DE3836990A1 - Ueberwachungsschutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschutzschaltung nach der Gattung des Anspruchs 1.

Drehzahlveränderliche elektromotorische Antriebe werden zunehmend mittels elektronischer Endstufen realisiert. Die Endstufen enthalten in der Regel einen Schalttransistor, der von einem Steuergerät aufgrund eines extern oder intern vorgegebenen Sollwerts für die Drehzahl des Antriebs mit einem entsprechenden Taktverhältnissignal versorgt wird.

Die Endstufen produzieren jedoch eine vom Taktverhältnis abhängige Verlustwärme. Diese Verlustwärme steigt in einem Bereich niedrigerer Taktverhältnisse des Taktverhältnissignals zunächst leicht an und fällt dann bis zur Vollaussteuerung auf einen Minimalwert ab.

Unter ungünstigen Umgebungsbedingungen (z. B. hohe Temperatur) kann es hierbei vorkommen, daß die von der Endstufe produzierte Verlustwärme nicht mehr von einer für die Endstufe vorgesehenen Wärmeableitvorrichtung abgeführt werden kann. Die Endstufen werden deshalb häufig mit einer Temperatursicherung versehen, welche den Antrieb gegebenenfalls abschalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungsschutzschaltung für eine Temperatur einer Endstufe eines drehzahlveränderlichen elektromotorischen Antriebs zu schaffen, welche den Wärmehaushalt der Endstufe kontrolliert und ein Abschalten des Antriebs nach Möglichkeit vermeidet.

Die Erfindung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Weitere, die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß der Wärmehaushalt einer Endstufe eines drehzahlveränderlichen elektromotorischen Antriebs kontrolliert und in einem für die Endstufe ungefährlichen Bereich gehalten wird.

Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß ein eine Temperatur der Endstufe erfassender temperaturerfassender Widerstand in einen wärmeleitenden Kontakt mit der Endstufe bzw. einem Verlustwärme erzeugenden Bauteil der Endstufe gebracht wird; die erfaßte Temperatur des Bauteils bzw. eines Kühlblechs, auf dem das Bauteil montiert ist, wird mit einer Grenztemperatur verglichen. Wenn die Temperatur die Grenztemperatur überschreitet, verändert das Steuergerät daraufhin das Taktverhältnis im Sinne einer Drehzahlerhöhung bzw. derart, daß die von der Endstufe umgesetzte und vom Taktverhältnis abhängige Verlustwärme reduziert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Überwachungsschutzschaltung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Steuerablaufs zur Bereitstellung eines Tast­ verhältnisses.

In Fig. 1 ist mit 1 ein drehzahlveränderlicher Antrieb mit einem Elektromotor 2, beispielsweise zum Antrieb eines Lüfters gezeigt, der über eine elektro­ nische Endstufe 3 mit einem Schalttransistor 4 in seiner Drehzahl gesteuert werden kann. Ein Steuergerät 5, das vorzugsweise auf der Basis eines Mikro­ rechners aufgebaut ist, stellt ein Taktverhältnissignal tvhs zur Verfügung, mit dem der Schalttransistor 4 angesteuert wird. Das Taktverhältnissignal tvhs bestimmt hierbei (über ein Taktverhältnis tvh) die Ein­ schalt-/Ausschaltzeiten des Schalttransistors 4. Das Taktverhältnis tvh wird im Steuergerät aufgrund eines extern über einen Sollwertgeber 6 (Stellpoten­ tiometer) zur Vorgabe eines Sollwerts ngs für die Drehzahl des Elektromotors oder eines intern vorgegebenen Sollwerts bestimmt. Bei dem Steuergerät 5 kann es sich hierbei auch um ein Steuergerät für eine Klimaanlage eines Kraft­ fahrzeugs oder einer Kühlanlage handeln, welches die Steuerung des Lüftermo­ tors 2 mit übernimmt.

Zur Überwachung des Temperaturhaushalts der Endstufe 3 wird vorzugsweise auf einem Kühlblech des Schalttransistors 4 ein temperaturveränderlicher Wider­ stand 7 (NTC oder PTC) angeordnet; dieser ist einerseits gegen Masse und an­ dererseits über einen einstellbaren Widerstand Re gegen den Pluspol (+) der Batterie 9 geschaltet. Da der Temperatur der Endstufe 3 entsprechende Ausgangssignal Te des temperaturveränderlichen Widerstands 7 wird mittels eines Vergleichers 8 mit einer über einen Spannungsteiler R 1, R 2 einge­ stellten Grenztemperatur Tga verglichen. Der Vergleicher 8 (Operationsver­ stärker) bestimmt eine Abweichung dT der Endstufentemperatur Te von der Grenztemperatur Tga und stellt diese dem Steuergerät 5 zur Verfügung. Elek­ tromotor 2, Steuergerät 5, Sollwertgeber 6, Spannungsteiler R 1, R 2 und Ver­ gleicher 8 werden über eine Batterie 9 mit nachgeschalteter Sicherung 10 mit Energie versorgt.

Fig. 2 zeigt nun ein Flußdiagramm mit einem Steuerablauf, aufgrund dessen das Steuergerät 5 das Tastverhältnis tvh bestimmt und das Tastverhältnissignal tvhs an die Endstufe 3 ausgibt. Nach dem Start 11 und einer Rechnerinitialisierung 12 und dem Passieren einer Marke A erfolgt ein Erfas­ sen des Sollwerts ngs für die Drehzahl und der Temperatur Te der Endstufe 3 (der temperaturveränderliche Widerstand kann hierzu auch direkt über einen Analog-Digitalwandler an den Mikrorechner des Steuergeräts 5 angeschlossen sein; dies ist hier jedoch nicht gezeigt). Im nächsten Programmschritt wird die Temperaturabweichung dT = Ta - Te errechnet, (falls diese nicht - wie in Fig. 1 gezeigt - bereits vom Vergleicher 8 bestimmt wird; dann wird im Programm­ schritt 14 anstatt der Temperatur Te die Temperaturabweichung dT eingelesen, der Programmschritt 15 kann entfallen).

Anschließend wird überprüft, ob die Temperaturabweichung dT kleiner als eine Grenzdifferenztemperatur -Tgb ist, 16. Ist dies der Fall, so wird ein Wert ng für die Drehzahl (Drehzahlwert) auf Null gesetzt, 17 und das Taktverhältnis über einen Proportionalitätsfaktor k aus dem Drehzahlwert berechnet, 18. Da­ nach wird das Programm entweder beendet, 19, sofern es sich hierbei um ein untergeordnetes Programm eines Steuergeräts, beispielsweise für eine Klima­ anlage handelt oder es wird zur Marke A, 13 zurückgesprungen, sofern es sich um ein selbständiges Programm zur Steuerung der Drehzahl des Elektromotors 2 handelt.

Ist die Abfrage 16 negativ, so wird abgefragt, ob die Temperaturabweichung dT kleiner Null ist, 20. Ist dies nicht der Fall, so wird im nachfolgenden Pro­ grammschritt 21 geprüft, ob ein Flag gesetzt ist; wenn nicht, wird der Dreh­ zahlwert ng auf den Drehzahlsollwert ngs gesetzt, 22 und mit Programmschritt 18 fortgefahren; ist die Abfrage 20 oder die Abfrage 21 positiv, so wird eine Zählgrenze zg aus einer Konstanten c, geteilt durch einen Betrag der Tempe­ raturabweichung dT bestimmt, 23. Diese Zählgrenze zg stellt in Verbindung mit einem Zähler z und dem nachfolgenden Programm eine Möglichkeit zur Verfügung, eine Änderungsgeschwindigkeit dtvh/dt, mit der bei Überschreiten der Grenz­ temperatur das Tastverhältnis tvh vergrößert bzw. verkleinert wird, dar.

Im nachfolgenden Programmschritt wird geprüft, ob der Zähler z kleiner als die Zählgrenze zg ist, 24. Ist dies nicht der Fall, so wird geprüft, ob der Drehzahlwert kleiner als der Sollwert für die Drehzahl ist, 25. Ist dies der Fall, so wird der Zähler um 1 erhöht, 26 und mit Programmschritt 18 fortge­ fahren. Ist die Abfrage 25 negativ, so wird das Flag zu Null gesetzt, 27, und der Drehzahlwert ng auf den Sollwert für die Drehzahl ngs gesetzt, 28 und mit Programmschritt 18 fortgefahren; hierdurch wird erreicht, daß bei über­ schrittener Grenztemperatur tga eine direkte Anpassung des Tastverhältnisses tvh an einen neu vorgegebenen Sollwert ngs für die Drehzahl nur dann erfolgt, wenn der neu vorgegebene Sollwert ngs einen aktuell auf der Anpassung des Tastverhältnisses tvh basierenden Wert ng für die Drehzahl überschreitet.

Ist die Abfrage 24 positiv, so wird der Zähler z auf Null gesetzt, 29 und abgefragt, ob die Temperaturabweichung dT kleiner Null ist, 30. Ist dies nicht der Fall, so wird geprüft, ob der Drehzahlwert ng kleiner als der Sollwert für die Drehzahl ngs ist, 31; ist dies nicht der Fall, so erfolgt wieder die direkte Anpassung des Drehzahlwerts ng an den Sollwert ngs über Programmschritt 27 und 28. Ist die Abfrage 31 dagegen positiv, so wird der Drehzahlwert ng um 1 bzw. um das kleinste Inkrement zur Verstellung des Tastverhältnisses tvh reduziert, 32 und mit Programmschritt 18 fortgefahren. Ist die Abfrage 30 positiv, wird das Flag 33 gesetzt; dieses Flag zeigt an, daß eine Anpassung des Drehzahlwerts aufgrund überschrittener Grenztemperatur tga erfolgt.

Im nachfolgenden Programmschritt 34 wird geprüft, ob der Drehzahlwert ng kleiner als ein Drehzahlwert für Maximaldrehzahl ngmax (Vollaussteuerung) ist; ist dies nicht der Fall (Drehzahlgrenze erreicht), so wird das Gebläse abgeschaltet, indem der Drehzahlwert ng zu Null gesetzt wird, 35 (keine weitere Verringerung der Verlustwärmeerzeugung möglich). Ist die Abfrage 34 dagegen positiv, so wird der Drehzahlwert ng um 1 erhöht (inkrementiert), 36 und abgefragt, ob der Drehzahlwert ng kleiner als der Sollwert ngs ist, 37.

Ist dies nicht der Fall, so erfolgt wieder die direkte Anpassung des Dreh­ zahlwerts an den Sollwert entsprechend Programmschritt 27 und Programmschritt 28, ist die Abfrage 37 dagegen positiv, so wird das Programm mit Programm­ schritt 18 fortgesetzt. Die Zählschleife z bewirkt hierbei, daß die Inkrementierung bzw. Dekrementierung des Drehzahlwerts immer nur nach einer bestimmten, durch die Zählgrenze zg festgelegten Anzahl von Programmdurch­ läufen durchgeführt wird.

Claims (6)

1. Überwachungsschutzschaltung für eine Temperatur einer Endstufe eines drehzahlveränderlichen elektromotorischen Antriebs (Elektromotors), insbesondere eines Lüftermotors, mit einem Steuergerät, welches aufgrund eines extern oder intern vorgegebenen Sollwerts für die Drehzahl des Elektromotors ein entsprechendes Taktverhältnissignal für die Endstufe bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Temperatur (Endstufentemperatur (Te)) erfassender temperaturveränderlicher Widerstand (7) in einem wärmeleitenden Kontakt mit einem Verlustwärme erzeugenden Bauteil (4) der Endstufe (3) steht und mittels eines Vergleichers (8) die Temperatur (Te) mit einer Grenztemperatur (Tga) verglichen wird, wobei bei Überschreiten der Grenztemperatur (Tga) das Steuergerät (5) ein Taktverhältnis (tvh) des Taktverhältnissignals (tvhs) im Sinne einer Drehzahlerhöhung verändert.

2. Überwachungsschutzschaltung für eine Temperatur einer Endstufe eines drehzahlveränderlichen elektromotorischen Antriebs (Elektromotors), insbesondere eines Lüftermotors, mit einem Steuergerät, welches aufgrund eines extern oder intern vorgegebenen Sollwerts für die Drehzahl des Elektromotors ein entsprechendes Taktverhältnissignal für die Endstufe bereitstellt, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Temperatur (Endstufentemperatur (Te)) erfassender temperaturveränderlicher Widerstand (7) in einem wärmeleitenden Kontakt mit einem Verlustwärme erzeugenden Bauteil (4) der Endstufe (3) steht und mittels eines Vergleichers (8) die Temperatur (Te) mit einer Grenztemperatur (Tga) verglichen wird, wobei bei Überschreiten der Grenztemperatur (Tga) das Steuergerät (5) ein Taktverhältnis (tvh) des Taktverhältnissignals (tvhs) derart verändert, daß die von der Endstufe (3) umgesetzte und vom Taktverhältnis (tvh) abhängige Verlustwärme reduziert wird.

3. Überwachungsschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Taktverhältnisses (tvh) mit einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit (dtvh/dt) erfolgt.

4. Überwachungsschutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Taktverhältnisses (tvh) mit einer von der Abweichung (dT = Tga - Te) der Endstufentemperatur (Te) von der Grenztemperatur (Tga) abhängigen Änderungsgeschwindigkeit (dtvh/dt = f(dT)) erfolgt.

5. Überwachungsschutzschaltung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (2) abgeschaltet wird, wenn die Abweichung (dT = Tga - Te) der Endstufentemperatur (Te) von der Grenztemperatur (Tga) eine Grenzdifferenztemperatur (-Tgb) unterschreitet.

6. Überwachungsschutzschaltung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei überschrittener Grenztemperatur (Tga) eine direkte Anpassung des Taktverhältnisses (tvh) an einen neu vorgegebenen Sollwert (ngs) für die Drehzahl nur dann erfolgt, wenn der neu vorgegebene Sollwert (ngs) einen aktuell auf der Anpassung des Tastverhältnisses (tvh) basierenden Wert (ng) für die Drehzahl überschreitet.