Umkehr die Sperrimpulse gebildet werden.

Bevorzugte Ausfühpingsbeispiele werden nachstehen anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise dar Steuerschaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine erste Abwandlung der Steuerschaltung nach Fig. 1 und

Fig. 4 eine zweite Abwandlung der Steuerschaltung nach Fig. 1.

F i g. 1 stellt eine Steuerschaltung für einen bürstenlosen zweiphasigen Gleichstrommotor mit einem zweipo- ligen Dauermagnet-Läufer 1 und zwei Ständerwicklungen 2 und 3 dar. Die Ständerwicklungen 2, 3 liegen jeweils in Reihe mit einem Schaltelement 4 bzw. 5 aus zwei Transistoren in Darlington-Schaltung an den Polen (+) und (0) einer Betriebsgleichspannungsquelle.

Ein Impulsgeber 6 enthält einen als Spule mit sättigbarem Kern ausgebildeten Fühler 7 zur Erfassung der Dretiwinkellage des Läufers 1 und einen mit dem Fühler 7 zusammenwirkenden Oszillator, dessen Schwingungen abwechselnd nach jeder halben Läufer-Umdrehung durch eine Änderung der Induktivität des Fühlers 7 ein- und ausgeschaltet werden. Die Induktivitätsänderung wird durch die Drehung des Läufers 1 bewirkt. Die Schwingungen des Oszillators werden in einem dem Oszillator nachgeschalteten Demodulator 8 gleichgerichtet und geglättet, so daß sich rechteckförmige, symmetrische Impulse /ergeben. Die Impulse / des Impulsgebers 6 werden dem einen Eingang eines NAND-Gliedes 9 und einem Zeitschaltglied 10 zugeführt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 9 ist direkt mit dem einen Eingang eines zweiten NAND-Gliedes 11 und über ein NICHT-Glied 12 (auch Umkehrstufe genannt) mit dem Steueranschluß des Schaltelements 4 verbunden. Der Ausgang des NAND-Gliedes 11 ist über ein NICHT-Glied 13 mit dem Steuercnschluß des Schaltelements 5 verbunden.

Das Zeitschaltglied 10 enthält eingangsseitig einen Nulldetektor 14, der mit jeder Flanke eines Impulses / einen (positiven)>Jadelimpuls erzeugt. Dem Nulldetektor 14 ist ein Verzögerungsglied 15 in Form eines mono- stabilen Kippgliedes nachgeschaltet, das nur die Rückflanke seines Eingangsimpulses (den Übergang von 1 auf 0) verzögert und einen gegenüber dem Nadelimpuls verlängerten Auslöseimpuls Meiern einen Eingang eines nachgeschalteten NAND-Gliedes 16 zuführt, das zwei weitere Eingänge ausweist, denen ein Start-Stopp-Signal SS bzw. ein Drehzahl-Steuersignal DS zufuhrbar ist. Der Ausgang des NAND-Gliedes 16 ist mit den beiden anderen Eingängen der NAND-Glieder 9 und 11 verbunden.

Während des Betriebes des Motors seien die Signale SS und DS 1-Signale, so daß das NAND-Glied 16 als einfaches NICHT-Glied betrachtet werden kann. Der Impulsgeber 6 erzeugt dann bei jeder Läuferumdrehung eicen Impuls /und eine gleich lange Impulspause P. Das Schaltglied 10 leitet aus allen Flanken der Impulse /je einen Auslöseimpuls A ab, der wesentlich kurzer ist als ein Impuls / Ein solcher Auslöseimpuls A löst dann über das NAND-Glied 16 eine Sperrimpuls Ά (ein 0-Signal) gleicher Dauer an den mit diesem NAND-Glied 16 verbundenen Eingängen der NAND-Glieder 9 und 11 aus. Wenn es sich um einen aus der Vorderflanke eines Impulses /abgeleiteten Spenimpuls handelt, sperrt dieser einen gleich langen Abschnitt am Anfang des Impulses I so daß am Ausgang des NICHT-Gliedes 12 ein Schaltimpuls Si auftritt, der um die Dauer des Auslöseimpulses A bzw. des von diesem ausgelösten Sperrimpulses Ά kürzer als der Impuls / und dessen Vorderflanke gegenüber der des Impulses / um die Dauer des Impulses A verzögert ist, so daß nur die Rückflanken der Impulse / und Si zusammenfallen.

Ein aus der Rückflanke eines Impulses / abgeleiteter Auslöseimpuls A löst wiederum jinen umgekehrten Spenimpuls Ά am Ausgang des NANLMjliedes 16 aus, der nunmehr mit der Impulspause P verknüpft wird. Während die Impulspause P bereits ein 0-Signal am Ausgang des NICHT-Gliedes 12 erzwingt, so daß der Schaltjaipuls Si verschwindet und durch dieses Sperrsignal ~A nicht beeinflußt wird, bewirkt das Sperrsignal Ά, daß das dem einen Eingang des NAND-Gliedes 11 vom NAND-Glied 9 zugeführte 1-Signal aufgrund der insgesamt von den Gliedern 11 und IS bewirkten UND-Verknüpfung gesperrt wird, d. h., der Schaltimpuls Si ebenfalls erst mit dem Verschwinden dieses Sperrsignals Ά bis zum Auftreten des nächsten Impulses /freigegeben wird. Der Schaltimpuls £z ist daher gegenüber der Rückflanke des Impulses / und des Schaltimpulses Si um die Dauer der Impulse A verzögert.

Die Schaliirnpulse Si und S₂ schalten abwechselnd die Schaltelemente 4 und 5 ein (durch), wobei jedoch zwischen dem Ausschalten des Schaltelements 4 beim Verschwinden des Schaltimpulses Si und dem Einschalten des Schaltelements 5 mit dem Auftreten des Schaltimpulses Si ebenso wie bei allen folgenden Kommutierungen eine Totzeit riVerzögening oder Pause) auftritt, die gleich der Dauer eines AuslöseimpuJses A bzw. Sperrimpulses Ά ist. Diese Totzeit T ist so bemessen, daß währenddessen dasjenige Schaltelement, dessen Schaltimpuls gerade verschwindet, hinreichend Zeit hat, vom leitenden in den gesperrten Zustand überzugehen, bevor das nächste Schaltelement mit dem Auftreten des nächsten Schaltimpulses vom gesperrten in den leitenden Zustand übergegangen ist.

Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die leitenden Zustände der Schaltelemente überschneiden und während dieser Überlappungszeit zu starke Belastungsströme auftreten, die Funkstörungen verursachen können.

Abwandlungen des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels liegen im Rahmen der Erfindung. So kann das Zeitschaltglied 10 weggelassen und statt dessen gemäß Fi g. j den NICHT-Gliedern 12 und 13 oder gemäß Fig. 4 den NAND-Gliedern 9 und 11 jeweils ein die Vorderflanke (Fig. 3) oder die Rückflank§(Fig. 4) seines Eingangsimpulses um die Totzeit Tverzögerndes Verzögerungsglied 17 und 18 bzw. 19 und 20 direkt nachgeschaltet sein. In beiden Fällen kann der frei gewordene Eingang des NAND-Gliedes 16 duich ein ständiges 1-Signal oder ein weiteres Steuersignal belegt werden. Die Signalverknüpfung läßt sich nach den Regeln der Schaltalgebra auch auf andere Weise ver-

wirklichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen ';i

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Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für einen Mehrphasen-Verbraucher, insbesondere einenzweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor, bei der in jeder Phase ein steuerbares Schaltelement aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Transistoren in Darlingtonschaltung, und ein Verbraucherteil in Reihe an einer Gleichspannungsqueile liegen und bei der die Schaltelemente in zyklischer Reihenfolge durch Schaltimpulse ein- und ausschaltbar sind, von denen alle in der Schaltreihenfolge benachbarten Schaltimpulse eine Totzeit zwischen sich aufweisen, die wesentlich kürzer als ein Schaltimpuls ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Totzeit (7) zur Vermeidung von Funktionsstörungen einen konstanten Wert aufweist

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderflanke aller Schaltimpulse (.Si, &) gegenüber der Rückflanke des jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltimpulses um die konstante Totzeit verzögert ist

3. Steuerschaltung für einen zweiphasigen Verbraucher, nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schaltimpulse aus den Impulsen eines Impulsgebers abgeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch alle Flanken der Impulse (I) des Impulsgebers (6) je ein Sperrimpuls (Ä) mit einer der Totzeit (T) entsprechenden Dauer auslösbar ist und die Sperrimpulse (A-). abwechselnd mit den mit ihnen zusammenfallenden Impulsen O und Impulspausen (P) des Impulsgebers (€\ zur Bildung der Schaltimpulse (Si, Sj) verknüpft sind.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (I) des Impulsgebers (6) einem auf die Flanken dieser Impulse (I) mit der Abgabe je eines Auslöseimpulses (A) für je einen der Sperrimpulse (Ά) ansprechenden Zeitschaltglied (10) zufuhrbar sind.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltglied (10) einca bei jeder Eingangsimpulsflanke einen Nadelimpuls erzeugenden Nulldetektor (14) und ein diesem nachgeschalteten Verzögerungsglied (15) aufweist, das nur die Rückflanke seines Eingangsimpulses verzögert.